facts:
Faits :
A.
En vue de s'assurer de nouvelles ressources en eau pour leurs besoins futurs, les communes de Buchillon et d'Etoy ont décidé en 1974 de faire procéder à une prospection d'eau générale sur le site de Chanivaz, sur la rive gauche de l'Aubonne. Une étude hydrogéologique a été établie par le Laboratoire de géologie de l'Ecole Polytechnique fédérale de Lausanne (Geolep) le 25 octobre 1976, suivie d'un rapport complémentaire le 20 mai 1977. Les pompages d'essai ont fait apparaître qu'une quantité exploitable de 10'000 litres/minute (l/mn) pouvait être soutirée de la nappe phréatique. Une concession pour ce débit a été accordée par le Conseil d'Etat du canton de Vaud en 1978.
Le 23 avril 1980, le Conseil d'Etat a adopté un "Plan directeur en matière de protection des eaux" instaurant des secteurs S généraux de protection des eaux. Les parcelles 145 et 147 de la Commune d'Allaman, sises au lieu-dit "En Chaney" sur la rive droite de l'Aubonne étaient intégrées à ce plan. Ces biens-fonds appartiennent depuis 2011 à la société A._ SA (ayant succédé à ce titre à la société B._ SA), qui y exploite une entreprise de fabrication de produits en béton et une installation de lavage de sables et de graviers. La parcelle 145 comporte en outre un puits de pompage pour lequel l'entreprise dispose d'autorisations de prélèvement d'eau dans la nappe souterraine (650 l/mn, selon un document de l'ancien Service cantonal des eaux du 10 septembre 1986).
Les communes de Buchillon et d'Etoy ont d'abord procédé à la réalisation de la première partie du rideau de puits de captage dans le secteur est du site, destinée à exploiter la moitié du débit concessionné. Ainsi, les puits PC1, PC2 et PC3, permettant d'obtenir un débit d'exploitation de 6'150 l/mn, ont été mis en service en 1982/1983. Les puits 1 et 2 se situent au sud-est des parcelles 145 et 147, sur la rive gauche de l'Aubonne; le puits 3 se trouve, quant à lui, au sud de ces biens-fonds, également en rive gauche.
Une étude hydrogéologique en vue de délimiter des zones de protection S1, S2 et S3 pour les trois puits précités - à savoir la modification des secteurs S généraux adoptés le 23 avril 1980 - a été confiée au laboratoire Geolep; dans son rapport du 16 février 1987, il concluait que les parcelles 145 et 147 devaient être incluses dans la zone S3.
Le rapport se fondait sur trois essais de traçage opérés le 18 mars 1986 par l'injection de traceurs (uranine, iodure de potassium et chlorure de sodium), notamment aux points d'injection Ei3, au sud-ouest des parcelles 145 et 147, à proximité de la Ferme de la Frésaire, et Ei5, à l'est; ce procédé visait en substance à mesurer la vitesse de déplacement, depuis les points d'injection, d'un éventuel polluant au sein de la nappe. Les essais ont été effectués à des débits pompés de 10 à 20 fois inférieurs aux débits de concession. Le rapport relevait notamment l'arrivée d'une partie de l'uranine injectée, à raison de 8 kg, dans la fouille Ei5, dans les PC1 et PC2; il mettait également en lumière certains problèmes d'interprétation au niveau du PC3 en raison d'une contamination de cette partie de la nappe par de l'uranine, rendant difficile la mise en évidence du traceur.
Cela étant, sur la base des mesures effectuées, le laboratoire Geolep a établi un isochrone de dix jours de 240 m, pour le PC1, définissant la zone S2; pour le PC2 (selon le traceur uranine), l'isochrone de dix jours était de 163 m; pour le PC3 (selon le traceur chlorure de sodium) un isochrone de dix jours de 270 m a été déterminé. Quant à la zone S3, il relevait que l'intervalle limite de cette zone dans la direction d'écoulement des eaux souterraines valait normalement, selon les directives fédérales, le double de celui de la zone S2. En amont des puits, le laboratoire Geolep réduisait toutefois la zone S3, en la limitant à la Route Suisse (en bordure nord des parcelles 145 et 147). En effet, la "barrière hydraulique" de l'Aubonne diminuait légèrement les risques de passage, sur les puits tous situés en rive gauche, d'une pollution venue de la rive droite.
La modification proposée du plan directeur de protection des eaux, intégrant les parcelles 145 et 147 dans la zone S3, a été approuvée par le Conseil d'Etat le 15 mai 1987.
B.
Le 31 janvier 1992, le Conseil d'Etat a par ailleurs approuvé le plan partiel d'affectation (PPA) "En Chaney" et son règlement (RPPA). Ce plan colloque les parcelles 145 et 147 en "zone d'activités liées à la fabrication de matériaux de construction inertes". Selon l'art. 1 RPPA, le PPA a pour but le changement d'affectation de l'ancienne zone de gravière en zone d'activité liée à la fabrication de matériaux de construction inertes. L'art. 2 RPPA précise que cette zone d'activité s'inscrit dans une zone S3. Ainsi, "seules des activités conformes à l'ordonnance fédérale en la matière peuvent être admises".
C.
Par avenant du 8 juillet 1998, le Conseil d'Etat a autorisé la Commune de Buchillon à construire deux nouveaux puits de captage désignés PC4 et PC5, à l'ouest des puits existants, afin de soutirer le solde du débit total de 10'000 l/mn.
Pour ces deux puits, construits en 1999, un second rapport hydrogéologique déterminant leurs zones de protection a été établi le 26 juin 2000, toujours par le laboratoire Geolep. Trois traçages ont été opérés en 1999, cette fois au débit de concession, notamment à l'uranine, à raison de 10 kg dans la fouille Ei3. Le rapport n'incluait pas les parcelles 145 et 147 dans les zones de protection des PC4 et PC5, mais laissait inchangée leur inclusion dans la zone S3 de protection des PC1, PC2 et PC3.
D.
Le dossier du projet de plan de délimitation des zones de protection et de règlement a été mis à l'enquête publique le 24 janvier 2003. Il a notamment suscité l'opposition de la société B._ SA en raison de l'inclusion de ses deux parcelles (145 et 147) dans la zone S3 des PC1, PC 2 et PC3. Par décision du 22 novembre 2005, le département alors compétent (actuellement, le Département du territoire et de l'environnement [DTE]) a levé l'opposition et approuvé le plan de délimitation et le règlement d'application des zones S1, S2 et S3 de protection des puits de Chanivaz.
Par acte du 23 décembre 2005, la société B._ SA a recouru contre cette décision devant l'instance judiciaire supérieure. Dans le cadre de l'instruction, un mandat d'expertise a été confié au professeur C._, du Centre d'hydrogéologie de l'Université de Neuchâtel. Celui-ci estimait, en résumé, que l'on n'avait pas obtenu de restitution crédible des traceurs dans les puits PC2 et PC3; cela pouvait même être interprété, a contrario, comme excluant l'existence de liens, en tous cas pour de faibles débits, entre les points d'injection des traceurs et les PC2 et PC3. Le traçage à l'uranine, dont aucune restitution de la grande quantité injectée (8 kg), n'était clairement mesurable, tendait vers cette hypothèse. L'expert préconisait la mise en oeuvre de nouvelles mesures, non sans avoir préalablement contrôlé l'aquifère, en raison du risque de contamination résultant de résidus de traceurs utilisés précédemment.
Par arrêt du 25 novembre 2008, la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal du canton de Vaud a admis le recours; elle a en conséquence renvoyé la cause au département afin qu'il procède a une étude complémentaire, notamment à de nouveaux essais, pour les PC1 à 3, à opérer "de manière similaire à ceux conduits sur les puits PC4 et PC5", en contrôlant "l'état de l'aquifère avant de faire le choix optimum des traceurs utilisables", voire en vérifiant "à cette occasion si le débit total de concession n'est pas trop élevé".
E.
Conformément à cet arrêt, les communes propriétaires des captages ont mandaté le bureau D._ SA afin de procéder à l'étude complémentaire demandée, sur la base d'un cahier des charges établi par l'expert C._ le 3 avril 2009 (cf. note relative aux travaux complémentaires à effectuer pour redélimiter les zones de protection des captages du site de Chanivaz). Ce dernier préconisait notamment la mise en oeuvre d'un unique essai multi-traçage; celui-ci ne devrait pas être effectué en période de débit élevé de l'Aubonne; les débits de chacun des 5 captages (PC1 à 5) correspondraient à ceux fixés dans la concession; un des traceurs devrait être spécialement injecté à partir ou à proximité immédiate des parcelles 145 et 147; la durée de l'essai serait de 45 jours et le choix des traceurs ne serait fait qu'après s'être assuré que les eaux prélevées aux captages en condition maximale de pompage ne comportaient pas ou plus de traceurs résiduels qui pourraient perturber le multi-traçage réalisé.
Le bureau D._ SA a procédé à un essai de pompage conduit simultanément sur les cinq puits, du 4 février au 24 mars 2010, correspondant à ses yeux à la période de basses eaux, en condition de pompage maximum réel sur les cinq puits simultanément (à un débit moyen total de 9'004 l/mn). Il a effectué quatre tranchées (F1 à F4) et des traçages à l'uranine, au naphtionate et au chlorure de sodium (NaCl), en injectant notamment 4 kg d'uranine dans une fouille F4 sise dans l'angle sud de la parcelle 145. Il a présenté ses premiers résultats le 3 décembre 2010. Un essai complémentaire de pompage a encore été réalisé en mars 2011, toujours dans une situation censée correspondre aux basses eaux. Le bureau D._ SA a communiqué ses rapports en octobre 2011 puis en décembre 2012 et en mars 2014.
La société A._ SA s'est exprimée le 30 avril 2015 sur le rapport de mars 2014. Elle évoquait notamment des lacunes concernant l'analyse de l'adéquation du débit de concession, le contenu scientifique et la forme du rapport, s'appuyant à cet égard sur un rapport établi le 29 avril 2015 par son mandataire technique, le bureau E._ SA. Le 22 juillet 2015, la Direction générale de l'environnement du DTE (ci-après: DGE) a requis du bureau D._ SA qu'il procède à des adaptations de la forme de son rapport. Dans sa version définitive du 15 février 2016, le rapport D._ SA confirmait l'inclusion des parcelles 145 et 147 en zone S3.
Par décision du 24 juin 2016, à laquelle était annexé le rapport définitif du 15 février 2016, le DTE a approuvé le plan de délimitation des zones S1, S2 et S3 pour les puits de Chanivaz et son règlement d'application. Les résultats de l'essai multi-traçage démontraient notamment une connexion très rapide entre le point d'injection situé sur la parcelle 145 (F4) et le puits PC1, avec une détection de l'uranine moins de 11 jours après l'injection. Les autres injections n'avaient pas fourni d'éléments plus spécifiques concernant les parcelles 145 et 147 mais confirmaient que les vitesses d'écoulement de l'eau souterraine étaient élevées, comprises entre 13,7 et 60 m par jour. Le débit total de concession n'était pas surévalué.
F.
A._ SA et B._ SA ont recouru au Tribunal cantonal contre cette décision. A l'appui de leur recours, elles produisaient notamment un nouveau rapport établi le 5 septembre 2016 par leur mandataire technique, E._ SA. La cour cantonale a tenu audience le 23 septembre 2017. A cette occasion, ont notamment été entendus les représentants de la DGE, dont l'hydrogéologue cantonal, ainsi que le représentant de E._ SA. Par arrêt du 14 décembre 2018, la cour cantonale a rejeté le recours. Elle a en substance considéré qu'au regard des éléments techniques au dossier, les parcelles 145 et 147 avaient à juste titre été incluses dans la zone de protection S3. Cette mesure représentait une restriction à la garantie de la propriété et à la liberté économique; elle se fondait cependant sur une base légale et était proportionnée, le classement en zone S3 étant peu contraignant; elle répondait enfin à un intérêt public important, les cinq puits de Chanivaz alimentant prioritairement les réseaux d'eau potable de Buchillon et d'Etoy et subsidiairement ceux de Saint-Prex et des cinq communes de l'Association intercommunale des eaux du Boiron (AIEB).
G.
Agissant par la voie du recours en matière de droit public et du recours constitutionnel subsidiaire, A._ SA et B._ SA demandent principalement au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt attaqué et de renvoyer la cause à l'instance précédente pour nouvelle instruction dans le sens des considérants. Subsidiairement, elles concluent à la réforme de la décision entreprise en ce sens que leur recours cantonal est admis et les parcelles 145 et 147 ne sont pas colloquées en zone S3 de protection des eaux en relation avec les puits de Chanivaz. A l'appui de leurs pourvois, les recourantes se prévalent exclusivement de griefs formels. Pour l'essentiel, elles se plaignent, d'une part, de n'avoir pu se déterminer préalablement sur certaines considérations techniques figurant dans l'arrêt attaqué, émanant vraisemblablement, selon elles, de F._, géologue de profession et assesseur au sein de la composition de la cour cantonale. Les sociétés recourantes font d'autre part valoir un établissement incomplet des faits, en lien avec des considérations techniques hydrogéologiques.
Le Tribunal cantonal conclut au rejet du recours et se réfère aux considérants de son arrêt; il précise en outre le rôle des assesseurs au sein de la composition de la cour cantonale. La DGE conclut au rejet des recours dans la mesure de leur recevabilité. Sans prendre de conclusions formelles, les communes de Buchillon et d'Etoy demandent, implicitement, le rejet des recours; la Commune de Buchillon met par ailleurs en doute la qualité pour agir du bureau E._ SA, également signataire du recours. La Municipalité d'Allaman renonce à se déterminer. Egalement invité à se prononcer, l'Office fédéral de l'environnement (OFEV) estime raisonnable, proportionnée et justifiée, la collocation des parcelles 145 et 147 dans la zone de protection S3. Les recourantes ont répliqué persistant dans leurs conclusions. Elles se sont encore prononcées le 14 octobre 2019 sur les ultimes observations émises par la DGE le 28 août 2019.

considerations:
Considérant en droit :
1.
Le Tribunal fédéral examine d'office sa compétence (<ref-law>). Il contrôle librement la recevabilité des recours qui lui sont soumis (<ref-ruling> consid. 1 p. 116).
Dirigé contre une décision finale (<ref-law>) prise en dernière instance cantonale (art. 86 al. 1 let. d LTF) dans une cause de droit public (<ref-law>), le recours en matière de droit public est en principe recevable selon les <ref-law>, aucune des exceptions prévues à l'<ref-law> n'étant réalisée. Les sociétés recourantes ont pris part à la procédure devant l'instance précédente. En tant que propriétaire actuelle des parcelles 145 et 147, incluses dans la zone S3, la société A._ SA revêt indéniablement la qualité pour recourir au sens de l'<ref-law>. Savoir si - et à quel titre - la société B._ SA jouit également de cette qualité peut dès lors demeurer indécis.
