Rôle de la géophysique par méthode électrique appliquée à la prospection

Les méthodes de prospection électrique appliquée en recherche hydrogéologique en milieu fissuré sont très efficaces si elles arrivent en complément d’études de fracturation par photo aérienne ou images satellites, géomorphologie, etc. Notre Société, sous les initiatives et travaux de Michèle Brion, a orienté ses efforts vers la recherche d’une méthode d’investigation pluridirectionnelle, dans le but de lier l’anisotropie électrique du milieu à la fracturation. En combinant les dispositifs de mesures traditionnelles (sondage électrique, profil de résistivité) à des dispositifs d’investigation pluridirectionnelle (dispositif carré, carte de potentiel), nous avons élaboré une méthodologie bien adaptée aux problèmes de l’hydrogéologie des milieux fissurés.

I ‑ MÉTHODES D'INVESTIGATIONS PLURIDIRECTIONNELLES

Les méthodes d’investigations traditionnelles utilisent quatre électrodes : deux électrodes A et B servant à injecter un courant d’intensité I (mA) dans le sol et deux électrodes M et N servant à mesurer la différence de potentiel ΔV (mV) créée par le passage de I dans le sol.

De ces valeurs, nous calculons une résistivité apparente :

ρa = K ΔV / I

K étant un coefficient dépendant des caractéristiques géométriques du dispositif.

Les méthodes d’investigations pluridirectionnelles feront intervenir le même nombre d’électrodes, ainsi que le même appareillage de mesures.

rents dispositifs pluridirectionnels que nous avons étudiés, nous n’en utilisons que deux :

1 — Dispositif CARRÉ

Ce dispositif se compose de quatre électrodes : deux électrodes de courant A et B et deux électrodes de potentiel M et N.

Ces électrodes sont disposées en carré AB = BM = MN = NA = « a ». « a » définit les dimensions du dispositif. En augmentant progressivement « a », nous pouvons réaliser un sondage électrique carré permettant une exploration verticale.

En milieu anisotrope, nous effectuons un dispositif carré croisé qui est décrit à la figure 1. Les valeurs obtenues pour chaque position d’un groupe d’électrodes sont reportées sur des axes ayant la direction de AB pour laquelle la mesure a été effectuée.

Des exemples de diagrammes obtenus en Haute-Volta sont donnés sur la même figure. Ces diagrammes mettent bien en évidence l’anisotropie du milieu étudié.

2 — Carte de potentiel ou mise à la masse

Ce dispositif est très largement décrit dans la littérature des géophysiciens. Nous rappellerons que pour effectuer une carte de potentiel ou une mise à la masse, le courant I est injecté en un point A. Le potentiel est mesuré en des points M situés sur des cercles de rayon r. Les deux autres électrodes B et N sont placées à l’infini. La figure 2 montre un exemple de mise à la masse, ainsi qu’un diagramme de dispositif carré obtenu à la source de Fontcarel.

II — EXEMPLES D’UTILISATION DU COMPORTEMENT ANISOTROPE APPLIQUÉ À LA RECHERCHE HYDROGÉOLOGIQUE EN MILIEU FRACTURÉ

Rôle de la géophysique

Dans les études que nous menons, la campagne de géophysique intervient généralement au terme d’une étude sur photo aérienne. L’étude de celle-ci permet d’analyser un certain nombre de paramètres (géomorphologie, fracturation : direction, longueur...) et de sélectionner un certain nombre de cibles à étudier. Le rôle du géophysicien est alors de confirmer ou infirmer les conclusions de la photo-interprétation, et notamment celles concernant la fracturation, et de donner sur le terrain une position précise des fractures et de leurs points d’intersection.

En dehors de ces deux aspects, on demande à la campagne géophysique d’être efficace ; cette efficacité doit se retrouver à tous les niveaux de l’étude : au moment de la réalisation des mesures et au stade de l’interprétation.

Pour répondre à ces critères, notre choix s’est porté sur l’utilisation des méthodes électriques. Ces méthodes ont en effet de nombreux avantages : elles sont peu coûteuses, rapides et de mise en œuvre simple. En outre, l’interprétation des résultats ne nécessite pas de gros moyens informatiques ; elle peut être effectuée immédiatement sur le terrain après chaque mesure, avant de quitter le site.

