PRINCIPES DE PROTECTION

DES CAPTAGES D’EAUX SOUTERRAINES

par

T. BLASZYK et A. PAWULA

 

Extrait de “Zasady ochrony ujêæ wód podziemnych” Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Komunalnej  -   N° 38 - Wydawnictwo Katalogów i Cenników Varsovie 1973

 

Traduction J. FORKASIEWICZ

 

NOTE TECHNIQUE AUX GEOLOGUES AGRÉES

EN MATIERE D’EAU ET D’HYGIENE PUBLIQUE

N0 5

 

MINISTERE DE L’INDUSTRIE ET DE LA RECHERCHE

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIERES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

BRGM

Département géologie de l’aménagement

B.P. 6009 - 45018 Orléans Cédex - TéI.: (38) 63.00.12

 

75 SGN 012 AME                                                    Janvier 1975

 

 

AVANT- PROPOS

Le présent article, publié dans la revue "Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Komunalnej NR 38 - 1973”, a été traduit par Madame J. FORKASIEWICZ, ingénieur au B.R.G.M.

Apres analyse et mise au point, il nous a paru utile de le diffuser dans sa plus grande partie (cf. table des matieres) non seulement pour informer nos collegues des travaux effectués dans ce domaine a l’étranger, mais aussi en raison des expériences réalisées et des procédés de calculs utilisés pour la protection des eaux sou­terraines.

M. ALBINET

 

 

TABLE DES MATIERES

 

1.      REMARQUES GENERALES

 

2.   REVUE D’ETUDES PRECEDENTES SUR LA POLLUTION ET LA PROTECTION DES EAUX SOUTERRAINES

 

3.      NOTATIONS ET SYMBOLES UTILISES

 

4.      METHODES DES RECHERCHES

 

5.      RESULTATS DES RECHERCHES SUR LA PROTECTION DES CAPTAGES DES EAUX SOUTERRAINES

 

5.   1. Résultats des recherches biologiques

5.1.1.      Pénétration des bactéries a partir d’un réservoir des eaux superficielles vers la couche aquifere

 

5.1.2.      Pénétration des bactéries de la surface du sol vers la couche aquifere

 

5.1.3.      Propagation des bactéries dans la couche aquifere

 

5.1.4.      Pénétration des organismes supérieurs (vivants) dans la couche aquifere

 

5.1.5.      Estimation de la répartition dans l’espace des bactéries dans les vallées

 

5.2.        Résultats des recherches hydrogéochimiques

5.2.1.      Changements de la composition chimique de l’eau pendant le processus de filtration artificielle

5.2.2.      Influence du milieu géologique sur l’état de minéralisation de l’eau

5.2.3.      Lessivage des composants chimiques dans les haldes indus­trielles et leur migration dans la couche aquifere

5.2.4.      Pollution des eaux souterraines dans l’aire des champs d’épandage des eaux usées

5.2.5.      Influence de la pollution des installations industrielles sur les eaux souterraines

5.2.6.      Pénétration des pesticides de la surface du sol vers la nappe

 

5.3.        Résultats des recherches hydrogéologiques

5.3.1.      Reconnaissance de la structure hydrogéologique

5.3.2.      Aire d’alimentation et le réseau hydrodynamique

 

5.4.        Exemples de la détermination des conditions de la protection des captages communaux des eaux souterraines

5.4.1.      Protection biologique

5.4.2.      Protection chimique

5.4.3.      Protection des ressources

 

6.      CONCLUSION

 

          BIBLIOGRAPHIE

 

5.     RESULTATS DES RECHERCHES SUR LA PROTECTION DES CAPTAGES DES EAUX SOUTERRAINES

 

5.1.  Résultats des recherches biologiques

 

              Les problemes de la vitalité et de la pénétration des microorganismes dans le sous-sol ont étés éclaircis, dans une large mesure, par de nombreux chercheurs (voir § 2).

              Les recherches de l’Institut Communal de l’Administration ont eu pour but l’obtention des observations propres sur les exemples concrets des captages des eaux dans les terrains sableux des vallées et aussi dans les calcaires fissurés.

