Fonctionnement de l’hydro-système, interactions et cheminements des eaux naturelles et de la n-nitrosomorpholine dans le secteur de la Faille de Lillebonne – Fécamp (76)

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Contexte

En 2012, la présence d’une molécule de la famille des nitrosamines (n-nitrosomorpholine i.e. NMOR) a été décelée dans la nappe souterraine qui alimente en eau potable les villes de Bolbec et de Gruchet-le-Valasse. Un plan de surveillance a été mis en place sous l’impulsion de l’ARS, assuré par différents acteurs. Ceci a rapidement permis de mettre en évidence l’étendue plus importante que prévu initialement de la pollution et, en particulier, son caractère très inhabituel ; en effet, des captages situés de part et d’autre de la ville de Bolbec (Yport et vallée du Commerce) étaient contaminés par la pollution, indiquant que celle-ci avait migré à la fois vers le nord-ouest et vers le sud-est du département.
Cette dispersion de la pollution mettait ainsi en évidence la complexité des cheminements souterrains et superficiels, et plus généralement du fonctionnement de l’hydro-système de la Craie   dans le secteur de Bolbec.

Situation et contexte structural de la zone d'étude sur la bordure ouest du Bassin de Paris (sources : carte géologique de la France à 1/1.000.000 (BRGM), carte géologique de la France à 1/250.000, feuille de Rouen (BRGM), carte géologique de la marge continentale de la France à 1/250.000 (BRGM), cartes géologiques de la France à 1/50.000 (feuilles de Bolbec et Fécamp) (BRGM), Hauchard et al., 2002)) (figure extraite du rapport BRGM/RP-67087-FR) -  voir en grand cette image"
Situation et contexte structural de la zone d’étude sur la bordure ouest du Bassin de Paris (sources : carte géologique de la France à 1/1.000.000 (BRGM), carte géologique de la France à 1/250.000, feuille de Rouen (BRGM), carte géologique de la marge continentale de la France à 1/250.000 (BRGM), cartes géologiques de la France à 1/50.000 (feuilles de Bolbec et Fécamp) (BRGM), Hauchard et al., 2002)) (figure extraite du rapport BRGM/RP-67087-FR)

Objectifs

Face à la persistance de la pollution dans le milieu naturel, le groupe technique de suivi de la pollution a décidé de lancer une étude visant à mieux comprendre comment fonctionne l’hydro-système de la craie   (nappe + rivières) dans le secteur de Bolbec et en aval, de manière à pouvoir mieux appréhender les cheminements possibles que peuvent emprunter la MOR et la NMOR dans leur migration vers les captages AEP, afin ensuite d’avoir les éléments nécessaires pour mettre en place les mesures du suivi et de protection nécessaires les plus adaptées.
L’étude a été confiée au BRGM.

Méthodologie

Pour mettre en évidence les différentes voies de transferts potentielles des foyers de pollution vers les captages, l’étude a été décomposée en 2 phases.

La première phase de l’étude a consisté à (1) synthétiser et analyser les données géologiques existantes et (2) mettre en œuvre des investigations géophysiques et géologiques visant à mieux comprendre la structure et la nature du sous-sol au sein duquel l’eau contaminée circule. Cette première phase de l’étude a fait l’objet du rapport BRGM/RP-67087-FR en mai 2019.

La seconde phase de l’étude, a notamment consisté à réaliser les investigations de terrain suivantes :

  • Investigations géologiques complémentaires et mise en œuvre d’un réseau de piézo-qualitomètres,
  • Investigations hydrologiques et hydrogéologiques (mesures piézométriques, jaugeages de sources et de rivières, nivellement des lignes d’eau des rivières, …).
  • et à synthétiser l’ensemble des données des deux phases. Cette seconde phase de l’étude a fait l’objet du rapport BRGM/ RP-69139-FR en novembre 2020.

Principaux résultats

Phase 1 : Ces investigations géophysiques et géologiques ont permis d’améliorer notre connaissance du contexte géologique et structural entre Mirville au nord et Lillebonne au sud, et particulièrement dans le secteur de Bolbec. Ainsi, la corrélation des données géologiques et géophysiques a permis de proposer un nouveau schéma structural, qui met notamment en évidence :

  • la structure en « faisceau » de la structure de Fécamp-Lillebonne, qui délimite des blocs parfois basculés ;
  • la présence d’une structure antiforme faillée calée sur le bord nord-est surélevé de la structure, axée N150°, à l’origine de la remontée en sub-surface des formations de la base du Crétacé supérieur et du Crétacé inférieur ;
  • la présence de structures en « graben », orientées NE-SO et axées sur les vallons de la Fontaine Palfray et de Bolbec. Ces investigations ont ainsi mis évidence des structures jusqu’alors inconnues qui compartimentent le sous-sol du secteur de Bolbec et conditionne fortement les écoulements des eaux souterraines.
    coupe géologique du vallon de Bolbec (figure extraite du rapport BRGM/RP-69139-FR) -  voir en grand cette image"
    coupe géologique du vallon de Bolbec (figure extraite du rapport BRGM/RP-69139-FR)

Phase 2  : Cette seconde phase d’investigation terrain, ainsi que les relevés terrain menés de manière parallèle par Ragot (Ragot 2020) ont mis en évidence un système faillé complexe dont la géométrie évolue dans l’espace. Chacune de ces structures faillées peut jouer le rôle de drain pour les écoulements, d’autant plus lorsqu’elles traversent les formations carbonatées au sein desquelles la dissolution va agrandir les fractures et accentuer par karstification le rôle de drain. L’analyse croisée des données hydrodynamiques acquises (cartes piézométriques, cartes des lignes d’eau, campagnes de jaugeage), des résultats des sondages géologiques ainsi que d’autres observations hydrogéologiques (artésianisme, résultats d’essais de pompage résultats d’essais de traçage, …) ont permis de caractériser les relations nappes/rivières et de mettre en évidence des zones de pertes en rivière au niveau des systèmes faillés. L’exploitation ensuite des données du suivi de la pollution en MOR et NMOR a permis de conforter le fonctionnement de l’hydrosystème associé au système faillé Fécamp-Lillebonne.