Par ailleurs, la prospection électrique offre au géophysicien, en un seul équipement, tout un lot de possibilités d’investigations :

• — investigation verticale sous forme de sondages,
• — investigation horizontale sous forme de profils avec la possibilité d’adapter la longueur du dispositif à la profondeur souhaitée,
• — investigation pluridirectionnelle à l’aide du dispositif carré avec également un choix de dimensions pour les profondeurs recherchées.

Exemples d’application

Une géophysique de détail telle que nous la pratiquons ne peut être réalisée que sur des surfaces réduites (100 m × 100 m environ). Ces surfaces baptisées cibles sont choisies par l’hydrogéologue. Il est évident que chaque cible ne sera pas explorée entièrement dans le détail, car à l’aide de deux opérations simples et rapides (environ deux heures), nous pourrons décider si l’investigation de détail devra être réalisée ou non. Seules les cibles dignes d’intérêt seront ainsi étudiées de façon approfondie. Cette étude demande en général une à deux journées de mesures, sa durée étant dans la plupart des cas liée aux accès et aux déplacements sur le terrain.

Problème du nœud de fracture — cas simple

L’hydrogéologue (Géohydraulique), à l’aide de photos aériennes, avait mis en évidence une fracture kilométrique, recoupée par une fracture secondaire difficilement repérable sur le terrain. Conditions géologiques : calcaire.

Nous avons réalisé la manipulation suivante :

• — perpendiculairement à la fracture kilométrique (figure 3), nous avons effectué deux profils parallèles P1 et P2 avec AB = 300 m, MN = 10 m, pas de mesure 5 m. Ces deux profils font apparaître un axe très conducteur,
• — exactement sur cet axe, et suivant sa direction, nous effectuons un profil P3 ayant les mêmes ca

Nous aurions pu arrêter l'étude à ce niveau, mais nous avons essayé sur le nœud un nouveau profil P4, parallèle à P1 et P2, de mêmes caractéristiques, mais avec un pas de mesure de un mètre. La précision des résultats nous dispense de tous commentaires (durée de l’étude : un jour).

Utilisation du dispositif carré-Kamboinse (Haute-Volta)

Ce site expérimental de l'Ecole Inter-Etats de Ouagadougou nous permet de comparer sur trois emplacements de forages, les résultats obtenus avec un profil de résistivité apparente passant par ces forages et des dispositifs « carré » (figure 4). Conditions géologiques : substratum granitique fissuré.

On constate que le forage F1 se trouve dans un couloir de faible valeur de résistivité apparente. Dans ce couloir, c’est au point C4 que la résistivité apparente est la plus faible : 140 Ωm, mais c’est le carré C1 qui a le meilleur coefficient d’anisotropie. Les deux dispositifs « carré » C1-C4 donnent également l’orientation du couloir N 60 gr et peuvent orienter les prochaines études.

Les forages F2, F3 sont à l'extérieur du couloir, sur une zone de résistivité apparente plus forte. Ce que nous constatons également à l'aide des dispositifs « carré » C2 et C3, mais ceux-ci donnent en plus l’orientation de la fissuration sur ces points N 00 et N 20 gr.

Ces résultats sont conformes au débit des forages.

Dispositif carré et profils — Le Montet (Allier)

Cette région de socle granitique a vu l’échec de nombreuses tentatives d'implantation de forages. Notre campagne de mesures complète l’étude hydrogéologique de Géohydraulique. La figure 5 donne les résultats obtenus au site 12 sur lequel ont été implantés nos différents dispositifs.

La première carte de résistivité apparente tracée à partir des profils P37, P36, P38 et P39 orientés N 50, N 250 gr, montre que les forages sont implantés sur l’anomalie la plus résistante (400 Ωm). La deuxième carte tracée à partir des profils P40 et P41 orientés N 170, N 350 gr, montre que ces deux forages sont placés sur une anomalie conductrice, recoupant l'anomalie résistante de la première carte.

Cet exemple illustre l’importance de l’orientation des dispositifs de mesures et montre l’intérêt d’acquérir une information suivant deux directions.