 

5.1.1.  Pénétration des bactéries a partir d’un réservoir des eaux superficielles vers la couche aquifere

              Sur le lieu d’expérimentation, se trouvant sous un étang d’infiltration, la pénétration des bactéries hétérotrophes, psychrophiles et mésophiles vers la couche aquifere a été constatée. L’évolution des changements quantitatifs dans le profil vertical des bactéries de groupe coliforme ainsi que du nombre général des bactéries mésophiles et psychrophiles, a été montrée sur la fig. 1

 

Fig.1 - Variation du nombre de bactéries dans le sol sous l'étang

 

L’expérience a été faite dans les sables ayant les parametres:

d10 = 0,10 mm                        d60 = 0,20 mm                        U = 2,0

 

              Indépendamment du nombre des bactéries mésophiles et psychrophiles, on a observé l’augmentation du nombre des bactéries, a la profondeur de 10 cm sous le fond de l’étang, jusqu’a quelques dizaines de milliers de cellules dans 1 ml d’eau.

              L’évolution des bactéries est liée a la disparition des organismes supérieurs dans la couche sableuse ainsi qu’a l’existence de nombreuses substances organiques. La diminution du nombre des bactéries mésophiles s’est marquée vers 1 a 1,5 m de profondeur jusqu’a quelques dizaines de cellules dans 1 ml d’eau et s’est maintenue sans grands changements jusqu’a la profondeur de 3 m (10 a 100 cellules/1 ml d’eau). Tandis que dans le cas des bactéries psychrophiles, leur nombre maximal est lié a la zone de 1 m de profondeur (environ 20 000 cellules/ml) et leur diminution apparaît progressivement en dessous de 1 m (vers 3 m leur nombre est compris entre quelques dizaines et 1 000 cellules/ml suivant les saisons).

 

5.1.2.   Pénétration des bactéries de la surface du sol vers la couche aquifere

 

              Pour compléter les recherches, nous avons procédé a une expérience sur modele (voir fig. 2) et en y appliquant une tres forte pollution bactérienne a la surface du sol.

 

Fig.2 - Modele utilisé pour la recherche de la pénétration des polluants dans le sol

 

              Nous avons utilisé un ensemencement des bactéries Coliformes de concentration 4·1010 cellules/100 ml. Dans le modele nous avons représenté un profil du sol de vallée dont les parametres granulométriques moyens ont été les suivants:

                d10 = 0,07         d60 = 0,20         U = 2,8

              Le niveau d’eau a été maintenu a 0,90 m de profondeur. Les résultats d’expérience ont été illustrés par le graphique de la fig. 3

 

Fig.3 - Pénétration des bactéries dans le sol (étude sur modele)

 

              Nous avons constaté l’apparition des bactéries Coliformes dans tout le profil du sol jusqu’a 2 m de profondeur, apres une pollution de la surface du sol avec une suspension des bactéries et une infiltration maintenue constante de l’eau pluviale:

-  a la profondeur de 1 m - apres 4 jours a partir du moment d’ensemence­ment a la surface au nombre de 2 300 000 bactéries Coliformes/100 ml

-  a la profondeur de 1,5 m - apres 7 jours: 690 000 bactéries Coliformes/ 100 ml

-   a la profondeur de 2,0 m - apres 10 jours: 35 000 bactéries Coliformes/ 100 ml

-   apres 35 jours d’expérience, le nombre des bactéries Coliformes a diminué jusqu’a  1200/100 ml a la profondeur de 1 m et 120/100 ml a la profondeur de 2 m.

 

5.1.3.  Propagation des bactéries dans la couche aquifere

 

              En étudiant la propagation horizontale des bactéries dans la couche aquifere, SPANDOWSKA (1969) a constaté l’absence des bactéries Coliformes déja a 5 m de distance de l’étang dans la zone de profondeur comprise entre 3 et 13 m. Par contre sur toute l’étendue de l’aire de l’expérience, les bactéries hétérotrophes, mésophiles et psychrophiles étaient présentes jusqu’a une distance de 50 m de l’étang.

              Le nombre des bactéries mésophiles variait de quelques dizaines de cellules/1 ml, tandis que le nombre des bactéries psychrophiles se maintenait entre quelques dizaines et quelques centaines de cellules/1 ml.

              Cette maintenance des bactéries dans le milieu aquifere prouve la présence de substance nutritive indispensable a leur existence sous la forme des substances organiques se décomposant difficilement. Il en résulte que la présence des bactéries dans la couche aquifere est conditionnée par la présence des substances nutritives.

              La présence des bactéries psychrophiles est donc conditionnée tout d’abord par leur évolution et ne dépend pas de leur faculté de pénétration. Tandis que dans le cas des bactéries intestinales (non adapté aux conditions des eaux souterraines) leur rayon de propagation résulte d’une faculté limitée de pénétration avec l’eau.

