Modélisation des nappes de l’Albien et du Néocomien du bassin de Paris

17.08.2016
Un nouveau modèle hydrodynamique du système aquifère multicouche de l’Albien-Néocomien a été construit afin de simuler différents scénarios de prélèvements dans la nappe captive de l’Albien qui constitue, avec la nappe du Néocomien, une ressource stratégique en cas de crise d’approvisionnement en eau potable et simuler dans l’Albien le fonctionnement de doublets géothermiques.

La mise en place de doublets apparait comme une solution intéressante pour améliorer, en cas de crise, l’accès à la ressource, les forages géothermiques étant alors utilisés comme forages de secours.

 Toit du Jurassique, Sables du Néocomien, niveaux imperméables de l’Aptien Barrémien, Sables de l’Albien, Argile de Gault, Craie et Sables de Cénomanien,  recouvrement de la craie. © BRGM

Modèle géologique - Nappes de l’Albien et du Néocomien, bassin de Paris. Ce modèle géologique comprend les formations suivantes : Toit du Jurassique, Sables du Néocomien, niveaux imperméables de l’Aptien Barrémien, Sables de l’Albien, Argile de Gault, Craie et Sables de Cénomanien,  recouvrement de la craie. © BRGM

Contexte

Les nappes, en grande partie captives, de l’Albien et du Néocomien, couvrent les deux tiers du bassin de Paris. Ces nappes, au centre du bassin, sont bien protégées des pollutions de surface et, par conséquent, sont de très bonne qualité.

Elles représentent une réserve stratégique d’eau potable à l’échelle de la région Ile-de-France et du bassin Seine-Normandie et sont considérées, dans le Schéma Directeur d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE) du bassin Seine-Normandie, comme une ressource ultime pour l’alimentation en eau potable en cas de crise majeure.

Les réserves sont importantes mais de nombreux forages réalisés depuis 1841 ont fait chuter la piézométrie : de 1841, année de la mise en service du forage de Grenelle, à 1970, les niveaux ont baissé d'une centaine de mètres sous la région parisienne. L'exploitation est aujourd’hui contrôlée et limitée afin de préserver cette ressource, et depuis 1970 les niveaux ont remonté de 15 à 20 m sous la région parisienne.

Pour comprendre le fonctionnement du système Albien-Néocomien et évaluer l’impact sur la ressource des prélèvements opérés en cas de crise, il est vite apparu qu’un modèle hydrodynamique serait une aide précieuse.

Objectifs

Un nouveau modèle hydrodynamique du système aquifère multicouche de l’Albien-Néocomien a donc été construit avec le double objectif  de simuler différents scénarios de prélèvements dans la nappe captive de l’Albien qui constitue, avec la nappe du Néocomien, une ressource stratégique en cas de crise d’approvisionnement en eau potable et de simuler dans l’Albien le fonctionnement de doublets géothermiques.

Programme des travaux

Sur la base du modèle élaboré dès 1999 par Hydroexpert (actuellement EGIS) et ayant fait l’objet de plusieurs actualisations, la dernière datant de 2006, un nouveau modèle, fonctionnant avec le code de calcul MARTHE, a été développé.

Le modèle a d’abord été calé à l’aide des données piézométriques actualisées pour ensuite simuler divers scénarios de prélèvements dont ceux prévus dans le SDAGE 2016-2021.

Par ailleurs, une exploitation à des fins géothermiques de la nappe par l’intermédiaire de doublets (donc sans prélèvements nets) permettrait en cas de crise d’augmenter l’accès à la ressource.

Dans un premier temps, le modèle a  été utilisé pour reconstituer le champ de température dans l’Albien et dans un deuxième temps pour simuler un doublet géothermique suivant différentes modalités de fonctionnement.

Résultats obtenus

Du point de vue hydrodynamique, le nouveau modèle comprend 6 couches (le modèle géologique existant a donc été revu), dont quatre aquifères. Il s'étend jusqu'aux affleurements et couvre environ 75 000 km2.

Le calage du modèle, réalisé en régime transitoire au pas de temps annuel  sur la période 1841-2012, est très correct et reste de qualité constante sur une période de 30 ans (1980-2010, période où les chroniques piézométriques sont les plus nombreuses). Après calage, une simulation en régime transitoire a été réalisée en reconduisant chaque année les prélèvements de l'année 2012, jusqu'à l'atteinte d'un régime stationnaire, pour prévoir l'évolution des niveaux de la nappe dans la configuration des prélèvements actuels.

Ensuite, trois scénarios ont été simulés. Le scénario 1 considère une augmentation des prélèvements dans le système Albien-Néocomien en mettant en service 56 forages de secours et 4 forages géothermiques. Le scénario 2 considère un débit maximisé (le débit maximum possible, Qmax) dans les forages existants. Le scénario 3, complexe, constitue le "scénario de crise".

Rabattements dans l’Albien calculés au bout de 10 ans à partir d'un état stationnaire correspondant à la configuration de prélèvements de l'année 2012. © BRGM

Rabattements dans l’Albien calculés au bout de 10 ans à partir d'un état stationnaire correspondant à la configuration de prélèvements de l'année 2012. © BRGM

Du point de vue thermique, peu de forages géothermiques sont actuellement opérationnels en Ile-de-France, cependant plusieurs réalisations sont projetées. Une zone de développement potentiel de la géothermie dans l’Albien a été délimitée par la DRIEE Ile-de-France, qui a sollicité le BRGM pour simuler le fonctionnement du doublet géothermique de Clichy-Batignolles, qui sera prochainement mis en service.

Le principal objectif visé est l’évaluation de la température de l’eau au droit du puits de production au cours de 30 années d’exploitation. La modélisation couplant hydrodynamique et thermique doit aussi permettre d’évaluer l’impact du doublet sur les forages AEP environnants et sur les doublets géothermiques les plus proches.

La première étape de la modélisation a consisté à reconstituer le champ des températures dans l'Albien en régime permanent, dans les conditions de l’année 1840. Ce premier travail a été conduit à l’échelle du modèle régional. En relation avec ce modèle régional, un modèle moins étendu a été construit dans lequel a été intégré un sous maillage plus fin (mailles de 25 m de côté) dont l'extension correspond à la zone de développement potentiel de la géothermie. Des simulations thermiques en régime transitoire ont été effectuées. Enfin, en accord avec la DRIEE et en conformité avec la demande d’autorisation déposée par le maître d’ouvrage du projet, un scénario d’exploitation a été défini. À titre prospectif, quatre scénarios alternatifs ont aussi été simulés ; ils visent tous à limiter le recyclage thermique au sein du doublet.

Partenaires

Agence de l’eau Seine-Normandie
DRIEE Ile-de-France

RAPPORT PUBLIC

  • BRGM/RP-64873-FR - Modélisation des nappes de l'Albien et du Néocomien du Bassin de Paris. Rapport final - Télécharger le rapport