Par ailleurs, conformément à l'<ref-law>, le mémoire de recours est signé de la main d'un avocat autorisé à pratiquer la représentation en justice en vertu de la loi du 23 juin 2000 sur les avocats (LLCA; RS 935.61); la question de la qualité de mandataire de E._ SA, également signataire du recours, peut dès lors demeurer indécise, étant cependant rappelé que l'<ref-law> limite en principe aux matières civile et pénale la représentation par les seuls avocats inscrits sur un registre cantonal (cf. FLORENCE AUBRY GIRARDIN, Commentaire de la LTF, 2 e éd. 2014, n. 12 ad <ref-law>).
Les autres conditions de recevabilité du recours en matière de droit public étant au surplus réunies, il convient d'entrer en matière. Cela conduit à l'irrecevabilité du recours constitutionnel subsidiaire (<ref-law>).
2.
Les recourantes contestent pour l'essentiel l'inclusion de leur parcelle dans la zone de protection des eaux souterraines S3. Bien qu'elles ne se prévalent à cet égard, au stade du recours, d'aucun grief matériel, il convient néanmoins de décrire, pour la bonne compréhension de la présente cause, le contexte juridique dans lequel celle-ci s'inscrit. Cela étant, s'agissant des griefs soulevés - au demeurant sans réelle motivation -, au-delà du délai de recours, en réplique (violation de la garantie de la propriété et de la liberté économique; cf. observations du 17 juillet 2019), ils sont irrecevables (cf. <ref-law>; arrêts 1C_427/2018 du 22 octobre 2019 consid. 3; 1C_276/2018 du 10 décembre 2018 consid. 2 non publié in SJ 2019 I 310). Il en va également ainsi - pour les mêmes motifs - du prétendu défaut de motivation de l'arrêt attaqué, qui n'est allégué qu'au stade d'ultimes observations (cf. observations du 14 octobre 2019, p. 3 in fine).
2.1. Selon l'art. 19 al. 1 de la loi fédérale sur la protection des eaux du 24 janvier 1991 (LEaux; RS 814.20), les cantons subdivisent leur territoire en secteurs de protection en fonction des risques auxquels sont exposées les eaux superficielles et les eaux souterraines. Le Conseil fédéral édicte les prescriptions nécessaires. Aux termes de l'<ref-law>, les cantons délimitent des zones de protection autour des captages et des installations d'alimentation artificielle des eaux souterraines qui sont d'intérêt public; ils fixent les restrictions nécessaires du droit de propriété (al. 1). L'<ref-law> dispose encore que les détenteurs de captages d'eaux souterraines sont tenus de faire les relevés nécessaires pour délimiter les zones de protection (let. a), d'acquérir les droits réels nécessaires (let. b) et de prendre à leur charge les indemnités à verser en cas de restriction du droit de propriété (let. c).
2.2. L'ordonnance du 28 octobre 1998 sur la protection des eaux (OEaux; RS 814.201) prévoit à son cinquième chapitre des mesures d'organisation du territoire relatives aux eaux. Ainsi, en application de l'<ref-law>, l'<ref-law> astreint les cantons à délimiter les zones de protection. Celles-ci sont décrites aux ch. 12 ss de l'annexe 4 de l'ordonnance. A son ch. 121, l'annexe 4 précise que les zones de protection des eaux souterraines se composent des zones S1 et S2 (al. 1) et d'une zone S3 dans les aquifères en roches meubles et les aquifères karstiques ou fissurés faiblement hétérogènes (let. a). Pour les puits de pompage, le dimensionnement des zones de protection des eaux souterraines est déterminé par le prélèvement maximal autorisé.
Dénommée zone de captage, la zone S1 couvre le captage ou l'installation d'alimentation artificielle ainsi que leur environnement immédiat. Dans les aquifères karstiques ou fissurés fortement hétérogènes, elle couvre en outre l'environnement immédiat des pertes où existe une menace pour l'utilisation de l'eau potable (annexe 4 ch. 122 al. 3). La zone de protection rapprochée (zone S2) est délimitée autour des captages et installations d'alimentation artificielle et dimensionnée de sorte que la distance entre la zone S1 et la limite extérieure de la zone S2, dans le sens du courant, soit de 100 m au moins; elle peut être inférieure si les études hydrogéologiques permettent de prouver que le captage ou l'installation d'alimentation artificielle bénéficient d'une protection équivalente avec des couches de couverture peu perméables et intactes (annexe 4 ch. 123 al. 3 let. a); et que, dans les aquifères en roches meubles et les aquifères karstiques ou fissurés faiblement hétérogènes, la durée d'écoulement des eaux du sous-sol, de la limite extérieure de la zone S2 au captage ou à l'installation d'alimentation artificielle, soit de dix jours au moins (let. b). Quant à la zone de protection éloignée (zone S3), elle doit enfin garantir qu'en cas de danger imminent (p. ex. accident impliquant des substances pouvant polluer les eaux), on dispose de suffisamment de temps et d'espace pour prendre les mesures qui s'imposent (annexe 4 ch. 124 al. 1). La distance entre la limite extérieure de la zone S2 et la limite extérieure de la zone S3 doit en règle générale être aussi grande que la distance entre la zone S1 et la limite extérieure de la zone S2 (al. 2).
2.3. Selon les directives de l'OFEV relatives aux Zones de protection des eaux souterraines en roches meubles, édictées en 2012, la zone de captage S1 englobe en principe une bande de 10 m au moins autour de tous les éléments de l'installation de captage. La zone de protection rapprochée S2 est dimensionnée de manière à ce que la durée d'écoulement (temps de séjour) des eaux souterraines entre la limite amont de la zone S2 et le captage soit d'au moins dix jours (isochrone de dix jours) et que la distance entre la zone S1 et la limite amont de la zone S2 soit d'au moins 100 m dans le sens du courant. Enfin, en amont du captage, la distance entre la limite de la zone S2 et la limite de la zone de protection éloignée S3 équivaut environ à la distance entre la limite de la zone S1 et la limite de la zone S2 (cf. ch. 6.5 de la directive fédérale précitée). En d'autres termes, en amont, la distance de la zone S3 au captage correspond en principe à deux fois la distance de la zone S2 au captage (donc au doublement de l'isochrone de dix jours), moins la distance de la zone S1 au captage (cf. OFEV, directives 2012, p. 42 ss).
3.
A différents égards, les recourantes font valoir une violation de leur droit d'être entendues. Elles se plaignent en substance que l'avis de la juge assesseur spécialisée, F._, ne leur ait pas été soumis préalablement au jugement. Elles reprochent de même à la cour cantonale d'avoir ignoré certains de leurs arguments techniques, sans cependant avoir fait droit à leur requête d'expertise.
3.1. Tel qu'il est garanti par l'art. 29 al. 2 Cst., le droit d'être entendu comprend en particulier le droit pour le justiciable de participer à l'administration des preuves, d'en prendre connaissance et de se déterminer à leur propos. Cette garantie constitutionnelle n'empêche pas l'autorité de mettre un terme à l'instruction lorsque les preuves administrées lui ont permis de former sa conviction et que, procédant d'une manière non arbitraire à une appréciation anticipée des preuves qui lui sont encore proposées, elle a la certitude qu'elles ne pourraient l'amener à modifier son opinion (<ref-ruling> consid. 6.3.1 p. 299 et les références citées).
3.2. Selon les recourantes, l'interprétation des résultats du test du traçage au naphtionate serait inédite. L'essai effectué avec cette substance depuis la tranchée F3 n'aurait été évoquée que de manière générale par la DGE; de même, le rapport D._ SA du 15 février 2016 n'aurait pas reconnu la valeur probante de ce traçage; aussi les conclusions auxquelles est parvenue la cour cantonale sur la base de cet essai seraient-elles exclusivement fondées sur les connaissances techniques particulières de la Juge assesseur spécialisée, géologue de profession, laquelle aurait de surcroît introduit des éléments nouveaux dans son analyse. En ne soumettant pas préalablement aux parties l'avis de cette magistrate, lequel devrait, selon les recourantes, être assimilé à un avis d'expert, la cour cantonale aurait violé leur droit d'être entendues.
Les recourantes font encore grief à l'instance précédente d'avoir suivi les conclusions du rapport D._ SA - avalisées par la DGE - s'agissant du caractère probant du traçage à l'uranine; elles reprochent plus spécialement au Tribunal cantonal de n'avoir pas retenu l'avis contraire de leur mandataire spécialisé, ce sans avoir examiné certains points techniques soulevés en procédure. Selon les recourantes "des juges non spécialisés en hydrogéologie n'auraient pas osé un tel parti pris"; il faudrait dès lors à nouveau y voir l'avis "affirmé" de l'assesseur spécialisé qui, faute de leur avoir été préalablement soumis, consacrerait une violation de leur droit d'être entendues. Par ailleurs, face à cette prétendue absence d'analyse, les recourantes "réitèrent leur requête de mise en oeuvre d'une expertise" et reprochent - à tout le moins implicitement - à la cour cantonale de n'avoir pas ordonné cette mesure d'instruction; elles y voient une atteinte à leur "droit à la preuve".
3.2.1. Devant le Tribunal fédéral, l'instance précédente a rappelé que, sur le plan cantonal, les assesseurs, magistrats non professionnels, étaient élus par le Grand Conseil (cf. art. 23 et 23a de la loi du 12 décembre 1979 d'organisation judiciaire [LOJV; RS/VD 173.01]); il s'agissait notamment d'architectes, d'experts fiscaux, de médecins, ainsi que d'ingénieurs et scientifiques de divers domaines. Elle a également expliqué que la Cour de droit administratif et public statuait à trois juges, conformément au règlement organique du Tribunal cantonal du canton de Vaud du 13 novembre 2007 (ROTC; RS/VD 173.31.1); la composition était de deux juges et un assesseur ou d'un juge et deux assesseurs dans les autres cas; le choix entre ces deux types de composition était notamment dicté par la nécessité de connaissances techniques spécifiques (cf. art. 33 al. 2 let. a ROTC).
3.2.2. Comme le souligne la cour cantonale, les assesseurs spécialisés - d'ailleurs élus à cette fin - apportent inévitablement leurs connaissances techniques au sein du collège. Or, c'est précisément ce rôle qu'a en l'occurrence assumé la Juge assesseur F._, sans que cela n'apparaisse critiquable.
Les recourantes ne sauraient en particulier rien tirer de l'arrêt 5A_23/2016 du 7 septembre 2016 consid. 3.3. Ce précédent s'inscrit dans un contexte civil et se fonde, à ce titre, sur des dispositions du Code de procédure civile fédéral du 19 décembre 2008 (CPC; RS 272), plus particulièrement sur la possibilité pour un membre du tribunal civil d'établir des faits techniques en application de l'<ref-law> (pour une critique de l'arrêt 5A_23/2016 précité, cf. DENIS PIOTTET in RSPC 2016 p.482), disposition ne trouvant cependant pas application ici. La situation dans cette précédente affaire n'est en outre - et quoi qu'il en soit - en rien comparable: les assesseurs avaient établi préalablement aux délibérations un rapport complet écrit, présentant une solution différente de celle de l'autorité cantonale spécialisée, sans avoir soumis ce document aux parties avant que le jugement soit rendu. Or ici l'appréciation technique du tribunal, particulièrement motivée, valide les conclusions de l'autorité cantonale spécialisée et du rapport établi par D._ SA sur la base des recommandations de l'expert judiciaire; cette appréciation ne se fonde en outre pas - contrairement à ce qu'affirment les recourantes - sur des éléments nouveaux, mais sur des données figurant au dossier. En effet, les mesures au naphtionate effectuées sont reproduites dans le rapport final établi D._ SA (cf. notamment rapport du 15 février 2016 p. 24). Il ne fait de surcroît aucun doute que l'injection de ce traceur a été effectuée pour déterminer la vitesse de propagation de substances dans le sous-sol. A la lecture de leurs différentes écritures, cela n'a pas échappé aux recourantes, assistées de surcroît par un mandataire technique durant la procédure cantonale. Il s'ensuit qu'il n'y a rien d'inédit dans le fait d'avoir utilisé ces informations pour appuyer la collocation des parcelles 145 et 147 en zone de protection S3, et les recourantes ne sauraient s'en plaindre. Il est de surcroît précisé, que la cour cantonale n'a fait appel aux résultats du traçage au naphtionate que pour renforcer les conclusions prises sur la base, en particulier, de l'essai à l'uranine (cf. arrêt attaqué, consid. 4 b) cc) in fine). On cherche enfin en vain dans les explications fournies à l'appui du présent grief en quoi l'opinion de la juge assesseur serait lacunaire, peu claire, voire insuffisamment motivée (cf. arrêt 5A_23/2016 précité consid. 3.3), les recourantes se contentant à ce propos de critiques appellatoires, opposant leur propre appréciation - respectivement celle de leur mandataire spécialisé - à celle de l'autorité précédente. Il n'est enfin pas contestable - au risque de compromettre une saine et efficace administration de la justice - qu'un tribunal n'a pas inconditionnellement l'obligation d'informer à l'avance les parties de son appréciation des preuves administrées et les recourantes ne fournissent aucun argument commandant d'y faire ici exception. Dans ces conditions, le droit d'être entendues des recourantes n'apparaît pas sous cet angle avoir été violé.
3.2.3. Il en va au demeurant de même s'agissant de la question de la valeur probante du traçage à l'uranine, également remis en cause par les recourantes. Il ne suffit à cet égard pas d'affirmer que la cour cantonale ne se serait fondée que sur l'avis de l'assesseur spécialisé, lequel aurait prétendument ignoré certains éléments techniques soulevés en procédure par les recourantes, pour s'écarter de leurs conclusions, et y voir une violation de l'art. 29 al. 2 Cst. Ce faisant, les recourantes critiquent en réalité l'appréciation des preuves opérée par l'instance précédente, ce qui s'avère sans pertinence au stade de l'examen de la prétendue violation du droit d'être entendu.
3.2.4. Enfin, s'agissant de l'expertise, la cour cantonale a expliqué que la question de l'intégration des parcelles 145 et 147 dans la zone de protection S3 avait fait l'objet de nombreuses appréciations techniques, émanant de différents spécialistes et experts; elle a en outre qualifié de convaincante l'expertise D._ SA. Cette appréciation anticipée des preuves n'apparaît pas critiquable et les explications des recourantes ne convainquent pas du contraire; celles-ci se contentent d'affirmer que la cour cantonale ne pouvait s'abstenir d'examiner "nombre de leurs arguments" et se fier à la thèse scientifique de la DGE, sans mettre en oeuvre une expertise; or de telles explications ne démontrent aucunement que le refus de la cour cantonale serait empreint d'arbitraire (<ref-law>).