Carte de potentiel et profils ; sources de l’Estagnol

La source de l’Estagnol étant à sec au moment de notre intervention (condition géologique : calcaire), nous avons effectué une carte de potentiel (figure 6). Le dia-

gramme obtenu à l'aide de cette méthode nous signale une importante déformation au sud du point A.

Les profils de résistivité apparente mis en place sur ce site ont permis de retrouver la cause de cette déformation : il s’agit d’une anomalie conductrice très localisée rencontrée aux profils P10 et P14 ; un forage implanté sur cette anomalie s'est avéré positif avec un débit de 100 m³/h. Toujours sur ce site, un deuxième forage a été implanté sur l’anomalie « b » du profil P13, le débit est de 100 m³/h.

CONCLUSION

En région d’aquifères discontinus, nous avons montré qu’une étude géophysique sera une aide très efficace pour l’hydrogéologue chargé d’implanter un forage. Si nous prenons quelques précautions concernant l’anisotropie du milieu étudié, cette étude géophysique peut être effectuée à l'aide de prospection électrique. Les résultats obtenus seront d’autant plus performants que la prospection géophysique arrivera en complément d'une étude par photo aérienne et par géomorphologie.

La géophysique ne doit plus être considérée comme une méthode chère ; elle ne représente que 10 à 15 % environ du coût d’un forage de 50 m de profondeur en milieu granitique.

Assainissement autonome

Une expérience pilote à Amfreville-la-Campagne

Assainir les communes où l'habitat est dispersé, tout en préservant le milieu naturel, cela est désormais possible, grâce à un assainissement autonome des habitations par fosses septiques à condition qu'il soit bien conçu et bien géré.

Ce type d’assainissement était victime jusqu'à présent d'un préjugé défavorable ; pour le réhabiliter, l'Agence Seine-Normandie a décidé de réaliser une expérience pilote sur quatre communes du canton d’Amfreville-la-Campagne (Eure), regroupant environ 500 maisons dispersées et 30 agglomérées dans le centre de cette localité.

Une étude globale de l’assainissement collectif des communes du canton d’Amfreville-la-Campagne avait été faite il y a quelques années (1) ; toutefois, le coût excessif de ce projet n’avait pas permis aux élus du canton de réaliser ce projet qui dépassait très largement ses possibilités financières.

L’Agence de Bassin « Seine-Normandie » qui recherchait un site pour effectuer une expérience de réhabilitation d'assainissement individuel a accepté la proposition de M. Schneider, conseiller général de l'Eure et maire de la Saussaye, qui offrait son canton pour une expérience. C’est ainsi qu’a démarré en 1978 une étude de réhabilitation de l’assainissement autonome sur les vingt et une communes du canton. Dans le canton d’Amfreville-la-Campagne, l’assainissement autonome est en effet apparu, en raison de la dispersion des habitations, comme une solution techniquement et économiquement valable ; d’autre part le système d’assainissement collectif existant (*) était à rénover entièrement et cette expérience était particulièrement opportune pour solutionner ce problème.

Quatre communes, les plus représentatives du canton, ont donc été choisies pour mener une opération complète de réhabilitation de ce type d’assainissement : Amfreville-la-Campagne, Le Bec Thomas, Foucqueville, Tourville-la-Campagne. Cette étude a comporté trois phases :

• — inventaire, diagnostic et prescription pour chacune des habitations,
• — mise en conformité des ouvrages individuels,
• — opérations d’entretien groupées.

1re phase

La première phase, qui définit les travaux à réaliser, est terminée, après exploitation statistique des résultats de l’inventaire.

Les principales données qui peuvent être retenues sont les suivantes :

• — sur 643 habitations prises en compte, 556 ont été visitées et inventoriées,
• — la densité moyenne d’occupation des logements est de 3,24 habitants par logement,
• — la consommation d'eau moyenne est de 77,5 litres/hab./j.,
• — 12 % des habitations ne disposent d’aucun système d’assainissement.

Conditions d'application de l'assainissement individuel

(1) Voir le n° 38 – octobre 1979 de L’EAU ET L’INDUSTRIE qui traitait ce sujet. (*) Réseau unitaire avec fosses septiques, se déversant dans une bétoire.