 

5.1.4.  Pénétration des organismes supérieurs vers la couche aquifere

 

              Les études sur la pénétration des organismes supérieurs du bassin d’infiltration vers la couche sableuse menées par J. JASKOWSKI (1969) ont démontré que le rayon de pénétration des organismes vivants tels que: algues bleues, infusoires, est de 30 a 40 cm et que les flagellés pénetrent jusqu’a 80 cm de profondeur.

              Dans tout le profil du sol jusqu’a 100 cm de profondeur, il y avait la présence de diatomées ainsi que de détritus organiques.

              Analysant la présence des bactéries et d’autres organismes dans les eaux polluées des calcaires fissurés dans la région de Jura Czestochowska, A. JANKOWSKI, BLASZYK T. et PAWULA A. (1971 b) ont constaté la pollution biologique sur une tres grande étendue (environ 8 km2).

              Dans la zone d’influence des égouts de phénol, on a observé la présence de nombreux organismes dans toute la couche des calcaires aquiferes.

              Le groupe le plus nombreux a été constitué par des bactéries filamenteuses du genre Sphaerotilus ainsi que des bactéries du genre Zooglea, en plus, nombreux ont été les protozoaires, et surtout flagellés incolores.

              Pour confirmer l’origine superficielle de ces organismes, on a effectué l’expérience de pénétration vers l’eau souterraine des algues, c’est-a-dire des organismes phototrophes. Les résultats de cette expérience ont démontré la présence des algues dans la plu part des puits au nombre de 1 a 4 colonies/500 ml.

              Ces expériences montrent que, lorsque des substances nutritices existent (dans le cas présent des composants minéraux: phosphore, azote, potassium, soufre et charbon sous la forme de phénol) dans des eaux souterraines contenues dans des calcaires fissurés, il y a une migration et une évolution des bactéries ainsi que des organismes supérieurs tels que algues et protozoaires.

              La distance de propagation des organismes dans l’eau souterraine coincide avec celle de la pollution chimique qui constitue un aliment pour les bactéries qui, a leur tour, constituent la principale source de nutrition des flagellés formant ainsi une chaîne alimentaire.

 

5.1.5.  Estimation de la répartition dans l’espace des bactéries dans une vallée

 

              Pour expliquer la présence des bactéries dans les conditions de terrains complexes, nous avons procédé a des études bactériologiques dans l’aire d’alimentation des captages (BLASZYK T., PAWULA A., 1969-1971a). Déterminant le dénombrement total des bactéries pour les températures 200C et 370C ainsi que l’index Coli, nous avons constaté que, malgré une forte pollution bactérienne des eaux de surface s’infiltrant vers la couche sableuse aquifere, les eaux souterraines ne montrent pas en général de pollution bactérienne de type Coli. L’exception est constituée par les eaux prélevées dans les puits inondés par les eaux de crues ou polluées d’une autre maniere, par exemple bouchés partiellement. En ce qui concerne le nombre général des bactéries, il est de quelques dizaines de cellules/1 ml d’eau dans le cas des bactéries psychrophiles et de zéro a quelques cellules/1 ml dans le cas des bactéries mésophiles.

 

5.2.      Résultats des recherches hydrogéochimiques

 

              La protection chimique des captages des eaux souterraines est un probleme complexe a cause des formes tres variées de pollution ainsi qu’en raison des processus géochimiques. La menace de pollution chimique est constituée entre autres par les dépôts de résidus communaux et industriels, les effluents des installations industrielles, les résidus et les effluents des huiles minérales, les produits de minéralisation des substances organiques, les détergents, les pesticides et autres substances chimiques employées dans l’industrie et l’agriculture. En plus, il faut considérer la pollution par des composants minéraux d’origine géologique, qui sont le produit des processus géochimiques ou du lessivage des gîtes minéraux. Il en résulte que les propriétés chimiques de l’eau souterraine ne dépendent pas directement de son chemin de filtration.

              Dans le milieu souterrain, il peut y avoir des processus d’auto épuration chimique des eaux par la dilution, les échanges d’ions, la dégradation biochimique et aussi par la précipitation chimique.

 

5.2.1. Changements de la composition chimique de l’eau pendant le processus de

filtration artificielle

              L’eau de la riviere employée pour l’alimentation artificielle des nappes souterraines subit des changements de qualité aussi bien dans les bassins d’infiltration que pendant son parcours souterrain vers la nappe. Ces changements sont illustrés par un exemple de captage de l’eau souterraine provenant de l’alimentation artificielle (cf. tableau 8 et fig. 4).