3.3. Sur le vu de ce qui précède, les griefs soulevés en lien avec une violation de l'art. 29 al. 2 Cst. apparaissent, dans leur ensemble, mal fondés et doivent être rejetés, dans la mesure de leur recevabilité.
4.
Les recourantes contestent ensuite les faits et mesures ayant conduit le Tribunal cantonal à confirmer la collocation de leurs parcelles en zone de protection S3. Elles en demandent la rectification en application de l'<ref-law>.
4.1. Le Tribunal fédéral statue sur la base des faits établis par l'autorité précédente (<ref-law>), hormis dans les cas visés à l'<ref-law>. Selon l'<ref-law>, le recours ne peut critiquer les faits que si ceux-ci ont été établis de façon manifestement inexacte - notion qui correspond à celle d'arbitraire - ou en violation du droit au sens de l'<ref-law> et si la correction du vice est susceptible d'influer sur le sort de la cause (<ref-ruling> consid. 6 p. 358; <ref-ruling> consid. 1.6 p. 377). La partie recourante doit expliquer de manière circonstanciée en quoi ces conditions seraient réalisées (cf. <ref-law>). A défaut, il n'est pas possible de tenir compte d'un état de fait qui diverge de celui retenu dans l'acte attaqué. En particulier, le Tribunal fédéral n'entre pas en matière sur des critiques de type appellatoire portant sur l'état de fait ou sur l'appréciation des preuves (<ref-ruling> consid. 2.3 p. 266; <ref-ruling> consid. 10.1 p. 445; <ref-ruling> consid. 5.1 p. 356).
4.2. La cour cantonale a rappelé que la question de savoir si les parcelles 145 et 147 devaient être incluses en zone S3 avait fait l'objet de plusieurs expertises au fil du temps, établies sur mandats des communes propriétaires des captages. Tant le laboratoire Geolep que le bureau D._ SA avaient retenu, sur la base des traçages effectués, que les deux biens-fonds devaient être colloqués en zone S3. Le Tribunal cantonal a estimé que le rapport du bureau D._ SA du 15 février 2016 avait été réalisé conformément aux instructions des 5 décembre 2007 et 3 avril 2009 du professeur C._, désigné en qualité d'expert par le Tribunal cantonal. D._ SA avait prélevé en 2009, avant les essais, des échantillons d'eau des 5 puits ainsi qu'un "blanc" (piézomètre S15) et obtenu une réponse négative sur la présence d'uranine, d'éosine et de naphtionate, substances qui pouvaient ainsi être retenues pour effectuer les traçages (au sujet du choix des traceurs pertinents, cf. ancien Office fédéral des eaux et de la géologie [OFEG], Utilisation des traceurs artificiels en hydrogéologie, guide pratique, 2002, p. 10 ss). Après avoir procédé à deux essais d'aquifère, en période de basses eaux, en condition de pompage maximum réel sur les cinq puits, du 4 février au 24 mars 2010, puis du 7 mars au 27 mars 2011, D._ SA avait injecté les traceurs dans quatre tranchées de reconnaissance F1, F2, F3 et F4. Les trois premières avaient été réalisées en rive gauche de l'Aubonne; quant à F4, elle se situait dans l'angle sud de la parcelle 145. Des fluocapteurs (sachets de charbon actif) avaient parallèlement été installés dans les puits PC1, PC2, PC3 et PC4.
Sur la base des mesures fondées sur ces traçages et pour le PC1, D._ SA a établi l'isochrone de dix jours à 600 m pour l'uranine (depuis la tranchée F4 sise à l'angle sud de la parcelle 145), de 478 m pour le naphtionate (depuis la tranchée F3) et de 137 m pour le NaCl (depuis la tranchée F1) (cf. rapport D._ SA du 15 février 2016 p. 32). La limite de la zone S3 devait ainsi être fixée à 1190 m (uranine, 600 m x 2 - 10 m) du PC1, respectivement à 946 m (naphtionate, 478 m x 2 - 10 m) et 264 m (NaCl, 137 m x 2 - 10 m). Or, les parcelles 145 et 147 étaient situées entre 650 et 830 m du PC1. Pour le PC2, l'isochrone de dix jours était de 197 m pour le naphtionate (depuis la tranchée F3). La limite extérieure de la zone S3 devait ainsi se situer à 384 m (197 m x 2 - 10 m). Les parcelles 145 et 147 étant situées à une distance du PC2 allant de 400 m à 590 m. Pour le PC3, l'isochrone de dix jours déterminé par D._ SA était de 296 m pour le naphtionate (depuis la tranchée F3). La limite extérieure de la zone S3 devait ainsi se situer à 582 m (296 m x 2 - 10 m). Les parcelles 145 et 147 situées, à vol d'oiseau, à une distance du PC3 allant de 450 m à 690 m, devaient ainsi y être comprises.
Sur la base de ces résultats, qu'elle a jugé probants et suffisants, la cour cantonale a retenu l'existence de liaisons hydrogéologiques rapides entre les parcelles 145 et 147, d'une part, et les PC1, PC2 et PC3, d'autre part; il se justifiait par conséquent d'inclure ces deux biens-fonds en zone de protection S3 de ces captages conformément aux <ref-law> et 29 al. 2 OEaux, ainsi qu'aux ch. 121 ss de l'annexe 4 à l'OEaux et aux instructions fédérales. Cette inclusion se justifiait d'autant plus que la présence d'un puits, sur la parcelle 145, bénéficiant d'une autorisation portant sur 650 l/min démontrait l'existence d'un sous-sol perméable contenant de l'eau souterraine en large quantité, dont il n'était pas contesté qu'elle appartenait à la nappe de Chanivaz. L'exploitation antérieure des terrains comme gravière avait en outre nécessairement réduit l'épaisseur de la zone non saturée surmontant la nappe et, partant, augmenté les risques qu'une pollution du site contamine l'aquifère.
4.3. Devant le Tribunal fédéral, les recourantes se livrent - presque exclusivement - à d'importants développements hydrogéologiques visant à discréditer l'appréciation de la cour cantonale, respectivement les conclusions techniques sur lesquelles celle-ci a appuyé sa solution. Au regard de ce contenu et de la contre-signature du recours par le mandataire technique des recourantes, il est permis de s'interroger si ces dernières ne tentent pas, par le biais de leur mémoire, de contourner l'<ref-law>, lequel interdit notamment, au stade du recours fédéral, l'introduction de nouvelles expertises (cf. BERNARD CORBOZ, Commentaire de la LTF, 2 e éd. 2014, n. 17 ad <ref-law>).
Quoi qu'il en soit, on cherche en vain dans ces longues explications de nature technique la démonstration de l'arbitraire dans les constatations cantonales. Les recourantes livrent en effet, sur un mode strictement appellatoire, leur propre appréciation de la situation, respectivement celle de leur mandataire technique, quant à la délimitation des zones S1, S2 et S3. Elles affirment, sur nombre de points, que l'appréciation de la cour cantonale serait erronée; elles se contentent toutefois d'y opposer leur propre opinion, sans que l'on ne décèle en quoi la cour cantonale aurait fait preuve d'arbitraire. Les recourantes émettent différentes hypothèses, livrent leur propre interprétation des résultats des traçages opérés et en tirent leurs propres conclusions. C'est ainsi notamment en se fondant uniquement sur le rapport de leur propre mandataire (rapport E._ SA d'août 2017; cf. recours p. 14) qu'elles prétendent que la cour cantonale aurait à tort nié la possibilité que l'uranine détectée puisse provenir d'anciennes injections réalisées en 1986 et 1999, ce qui est insuffisant à établir l'arbitraire. En procédant de cette manière, elles ne démontrent en particulier pas en quoi les constatations cantonales seraient manifestement contraires aux éléments du dossier; elles n'en pointent d'ailleurs aucun à l'appui de leurs assertions. Les recourantes perdent en outre également de vue que le Tribunal fédéral fait preuve d'une certaine retenue lorsqu'il s'agit d'apprécier des éléments nécessitant des connaissances spéciales que les autorités cantonales spécialisées connaissent mieux que lui (cf. <ref-ruling> consid. 3, 131 II 680 consid. 2.3.2); de même feignent-elles d'ignorer que le Tribunal fédéral est un juge du droit et non du fait (cf. <ref-law>); il n'est pas non plus une instance d'appel (cf. FRANÇOIS CHAIX, Les motifs du recours en matière de droit public, in BOHNET/TAPPY [éd.], 10 ans de Loi sur le Tribunal fédéral, 2017, n. 5 p. 190) et il ne lui appartient à ce titre pas de reprendre - sauf arbitraire, lequel n'est ici pas démontré - l'ensemble des questions techniques déjà largement débattues et dûment instruites par l'instance précédente.
Dans ces circonstances, rien ne commande de s'écarter de l'appréciation de l'instance précédente, dont la pertinence est de surcroît confirmée par l'OFEV, aux termes d'observations particulièrement étayées reprenant les différents points d'analyse contestés - appellatoirement, on l'a dit - par les recourantes.
4.4. En définitive, strictement appellatoire, le grief doit être déclaré irrecevable.
5.
Les considérants qui précèdent scellent le sort de la cause, les recourantes n'articulant au surplus aucun grief matériel. Le recours constitutionnel subsidiaire est ainsi déclaré irrecevable. Le recours en matière de droit public est, quant à lui, rejeté dans la mesure de sa recevabilité. Les frais de justice seront assumés par les recourantes, qui succombent (art. 66 al. 1 et 5 LTF). Il n'est pas alloué de dépens (<ref-law>).

rulings:
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours constitutionnel subsidiaire est irrecevable.
2.
Le recours en matière de droit public est rejeté dans la mesure où il est recevable.
3.
Les frais de justice, arrêtés à 4'000 fr., sont mis à la charge des recourantes solidairement entre elles.
4.
Le présent arrêt est communiqué au mandataire des recourantes, à la Municipalité d'Allaman, à la Municipalité de Buchillon, à la Municipalité d'Etoy, au Département du territoire et de l'environnement du canton de Vaud, ainsi qu'au Tribunal cantonal du canton de Vaud et à l'Office fédéral de l'environnement.
Lausanne, le 18 novembre 2019
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président : Chaix
Le Greffier : Alvarez

origin_facts:
Vu les faits suivants
A. En vue de s'assurer de nouvelles ressources en eau pour leurs besoins futurs, les communes de Buchillon et d'Etoy ont décidé en 1974 de faire procéder à une prospection d'eau générale sur le site de Chanivaz, sur la rive gauche de l'Aubonne. Une étude hydrogéologique a été établie par le laboratoire E._ le 25 octobre 1976, suivie d'un rapport complémentaire le 20 mai 1977. Les pompages d'essai ont fait apparaître qu'une quantité exploitable de 10'000 litres/minute (l/mn) pouvait être soutirée de la nappe phréatique. Une concession pour ce débit a été accordée par le Conseil d'Etat en 1978.
Le 23 avril 1980, le Conseil d'Etat a adopté un "Plan directeur en matière de protection des eaux" instaurant des secteurs S généraux de protection des eaux. Y étaient intégrées les parcelles 145 et 147 de la Commune d'Allaman, sises au lieu-dit "En Chaney" sur la rive droite de l'Aubonne, en amont des captages. Ces biens-fonds appartiennent depuis 2011 à la société A._ (ayant succédé à ce titre à la société B._), qui y exploite une entreprise de fabrication de produits en béton et une installation de lavage de sables et de graviers. La parcelle 145 comporte en outre un puits de pompage pour lequel l'entreprise dispose d'autorisations de prélèvement d'eau dans la nappe souterraine (de 650 l/mn selon un document de l'ancien Service cantonal des eaux du 10 septembre 1986).
Pour la bonne compréhension des faits exposés ci-après, il convient de localiser d'emblée les cinq puits de captage (PC1, PC2, PC3, PC4 et PC5) de la nappe de Chanivaz, les parcelles 145 et 147 et une partie des points d'injection des traceurs (Ei3, Ei5, F1, F2, F3 et F4), ainsi (illustration fondée sur le site cartographique www.geo.vd.ch):
B. Les communes de Buchillon et d'Etoy ont d'abord procédé à la réalisation de la première partie du rideau de puits de captage dans le secteur Est du site, destinée à exploiter la moitié du débit concessionné. Ainsi, les puits PC1, PC2 et PC3, permettant d'obtenir un débit d'exploitation de 6'150 l/mn, ont été mis en service en 1982/1983.
a) L'ancien Service cantonal des eaux a procédé le 10 septembre 1986 à une séance sur les parcelles de l'entreprise A._, afin de définir les mesures à prendre pour assainir l'installation de lavage des matériaux. Celles-ci ont été réalisées.
b) Une étude hydrogéologique en vue de la délimitation des zones de protection S1, S2 et S3 pour les trois puits précités - à savoir de la modification des secteurs S généraux adoptés le 23 avril 1980 - a été confiée au laboratoire E._. Celui-ci a rendu son rapport le 16 février 1987 pour les puits PC1, PC2 et PC3 et a conclu que les parcelles précitées 145 et 147 appartenant à l'entreprise A._ devaient être incluses dans la zone S3. Le rapport se fondait sur trois essais de traçage opérés le 18 mars 1986 (à l'uranine, au iodure de potassium et au chlorure de sodium), visant à confirmer la liaison hydrogéologique entre les points d'injection et de prélèvement, ainsi qu'à mesurer la vitesse de déplacement d'un éventuel polluant au sein de la nappe. Les essais ont été effectués à des débits pompés de 10 à 20 fois inférieurs aux débits de concession. Le rapport relevait que les fluocapteurs avaient démontré l'arrivée d'une partie de l'uranine injectée, à raison de 8 kg dans la fouille Ei5, dans les PC1 et PC2; les trop faibles concentrations d'uranine dans les échantillons d'eau (alors à la limite de détection des appareils) n'avaient toutefois pas permis d'affiner les résultats des fluocapteurs. Le PC3 avait posé de grands problèmes d'interprétation; en effet, le fluocapteur de référence, posé lors de la période précédant l'essai, avait révélé une contamination de cette partie de la nappe par de l'uranine, qui, par sa présence, rendait difficile la mise en évidence de l' "uranine-traceur". Le laboratoire estimait linéaire la relation entre l'accroissement du débit et le temps de transfert de l'eau dans la zone d'appel du puits. Sur cette base, il considérait que la vitesse de l'eau s'élevait pour le PC1 à 24 m/j (selon les traceurs uranine et iodure de potassium), correspondant à un isochrone de dix jours de 240 m définissant la zone S2. Appliquant le même raisonnement au PC2 (selon le traceur uranine), il aboutissait à un isochrone de dix jours de 163 m définissant la zone S2. Toujours selon la même méthode, il fixait pour le PC3 (selon le traceur chlorure de sodium) un isochrone de dix jours de 270 m définissant la zone S2. Quant à la zone S3, il relevait que l'intervalle limite de cette zone dans la direction d'écoulement des eaux souterraines valait normalement, selon les directives fédérales, le double de celui de la zone S2. En amont des puits, le laboratoire E._ réduisait toutefois la zone S3, en la limitant à la Route Suisse (en bordure Nord des parcelles 145 et 147). En effet, la "barrière hydraulique" de l'Aubonne diminuait légèrement les risques de passage, sur les puits tous situés en rive gauche, d'une pollution venue de la rive droite.
c) La modification proposée du plan directeur de protection des eaux, intégrant les parcelles 145 et 147 dans la zone S3, a été approuvée par le Conseil d'Etat le 15 mai 1987. Ce plan était assorti d'un protocole général d'utilisation du sol dans les secteurs "S" de protection des eaux.
