Les captages d'eaux souterraines, alimentent en partie les réseaux d'eau potable des communes de France. Ces captages (puits, forage?) se colmatent et perdent de leur capacité productive avec le temps. Le diagnostic des ouvrages permet de détecter les problèmes d'exploitation et de proposer au maître d'ouvrage des travaux de régénération ou de réhabilitation. La ville de Tours est très active dans ce domaine. Possédant une quarantaine de captage, la ville de Tours planifie régulièrement des diagnostics et des travaux. Le type de traitement (régénération ou réhabilitation) dépend du type d'ouvrage et du problème rencontré. Dans cet article, nous détaillerons plusieurs cas de diagnostic, régénération et réhabilitation réalisés pour la ville de Tours.
Tout réseau (eau potable et eaux usées) est constitué d’une source (production), de canalisations (transport) et d’utilisateurs (distribution). Le réseau d’alimentation en eau potable débute par la zone de production qui est, en France, constituée de captages en rivière et de captages d’eaux souterraines.
En général, les captages d’eaux souterraines, de par la réglementation (Code de l’Environnement) de plus en plus restrictive, sont de plus en plus rares à être autorisés.
Et en ville, la densité croissante du tissu urbain ou industriel constitue la difficulté majeure pour trouver des terrains où réaliser de nouveaux ouvrages.
Aussi, les administrations et les collectivités favorisent l’entretien du parc de forages existants, plutôt que la création de nouveaux captages. Cet entretien passe par plusieurs phases : diagnostic (dont font partie les inspections) et régénération ou réhabilitation.
Inspection, diagnostic et réhabilitation : l’intérêt
Le diagnostic régulier du captage (au moins une inspection vidéo, idéal avec un pompage d’essai) permet, comme la révision de votre véhicule, d’anticiper et/ou de détecter à temps des éventuels problèmes d’exploitation : colmatage des crépines, perte de débit, ensablement...
En fonction des résultats du diagnostic, des travaux plus ou moins légers peuvent être entrepris : régénération (la régénération permet souvent de retrouver les capacités de production initiales de l’ouvrage) ou réhabilitation (la réhabilitation est nécessaire quand l’ouvrage ne peut supporter plus de traitement ou menace de s’effondrer — tubage et crépines trop fragiles ou percées...).
Un entretien régulier ou la réhabilitation du cap-
L'usage augmente généralement la durée de vie du captage. Pour conserver un captage et la production qui en découle, il est nécessaire de ne pas attendre d'être au bord du précipice pour réagir, car trop souvent il est trop tard pour intervenir efficacement et il devient alors nécessaire de réaliser un nouveau captage.
De plus, l'arrêté du 11 septembre 2003 fixant les prescriptions générales applicables aux sondages, forages, création de puits ou d'ouvrage souterrain impose que les forages, puits, ouvrages souterrains utilisés pour la surveillance ou le prélèvement d'eau soient situés dans les périmètres de protection des captages destinés à l’alimentation humaine.
Les professionnels de l'eau préconisent des diagnostics et entretiens plus fréquents, en général tous les 4-5 ans. La fréquence peut diminuer ou augmenter, en fonction de l’aquifère capté et de son pouvoir colmatant, de l'âge et de l’équipement du captage, et bien sûr de son exploitation.
Le diagnostic est important quand aucune coupe ou document technique relatifs au captage n’existe. Le diagnostic (inspection vidéo, pompages, diagraphies…) permet de reconstituer la coupe du forage, avant un éventuel traitement ou un rebouchage de l'ouvrage et de déterminer ses capacités productives à un temps donné.