 

Fig. 4 - Variations de la minéralisation de l’eau au cours de son transfert riviere - bassin - eau souterraine

 

              Parmi les macro composants ioniques, on observe une diminution des bicarbonates et du calcium dans l’eau introduite dans les bassins d’infiltration ce qu’il convient de lier a la biocénose du bassin, les autres composants ioniques se maintiennent en meme quantité et les sulfates augmentent légerement.

              Le processus d’épuration de l’eau dans les conditions d’infiltration dans le milieu poreux est accompagné par les changements de l’oxydation et de la demande biochimique en oxygene (fig. 5).

 

Fig. 5. - Variations des conditions de l’oxygene suivant le parcours d’infiltration de l’eau

 

              Il résulte des données d’expérience que dans les conditions d’infiltration et de filtration horizontale courte (50 m) la composition ionique de l’eau ne change pas fondamentalement. Toutefois, on observe sur le parcours de filtration une augmentation progressive de sulfates (cf. tableau 8).

              Les autres composants traversent le milieu poreux sans grands changements.

L’eau infiltrée acquiert les propriétés caractéristiques de l’eau souterraine déja a la profondeur d’environ 1,5 m ou, en principe, se termine le processus de minéralisation de la substance organique.

 

5.2.2. Influence du milieu géologique sur l’état de minéralisation de l’eau

 

              Dans une couche de sable siliceux, la composition chimique de l’eau filtrante ne change pas beaucoup; par contre dans le cas des sables argileux ou contenant des dépôts organiques, la composition ioni­que de l’eau est perturbée.

              Les observations concernant l’apparition des anomalies hydrogéochimiques ont été faites sur le terrain dans les conditions de filtration permanente (BLASZYK T., PAWULA A., RATAJCZAK W. - 1967; PAWULA A. - 1971)..

              Le croquis de situation ainsi que les résultats d’expérience sont donnés sur la fig. 6 et dans le tableau 9.

 

Fig. 6 - Schéma de situation du lieu de l’expérience

 

              La présence dans l’eau souterraine de fortes concentrations en fer est liée dans le cas présent a la présence des dépôts argilolimoneux contenant, entre autres, des quantités notables de fer, qui par l’échange des ions, passe facilement dans l’eau.

              On remarque une influence nette mais localisée des conditions lithologiques dans le rayon de quelques metres autour de la lentille de limon et de tourbe, ou l’acidité, l’oxygénation et la quantité d’azote et de fer augmentent.

              L’augmentation de la minéralisation de l’eau souterraine peut se produire dans un milieu géologique contenant des composants chimiques susceptibles a l’échange ionique a la suite des changements géochimiques ultérieurs provoqués par l’exploitation de l’eau.

              Ceci concerne surtout les dépôts alluvionnaires se caractérisant par des facies variés sur lesquels réagissent des facteurs de sur­face comme l’infiltration de l’eau et les produits acides de la décomposition des substances organiques.

              Le graphique de la fig. 7 illustre le changement de la composition chimique de l’eau captée dans une vallée pendant la période d’exploitation de 4 ans. Il en résulte que l’augmentation de la dureté de l’eau ainsi que de la quantité des sulfates et du fer est accompagnée par l’augmentation de l’acidité de l’eau.

 

Fig. 7 - Caractéristiques de l’évolution de la minéralisation de l’eau d’un captage en nappe alluviale

 

5.2.3. Lessivage des composants chimiques dans les haldes industrielles et leur migration dans la couche aquifere

 

              Nous avons analysé l’influence de deux types de haldes industrielles situées dans des situations géologiques différentes:

- les haldes des phosphogypses ainsi que des déchets de brulage de pyrite et de marcassite des établissements des engrais phosphoriques dans la vallée de la Warta

- les haldes des déchets dérivés du chrome dans l’aire des affleurements des calcaires jurassiques.

              La premiere halde couvre une surface d’environ 0,3 km2.

Les principaux déchets sont constitués par des sulfates de chaux, des phosphores ainsi que par l’acide phosphorique. Les composants des haldes des déchets du brulage des pyrites et des marcassites sont les oxydes et les sulfures de fer et de zinc ainsi que d’arsenic.

 

La pollution chimique de l’eau a été observée dans des puits d’observation situés dans la direction d’écoulement des eaux souterraines sur uns distance de 1 000 m. Dans les échantillons de sable prélevés dans la couche aquifere pendant la foration, on a constaté la présence de dépôts de FeS donnant une coloration noirâtre apres l’oxydation.

La fig. 8 illustre les conditions d’auto épuration des eaux polluées sur la distance de 1km.