C. Les parcelles 145 et 147 ont été colloquées selon le plan partiel d'affectation (PPA) "En Chaney" et son règlement (RPPA), approuvés par le Conseil d'Etat le 31 janvier 1992, en "zone d'activités liées à la fabrication de matériaux de construction inertes". Selon l'art. 1 RPPA, le PPA a pour but le changement d'affectation de l'ancienne zone de gravière en zone d'activité liée à la fabrication de matériaux de construction inertes. L'art. 2 précise que cette zone d'activité s'inscrit dans une zone S3. Ainsi, "seules des activités conformes à l'ordonnance fédérale en la matière peuvent être admises".
D. a) Par avenant du 8 juillet 1998, le Conseil d'Etat a autorisé la Commune de Buchillon à construire deux nouveaux puits de captage désignés PC4 et PC5 à l'Ouest des puits existants - complétant le rideau en rive gauche - aux fins de soutirer le solde du débit total de 10'000 l/mn.
b) Pour ces deux puits, construits en 1999, un second rapport hydrogéologique déterminant leurs zones de protection a été établi le 26 juin 2000, toujours par le laboratoire E._. Trois traçages ont été opérés en 1999, cette fois au débit de concession, notamment à l'uranine, à raison de 10 kg dans la fouille Ei3. Le rapport n'incluait pas les parcelles 145 et 147 précitées dans les zones de protection des puits PC4 et PC5, mais laissait inchangée leur inclusion dans la zone S3 de protection des puits PC1, PC2 et PC3. Enfin, il proposait de soumettre les zones de protection au protocole général de mai 2000 d'utilisation du sol de l'ancien Service des eaux, sols et assainissement (SESA, aujourd'hui inclus dans la Direction générale de l'environnement, DGE).
E. Le dossier du projet de plan de délimitation des zones de protection et de règlement a été mis à l'enquête publique du 24 janvier au 22 février 2003.
L'enquête a suscité le 21 février 2003 l'opposition de B._ (alors encore propriétaire) en raison de l'inclusion de ses parcelles 145 et 147 dans la zone S3 des puits PC1, PC2 et PC3. L'opposante fondait sa contestation sur des motifs hydrogéologique et juridique. Sur le plan hydrogéologique, elle soutenait en substance que ses deux parcelles se trouvaient toutes deux à plus de 300 m des captages les plus proches. De plus, elles se situaient, tout comme la ferme de la Frésaire exclue des zones de protection, sur la rive droite de l'Aubonne (où les conditions d'écoulement des eaux souterraines différaient de celles de la rive gauche) et dans le complexe deltaïque moyen. Rien ne justifiait ainsi de les traiter différemment de ladite ferme. Sous l'angle juridique, l'opposante affirmait que les eaux tirées des puits de Chanivaz étaient destinées pour trois quarts à l'arrosage de cultures privées et pour un quart seulement à la consommation d'eau potable. Autrement dit, les zones de protection étaient manifestement disproportionnées par rapport aux besoins en eau potable des communes propriétaires des captages. Une révision à la baisse de ces zones, en fonction des besoins en eau potable uniquement, devait conduire à exclure de la zone S3 les parcelles 145 et 147.
Au terme d'un rapport complémentaire du 16 janvier 2004, le laboratoire E._ a conclu qu'il n'existait pas de discontinuité de part et d'autre de l'Aubonne.
Mandaté par l'opposante, le bureau d'hydrogéologie F._ a répondu le 25 juin 2004 aux arguments du laboratoire E._. Il contestait la méthodologie de dimensionnement de la zone S3 des puits PC1, PC2 et PC3 sur la rive droite de l'Aubonne, en particulier l'extrapolation linéaire des résultats des essais de traçage réalisés en 1986, dès lors que les débits alors pompés dans les trois puits étaient sensiblement inférieurs aux débits concessionnés. Selon le bureau F._, la distance parcourue par l'eau en dix jours n'était pas linéairement proportionnelle à l'accroissement du débit. D'après ses propres calculs, s'agissant du PC2, la vitesse de l'eau devait être estimée à 4,4 m/j, soit pour dix jours à 44 m, non pas à 163 m comme retenu par le laboratoire E._ en 1987. C'était ainsi les valeurs minimales des directives fédérales qui devaient être retenues, à savoir 100 m pour la zone S2 et 200 m pour la zone S3. Le même raisonnement pouvait être fait pour les deux autres puits PC1 et PC3, ce qui excluait des zones de protection les parcelles de l'opposante.
Le laboratoire E._ s'est prononcé le 15 janvier 2005 sur le rapport établi par le bureau F._ et a maintenu sa méthode de calcul.
Le 2 février 2005, le SESA a adhéré au rapport précité du laboratoire E._ du 15 janvier 2005.
Par courrier du 20 avril 2005, le bureau F._ a maintenu sa position.
F. Par décision du 22 novembre 2005, le département alors compétent (aujourd'hui le Département du territoire et de l'environnement; DTE) a prononcé la levée de l'opposition de B._ et approuvé le plan de délimitation et le règlement d'application des zones S1, S2 et S3 de protection des puits de Chanivaz.
S'agissant en premier lieu des méthodes de délimitation des zones de protection, le DTE a confirmé la validité de l'étude effectuée par le laboratoire E._. En ce qui concernait en second lieu les critères de l'intérêt public et de la proportionnalité, qu'il tenait pour remplis, le DTE soulignait que les puits de Chanivaz constituaient l'une des plus importantes ressources en eaux de boisson du canton et que leur exploitation répondait à un besoin, lié notamment au développement local. Par ailleurs, la zone S3 demeurait de toute façon constructible, moyennant une sécurisation adéquate des équipements.
G. Agissant le 23 décembre 2005 par l'intermédiaire de son conseil, B._ a déféré la décision du DTE du 22 novembre 2005 devant le Tribunal administratif (devenu le 1er janvier 2008 la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal; ci-après: CDAP), concluant principalement à la réforme de la décision entreprise en ce sens que ses parcelles 145 et 147 ne soient pas colloquées en zone de protection des cinq puits de Chanivaz, subsidiairement à l'annulation de la décision attaquée et au renvoi de la cause à l'autorité de première instance, pour nouvelle instruction et nouvelle décision. La cause a été enregistrée sous la référence AC.2005.0298.
Le 24 novembre 2006, le SESA s'est exprimé en particulier sur les caractéristiques hydrogéologiques du delta de l'Aubonne. S'agissant des critères de délimitation des zones de protection des zones, il a indiqué:
"b) La délimitation des zones de protection S1, S2 et S3 se base essentiellement sur des critères de vitesse ou de temps de circulation de l'eau souterraine dans le sous-sol. Ces zones (de) protection sont dites zones de protection "bactériologiques". Le critère temps est en effet fondamental pour l'élimination des germes, en plus des phénomènes d'épuration naturelle au travers des matériaux filtrants.
La Confédération a introduit une valeur de 10 jours pour délimiter l'extension de la zone S2 de protection rapprochée. Cette valeur est à considérer comme minimale étant donné que des germes plus résistants peuvent très bien subsister plus longtemps dans ce milieu souterrain qui leur est plutôt hostile (entérocoques, certains germes pathogènes ou virus). La zone S3 de protection éloignée constitue une zone tampon. Son dimensionnement est basé sur un temps d'écoulement de l'eau souterraine fixé au moins au double de celui utilisé pour la zone S2. Compte tenu du fait que la vitesse d'écoulement de l'eau souterraine peut augmenter en période de hautes eaux, mais également compte tenu de l'hétérogénéité du sous-sol, on utilise généralement un temps de séjour de l'ordre de 20 à 30 jours pour déterminer l'extension de la zone S3.
c) L'épaisseur et la nature des terrains de couverture constituent également des facteurs extrêmement importants pour l'évaluation de l'extension des zones de protection. Une couche de terrain non saturé épaisse, ou la présence d'un niveau peu perméable de type moraine, peuvent constituer un facteur permettant de réduire l'extension des zones S. En l'absence de ces formations, l'extension des zones de protection doit être plutôt étendue.
d) Par ailleurs, afin d'aider à matérialiser les zones de protection dans le terrain, les bureaux d'étude font coïncider leurs limites à des éléments tels que routes, chemins, limites forestières, limites de rivières, ruptures de pente, talus. Afin d'éviter le morcellement, la Confédération recommande également, dans la mesure du possible, de ne pas subdiviser les parcelles."
Le SESA s'est déterminé également sur la justification de l'inclusion des parcelles de la recourante dans la zone S3, relevant notamment que l'ancienne exploitation des graviers sur les parcelles de la recourante avait provoqué une diminution importante de l'épaisseur des terrains naturels filtrants protégeant la nappe. Enfin, il a précisé que le débit de concession total des cinq puits représentait le prélèvement d'eau souterraine le plus important du canton et qu'il permettrait d'alimenter une population de près de 30'000 habitants avec une eau brute ne nécessitant pas de traitement.
H. Le 18 juin 2007, le juge instructeur a confié une expertise au professeur G._, du centre d'hydrogéologie de l'Université de Neuchâtel, en ces termes:
"Votre mission consisterait à vérifier, notamment au regard des critiques émises par la recourante, que la délimitation des zones de protection des puits de Chanivaz repose sur des bases scientifiques correctes et suffisamment documentées, le cas échéant à proposer les investigations complémentaires qui pourraient s'avérer nécessaires. Plus précisément, il s'agirait d'infirmer ou de confirmer le bien-fondé de l'inclusion de tout ou partie des parcelles nos 145 et 147 dans la zone de protection S3 (...)."
G._ a établi son rapport d'expertise le 5 décembre 2007, concluant ce qui suit:
"(...)
Conclusions et recommandations
La réinterprétation des travaux et des rapports du E._ relatifs à la réalisation du champ captant de la plaine de Chanivaz remet clairement en question la délimitation des zones de protection des puits de Chanivaz.
En effet, seul l'essai de traçage du puits PC1 a donné une courbe de restitution claire du traceur et permis de calculer la vitesse des écoulements sur 60 m en amont du puits, cela pour un très faible débit. On n'a pas obtenu de restitution crédible des autres traceurs dans les puits PC2 et PC3. Cette situation pourrait même être interprétée, à contrario, comme indiquant qu'il n'y a pas de liens, en tous cas pour de faibles débits, entre les points d'injection des traceurs et les puits PC2 et PC3. Le traçage à l'uranine dont aucune restitution de la grande quantité injectée (8 kg) n'est clairement mesurable incline notamment à penser ceci.
Sur la base des données actuelles et tenant compte également de l'inadéquation des modifications des vitesses faites par le E._, rien ne permet d'affirmer que les parcelles 145 et 147 de la Commune d'Allaman appartenant à l'entreprise A._, doivent être englobées dans les zones de protection des puits PC1, PC2 et PC3. Et partant de l'ensemble des zones de protection des puits de captage de Chanivaz.
Pour délimiter à nouveau de manière crédible des zones de protection S2 et S3 unifiées et cohérentes, de nouveaux essais devront être entrepris de manière similaire à ceux conduits sur les puits PC4 et PC5 (débit de concession ou proche de celui-ci imposé aux 5 puits, importante quantité de traceur). On pourra par ailleurs également vérifier à cette occasion si le débit total de concession n'est pas trop élevé comme semblaient l'indiquer les essais en pompages maximum de 1999.
Le risque d'une contamination résiduelle de l'aquifère résultant de résidus des traceurs, utilisés précédemment et disséminés dans l'aquifère, peut constituer un obstacle à la réalisation de ces nouveaux essais. Il s'agira donc de bien contrôler l'état de l'aquifère avant de faire le choix optimum des traceurs utilisables.
Il est évident que le site de l'entreprise représente un risque potentiel pour l'aquifère, du fait des activités de celle-ci et de l'exploitation passée des graviers ayant réduit l'épaisseur de la zone non saturée surmontant la nappe. Cette situation ne justifie cependant pas à elle seule que le site soit englobé dans les zones de protection des cinq puits. "
L'arrêt AC.2005.0298 a été rendu le 25 novembre 2008. Au terme de ce jugement, la CDAP a admis le recours, annulé la décision attaquée et renvoyé la cause à l'autorité intimée pour qu'elle fasse procéder à une étude complémentaire, notamment à de nouveaux essais à opérer "de manière similaire à ceux conduits sur les puits PC4 et PC5", en contrôlant "l'état de l'aquifère avant de faire le choix optimum des traceurs utilisables", voire en vérifiant "à cette occasion si le débit total de concession n'est pas trop élevé."
I. Conformément à cet arrêt, les communes propriétaires des captages ont mandaté le bureau H._ afin de procéder à l'étude complémentaire demandée, sur la base d'un cahier des charges établi par l'expert G._ le 3 avril 2009 ("Note relative aux travaux complémentaires à effectuer pour redélimiter les zones de protection des captages du site de Chanivaz"), lequel préconisait:
"1) Compte tenu des travaux déjà effectués et aussi de la relative bonne connaissance de l'hydrogéologie du delta, un seul essai multi-traçage sera effectué.
2) L'essai multi-traçage devra se faire dans les conditions favorisant la mise en évidence d'un lien éventuel entre les parcelles de l'entreprise A._ et les cinq captages. A première vue, ces conditions impliquent de ne pas faire cet essai quand le débit de l'Aubonne est élevé.
3) L'essai de traçage se fera en mettant en pompage les 5 captages concernés. Les débits de chacun des captages correspondront aux débits fixés dans la concession.
4) Compte tenu du litige concernant les parcelles 145 et 147 de l'entreprise A._, un des traceurs devra être spécialement injecté à partir ou à proximité immédiate de celles-ci.
5) Deux ou trois autres traceurs seront injectés en amont des puits PC2 et PC3, dans l'axe des zones d'appels de ceux-ci, et vraisemblablement à mi-distance entre les captages et le lit de l'Aubonne.