Pour la suite du présent article, seront exposés, à titre d’exemple, plusieurs types d'inspection, diagnostic, régénération et réhabilitation réalisés par la ville de Tours sur ses captages (diagnostic et traitement d'un puits à drains, réhabilitation d'un puits à filtre Cuau et inspection des captages et de la galerie de l’île aux Vaches). En effet, la ville de Tours est un modèle dans son genre, car, grâce à la prévention, l’exploitation de ses captages est maîtrisée. La ville de Tours réalise un diagnostic et un entretien régulier de ses captages, notamment quand le débit de l'ouvrage diminue mais qu'il reste suffisant pour couvrir leurs besoins. Par ailleurs, elle demande aux entreprises adjudicataires des marchés de création d’ouvrages de réaliser inspection vidéo et pompages pour la réception de l'ouvrage. Ainsi, elle connaît l’état initial (état de l’équipement et capacité de production) de l’ouvrage.
L’alimentation en eau potable de la ville de Tours
Description de la ville de Tours
L'alimentation en eau potable de la population (environ 110 000 habitants) est gérée par la Ville (en régie municipale) et par le Syndicat Intercommunal des 3 S pour les quartiers de Sainte-Radegonde et Saint-Symphorien. Le Service de l'eau assure l’entretien de 45 bassins et fontaines à Tours, des barrages sur le Cher, des stations de pompage de l'eau brute et du poste de crues de Bouzignac, au-delà de la production (10,4 millions de m³ d’eau chaque année), du stockage et de la distribution de l’eau (19 500 compteurs principaux).
Tours peut ainsi s'enorgueillir de proposer à la population une eau de qualité irréprochable, à un des coûts les plus bas de France (environ 2,25 € TTC par m³ dont 0,76 € TTC pour l'eau).
Par ailleurs, la Ville s'est engagée dans un renouvellement systématique des branchements en plomb, dans la rénovation progressive du réseau d’eau potable (5 km de réseau d’alimentation), dans la réhabilitation des ouvrages existants et la réalisation de nouveaux captages sur l'île Aucard pour augmenter la capacité de production. Précisons enfin que le traitement des eaux usées est géré par la Communauté d'agglomération Tours Plus, notamment grâce à la station d’épuration intercommunale de la Grange David qui a fait l'objet de grands travaux d'extension et de mise aux normes.
La production d’eau potable
La situation de la production d'eau potable de la ville de Tours est particulière. En effet, elle exploite quasiment une seule ressource en eau, les alluvions de la Loire, mais par différents moyens de captage répartis sur plusieurs îles : 4 puits à filtre Cuau, 6 puits à drains, 10 puits réhabilités sur l’île Aucard et un système unique en France de puits de réalimentation alimentant une galerie sur l’île aux Vaches (localisation des îles en figure n° 1). Les eaux brutes sont dirigées vers une station de traitement qui abaisse les teneurs élevées en manganèse (paramètre intrinsèque de la nappe des alluvions de la Loire) à un seuil compatible avec l’alimentation en eau potable (< 50 µg/l).
Aucun autre traitement, à l'exception d'une chloration de l'eau dans le réseau, n’est appliqué.
car les eaux de la Loire sont filtrées naturellement par les alluvions.
Quelques forages profonds au Cénomanien assurent une solution de secours.
Puits à drains rayonnants n° 11 sur l’île Aucard : exemple de diagnostic et de régénération
Le puits à drains n° 11, créé en 1983, est situé le long de la rive gauche de l’île Aucard, au bord du bras majeur de la Loire. D’une profondeur utile de 11,4 m/sol, il est constitué (figures n° 2 et 3) d'un cuvelage en béton de 3 m de diamètre et de cinq
drains rayonnants : trois en acier abandonnés et deux en acier inoxydable plus récents foncés dans les alluvions de la Loire juste au-dessus du substratum. À l’origine, il était exploité à un débit de 400 m³/h avec les trois drains aciers. En 2003, les capacités d’exploitation étaient de 50 m³/h avec les 5 drains ouverts.
Début 2005, l’entreprise Sondalp Tours est intervenue pour réaliser un diagnostic complet des deux drains inox et des travaux de régénération de ces drains. Le programme des travaux a été le suivant :
- * inspection vidéo et pompages avant traitement ;
- * définition du traitement approprié ;
- * 1re injection d’une solution d’acide, rinçage (photo n° 1), neutralisation des excès d’acide et brossage ;
- * inspection vidéo (photo n° 2) ;
- * 2e injection d’une solution d’acide, rinçage, neutralisation des excès d’acide ;
- * inspection vidéo et pompages après traitement.