 

Fig. 8 - Auto Épuration chimique des eaux souterraines par filtration

 

              La minéralisation de l’eau souterraine, sur le parcours halde - riviere, diminue probablement a cause de la réduction des sulfates en sulfures, qui se précipitent a leur tour dans la couche aquifere. Dans la zone d’infiltration de l’eau de la riviere appelée par l’exploitation du puits, on observe un processus de dilution des eaux sulfatées.

              L’observation de la propagation des sulfates dans un aquifere calcaire (BLASZYK T., PAWULA A. - 1971) montre que lorsque les conditions propres a la réduction ou a la dilution des sulfates existent, leur quantité dans l’eau ne varie pas beaucoup mais leur rayon de migration augmente. Le rayon d’influence des foyers de pollution de type sulfaté a été estimé a environ 10 km.

              Un exemple de pollution par un foyer de type chronique sont les haldes des déchets communaux. L’une d’elles est située dans la vallée de la Warta ou affleurent les calcaires jurassiques. Le ruisellement superficiel est dirigé localement vers le Sud, c’est-a-dire vers le lit de la riviere, tandis que l’écoulement souterrain se fait dans la direction Nord-Est.

              Les éléments qui sont lessivés sont (Na2 Cr2 04 , Na2 Cr2 O7), les chlorures do sodium et les sulfates de zinc (ZnS04) ainsi que les fluorures.

              Dans les déchets dérivés du chrome, on a découvert aussi les éléments traces suivants: Al, Ni, V, Bi, Ti, Pb, Zn, Ag.

              Selon les études de H. BYCZYNSKI (BLASZYK T., PAWULA A. - 1971) le lessivage des éléments varie dans le profil vertical de la halde. Dans sa partie supérieure ou se trouvent les déchets moins lessivés, les filtrats des échantillons d’eau contenaient environ 200 a 250 mg Cr/l et 1 300 a 1 400 mg S04/l. Dans la partie inférieure le lessivage a été moindre a cause d’un lessivage de ces éléments qui s’était produit plus tôt.

              L’eau souterraine des calcaires jurassiques dans les environs de la halde contenait des quantités importantes de chrome (30 - 65 mg Cr/l) ainsi que des sulfates (400 a 600 mg S04/l). Pendant l’étude hydrochimique nous avons estimé a 1,5 km le rayon de propagation des chromates tandis que les sulfates se propagent bien plus loin.

 

5.2.4. Pollution des eaux souterraines dans l’aire des champs d’épandage des eaux usées

 

              L’étude de l’influence des eaux usées répandues dans les champs d’irrigation sur les eaux souterraines, a été faite dans la vallée de la riviere Warta. Les eaux usées provenant d’une industrie de pommes de terre se caractérisent ainsi:

                        -DB0:                                      4 000 - 8 000 mg O2/l

                        - Oxydation                              2 000 - 3 000 mg O2/1
                        - Azote                                    200 - 300 mg N/l
                        - Sulfate                                   200 - 250 mg SO4/l

                        - Chlorure                                190 - 220 mg Cl/l

              La pollution de l’eau souterraine dans l’aire d’épandage des eaux usées peut etre caractérisée par:

-  Oxydation                   : 45 mg  O2/l

- Azote                           : 64 mg  N/l

- ion d’ammonium              : 53 mg  N/l

- Phosphore                   : 76 mg  PO4/l

- Chlorures                     : 113 mg  Cl/l

 

              La concentration des sulfates dans l’eau souterraine est environ de 20 mg S04/1. La diminution de cette concentration est liée a la réduction des sulfates en sulfures et leur précipitation. La fig. 9 montre l’influence de la pollution venant du champ d’épandage et de la riviere sur l’eau souterraine.

 

Fig. 9 -Variation chimique de l’eau souterraine suivant le parcours champ d’irrigation - captage

 

              La riviere joue un rôle de barriere de protection en diluant les eaux usées, mais ne protege pas completement le captage qui se situe a 80 m de distance de la riviere et ou l’eau captée se caractérise par:

                        - l’oxydation                        : 5,7 mg O2/1
                        - l’acidité                        : 0,5 mval/l

et contient d’importantes quantités d’azote: 5,5 mg N/l et de phosphore 1,84 mg PO4/l.

 

5.2.5. Influence de la pollution des installations industrielles sur les eaux souterraines

 

              Les rejets des installations industrielles pénétrant de la surface du sol vers la nappe constituent un danger sérieux pour les eaux souterraines.

              On peut l’illustrer par l’exemple d’une pollution non contrôlés, par les installations conduisant les eaux et les condensés de phénol.