6) La durée de l'essai sera de l'ordre de 45 jours et le choix des traceurs injectés ne sera fait qu'après s'être assuré que les eaux prélevées aux captages en condition maximale de pompage ne comporteront pas ou plus de traceurs résiduels qui pourraient perturber le multi-traçage réalisé."
Le bureau H._ a procédé à un essai de pompage conduit simultanément sur les cinq puits, du 4 février au 24 mars 2010, correspondant à ses yeux à la période de basses eaux, en condition de pompage maximum réel sur les cinq puits simultanément (à un débit moyen total de 9'004 l/mn). Il a effectué quatre tranchées (F1 à F4) et des traçages à l'uranine, au naphtionate et au chlorure de sodium (NaCl), en injectant notamment 4 kg d'uranine dans une fouille F4 sise dans l'angle Sud de la parcelle 145. Il a présenté ses premiers résultats le 3 décembre 2010 à Buchilllon en mentionnant notamment que "les débits de concession sont apparemment surévalués par rapport aux capacités de soutirage des puits" (présentation powerpoint). Un essai complémentaire de pompage a encore été réalisé en mars 2011, toujours dans une situation censée correspondre aux basses eaux. Le bureau H._ a communiqué des rapports en octobre 2011 puis en décembre 2012 et en mars 2014.
A._ s'est exprimée le 30 avril 2015 sur le rapport de mars 2014, sur la base d'un rapport du 29 avril 2015 du bureau I._ mandaté par ses soins. Elle évoquait notamment des lacunes concernant l'analyse de l'adéquation du débit de concession, le contenu scientifique et la forme du rapport. Le 22 juillet 2015, la DGE a requis du bureau H._ qu'il procède à des adaptations de la forme de son rapport.
Ainsi, la version définitive du rapport H._ a été établie le 15 février 2016. Cette expertise, qui comportait le protocole général d'utilisation du sol dans les zones S1, S2 et S3 de protection des eaux dans sa version de janvier 2014, confirmait l'inclusion des parcelles 145 et 147 de l'entreprise A._ en zone S3. Elle notait que les puits PC1, PC2 et PC3 bénéficiaient de débits de concession respectivement de 2'350 l/min, 1'200 l/min et 2'600 l/min (ch. 5.4). Elle rappelait que les essais de traçage permettaient de simuler l'arrivée aux puits d'un éventuel polluant en mesurant sa vitesse de déplacement au sein de la nappe et répétait que le système d'exploitation de la nappe de Chanivaz se composait de cinq puits interceptant les écoulements de l'eau souterraine en rive gauche du delta de l'Aubonne. Elle exposait le résultat des essais de traçage selon le tableau suivant (n° 14, ch. 8.3.3):
Puits Marqueur Tranchée d'injection Temps de transfert moyen dans la nappe Distance parcourue Vitesse de transfert Isochrone 10 jours PC1 Uranine F4 11 j 660 m 60 m/j 600 m PC1 Naphtionate F3 11.5 j 550 m 47.8 m/j 478 m PC1 NaCL F1 8 j 110 m 13.7 m/j 137 m PC2 Naphtionate F3 18 j 355 m 19.7 m/j 197 m PC3 Naphtionate F3 5.5 j 163 m 29.6 m/j 296 m
L'expertise soulignait que la limite de la zone S3 de protection éloignée correspondait au double de la distance entre la limite de la zone S1 et celle de la zone S2. Le bureau H._ appuyait la limite de la zone S3 sur l'étendue de l'aquifère, sachant que celui-ci était principalement contenu dans la terrasse lacustre dite des 3 m (complexe deltaïque inférieur). De ce fait, la limite géologique de démarcation de la terrasse dite des 10 mètres était prise ici comme limite en surface de l'aquifère principal. Au-delà de cette limite, l'aquifère avait une perméabilité inférieure et une épaisseur de la zone non saturée plus importante. Ceci conduisait à une augmentation du temps de transit de toute éventuelle pollution en surface vers les puits et augmentait le degré de protection de la ressource en eau potable. Encore une fois, les parcelles 145 et 147 devaient être incluses dans la zone S3 de protection des puits PC1, PC2 et PC3.
J. La Cheffe du DTE a rendu une nouvelle décision le 24 juin 2016, en approuvant le plan de délimitation des zones S1, S2 et S3 de protection des puits de Chanivaz et son règlement d'application. Selon cette décision, à laquelle était annexée le rapport H._ du 15 février 2016, les résultats de l'essai multi-traçage effectué démontraient une connexion très rapide entre le point d'injection situé sur la parcelle 145 (F4) et le puits PC1, avec une détection de l'uranine moins de 11 jours après l'injection. Cela confirmait la sensibilité des parcelles de l'entreprise A._ en cas de pollution. Les autres injections n'avaient pas fourni d'éléments plus spécifiques concernant les parcelles 145 et 147 mais avaient apporté une meilleure connaissance des écoulements de la nappe en conditions d'exploitation des captages, avec la confirmation que les vitesses d'écoulement de l'eau souterraine étaient élevées, à savoir comprises entre 13,7 et 60 m par jour. Le débit total de concession n'était pas surévalué. L'intérêt public prévalait et le principe de proportionnalité était respecté, dès lors que l'exploitation de l'entreprise de la recourante restait possible, moyennant une sécurisation adéquate des équipements.
K. A ce jour, les cinq puits alimentent prioritairement les réseaux de distribution d'eau potable de Buchillon et d'Etoy. Subsidiairement, ils desservent également Saint-Prex et les cinq communes de l'Association intercommunale des eaux du Boiron (AIEB). A l'Ouest du site actuellement exploité au moyen de ces cinq puits se trouve un périmètre protégé, destiné à l'implantation d'autres puits captants en fonction des besoins futurs.
L. Agissant le 6 septembre 2016, A._ et B._ ont recouru contre la décision de la Cheffe du DTE du 24 juin 2016, concluant principalement à ce que ce prononcé soit réformé en ce sens que les parcelles 145 et 147 ne soient pas colloquées en zone de protection des eaux, notamment en zone S3, de l'un et/ou l'autre des cinq puits de Chanivaz, subsidiairement à ce que la décision soit annulée et la cause renvoyée à l'autorité intimée pour nouvelle instruction et nouvelle décision. Les recourantes produisent une série de pièces (nos 1 à 6), ainsi qu'un nouveau rapport d' I._ du 5 septembre 2016, intitulé "Avis hydrogéologique concernant le rapport H._ du 15 février 2016". Elles reprochent au bureau H._ d'avoir admis que l'uranine injectée dans la fouille F4 sur leur parcelle 145 a été retrouvée 11 jours plus tard dans le PC1 et d'en avoir déduit une vitesse de circulation élevée en direction de ce puits, sans avoir vérifié la plausibilité de cette interprétation par rapport à d'autres méthodes de calcul. Aux yeux des recourantes, à la lumière de calculs selon la méthode de Wyssling, d'une part, et en fonction des isopièzes, d'autre part, un temps de circulation de 11 jours apparaît hautement invraisemblable dans le milieu géologique et hydrologique en question. De leur avis, l'uranine parvenue au puits PC1 ne provient pas, selon toute vraisemblance, de l'injection faite depuis la fouille F4 de la parcelle 145, mais d'une poche résiduelle provenant de l'injection opérée en 1986 dans la tranchée Ei5. Ainsi, il n'a pas été établi à satisfaction une relation entre leurs parcelles et l'un ou l'autre des cinq puits de Chanivaz. Elles relèvent par ailleurs que le débit de concession n'a pas été validé par l'étude H._ et soulignent à cet égard qu'il a été impossible de maintenir un pompage constant aux cinq puits pendant une durée supérieure à 15 jours depuis le début de l'essai. A titre de mesures d'instruction, les recourantes requièrent notamment, pour autant que le tribunal l'estime nécessaire pour exclure la collocation des parcelles 145 et 147, la mise en œuvre d'une expertise.
Le 3 octobre 2016, les municipalités d'Etoy et de Buchillon ont relevé que si la vaste zone aquifère de Chanivaz est complexe et difficile à modéliser, les liens souterrains entre les parcelles des recourantes et les puits de captage ne sont pas contestés. Compte tenu de la nécessité de sécuriser la production et la consommation d'eau potable pour des milliers de ménage, le recours doit être rejeté.
Le 16 novembre 2016, la municipalité d'Allaman a conclu à l'admission du recours. Elle souligne que les parcelles des recourantes se situent à plus de 200 m des captages et ne peuvent, de ce seul fait, être incluses dans la zone S3. De surcroît, le maintien de cette portion de territoire en zone S3 prétérite gravement le développement futur de la commune, voire de la région.
Le DTE a déposé sa réponse le 21 novembre 2016 par l'intermédiaire de la DGE, en communiquant son dossier (pièces nos 1 à 3). De son avis, la présence de deux puits de captage, profonds de 15 m au droit de la parcelle 145, permettant l'exploitation de débits importants, met en évidence la perméabilité des graviers et souligne de fait la vulnérabilité des eaux souterraines par rapport aux pollutions. Le résultat positif de l'essai de traçage à l'uranine n'est dès lors pas surprenant. La ressource en eau souterraine présente au droit du site de l'entreprise A._ appartient à la même nappe que celle alimentant les captages de Chanivaz. Toujours selon le DTE, il est erroné de dire que l'uranine arrivée au puits PC1 proviendrait d'une poche résiduelle de traceur injecté lors des études précédentes.
Les municipalités de Buchillon, Etoy et Allaman se sont exprimées les 12 janvier, 26 janvier et 29 mars 2017 respectivement.
M. Les recourantes ont déposé le 29 mars 2017 un mémoire complémentaire, ainsi qu'un rapport d'I._ du même jour, développant notamment en quoi les restrictions liées à une zone S3 s'avèrent particulièrement sévères à son encontre. Elles communiquent également une nouvelle série de pièces (nos 7 à 15), dont trois synthèses CAMAC des 4 mai 1992, 5 décembre 2000 et 29 août 2005 concernant la construction de bâtiments industriels sur la parcelle 145 destinés à la fabrication de produits en béton, le rapport d'examen préalable de l'ancien Service de l'aménagement du territoire du 13 mars 1989 relatif au PPA "En Chaney", ledit PPA et son règlement, l'estimation fiscale du 12 décembre 1994 des parcelles 145 et 92 des recourantes, ainsi qu'un article du laboratoire E._ de 1990 intitulé "Persistance des traceurs fluorescents dans les nappes d'eaux souterraines".
Le DTE a complété sa réponse le 9 juin 2017, en transmettant des pièces (nos 4 à 6), notamment des photographies aériennes et un courrier de l'ancien SESA aux recourantes du 2 février 2005. Les recourantes ont réagi le 30 août 2017, en annexant un rapport d'I._ du 28 août 2017, ainsi qu'un troisième bordereau de pièces (nos 16 à 17).
N. Une audience a été aménagée le 13 septembre 2017. On extrait du compte-rendu ce qui suit:
"(...)
Interrogé par l'assesseuse Marcuard, J._ [I._] confirme que le site de l'essai effectué en 1999 avec de l'uranine par le E._ se trouve au lieu-dit "La Frésaire", et qu'il avait d'abord retenu un autre site de manière erronée. Il maintient son hypothèse quant à la remobilisation de ce traceur – injecté en grande quantité et qui serait resté partiellement piégé dans une poche peu perméable – lors des pompages effectués en 2010. L'uranine pourrait provenir soit de l'ancienne tranchée de 1999 Ei3 à La Frésaire, soit, plus probablement selon lui, de l'ancienne tranchée de 1986 Ei5. J._ considère que l’on ne s'est pas assez assuré, avant les essais de 2010, de l'absence de traceurs injectés par le passé. Il argue que lors des essais de 1986, une pollution à l'uranine des fluocapteurs avait déjà été constatée. J._ relève en particulier l'absence de contrôle par fluocapteurs d'un reliquat d'anciens traceurs, méthode préconisée par le E._, et que le contrôle n'a été effectué que sur des échantillons d'eau avec pompage simultané aux cinq puits. (Ajout selon rem. recourantes du 9.10.: K._ [adjointe à l'hydrogéologue cantonal] répond qu'en fait un contrôle par fluocapteurs a été effectué).
Les représentants de la DGE estiment que les résultats des essais de 1986 présentent un "bruit de fond" dont l'interprétation est difficile. Il n'est pas démontré que le produit trouvé était de l'uranine. Ils contestent par ailleurs l'hypothèse formulée par J._, jugée peu vraisemblable, et font valoir que les autres essais de traçage sont cohérents dans l’ensemble et démontrent une vitesse d'écoulement rapide. Il est peu probable que de l'uranine, produit très soluble, puisse rester piégée aussi longtemps dans un aquifère poreux, notamment compte tenu du fort taux de renouvellement de la nappe phréatique lié à l'apport de l'Aubonne. Lors de l'étude du bureau H._, l'uranine et le naphtionate injectés sont arrivés rapidement, même si la quantité d'uranine détectée a été relativement faible. La difficulté d'interprétation des résultats de l'étude de H._ est due à l'hétérogénéité de l'aquifère, composé de strates de différentes granulométries et par conséquent de perméabilité variable, dont certaines comprenant notamment du gravier et des blocs, qui influencent l'écoulement de l'eau.
L._ [syndic de Buchillon] qui est hydrogéologue de profession, appuie cette opinion; il estime qu'on se trouve dans un delta stratifié, dans une direction oblique par rapport à l'écoulement normal de la nappe phréatique. Des perméabilités variables ne sont pas surprenantes. (Ajout selon rem. recourantes du 9.10: L._ précise que des matériaux grossiers ont pu être déposés dans d'anciens cours de l'Aubonne et constituer ainsi des chenaux perméables).
J._ rappelle que, pour que ces chenaux jouent un rôle de drains, ils doivent être orientés dans le sens de l'écoulement de la nappe. Il ajoute que les écoulements sont déterminés par les différences de potentiels amont-aval, et expose que la carte des potentiels montre que l'écoulement de la nappe (nord-ouest — sud-est) s'effectue de manière transversale à d'anciens cours de l'Aubonne (nord-est — sud-ouest). J._ met en doute la possibilité que les parcours des traceurs aient pu se croiser lors des essais, en raison du fait qu'il s'agit d'une seule nappe phréatique. Dans une seule nappe, le croisement d'écoulements, quelle que soit la perméabilité des terrains, est tout simplement contraire aux lois physiques régissant les écoulements. Les calculs de perméabilité en fonction des résultats obtenus par H._ (vitesse de déplacement des traceurs) ne correspondent pas à la perméabilité globale du sous-sol au niveau des puits. En effet, la perméabilité selon le traçage à l'uranine tel qu'interprété par H._ et par la DGE serait de l'ordre de 10-2 m/s, ce qui est une perméabilité en soi extraordinairement élevée, mais surtout improbable si on la compare à celle mesurée aux puits, qui est de l'ordre de 10-4 m/s. Selon les calculs de J._, qui incluent les apports d'eau de l'Aubonne ainsi que l'eau de pluie, il est possible que des traceurs persistent dans ce milieu pendant plusieurs dizaines d'années. Les essais effectués au débit de concession peuvent expliquer la mobilisation d'une ancienne poche d'uranine.