Carte piézométrique 2019 du bassin versant du Commerce (figure extraite du rapport BRGM/RP-69139-FR)"
Carte piézométrique 2019 du bassin versant du Commerce (figure extraite du rapport BRGM/RP-69139-FR)


Synthèse des résultats interprétés des mesures de qualification et quantification des relations nappes rivières d'après les jaugeages et nivellements de 2017, 2018 et 2019 (figure extraite du rapport BRGM/RP-69139-FR) -  voir en grand cette image"
Synthèse des résultats interprétés des mesures de qualification et quantification des relations nappes rivières d’après les jaugeages et nivellements de 2017, 2018 et 2019 (figure extraite du rapport BRGM/RP-69139-FR)

Une synthèse des différentes voies de transfert et du cheminement de la pollution en MOR/NMOR a été établie en prenant en compte à la fois les écoulements matriciels (définis par l’interprétation des cartes piézométrique  ) mais également les circulations fissurales et karstiques (mise en évidence par la cartographie du système faillé, les résultats des expériences de traçage, l’analyse des résultats du suivi de la pollution, …).

Coupes longitudinales du Commerce amont : Localisation et quantification des zones de gains et de pertes en rivière (en pourcentage des gains et pertes totales enregistrés sur le Commerce amont (des sources au centre ville de Bolbec) - Comparaison des campagnes de jaugeage de 2017, 2018 et 2019 et des campagnes de nivellement de la nappe et de la rivière de 2017 et 2019 (figure extraite du rapport BRGM/RP-69139-FR) -  voir en grand cette image"
Coupes longitudinales du Commerce amont : Localisation et quantification des zones de gains et de pertes en rivière (en pourcentage des gains et pertes totales enregistrés sur le Commerce amont (des sources au centre ville de Bolbec) - Comparaison des campagnes de jaugeage de 2017, 2018 et 2019 et des campagnes de nivellement de la nappe et de la rivière de 2017 et 2019 (figure extraite du rapport BRGM/RP-69139-FR)

Perspectives

Sur la base de ces nouveaux éléments de connaissance, des recommandations ont pu être établies concernant les mesures adaptées à mettre en place pour protéger les captages AEP et pour optimiser le suivi de l’évolution de la pollution.

 Carte de synthèse simplifiée des directions d'écoulements matricielles, karstiques et fissurales supposées (figure extraite du rapport BRGM/RP-69139-FR)"
Carte de synthèse simplifiée des directions d’écoulements matricielles, karstiques et fissurales supposées (figure extraite du rapport BRGM/RP-69139-FR)

Pour en savoir plus :

Rapport phase 1 : BRGM/RP-67087-FR en mai 2019 : http://infoterre.brgm.fr/rapports//RP-67087-FR.pdf

Rapport de phase 2 BRGM/ RP-69139-FR en novembre 2020 : http://infoterre.brgm.fr/rapports//RP-69139-FR.pdf

Communication au 22es journées techniques du Comité Français d’Hydrogéologie de l’Association Internationale des Hydrogéologues. « Hydrogéologie de la craie » Le Havre, mai 2018 : https://hal-brgm.archives-ouvertes.fr/hal-02262164/document

Bibliographie :

David, Pierre-Yann ; Meire, Baptiste ; Pennequin, Didier ; Jallais, Nolwenn ; Bault, Violaine ; Idee, Erwan ; Albinet, Rémi ; Belbeze, Stéphane ; Ragot J. (2020) - Fonctionnement de l’hydro-système, interactions et cheminements des eaux naturelles et de la n-nitrosomorpholine dans le secteur de la Faille de Lillebonne – Fécamp (76) – Volet hydrogéologique - Rapport final . BRGM/RP-69139-FR, 443 p., 14 annexes, 1 volume s

Meire, Baptiste ; Portal, Angélie ; Jacob, Thomas ; Paquet, Fabien ; Bitri, Adnand ; Mathieu, Francis ; David, Pierre-Yann (2019) - Fonctionnement de l’hydro-système, interactions et cheminements des eaux naturelles et de la n-nitrosomorpholine dans le secteur de la Faille de Lillebonne - Fécamp (76) - Volet géologique et géophysique. Rapport final. BRGM/RP-67087-FR, 175 p.

Baptiste Meire, Pierre-Yann David, Thomas Jacob, Angélie Portal, Fabien Paquet, et al.. Détail d’une structure régionale majeure par méthodes géophysiques combinées - cas de la faille de Fécamp-Lillebonne (Seine-Maritime, France). 22es journées techniques du Comité Français d’Hydrogéologie de l’Association Internationale des Hydrogéologues, May 2018, Le Havre, France. ⟨hal-02262164⟩

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Etude de l’hydrosystème associé à la faille Fécamp-Lillebonne (76)

  • Cible : Expert Fonctionnement de l’hydro-système, interactions et cheminements des eaux naturelles et de la n-nitrosomorpholine dans le secteur de la Faille de Lillebonne – Fécamp (76)