• — les systèmes d’épuration-dispersion sont souvent mal adaptés et sous-dimensionnés,
• — dans 13 % des cas, les eaux usées sont rejetées avec ou sans épuration préalable dans le milieu naturel ou sur la voie publique.

Il en ressort qu'une majorité des installations existantes devrait faire l'objet de modifications.

En ce qui concerne les systèmes d’épuration :

• - 17,45 % sont corrects et ne seront pas modifiés,
• - 19,09 % devraient faire l'objet de très peu de modifications,
• - 41,46 % devraient être modifiées de façon importante,
• — 22 % devraient être totalement remaniés ou à créer.

Quant aux systèmes de restitution-dispersion :

• - 27,72 % sont corrects et ne subiront aucune transformation,
• — 24,10 % devraient être modifiés partiellement,
• - 19,92 % devraient faire l'objet de transformations importantes,
• — 28,26 % seraient à refaire ou à créer entièrement.

Sur l'ensemble des systèmes diagnostiqués, seulement 122 installations, soit 23,5 % des cas, sont classées directement « Bon pour entretien ».

2° phase : Mise en conformité

La mise en conformité des ouvrages existants consiste à remettre en état les fosses septiques individuelles, à les rendre conformes aux normes par remplacement des éléments en cause, à réaliser l’épandage des effluents et à supprimer le cas échéant le branchement à l’égout.

La technique à utiliser est celle décrite dans la brochure « Assainissement individuel » des cahiers techniques de la Direction de la Prévention des Pollutions. Elle est reflétée par les croquis que nous avons reproduits ici, après que l’étude du terrain d’épandage ait permis de déterminer les conditions de réalisation des tranchées dans lesquelles les drains prennent place.

Signalons que les boîtes à graisse ont été maintenues dans le dispositif prévu, par dérogation aux recommandations des directives précitées ; leur utilité sera revue après une période probatoire de cinq années d'utilisation.

3° phase : Entretien

Les fosses septiques individuelles ne peuvent fonctionner convenablement qu’au prix d'un entretien assuré de façon soutenue comprenant :

• — la purge du bac à graisses tous les trimestres ;

• — l’examen du niveau des boues accumulées dans la fosse septique et de la qualité de l’effluent (matières en suspension, couleur…) ;
• — la vidange de la fosse tous les deux à cinq ans, avec remplissage en eau du dispositif dès la remise en route.

Pour obtenir l’assurance que ces opérations seront réalisées en temps utile et pour obtenir des prix intéressants, les usagers ont intérêt à se grouper et à traiter avec une entreprise spécialisée.

Le coût

Les épurateurs artificiels, dimensionnés en fonction d’un certain type de pavillon, coûtent à peu près partout le même prix, quel que soit le site, en montagne ou au bord de la plage. En revanche, le mode de dispersion – donc l’épuration complémentaire – sera dimensionné en fonction du site, du pouvoir absorbant du sol. Les possibilités d’infiltration du sol déterminent, elles, le coût de chacun des dispositifs d’épandage. Le site commande seul et le coût d’une installation peut varier de 8 000 à 20 000 F.

En moyenne, on peut se baser sur les coûts indiqués dans le tableau.

(Source : Agence de Bassin Loire-Bretagne)

Le coût de l’investissement d’un assainissement collectif d’une commune de 1 000 à 2 000 habitants se situe comme suit :

• – station d’épuration : 800 F HT/hab.
• – égouts (branchement compris) : 6 500 F HT/hab.

Total : 7 300 F HT/hab.

Le coût de l’entretien (station et réseaux) est comparable à celui de l’individuel, soit environ 200 F/hab./an.

La prise en charge des dépenses

Le coût de l’opération ayant été déterminé en fonction des données précédentes, l’Agence de Bassin a décidé, s’agissant d’un chantier expérimental, de prendre en charge la totalité des dépenses de réhabilitation. Elle a en outre accepté de financer les opérations d’entretien et cela pendant une période de cinq années.

Il a été estimé que les travaux de mise en conformité pourraient s’effectuer en plusieurs lots pendant environ deux ans avec une période de démarrage d’environ neuf mois sur un échantillon test. Le premier lot (60 pavillons) est terminé ; le deuxième (80) est en cours ; l’achèvement du programme devrait être réalisé en 1983.