Interrogé par Mme Marcuard, J._ explique que du fait du caractère hétérogène des dépôts, des milieux graveleux ont pu être isolés au sein de matériaux imperméables, emprisonnant ainsi un traceur, qui ne peut que se libérer graduellement au cours du temps au gré des fluctuations de la nappe, notamment lors de pompages.
K._ [DGE] objecte que les puits sont régulièrement utilisés, parfois au débit de concession.
La DGE souligne que, outre le prélèvement de blancs en 2009, aucune trace ni bouffée irrégulière d'uranine ni d'autre colorant n'est apparue entre les 1er et 8e jours après l'injection du traceur de 2010, ni entre les 16e et 45e jours, en conditions de pompage maximal, confirmant ainsi l'absence de bruit de fond et la validité du résultat de l'essai. L'hypothèse de la persistance d'un traceur n'est pas compatible avec le fonctionnement hydrogéologique de la nappe de Chanivaz et les phénomènes de "rinçage" lors des hautes eaux de l'Aubonne. La DGE mentionne la nature soluble de l'uranine, son comportement très mobile, à la différence de celui d'un polluant qui pourrait, lui, rester piégé durant des années à faible profondeur. L'hypothèse d'I._ pourrait être prise en compte en présence d'un produit polluant, peu mobile et peu soluble, qui pourrait rester stocké. Elle n'est en revanche pas compatible avec la nature mobile et soluble de l'uranine.
MM. L._ et M._ [conseiller municipal d'Etoy] exposent que ces puits sont utilisés par plusieurs communes. En effet, ces puits n'alimentent pas seulement les communes d'Etoy et de Buchillon (3'515 hab.), mais subsidiairement, les communes de l'Association intercommunale des eaux du Boiron (AIEB) regroupant 4'661 habitants (Denens, Lully, Lussy, Tolochenaz et Villars-sous-Yens). En complément, ces puits sont connectés aux réseaux d'eau de St-Prex (5'661 hab.) et bientôt de Lavigny et de St-Livres (1'695 hab.) pour pouvoir leur délivrer de l'eau en cas d'urgence. Le canton souhaite encore étendre cette capacité de secours pour Aubonne et Allaman (3'704 hab.). Ainsi, les captages de Chanivaz délivrent quotidiennement de l'eau potable pour un bassin de population de 8'176 habitants. En cas de besoin des communes voisines, la fourniture d'eau par ces puits peut couvrir le besoin pour une population de 15'532 habitants et devrait même être portée à 19'236 habitants si nous suivons les recommandations cantonales. Pendant la saison des cultures agricoles de mai à octobre, les besoins en eau par l'irrigation fluctuent en fonction des cycles de culture et de la météo. En hiver, le réseau d'irrigation est mis hors service et la station se limite souvent à un pompage journalier de 2 heures minimum pour maintenir l'état sanitaire des installations. Sur l'année, il est pompé en moyenne entre 30 et 40 % du maximum autorisé par la concession (à savoir 10'000 litres par minute). Lors des fortes demandes en période de sécheresse estivale, il est prélevé généralement 7'000 l/mn sur des durées quotidiennes d'une douzaine d'heures. Les pics observés ne dépassent jamais 8'000 l/mn sur quelques heures. La valeur de ces pics est fixée par les besoins et non pas par la capacité des puits. Les seules fois où ces puits ont été exploités à leur pleine capacité étaient pendant les tests réalisés en 2010 et en 2011 avec un débit moyen global légèrement supérieur à 9'000 l/mn.
K._ explique que, pour la délivrance d'une telle concession, le canton se base sur la capacité de pompage maximale des installations, tout en sachant que les puits ne seront pas utilisés en permanence à leur plein potentiel.
Me Bernel allègue que le débit de concession accordé est exagéré au regard des capacités de la nappe phréatique; il se réfère à ce sujet à la présentation PowerPoint qu'avait faite H._ en 2010. Par ailleurs, les essais de pompage ont été faits à un débit inhabituel, entraînant une vitesse d'écoulement de l'eau qui ne correspond pas à la réalité. Il ajoute que les zones de protection visent à protéger la consommation d'eau potable, et non l'utilisation d'eau par les agriculteurs.
N._ [hydrogéologue cantonal] et K._ répondent que les agriculteurs de la région bénéficiaient précédemment d'un droit à recevoir de l'eau venant des puits en question, mais que ce droit est à présent éteint. Par ailleurs, cette nappe phréatique constitue une ressource d'importance stratégique pour le canton. Le plan directeur cantonal de la distribution de l'eau prévoit que cette réserve d'eau est indispensable; elle est attribuée en premier lieu à l'alimentation de la population, et subsidiairement à l'agriculture. Son utilisation dans ce but pourra être amenée à augmenter encore à l'avenir, et la construction de nouveaux puits n'est pas exclue. La DGE ne considère pas que la nappe phréatique soit surexploitée et ne se rallie pas, sur ce point, à l'opinion exprimée en 2010 par H._.
Me Bernel et les représentants de la DGE discutent de la surexploitation de la nappe phréatique. N._ indique qu'un piézomètre d'observation confirme la stabilité de la nappe à une certaine distance des puits. (Ajout selon rem. recourantes du 9.10: N._ indique qu'il s'agit d'un piézomètre situé à la gravière "Les Bruyères"). Me Bernel relève que c'est le cas avec le débit d'exploitation actuel, et non maximal. K._ fait valoir que la nappe phréatique est efficacement réalimentée par l'Aubonne, et que par ailleurs l'étude E._ de 1976 a établi les ressources en eau disponibles. La DGE indique qu'une surexploitation de la nappe est improbable du fait que l'aquifère est réalimenté de manière massive lors des épisodes de crue de l'Aubonne.
Interrogés par l'assesseuse Marcuard sur la question de savoir s'ils ont constaté une baisse du niveau de la nappe phréatique, les représentants des communes exploitant les puits répondent par la négative. Ils précisent que les installations sont programmées pour ne pas pomper plus que le débit autorisé par la concession. Les puits sont munis de capteurs interrompant le pompage lorsque la nappe descend en-dessous d'un certain niveau; cela n'a jamais été constaté sur un des captages car l'installation prélève l'eau sur l'ensemble des puits selon leurs capacités. Ils n'ont vu aucun indice que la nappe soit surexploitée, car les besoins en eau ont toujours pu être délivrés sans atteindre les limites fixées, même en cas de forte sollicitation en période de sécheresse et d'étiage de l'Aubonne.
Interrogé par la présidente, O._ [A._] expose que le site sur lequel la Cour se trouve sert à la fabrication de produits en béton et qu'il comprenait aussi l'exploitation d'un gisement de gravier. Le site de cette dernière activité est maintenant loué à une autre société. Dans le futur, l'objectif est de concentrer toutes les activités de production sur cette parcelle. Le puits installé sur ce site sert au lavage des granulats et aux activités de production.
La Cour et les parties se déplacent sur la parcelle n° 145 afin de voir le puits en question, à l'est de la parcelle.
N._ souligne que la nappe phréatique exploitée par ce puits est la même que celle utilisée par les communes pour leur eau potable. La vulnérabilité de la nappe est ici élevée, car la couche de protection du terrain a été enlevée à certains endroits de la parcelle dans le cadre des activités de A._. Cela justifie donc l'instauration d'une zone de protection S3.
Me Bernel répond qu'une telle zone de protection doit se justifier sur la base de critères scientifiques O._ indique que la gravière a été exploitée au sud et à l'ouest du puits se trouvant sur la parcelle et non à l'emplacement du puits lui-même.
(Ajout selon rem. recourantes du 9.10: Interrogé par J._ sur la présence de graviers de la terrasse des 3 m à cet endroit, N._ précise que l'exploitation a privé ces graviers de la couche protectrice que constituaient les matériaux moins perméables de la terrasse des 10 m. J._ relève le caractère erroné de cette explication, la terrasse des 10 m ne pouvant recouvrir la terrasse des 3 m, plus récente.)
N._ manifeste son désaccord en mentionnant que l'exploitation de la gravière a eu pour effet de diminuer l'épaisseur des terrains non saturés et ainsi d'augmenter la vulnérabilité de la nappe située au droit des parcelles A._.
(...)"
O. Les recourantes se sont exprimées les 9 octobre 2017 et 14 février 2018, en annexant une note d'I._ du 14 février 2018. La municipalité de Buchillon s'est déterminée les 11 octobre et 21 novembre 2017 et la municipalité d'Etoy a fait de même les 12 octobre 2017, 5 décembre 2017 et 5 mars 2018. La municipalité d'Allaman a indiqué le 21 décembre 2017 qu'elle n'avait pas de remarque à formuler. Le DTE, par la DGE, s'est exprimé les 12 octobre 2017, 20 novembre 2017 et 6 mars 2018, en produisant des extraits de l' "Etude hydrogéologique de la région de Chanivaz" du 25 octobre 1976 d'Arnold Bersier et Aurèle Parriaux (p. 9) et de son complément du 15 septembre 1983 (sondage du PC3, feuilles 1 et 2). Il a par ailleurs requis que la note d'I._ du 14 février 2018 soit écartée du dossier, ou qu'un délai lui soit imparti pour de brèves déterminations à cet égard.
Le tribunal a ensuite statué.

origin_considerations:
Considérant en droit
1. a) L'autorité intimée demande que soit écartée du dossier la note d'I._ du 14 février 2018, ou qu'un délai lui soit imparti pour s'exprimer à ce propos. Elle fait valoir que ce sont A._ et B._ qui sont les recourantes, I._ n'étant que leur mandataire technique. De plus, les recourantes auraient déjà épuisé, par leurs déterminations du 9 octobre 2017, leur droit de s'exprimer sur le contenu du procès-verbal de l'inspection locale du 13 septembre 2017. Enfin, le DTE expose que s'il avait eu connaissance, lors de ses propres observations du 20 novembre 2017, de la nouvelle note d'I._ du 14 février 2018, il se serait exprimé autrement.
Il est considéré que la nouvelle note produite par les recourantes le 14 février 2018 n'appelle pas de prise de position complémentaire de la part de l'autorité intimée. Quoi qu'il en soit, vu l'issue du recours, on peut laisser indécise la question de savoir si cette note devrait être retranchée du dossier à la demande du DTE, respectivement soumise à celui-ci, étant précisé qu'une réaction de l'autorité à cette note devrait à son tour être communiquée aux recourantes afin qu'elles puissent exercer leur droit de réplique.
b) Les recourantes requièrent, pour autant que le tribunal l'estime nécessaire pour exclure la collocation des parcelles 145 et 147 en zone S3, la mise en œuvre d'une expertise, portant sur les points qu'elles détaillent en p. 10 s. de leur recours, auquel il est renvoyé pour le surplus. Compte tenu du nombre d'experts et d'expertises qui se sont déjà attachés à étudier la zone aquifère de Chanivaz, complexe et difficile à modéliser, ainsi que du caractère convaincant de l'expertise H._ (cf. consid. 3 et 4 infra), cette requête apparaît superflue et doit être écartée, sans qu'il n'en résulte de violation du droit d'être entendu des recourantes (art. 29 Cst.).
2. a) L'art. 19 al. 1 de la loi fédérale du 24 janvier 1991 sur la protection des eaux (LEaux; RS 814.20) impose aux cantons de subdiviser leur territoire en secteurs de protection en fonction des risques auxquels sont exposées les eaux superficielles et les eaux souterraines, les prescriptions nécessaires étant édictées par le Conseil fédéral. L'art. 20 al. 1 LEaux les obligent en outre à délimiter des zones de protection autour des captages et des installations d'alimentation artificielle des eaux souterraines d'intérêt public, en fixant les restrictions nécessaires au droit de propriété.
Selon l'art. 20 al. 2 LEaux, les détenteurs de captages d'eaux souterraines sont tenus de faire les relevés nécessaires pour délimiter les zones de protection (let. a), d'acquérir les droits réels nécessaires (let. b) et de prendre à leur charge les indemnités à verser en cas de restriction du droit de propriété (let. c).
L'ordonnance fédérale du 28 octobre 1998 sur la protection des eaux (OEaux; RS 814.201) prévoit à son cinquième chapitre des mesures d'organisation du territoire relatives aux eaux. Ainsi, en application de l'art. 20 LEaux, l'art. 29 al. 2 OEaux astreint les cantons à délimiter les zones de protection. Celles-ci sont décrites au ch. 12 de l'Annexe 4 de l'ordonnance.
Le ch. 121 de ladite annexe, dans sa version en vigueur depuis le 1er janvier 2016, détermine les zones de protection dans les termes suivants:
121 Généralités
1 Les zones de protection des eaux souterraines se composent des zones S1 et S2 et:
a. de la zone S3 dans les aquifères en roches meubles et les aquifères karstiques ou fissurés faiblement hétérogènes;
b. des zones Sh et Sm dans les aquifères karstiques ou fissurés fortement hétérogènes; il n’est pas nécessaire de délimiter la zone Sm si la désignation d’une aire d’alimentation Zu permet d’assurer une protection équivalente.
2 Pour les puits de pompage, le dimensionnement des zones de protection des eaux souterraines est déterminé par le prélèvement maximal autorisé.
Les ch. 122 à 124 définissent les objectifs à atteindre au moyen de chacune des trois zones S1, S2 et S3 ainsi:
122 Zone de captage (zone S1)
1 La zone S1 doit empêcher que les captages et les installations d’alimentation artificielle ainsi que leur environnement immédiat soient endommagés ou pollués.
2 Dans les aquifères karstiques ou fissurés fortement hétérogènes, elle doit en outre empêcher que soit pollué l’environnement immédiat de structures géologiques dans lesquelles l’eau de surface arrive concentrée dans le sous-sol (pertes) et où existe une menace pour l’utilisation de l’eau potable.
3 Elle couvre le captage ou l’installation d’alimentation artificielle ainsi que leur environnement immédiat. Dans les aquifères karstiques ou fissurés fortement hétérogènes, elle couvre en outre l’environnement immédiat des pertes où existe une menace pour l’utilisation de l’eau potable.
123 Zone de protection rapprochée (zone S2)
1 La zone S2 doit empêcher:
a. que les eaux du sous-sol soient polluées par des excavations et travaux souterrains à proximité des captages et des installations d’alimentation artificielle; et
b. que l'écoulement des eaux du sous-sol soit entravé par des installations en sous sol.
2 Dans les aquifères en roches meubles ou les aquifères karstiques ou fissurés faiblement hétérogènes, elle doit en outre empêcher que des agents pathogènes et des substances qui peuvent polluer les eaux pénètrent dans le captage en quantité telle qu’ils constituent une menace pour l’utilisation de l’eau potable.