              Les indices suivants montrent l’intensité de pollution de ces eaux:

                        - DB05                      :  2 900 mg O2/l

                        - ChZ                         : 10 400 mg O2/1
                        - Oxydation               :   4 625 mg O2/1
                        - Sulfure                     :       63,5 mg H2S/l
                        - Sulfates                    :  4 334   mg S04/1
                        - Azote ammoniaqué  :  2 506   mg N/l
                        - Phénol gazeux          :     658  mg/l
                        - Phénol non gazeux   :  1 912  mg/l
                        - Cyanure                    :       20,83 mg/l

              Indépendamment des rejets, on note des pertes des eaux polluées d’environ 19 000 m3/j sur le terrain de l’établissement. Ces pertes proviennent d’une part de l’utilisation de cette eau pour l’extinction du coke, mais d’autre part des fuites des installations et de leur infiltration dans le sol. Puisque le sol est perméable et sous une mince couche de sable se trouvent les calcaires fissurés, les eaux souterraines sont polluées. La surface polluée comprend une partie notable de l’aire d’alimentation du captage d’eau communal. La pollution des eaux souterraines est variable suivant la distance par rapport aux foyers de pollution.

              Dans le puits d’observation, profond de 80 m et situé a 200 m de l’installation, on a constaté la pollution pouvant etre exprimée par les indices suivants:

                        - Oxydation                   :  55   mg 02/1
                        - Sulfate                        :  62
  mg 304/1
                        - Azote ammoniaqué    :   7,0  mg N/l
                        - Phénol                        :   4,4  mg/l
                        - Cyanure                        :   0,01
mg/l

              Dans les puits d’exploitation situés a 500 - 700 m de distance, la pollution s’exprime surtout par la présence de cyanure : 0,08 - 0,15 mg/l et de phénol : 0,004 mg/l. L’eau souterraine provenant des calcaires jurassiques, en dehors de la zone d’influence des pollutions chimiques, ne contient pas de cyanure ni de phénol.

 

5.2.6.  Pénétration des pesticides de la surface du sol vers la nappe

 

              Les expériences sur la pénétration de pesticides dans la couche aquifere ont été  faites trois fois sur un modele (voir fig. 2), chaque fois sur un échantillon différent.

              Apres la préparation de l’échantillon, la surface du sol a été contaminée avec un produit technique Tritox comprenant: 1,5 % DDT, 0,5 % HCH et 2,0 % DMDT.

              La dose utilisée dans les expériences successives a été la suivante:

I - 10 g de Tritox

Il - 5 g de Tritox

III - 5 g de Tritcx

              L’infiltration a été simulée par une pluie artificielle sur la surface de l’échantillon. Elle était en moyenne de 50 dcm3/j (hauteur de l’échantillon 2 m), c’est-a-dire d’environ 300 dcm3/j par m2 de surface.

              Les analyses chromatographiques ont été faites sur les échantillons prélevés dans le filtrat ainsi que dans le sol a différentes profondeurs.

              Les résultats des analyses sont présentés dans les tableaux 10, 11, 12, 13, 14, ainsi que sur la fig. 10.

 

Fig. 10 - Courbes de quantités cumulées de lindane (gHCH) dans les filtrats (recherche sur modele)

 

              Il en résulte que parmi les trois pesticides choisis, seulement HCH se dilue et pénetre avec l’eau provenant de l’infiltration dans la couche aquifere ce qui concorde avec les observations de WEIL et QUENTIN (1970). Tandis que DDT et DMDT apparaissent dans le filtrat sporadique­ment et en quantités négligeables. Dans les échantillons on trouve également et mis a part le DDT, des métabolites DDD et DDE.

              Des quantités importantes de DDT et DMDT non dilué ont été trouvées dans la couche superficielle du sol (cf. tableaux 12, 13, 14). La pénétration de ces substances en profondeur peut etre expliquée par le transport des particules non diluées par l’eau d’infiltration.

              Les expériences en laboratoire ont été complétées par les expériences sur le terrain. Des échantillons ont été prélevés dans deux puits d’observation situés dans l’aire d’alimentation d’un captage de vallée. Dans l’échantillon prélevé dans le puits situé dans la prairie et a la profondeur de 1,5 - 2,5 m on a constaté l’absence de pesticides (DDT, DDE, DMDT, gHCH et HEOD).