La première inspection vidéo a permis de déterminer l’état des ouvertures (photo n° 3 : ouvertures invisibles, colmatées par hydroxydes de fer, manganèse et colonies bactériennes) et les pompages avant traitement de définir un état initial des capacités de production des drains et de l’ouvrage. En effet, il est nécessaire de faire un bon diagnostic en amont des travaux pour préciser ou améliorer le programme de traitements.
Les inspections vidéo suivantes (photo n° 4 : crépines propres avec quelques traces résiduelles du colmatage ; photo n° 5 : drain très
Les puits à filtre Cuau se colmatent plus ou moins avec le temps. Le colmatage peut être traité par injection d'une solution acide. Or cette méthode, la plus efficace, ne peut être appliquée au puits à filtre Cuau, car l’acide détruirait le cuvelage en ciment et le puits s’effondrerait. Aussi, les puits à filtre Cuau ne peuvent être régénérés chimiquement et ils doivent faire l'objet d'une réhabilitation complète.
Les pompages après traitement permettent de comparer ces résultats avec ceux obtenus avant traitement (figure n° 4) et d'observer l'efficacité des traitements. Les résultats des inspections et des pompages ont mis en évidence l’efficacité des traitements, puisque les crépines sont propres et que le puits peut être exploité jusqu’à un débit de 200 m³/h avec seulement 2 drains (au lieu de 50 m³/h avec 5 drains).
Les puits à filtre Cuau : exemple de réhabilitation
Plusieurs puits à filtre Cuau ont été réalisés dans les années 1960-1970 par l’entreprise Huillet. Comme tous les captages de l’île Aucard, ils captent la nappe des alluvions de la Loire.
Ces puits ont été réalisés selon la méthode de M. Cuau. Ils sont constitués d'un cuvelage en ciment en tête de diamètre 2 m et d'une tour en amiante-ciment de diamètre 800 mm de faible épaisseur (3 cm environ) percée d’ouvertures circulaires de 2 cm de diamètre dans la partie basse de l’ouvrage. La face externe de cette tour est équipée de filtre anti-sable en plastique (Bakélite) en forme de peigne.
Des graviers calibrés ont été apportés en périphérie de ce dispositif entre la tour et les alluvions naturelles.
La méthode de réhabilitation, décrite ci-après, est appliquée ici car le colmatage est biologique et à proximité immédiate des crépines : mise en place d’une colonne provisoire en acier (trousse coupante) à l'intérieur du cuvelage de tête du puits.
Une benne est descendue dans la colonne provisoire.
En détruisant la partie crépinée et en remontant, à l’aide d’une benne, les déblais sont évacués.
La colonne provisoire descend sous son propre poids. Une fois le filtre Cuau et les alluvions retirés, une crépine en acier inoxydable à fil enroulé de type « Johnson » de diamètre 500 mm (avec des piézomètres en PVC) est mise en place.
Le massif filtrant est mis au fur et à mesure que la colonne provisoire est retirée. Les piézomètres PVC permettront à terme de décolmater le massif filtrant par injection d’acide depuis l’extérieur vers l'intérieur.
Dès que la réhabilitation de l’ouvrage est achevée, il est pompé pour le nettoyer et pour déterminer ses nouvelles capacités de production. En général, on retrouve une production proche du débit initial.
Particularité de l’Ile aux Vaches : unique en France
La ville de Tours possède dans son parc de production d’eau potable une particularité, unique en France : un système de galeries et de puits de réalimentation situé sur l'île aux Vaches.