3 Elle est délimitée autour des captages et installations d’alimentation artificielle et dimensionnée de sorte:
a. que la distance entre la zone S1 et la limite extérieure de la zone S2, dans le sens du courant, soit de 100 m au moins; elle peut être inférieure si les études hydrogéologiques permettent de prouver que le captage ou l’installation d’alimentation artificielle bénéficient d’une protection équivalente avec des couches de couverture peu perméables et intactes; et
b. que, dans les aquifères en roches meubles et les aquifères karstiques ou fissurés faiblement hétérogènes, la durée d’écoulement des eaux du sous-sol, de la limite extérieure de la zone S2 au captage ou à l’installation d’alimentation artificielle, soit de dix jours au moins.
124 Zone de protection éloignée (zone S3)
1 La zone S3 doit garantir qu’en cas de danger imminent (p. ex. accident impliquant des substances pouvant polluer les eaux), on dispose de suffisamment de temps et d’espace pour prendre les mesures qui s’imposent.
2 La distance entre la limite extérieure de la zone S2 et la limite extérieure de la zone S3 doit en règle générale être aussi grande que la distance entre la zone S1 et la limite extérieure de la zone S2.
b) Le canton de Vaud a introduit les bases légales nécessaires à la création des zones de protection des eaux S1, S2 et S3 en modifiant les art. 62 à 64 de la loi vaudoise du 17 septembre 1974 sur la protection des eaux contre la pollution le 18 décembre 1989 (LPEP; BLV 814.31; v. exposé des motifs in BGC 1989 p. 305).
L'art. 63 LPEP qui traite des zones de protection S1, S2 et S3 prévoit notamment que le propriétaire d'un captage doit effectuer les études hydrogéologiques nécessaires pour délimiter les zones de protection S1, S2 et S3, conformément à l'article 20 de la loi fédérale (al. 1). Le service fait établir un plan de délimitation des zones de protection S1, S2 et S3 composé (al. 5): d'un plan précisant les limites de propriété, le numéro des parcelles et mentionnant le nom des propriétaires intéressés, à l'échelle du plan cadastral (let. a); de la liste des restrictions d'utilisation des biens-fonds situés en zones S1, S2 et S3 (let. b) et d'une réglementation sur les installations existantes (mises en état ou mises hors service), dans le respect des buts fixés par la loi fédérale et du principe de la proportionnalité (let. c). Le plan de délimitation est soumis à l'enquête publique. Les art. 73 et 74 (aujourd'hui les art. 11 ss) de la loi du 4 décembre 1985 sur l'aménagement du territoire et les constructions (LATC; BLV 700.11) sont applicables (al. 6).
Ainsi, conformément à l'art. 63 al. 6 LPEP, les plans des zones de protection des eaux sont assimilés aux plans d'affectation et ils sont soumis à la même procédure d'approbation que les plans d'affectation cantonaux. Ces zones de protection ne sont toutefois pas, en soi ou matériellement, des mesures de planification au sens de la loi fédérale sur l'aménagement du territoire; elles sont fondées directement sur la législation fédérale de la protection des eaux ainsi que sur les dispositions cantonales d'exécution (cf. JAAC 49/1985 n° 34 consid. 1; ATF 121 II 39 consid. 2b/aa p. 43). Il s'agit néanmoins, du point de vue formel, d'éléments particuliers du plan d'affectation réglant de façon générale, pour le territoire concerné, le mode d'utilisation du sol (cf. ATF 120 Ib 287 consid. 3c/cc p. 296; 121 II 39 consid. 2b/aa p. 43).
L'ancien Office fédéral de l'environnement, des forêts et du paysage (OFEFP; aujourd'hui l'Office fédéral de l'environnement, OFEV) a établi d'abord en octobre 1997 des instructions pratiques pour la détermination des secteurs de protection des eaux, des zones et des périmètres de protection des eaux souterraines. Une nouvelle version ("Instructions pratiques pour la protection des eaux souterraines", Berne 2004) tient compte des différentes modifications législatives, notamment de l'importance accrue donnée à la sauvegarde des eaux souterraines par l'OEaux. L'OFEV a également édicté en 2012 des directives intitulées "Zones de protection des eaux souterraines en roches meubles".
3. Les recourantes, propriétaires des parcelles 145 et 147, soutiennent en premier lieu que les communes propriétaires des captages n'ont pas démontré la pertinence du classement de ces deux biens-fonds en zone S3 des puits PC1, PC2 et PC3.
a) Dans les aquifères en roches meubles, comme en l'espèce, la délimitation des zones de protection S1, S2 et S3 est réglée par les ch. 121 al. 1 let. a, 122 al. 1 et 3, 123 et 124 Annexe 4 OEaux. Selon la directive fédérale précitée de 2012 de l'OFEV, intitulée "Zones de protection des eaux souterraines en roches meubles", la zone de captage S1 englobe en principe une bande de 10 m au moins autour de tous les éléments de l'installation de captage. La zone de protection rapprochée S2 est dimensionnée de manière à ce que la durée d'écoulement (temps de séjour) des eaux souterraines entre la limite amont de la zone S2 et le captage soit d'au moins dix jours (isochrone de dix jours) et que la distance entre la zone S1 et la limite amont de la zone S2 soit d'au moins 100 m dans le sens du courant. Enfin, en amont du captage, la distance entre la limite de la zone S2 et la limite de la zone de protection éloignée S3 équivaut environ à la distance entre la limite de la zone S1 et la limite de la zone S2 (cf. ch. 6.5 de la directive fédérale précitée). En d'autres termes, en amont, la distance de la zone S3 au captage correspond en principe à deux fois la distance de la zone S2 au captage (donc au doublement de l'isochrone de dix jours), moins la distance de la zone S1 au captage.
Dans la pratique, l'évaluation de la vitesse de déplacement de l'eau souterraine et, partant, la détermination de l'isochrone de dix jours, est obtenue à l'aide de traçages entre des points d'injection et les puits de pompage. Ces traceurs permettent non seulement de déterminer les temps de transit dans l'aquifère mais encore de simuler l'effet d'une éventuelle pollution accidentelle dans le périmètre d'influence des puits.
b) La question de savoir si les parcelles 145 et 147 doivent être incluses dans la zone S3 de protection des puits de Chanivaz PC1, PC2 et PC3 a fait l'objet de plusieurs expertises au fil du temps, établies sur mandat des communes propriétaires des captages. Il s'agit des rapports E._ des 16 février 1987 et 26 juin 2000, puis du rapport H._ du 15 février 2016.
Tant le laboratoire E._ que le bureau H._ ont retenu, sur la base de traçages, que les deux biens-fonds en cause devaient être colloqués en zone S3.
Pour leur part, les recourantes contestent une telle conclusion, en tirant argumentation des rapports des 15 septembre 2016, 29 mars 2017 et 14 février 2018 de leur propre mandataire, le bureau I._.
c) Le rapport du bureau H._ du 15 février 2016 été réalisé sur la base des instructions des 5 décembre 2007 et 3 avril 2009 du professeur G._, expert désigné par le Tribunal à la suite d'un rapport critique du 25 juin 2004 du bureau F._ mandaté par les recourantes.
aa) Dans ses instructions des 5 décembre 2007 et 3 avril 2009, le professeur G._ enjoignait d'entreprendre un seul essai multi-traçage, lorsque le débit de l'Aubonne ne serait pas élevé, en mettant en pompage les cinq captages concernés, les débits de chacun des captages correspondant à ceux fixés dans la concession. La durée de l'essai serait de l'ordre de 45 jours et le choix des traceurs injectés ne serait fait qu'après s'être assuré que les eaux prélevées aux captages en condition maximale de pompage ne comporteraient pas ou plus de traceurs résiduels qui pourraient perturber le multi-traçage réalisé. L'un des traceurs devrait être spécialement injecté à partir ou à proximité immédiate des parcelles 145 et 147. Toujours selon ces instructions, deux ou trois autres traceurs seraient injectés en amont des puits PC2 et PC3, dans l'axe des zones d'appels de ceux-ci, et vraisemblablement à mi-distance entre les captages et le lit de l'Aubonne.
bb) Il découle du rapport de H._ du 15 février 2016 que ce bureau a prélevé en 2009, avant les essais, des échantillons d'eau des cinq puits ainsi qu'un "blanc" (piézomètre S15) afin de vérifier l'éventuelle présence résiduelle de traceurs fluorescents précédemment introduits dans l'aquifère (cf. annexe 9, analyse de l'Université de Berne du 16 septembre 2009). Ayant observé une réponse négative sur la présence d'uranine, d'éosine et de naphtionate, le bureau a retenu ces traceurs pour les essais. Il a ensuite creusé quatre tranchées de reconnaissance, dites F1, F2, F3 et F4. Les trois premières ont été réalisées en rive gauche de l'Aubonne et la quatrième en rive droite, dans l'angle Sud de la parcelle 145. Le bureau H._ a procédé les deux années suivantes à deux essais d'aquifère, en période de basses eaux selon lui, en condition de pompage maximum réel sur les cinq puits, du 4 février au 24 mars 2010, puis du 7 mars au 27 mars 2011. En 2010, il a injecté les traceurs choisis dans les quatre tranchées, ainsi:
Tranchées Traceur Quantité F1 NaCl 150 kg F2 Eosine 1,5 kg F3 Naphtionate 1 kg F4 Uranine 4 kg
Parallèlement, des fluocapteurs (sachets de charbon actif) ont été installés dans les puits PC1, PC2, PC3 et PC4 (ch. 7.3.2.3 et 7.3.2.4).
S'agissant du comportement hydrogéologique de la nappe, le bureau a relevé l'existence d'un gradient hydraulique pour la nappe de Chanivaz, de 0,77% au repos. Une fois soumise à l'exploitation au débit de concession, la surface piézométrique de la nappe se modifiait de façon remarquable et permettait le développement de directions d'écoulement (lignes de courant) Ouest-Nord-Ouest — Est-Sud-Est dans le secteur entre les puits PC4 et PC2. Dans le secteur du PC2, le bureau a observé une modification des équipotentielles, avec une déflexion des lignes de courant et une diminution du gradient hydraulique (ch. 8.1). Par ailleurs, le bureau a calculé les zones d'appel des trois puits PC1, PC2 et PC3 selon la méthode "théorique" de Wyssling, décrite dans les directives précitées de 2012 de l'OFEV ("Zones de protection des eaux souterraines en roches meubles"), ainsi que sur la base des cartes isopièzes et en tenant compte des essais de traçage (ch. 8.2). Le bureau a décrit la restitution des traceurs aux trois puits concernés dans le tableau suivant (tableau 12, ch. 8.3 et annexes 10a à 10d):
Puits Débit total relevé (m3) Débit moyen (I/mn) Restitution Uranine Restitution Naphtionate Restitution Eosine Restitution NaCl PC1 136'321 1'972 243 mg 2041 mg 0 + PC2 76'559 1'108 0 3191 mg 0 nm PC3 166'921 2'415 52 mg 3826 mg 0 nm
Il a analysé cette restitution ainsi:
"8.3.1 Restitution des traceurs (...)
Si l'analyse positive de l'Uranine au PC1 relevée sur les échantillons d'eau est confirmée par l'extraction des fluocapteurs de la première série, la présence de traces d'Uranine dans l'échantillon d'eau du PC3 prélevé le troisième jour après injection du traceur à la parcelle 145 (A._) (cf. annexe 10c), n'a pas été confirmée par l'analyse des fluocapteurs en place à la même période.
Nous devons donc refuser cette arrivée et attribuer le résultat à une contamination locale et temporaire soit du prélèvement soit du milieu (apport provenant d'une "poche" de colorant de l'injection de 1986, 8 kg l'Uranine à la fouille Ei3 éventuellement resté dans l'aquifère et remobilisé lors des essais).
La deuxième série de fluocapteurs n'a pas pu être analysée en raison d'un problème analytique (...).
Les analyses faites au puits PC2 pour les traceurs Uranine et Eosine ont donné des résultats négatifs tant sur les échantillons d'eau que sur les fluocapteurs.
(...)
8.3.3 Délimitation de l'isochrone 10 jours
Les vitesses de transfert dans la nappe de Chanivaz dans les divers essais sont du même ordre de grandeur. La différence de vitesse dépend de la situation des courbes isopièzes (en phase de pompage) entre la zone d'injection et le puits de restitution. Ces résultats servent de base à la délimitation de l'isochrone des 10 jours déterminée sur la base du temps de transfert moyen (temps de séjour dominant, selon [les directives "Zones de protection des eaux souterraines en roches meubles", OFEV 2012]).
Puits Marqueur Tranchée d'injection Temps de transfert moyen dans la nappe Distance parcourue Vitesse de transfert Isochrone 10 jours PC1 Uranine F4 11 j 660 m 60 m/j 600 m PC1 Naphtionate F3 11.5 j 550 m 47.8 m/j 478 m PC1 NaCL F1 8 j 110 m 13.7 m/j 137 m PC2 Naphtionate F3 18 j 355 m 19.7 m/j 197 m PC3 Naphtionate F3 5.5 j 163 m 29.6 m/j 296 m
Tableau 14: Vitesse de transfert moyen dans la nappe de Chanivaz en phase de pompage.
Cette limite est appliquée dans la direction des lignes de courant de la zone d'appel principale respective des puits PC1, PC2 et PC3 (annexe 12a).
(...)
9.3 Principes de délimitation
Les essais de traçage nous permettent de simuler l'arrivée aux puits d'un éventuel polluant en mesurant sa vitesse de déplacement au sein de la nappe. Le système d'exploitation de la nappe de Chanivaz se compose de 5 puits qui interceptent les écoulements de l'eau souterraine en rive gauche du delta de l'Aubonne.
Les puits PC1, PC2 et PC3 font partie de ce dispositif.
En situation de repos, cette nappe libre a un léger gradient de direction nord-nord-ouest — sud-sud-est. En phase de pompage au débit de concession, le gradient hydraulique se trouve augmenté dans la zone d'appel des puits. Dans cet état, les directions d'écoulement se modifient suivant des zones à forte transmissivité de l'aquifère formé par la Terrasse des 3 m, permettant des communications hydrauliques de sens nord-ouest - sud-est (cf. annexe 8b).
Nous avons réalisé les essais en période de basses eaux et en situation d'exploitation avec tous les puits de pompages en marche au débit de concession.
9.4 Délimitation des zones S1, S2, S3
La proposition de délimitation des zones de protection des eaux souterraines des puits PC1, PC2 et PC3 de la nappe de Chanivaz est illustrée à l'annexe 12b.
Ces délimitations sont le résultat de l'interprétation de l'ensemble des données des essais hydrauliques et de traçage effectués sur la nappe de Chanivaz.