Il restera environ trois ans pour assurer un suivi correct de l’ensemble des systèmes.

Il a fallu simultanément trouver un maître d’ouvrage susceptible de constituer le support administratif des opérations ; les collectivités locales ont été écartées car elles ne peuvent légalement intervenir dans les domaines privés que constituent les ouvrages d’assainissement individuels (elles ne peuvent d’ailleurs ni instaurer des redevances d’assainissement ni bénéficier de subventions pour la réalisation de travaux privés de cette nature – encore moins pour l’entretien desdits ouvrages).

De nouveaux textes sont à l’étude mais, afin de lancer dès maintenant la réhabilitation et la gestion collective de l’assainissement individuel, il fallait trouver, à titre expérimental, une structure adéquate permettant la participation de droit de la collectivité. C’est dans le cadre d’une association syndicale autorisée que le problème a pu être résolu.

L’association syndicale autorisée

Deux sortes d’associations sont possibles : les associations syndicales libres et les associations autorisées. Toutes deux sont soumises aux règles et conditions édictées par la loi du 21 juin 1865 – 22 décembre 1888, modifiées par le décret du 21 décembre 1926, par le règlement d’administration publique du 18 décembre 1927, par le décret du 4 juin 1954 et le décret du 26 juillet 1954 portant codification des textes législatifs concernant l’urbanisme et l’habitation.

Les associations syndicales libres sont constituées par le consentement unanime des propriétaires intéressés, sans intervention de l’Administration. Elles ne peuvent en principe percevoir de subvention de l’État. Ce sont les raisons pour lesquelles il a été choisi dans l’expérience d’Amfreville-la-Campagne l’association syndicale autorisée. Cette dernière forme d’association a caractère d’établissement public.

La procédure à suivre pour la constitution d’une association syndicale autorisée nécessite une initiative de la part des intéressés eux-mêmes ou de l’Administration. Dans le cas du canton d’Amfreville-la-Campagne, l’initiative a été prise par M. Schneider, conseiller général de ce canton avec l’aide de l’Agence de Bassin.

La constitution de l’association syndicale autorisée a été soumise ensuite par la Préfecture à une enquête d’utilité publique. Plus des trois quarts des habitants des communes représentant plus des deux tiers de la superficie ayant accepté l’adhésion à l’association, la Préfecture a autorisé par arrêté du 4 août 1981 la création de l’association syndicale autorisée pour la réhabilitation de l’assainissement autonome en milieu rural.

L’association ainsi constituée a donc pour but de faire exécuter les travaux de mise en conformité des installations existantes, de mettre au point et de faire exécuter les opérations de vérification et d’entretien des installations, ainsi que de mettre en place de nouvelles installations d’assainissement individuel.

* * *

La première phase des opérations prévues en 1982 se termine. Elle consistait, après un diagnostic du fonctionnement de chaque installation, à en assurer la remise en état puis l’entretien.

Pour faire le bilan de cette expérience pilote, M. Lefrou, directeur de l’Agence, a organisé le 22 septembre dernier une visite sur le terrain en présence de M. Bettencourt, président du Comité de Bassin, de M. le Préfet de l’Eure, de M. Schneider, conseiller général de l’Eure, maire de la Saussaye, et de nombreuses personnalités locales.

Les participants ont pu constater que les résultats (dont les photographies que nous publions donnent quelques illustrations) sont pleinement satisfaisants sur le plan technique, grâce en particulier à l’activité de l’entreprise CGTH-SADE qui réalise les travaux de mise en conformité actuellement en cours sous la conduite de la Société coopérative d’Études hydrologiques, les fournitures étant assurées :

• — pour les fosses septiques et leurs accessoires : par la Société Béton Manufacturé de Sancoins (Cher),
• — pour les drains : par la Société Armosig de Gaillon (Eure).

Les travaux d’entretien ont été confiés à l’entreprise Bachelet, de Tourville-la-Campagne.

Sur le plan administratif en revanche, l’association syndicale qu’il a fallu constituer, si elle a permis la réalisation de l’expérience, constitue un montage lourd à gérer qui met pleinement en lumière la nécessité de modifier la législation en vigueur.

Puissent les bons résultats de l’expérience d’Amfreville accélérer la procédure de modification de la loi !