Le supplément à l’Espoir du 31 mars 1973 retrace l’historique des travaux sur l'île aux
Vaches :
« Dès 1968, sous la direction de l’ingénieur en chef de la ville, M. Cornu, une campagne de sondages exploratoires est entreprise dans l’île de Rochecorbon près de l’île des Buteaux. Elle est décevante et de nouveaux sondages sont engagés dans l’île aux Vaches… Ils révèlent un excellent site aquifère. Les premiers essais de débit fixent à environ 24 000 m³/j les possibilités de cette réserve en première étape d’exploitation. En 1969, la municipalité décide de forer les puits d’exploitation et les travaux (photo n° 12 accès depuis rive droite de la Loire au chantier) sont exécutés en 1970 et 1971 par l’entreprise Huillet, adjudicataire. »
Le premier puits, d’un diamètre intérieur de 14 mètres, avec paroi filtrante et deux filtres Cuau antisable descendus dans le rocher, est foré dès juin 1970 à l’aide d’une trousse coupante de 8 tonnes et d’un diamètre extérieur de 16 mètres (photo n° 13), le bétonnage du puits étant réalisé et descendu par havage. Au centre de l’ouvrage, un puits de 1,5 m de diamètre est foré jusqu’à 20 m de profondeur. Un second puits identique au premier est réalisé à l’amont en 1971.
Entre ces deux ouvrages, une galerie de jonction de 265 mètres de long, de 1,8 m de hauteur sur 1 m de largeur, est creusée au marteau piqueur dans le substratum rocheux (photo n° 14). Le travail est exécuté à partir de puits d’extraction de 2 mètres de diamètre placés dans un cuvelage étanche entre les deux puits.
Pour alimenter le réseau, une conduite de 0,5 m de diamètre et de 2,7 km de longueur est posée le long du quai nord de la Loire. Elle est reliée aux deux puits de l’île par une canalisation de 200 m lancée en un seul tronçon en travers du lit du fleuve. Cette conduite et les deux conduites parallèles… ont été lancées par flottaison, puis coulées jusque dans une tranchée subaquatique de 4 m de profondeur… ».
Entre ces deux puits, d’autres plus petits ont été créés. Ils sont équipés en tête d’un cuvelage en 800 mm (filtre Cuau) au droit des alluvions et sont en trou nu jusqu’à la galerie.
Les deux figures n° 5 et 6 illustrent l’implantation des puits et des galeries sur l’île aux Vaches et une coupe transversale partielle de l’île.
Les puits de réalimentation captent donc la nappe des alluvions de la Loire et alimentent la galerie, creusée dans la craie sous-jacente, normalement aquifère mais ici très peu, car peu fissurée.
Un des puits n’aboutit pas dans la galerie et participe à la production d’eau par siphonnage : un tuyau permet la connexion entre ce puits et le puits voisin, qui lui est en communication avec la galerie.
Les galeries immergées et deux puits de réalimentation ont été inspectés par des plongeurs de Setif en août 2004. Le groupe Archambault Conseil est intervenu en août 2005 pour inspecter 16 puits de l’île aux Vaches.
Les inspections vidéos ont montré que :
- des racines rentrent dans le cuvelage par le biais des raccords de cuvelage ;
- les parties captantes sont constituées de filtre Cuau disposés à l’extrados d’un tube percé de trous ronds, plus ou moins colmatés (photo n° 15).
- • les ouvrages sont crépinés sur une hauteur de 0,84 m;
- • tous les ouvrages, sauf trois, sont connectés à une galerie (photo n° 16 : vue d’ensemble crépine et trou nu vers la galerie);
- • deux ouvrages sont équipés d’un siphon, qui permet de solliciter l’aquifère au droit du puits B 6, qui n’est pas connecté à la galerie;
- • la hauteur de la galerie (photo n° 17) est comprise entre 1,2 et 2,2 m selon l’épaisseur du remblai.
Ces ouvrages, vieux de 35 ans, présentent quelques défauts (présence de racines, crépines plus ou moins colmatées…). Aussi, la ville de Tours va lancer un vaste programme de réhabilitation en 2007 - 2008 de ces puits. La partie supérieure de ces captages sera réhabilitée, comme détaillé dans le chapitre précédent et sera équipée en crépine à fil enroulé de diamètre 500 mm.