              Tandis que dans le puits situé dans les champs de culture ou sont utilisés les produits de traitement agricole, l’eau prélevée a la profondeur de 2,5 a 4,5 m contenait:

DDT                        :            2,0 mg/l

p.p. DDE                  :            2,0 mg/l

DMDT                      :            0,8 mg/l

YHCH                       :            0,8 mg/l

 

5.3. Résultats des recherches hydrogéologiques

 

              La reconnaissance des conditions hydrogéologiques, surtout de la structure hydrogéologique, de la direction et de la dynamique des écoulements souterrains est d’une importance fondamentale dans la détermination des zones de protection des captages.

              Selon notre conception, les recherches ont été effectuées dans des conditions différentes, mais toutefois, principalement dans les zones de captage situées dans les vallées.

 

5.3.1. Reconnaissance de la structure hydrogéologique

 

              Les structures hydrogéologiques dans lesquelles ont été situés les captages d’eau étudiés, sont variées en fonction du degré de complexité géologique et du type de la nappe.

La fig. 11 présente une structure hydrogéologique de vallée simple avec ses directions d’écoulement des eaux.

La fig. 12 présente une structure complexe a caractere stratifié dont l’exemple est la vallée Pomorska.

 

Fig. 11  -  Schéma d'une structure simple et sens d'écoulement de l'eau

 

Fig. 12  -  Schéma de structure complexe et sens d'écoulement de l'eau

 

              Un caractere tout a fait différent représente la structure hydrogéologique du Jura Krakowsko - Czêstochowska (fig. 13). C’est une structure a blocs formée par des calcaires fissurés du Jurassique supérieur, caractérisée par des changements d’épaisseur dues a de nombreuses failles tectoniques.

 

Fig. 13 - Schéma d’une structure en blocs des calcaires et directions de circulation des eaux

                       

              Dans la vallée qui entaille la structure mésozoique des échanges intensifs se produisent et dans les conditions naturelles de nombreuses sources apparaissent, tandis que dans les conditions d’exploitation la riviere réalimente la nappe. Les affleurements des calcaires sont les lieux d’infiltration facile des eaux pluviales.

 

5.3.2. Aire d’alimentation et réseau hydrodynamique (fig. 14, 15, 16, 17)

 

              La principale source d’alimentation des captages exploités est l’infiltration des eaux superficielles et atmosphériques. Dans le systeme d’alimentation des captages considérés, on distingue trois sortes d’infiltration:

- infiltration subaérienne

- infiltration subaquatique

- infiltration artificielle.

 

Fig. 14  -  Captage de l'eau souterraine dans le cas d'une alimentation artificielle: schéma hydrodynamique

 

Fig. 15  -  Schéma de surface piézométrique dans les conditions normales d'écoulement

 

Fig. 16  -  Schéma de surface piézométrique dans les conditions d'exploitation limitée (1ere phase)

 

Fig.. 17  -  Prévision de la surface piézométrique en pleine exploitation (1ere et 2eme phase de captage)

 

              L’infiltration subaérienne peut se faire de maniere directe sur le lieu des affleurements des couches aquiferes ou indirecte sur l’aire des affleurements ayant une couverture superficielle perméable.

              La période de rétention de l’eau souterraine entre le lieu d’alimentation et le lieu de captage calculé pour une vallée est de l’ordre de 30 ans.

              L’infiltration subaquatique (induite) concerne l’alimentation des captages situés a proximité des cours d’eau et des réservoirs d’eau superficiels.

              Elle dépend du degré de colmatage du lit du cours d’eau ou du réservoir et de leurs débits. La qualité des eaux superficielles a une grande importance a cause d’un temps de parcours souterrain en général court.

              L’infiltration artificielle dépend du systeme d’exploitation adopté, elle peut se faire superficiellement par les bassins ou les tranchées ou souterrainement par les forages ou les galeries.

              La base pour évaluer l’aire d’alimentation d’un captage est une carte de la surface piézométrique.

 

5.4.          Exemples de la détermination des conditions de la protection des captages communaux

 

5.4.1. Protection biologique [résumé)

 

              La protection biologique des captages artificiels des eaux souterraines consiste a assurer le parcours de filtration nécessaire a l’auto épuration micro biologique (Ls), entre le réservoir d’eau superficiel et la zone de drainage des eaux (puits verticaux, galeries, etc.). La longueur du parcours nécessaire a l’auto épuration microbiologique peut se calculer suivant la formule:

                                                                Ls = vr . ts . a

(déduite de la relation:  L = v . t),

avec:        vr  = k · i / m = vitesse réelle de filtration
k = coefficient de filtration

i = gradient hydraulique

m = porosité effective

ts = temps d’auto épuration bactérienne (durée de vie des microorganismes dans le sol)

a = vm / vr = coefficient de retard de vitesse de pénétration des microorganismes par rapport a la vitesse réelle de l’eau souterraine

(en pratique on prend  a = 1/ 1,5

ou encore:           Ls  = (k · i · tw ) / m

ou tw = ts . a = temps d’écoulement de l’eau correspondant au temps d’auto épuration bactérienne. (Les chercheurs ont constaté que ce temps a approximativement une valeur constante de 20 jours).