Les autres foragesde la ville de Tours
En plus des captages destinés à l’alimentation humaine, le Service des Eaux de la ville de Tours assure une mission de maîtrise d’œuvre dans le domaine des forages nécessaires pour l’entretien des bassins, fontaines et jardins de la ville.
Ainsi, en 2004, le Service des Parcs et Jardins souhaitait connaître l’état actuel de leurs forages réalisés en 1987 et situés à proximité des serres du Jardin Botanique. Ces forages étaient destinés à l’origine à un projet de chauffage des serres par un système de pompe à chaleur eau - eau. Celui-ci n’ayant pas été mené à terme, les forages n’ont jamais été exploités pour cette fonction.
Cependant, la ville de Tours a fait réaliser le diagnostic de ces deux ouvrages pour envisager un usage d’arrosage.
Seules les caractéristiques du forage Sud seront détaillées ci-dessous, dont la coupe géologique et technique en figure n° 7.
Ce forage, équipé en PVC de diamètre 205 x 225 mm, sollicite la nappe de la craie turonienne, ici aquifère.
Pour connaître son état actuel, le forage a donc fait l’objet d’une inspection vidéo, d’un pompage par paliers et d’un pompage continu.
À titre de comparaison, en 1987 le débit spécifique (débit que peut donner le forage pour un rabattement de 1 m) était de 2,04 m³/h/m et en 2005 le débit spécifique est de 1,99 m³/h/m pour un débit similaire (environ 34 m³/h).
Aussi, on peut observer que les capacités de production du forage n’ont guère diminué dans le temps, mais que l’absence
d’exploitation a entraîné un colmatage très important des crépines (photo n° 18). Aussi, avant sa mise en exploitation, il est prévu de réaliser un nettoyage du forage et de tenter de retrouver son aspect initial (exemple en photo n° 19).
De même, on peut illustrer ci-dessous l’efficacité d’un traitement chimique et mécanique appliqué à un forage équipé en crépine à fil enroulé, comme ceux au Cénomanien ou les puits à filtre Cuau réhabilités. Avant
traitement, l’inspection vidéo (photo n° 20) avait montré que les crépines étaient très difficilement visibles et totalement colmatées. Après traitement, les crépines sont parfaitement ouvertes et le massif filtrant visible derrière les ouvertures (photos n° 21 et 22).
Touraine : pôle de compétence en eau ?
On sait que l’administration française incite à réhabiliter les ouvrages plutôt qu’à en construire des nouveaux.
Dans ce sens, la ville de Tours exploite de manière raisonnée et préventive l’ensemble de ses captages, et réalise un diagnostic et entretien régulier de ses ouvrages. De nombreuses collectivités devraient prendre exemple sur cette commune, car, trop souvent, les bureaux d’études et entreprises spécialisés arrivent trop tard pour traiter efficacement les défauts.
La ville de Tours, sensible aux problèmes liés à l’eau, prépare l’organisation d’un congrès sur le thème « Tours, capitale mondiale de l’eau ». Et dans son projet de développement 2010 de la CCI de Touraine, son Président souhaite un futur où l’eau est une ressource à préserver et à valoriser.
De fait, le territoire de la Touraine est riche d’entreprises reconnues pour leur expertise de l’eau : trois sociétés d’affermage (Générale des Eaux, SAUR et Lyonnaise des Eaux), deux entreprises de forage (Sade et Sondalp) adhérentes au Syndicat des Foreurs d’Eau parmi les quelques rares entreprises françaises (Cofor, SRCE…) qui ont les compétences pour intervenir sur ou réaliser les ouvrages de la ville de Tours, et de nombreux bureaux d’études spécialisés dans les eaux souterraines et les captages (dont Archambault Conseil…) ont leur base en Touraine.
Toutes ces compétences réunies permettent d’assurer une gestion des eaux plus pertinente et mieux sécurisée. La fiabilité et la longévité des ouvrages de captage en sont accrues et les maîtres d’ouvrage et leurs usagers en sont les premiers bénéficiaires.