Ainsi avec:  m = 0,25;  k = 100 m/j;  i = 0,01 et tw = 20 j
On obtient: Ls = 60 m

              Dans le cas de captage dans les calcaires fissurés, le probleme de la protection biologique est lié a la pollution chimique. Comme on a démontré dans le chapitre 5.1.4., le rayon de pollution par les microorganismes se superpose au rayon de pollution chimique qui est un support pour les bactéries.

              Ainsi, il n’y a pas de possibilité de déterminer la zone de protection biologique dans le cas d’un captage pollué chimiquement.

              Une solution partielle consiste a appliquer des moyens techniques de prévention comme:  traitement par l’ozone, création d’une batterie des puits drainants les eaux souterraines fortement polluées chimiquement.

 

5.4.2. Protection chimique (résumé)

 

              Le phénomene de la pollution chimique des eaux souterraines est un probleme complexe.

              Dans le cas des captages types des eaux souterraines, on commence par délimiter la zone d’alimentation et par définir les foyers de contamination.

              La protection chimique consiste donc a liquider ces foyers de pollution ainsi qu'a assurer les moyens de contrôle nécessaires en cas de pollution accidentelle. Le temps de parcours de l’eau souterraine, a partir de la zone d’alimentation ou a partir des foyers de pollution chimique se trouvant dans le rayon d’alimentation, nécessaire pour la mise en place des moyens d’intervention, peut se calculer a partir de la relation:

              tc = Lc / vr [j]

ou:  tc = Lc · m / k · i [j]

ou : Lc = distance (parcours de l’eau souterraine) entre le captage et la limite de la zone de protection chimique (en m)

           vr = k · i / m  [m/j]

              Le temps de parcours des eaux souterraines, dans la vallée étudiée, des versants jusqu’au captage (environ 4 km) est d’apres les calculs d’environ 3 ans.

              La limite de la zone de protection chimique a été conduite le long des versants qui limitent la couche aquifere (fig. 18)

 

Fig. 18 - Schéma des zones de protection d’un captage d’eau dans une ville

 

              En ce qui concerne les pollutions d’origine locale comme par exemple de fortes concentrations de fer, de manganese, de sulfates dans l’eau, la protection devrait consister a intervenir au niveau des conditions géochimiques du milieu et de leur stabilisation. Une forte pollution chimique de l’aquifere peut mener a la fermeture du captage.

              Dans le rayon du Jura Krakowsko - Czestochowska on constate que les moyens techniques de protection chimique sont insuffisants et qu’il faut envisager la fermeture du captage existant.

              Le probleme sera résolu par un déplacement de la zone de captage en dehors de la zone d’influence des foyers de contamination et par un drainage de protection et par l’utilisation du captage pour les besoins de l’industrie.

              Le schéma de l’alimentation du captage ainsi que de sa pollution chimique dans les conditions d’exploitation en 1970 est représenté par la fig. 19. La fig. 20 présente la prévision des conditions d’alimentation du nouveau captage.

 

Fig. 19  -  Schéma d'un captage communal d'alimentation en eau potable et zone de dispersion de la pollution chimique

 

Fig. 20  -  Prévision des conditions d'alimentation apres le déplacement de la zone de captage

 

5.4.3.   Protection des ressources

 

              La protection des ressources en eau des captages communaux doit etre considérée comme celle des sources d’alimentation, aussi elle est liée aux principes d’évaluation des ressources en eaux des eaux souterraines.

              Pour un captage d’eau souterraine alimentée artificiellement, la source d’alimentation est le réservoir superficiel : la protection des ressources d’un tel captage consiste en une garantie technique de la possibilité de prélevement des quantités suffisantes de l’eau pour l’infiltrer.

              Dans le cas des captages localisés dans des vallées, la protection des ressources consiste a déterminer les possibilités de l’alimentation du captage par les eaux de la riviere (réalimentation induite) et aussi en la reconnaissance des conditions hydrogéologiques et en la détermination des débits limites d’exploitation des eaux souterraines.

              La protection des ressources en eau souterraine dans une vallée se limite a interdire d’effectuer des prélevements supplémentaires dans la zone d’alimentation du captage protégé.

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