- (...)
- La zone S2 sert à une protection rapprochée des zones de captage. Pour cela nous avons défini les zones d'appel des trois puits. Ces zones d'appel prennent la forme d'une parabole en U avec l'abscisse parallèle à la direction des écoulements préférentiels et le foyer au droit du puits de pompage. Les dimensions des zones d'appel sont déterminées au chapitre 8 et illustrées à l'annexe 12a.
- La limite aval de la zone d'appel (point de stagnation) est utilisée pour la limite aval de la zone S2.
- La limite minimale amont de la zone S2 pour les puits PC1 et PC2 est déterminée par l'isochrone de 10 jours obtenue par les essais de traçage (chapitre 8.2.3, Tableau 14) appliquée dans le sens des lignes de courant entre le point d'injection du traceur et le puits de restitution correspondant comme illustré à l'annexe 12a.
Pour le puits PC2 en absence de restitution du traceur, nous avons étendu la zone S2 aux berges de l'Aubonne (par analogie avec le résultat de l'essai de traçage au PC3).
- La zone S3 de protection éloignée est déterminée par une distance à la limite de la zone S1 double de celle de la zone S2. Nous avons appuyé les limites de cette zone sur l'étendue de l'aquifère sachant que celui-ci est principalement contenu dans la Terrasse lacustre dite des 3 m (complexe deltaïque inférieur). De ce fait, la limite géologique de démarcation de la terrasse des 10 mètres est prise ici comme limite en surface de l'aquifère principal (cf. annexe 1). Au-delà de cette limite, l'aquifère a une perméabilité inférieure et une épaisseur de la zone non saturée plus importante. Ceci conduit à une augmentation du temps de transit de toute éventuelle pollution en surface vers les puits et augmente le degré de protection de la ressource en eau potable.
- La limite aval de la zone S3 est définie comme une zone tampon s'adaptant aux conditions topographiques locales (zone préférentielle d'écoulement de surface). Elle s'appuie sur des éléments morphologiques afin de permettre sa visualisation sur le terrain.
9.5 Modification des secteurs et des zones
(...)
Il en résulte qu'aucune nouvelle parcelle n'est concernée par des nouvelles zones de protection des eaux. Il n'y a pas non plus de changement d'affectation pour les parcelles déjà grevées de servitude. Seules les parcelles 312, 378, 296, 310, 306 et 326 voient une adaptation partielle de l'extension de la zone S2.
(...)"
d) Rappelons (cf. consid. 3a supra) que la distance de la zone S3 au captage correspond en principe à deux fois la distance de la zone S2 au captage (donc au doublement de l'isochrone de dix jours), moins la distance de la zone S1 au captage. Par simplification, on considèrera ici que cette dernière distance est de 10 m.
Pour le PC1 (coordonnées 520940 146502), l'isochrone de dix jours retenu par le rapport H._ sur la base des traçages est de 600 m pour l'uranine (depuis la tranchée F4 sise à l'angle Sud de la parcelle 145), de 478 m pour le naphtionate (depuis la tranchée F3) et de 137 m pour le NaCl (depuis la tranchée F1). La limite de la zone S3 devrait ainsi être fixée à 1190 m (uranine, 600 m x 2 - 10 m) du PC1, respectivement à 946 m (naphtionate, 478 m x 2 - 10 m) et 264 m (NaCl, 137 m x 2 - 10 m). Or, les parcelles 145 et 147 sont situées à une distance du PC1 allant de 650 m pour leur point le plus proche à 830 m pour leur point le plus éloigné (mesures prises sur le site cartographique www.geo.vd.ch). Ainsi, à ce stade du raisonnement, les isochrones fondés sur deux traceurs, à savoir l'uranine et le naphtionate, conduisent à les inclure dans la zone S3 du PC1.
Pour le PC2 (coordonnées 520695 146580), l'isochrone de dix jours retenu par le rapport H._ est de 197 m pour le naphtionate (depuis la tranchée F3). La limite extérieure de la zone S3 devrait ainsi se situer à 384 m (197 m x 2 - 10 m). Les parcelles 145 et 147 étant situées à une distance du PC2 allant de 400 m à 590 m (mesures prises sur le site cartographique www.geo.vd.ch), elles échappent sous cet angle aux zones de protection du PC2.
Pour le PC3 (coordonnées 520454 146305), l'isochrone de dix jours retenu par le rapport H._ est de 296 m pour le naphtionate (depuis la tranchée F3). La limite extérieure de la zone S3 devrait ainsi se situer à 582 m (296 m x 2 - 10 m). Les parcelles 145 et 147 étant situées, à vol d'oiseau, à une distance du PC3 allant de 450 m à 690 m (mesures prises sur le site cartographique www.geo.vd.ch), elles devraient être colloquées pour leur plus grande partie en zone S3 du PC3.
On rappellera que le bureau H._ a également trouvé des traces d'uranine dans l'échantillon d'eau prélevé dans le PC3 le troisième jour après l'injection de ce traceur dans la fouille F4. Il a toutefois écarté ce résultat, qui n'avait pas été confirmé par l'analyse des fluocapteurs en place à la même période, en l'attribuant à une contamination locale et temporaire soit du prélèvement, soit du milieu, notamment d'une "poche" de colorant de l'injection d'uranine en 1986 à la fouille Ei3 éventuellement resté dans l'aquifère et remobilisé lors des essais (ch. 8.3.1 du rapport H._).
4. Les recourantes critiquent les isochrones obtenus.
a) aa) En premier lieu, les recourantes affirment que les essais de traçage n'auraient pas été réalisés en période de basses eaux, en violation des instructions rédigées par le professeur G._ (cf. rapport d'I._ du 5 septembre 2016 p. 6).
bb) Pour le département (décision attaquée, ch. 2.2.3.1), l'essai de 2010, qui a duré plus de 40 jours, a été réalisé en conditions d'étiage de l'Aubonne durant les 18 premiers jours, avec deux augmentations ponctuelles du débit de la rivière les 26 février et 22 mars 2010. De l'avis de l'autorité intimée, les conditions générales de l'essai étaient représentatives de conditions de basses eaux.
Le rapport H._ du 15 février 2016 expose (ch. 7.2.2) que les essais de pompage effectués du 4 février au 24 mars 2010 l'ont été en période de basses eaux. Le bureau explique avoir suivi les débits de l'Aubonne grâce à la station de mesure hydrologique fédérale du Coulet (ch. 7.3.2.1).
cc) Les débits de l'Aubonne mesurés par la station précitée sont exposés dans une tabelle publiée sur le site de la Confédération (https://www.hydrodaten.admin.ch /lhg/sdi/jahrestabellen/2433Q_10.pdf). Il en découle que l’essai a été entrepris durant une période de basses eaux de l’Aubonne. En effet, le 1er jour de l'essai (le 4 février 2010), le débit atteignait 1,05 m3/s (cf. tableau des moyennes journalières de l'année 2010, tabelle précitée), à savoir un débit qui, statistiquement, est dépassé 310 jours par an (cf. tableau des débits classés, tabelle précitée). Jusqu'à la date de la dernière restitution d'un traceur dans les puits PC1, PC2 et PC3, à savoir jusqu'au 21 février 2010 (18ème jour de l'essai, annexe 10c et calendrier exposé au ch. 7.3.2.4 du rapport H._), le débit moyen s'élevait à 1,63 m3/s (cf. tableau des moyennes journalières de l'année 2010, tabelle précitée), soit une valeur dépassée 274 jours par an (cf. tableau des débits classés, tabelle précitée). La condition posée par l’expert G._ de ne pas réaliser l’essai en période de crue est donc respectée. Le fait que des crues se soient produites à partir du 22 février 2010 (19ème jour de l'essai) n’a pas influencé les résultats qui sont déterminants pour la délimitation des zones de protection et ne remet donc pas en cause les essais de traçage.
b) aa) En second lieu, les recourantes soutiennent que les résultats du traceur à l'uranine injecté dans la fosse F4 (à l'angle Sud de la parcelle 145) et retrouvé dans le PC1 ne seraient pas fiables. En effet, les caractéristiques de l'aquifère ne permettraient pas d'expliquer un temps de transfert de l'uranine aussi rapide, de 11 jours, entre la tranchée F4 et le PC1. A leurs yeux, l'uranine retrouvée dans le PC1 après ces 11 jours s'expliquerait par la préexistence de ce traceur dans l'aquifère, 8 kg d'uranine ayant été injectés le 18 mars 1986 dans la tranchée Ei5 et 10 kg en 1999 dans la tranchée Ei3 (voir ch. 2, ch. 3.4, ch. 3.5 et ch. 4 du rapport d'I._ du 29 mars 2017). Les recourantes reprochent à cet égard au bureau H._ de s'être limité à vérifier l'absence d'uranine avant ses essais de 2010 uniquement sur la base d'échantillons d'eau, au lieu d'utiliser des fluocapteurs, qui seraient seuls aptes à déceler les résidus d'anciens traceurs (ch. 2.3 du rapport d'I._ du 5 septembre 2016; ch. 3 de son rapport du 29 mars 2017; p. 2 de son rapport du 14 février 2018). Elles soulignent encore que le rapport E._ de 1987 mentionnait la présence d'uranine dans le fluocapteur installé au puits PC3 avant l'essai de traçage; en 1986 déjà, une contamination à l'uranine d'une partie de l'aquifère avait donc été mise en évidence.
bb) Il n'est effectivement pas établi que le bureau H._ ait vérifié l'absence de traceur avant les essais non seulement par des échantillons d'eau, mais également par des fluocapteurs. Toutefois, ainsi que le relève à satisfaction l'autorité intimée (cf. sa réponse du 9 juin 2017), les limites de détection analytique de l'uranine en laboratoire sont bien plus basses sur des échantillons d'eau (limite de détection comprise entre 0.0008 et 0.001 mg/m3) que sur des fluocapteurs (limite de détection comprise entre 0.005 et 0.01 mg/m3). De surcroît, les thèses des recourantes expliquant la présence d'uranine dans le PC1 par la mobilisation d'anciens traceurs ne sont pas convaincantes, pour les motifs qui suivent.
Tout d'abord, et contrairement au PC3, la présence d'uranine après essai a été confirmée dans le PC1 non seulement par les échantillons d'eau, mais également par les fluocapteurs. Surtout, ainsi que le relève la DGE, aucune trace ni bouffée irrégulière d'uranine n'est apparue dans le PC1 entre les 1er et 8ème jours après l'injection du traceur dans la fouille F4, ni entre les 16ème et 45ème (et dernier) jours, en conditions de pompage maximal. L'uranine n'a été détectée qu'entre le 9ème et le 14ème jours (cf. calendrier exposé au ch. 7.3.2.4 du rapport H._ du 15 février 2016), à raison de 0,0066, 0,0440, 0,0010 et 0,0150 mg/m3 (voir annexe 10b du rapport). Ainsi, à supposer même, comme le soutiennent les recourantes, qu'un traceur résiduel ait été présent en tout temps mais en concentration inférieure au seuil de détection, l'on ne pourrait de toute façon pas s'expliquer sa détection, quatre fois de suite, autrement que par l'arrivée du traceur injecté dans la fouille F4. Enfin, le rapport E._ de 1987 mentionnait certes une uranine préexistante dans le PC3 lors des essais de 1986, mais pas dans le PC1, de sorte que rien n'indique que cette partie de l'aquifère ait été précontaminée. Il convient en outre de distinguer les observations faites en 1986 de celles opérées en 2010: une contamination résiduelle d'un aquifère suite à d'anciennes injections de colorant se marque par des traces sporadiques irrégulières ou par un bruit de fond assez constant, mais en aucun cas par une courbe de restitution classique telle que celle mesurée en 2010 dans le puits PC1, se produisant peu après un nouvel essai.
Par ailleurs, les 8 kg d'uranine injectés par le laboratoire E._ en 1986 (soit 14 ans avant les essais H._ en 2010 et 2011) dans la fouille Ei5 (coordonnées 519860 146663) avaient certes été détectés par le laboratoire E._ dans les fluocapteurs du PC1, mais ce laboratoire avait déjà relevé à cette époque que les trop faibles concentrations d'uranine dans les échantillons d'eau (à la limite de détection des appareils) n'avaient pas permis d'affiner les résultats des fluocapteurs (rapport du 16 février 1987 p. 5). Dans ces conditions, on voit mal comment l'uranine injectée dans la fouille Ei5 pourrait réapparaître en 2010 au PC1 dans des concentrations vraisemblablement supérieures à celles obtenues 14 ans auparavant. L'hypothèse des recourantes, selon laquelle l'uranine - un produit très soluble et mobile - serait restée piégée dans un environnement moins perméable et aurait été relarguée à la suite des pompages d'essai, n'est pas suffisamment crédible, même en présence d'un aquifère hétérogène, d'autant moins que les puits ont été utilisés fréquemment dans l'intervalle. A cet égard, l'explication du bureau H._ concernant les traces d'uranine trouvées en 2010 dans le PC3 (cf. consid. 3c in fine, supra), relevé qu'elle a écarté, n'est pas entièrement convaincante, mais ne remet pas en cause le caractère significatif de l'uranine trouvée dans le PC1 lors du même essai.
Le même raisonnement peut être tenu s'agissant des 10 kg d'uranine introduits en 1999 dans la fouille Ei3 (coordonnées 520028 146547, à proximité de la ferme de la Frésaire). A cet égard, le rapport E._ du 26 juin 2000, qui porte sur les puits PC4 et PC5, a relevé qu'aucune trace d'uranine n'avait été trouvée dans ces puits. Il est en revanche muet sur les résultats concernant le puits PC1, qui ne faisait pas l'objet de l'étude. Cela étant, encore une fois, l'on ne discerne pas en quoi les essais opérés en 2010 auraient pu mobiliser cette uranine, introduite 11 ans auparavant dans la fouille Ei3.
Concernant les circulations dites "croisées" soulevées par les recourantes (cf. rapport d'I._ du 28 août 2017 ch. 2 et 4; idem du 14 février 2018 p. 3, 5, 6 et 9), il convient de prendre en compte la complexité de l’aquifère. A l’échelle locale, l’aquifère est très hétérogène (stratification oblique, ancien cours de l’Aubonne, alternance de strates plus ou moins grossières, alimentation variable par l’Aubonne selon le débit de celle-ci, etc.). Les perméabilités à l’échelle locale peuvent facilement varier d’un facteur 1'000. Plusieurs niveaux très perméables plus ou moins interconnectés peuvent également se superposer. Les écoulements sont donc complexes avec des strates et des chenaux préférentiels dont la localisation spatiale ne peut être définie avec précision. Les écoulements doivent être considérés dans une optique tridimensionnelle où la notion de "croisement" apparente figurée sur un plan horizontal n’a plus de sens.
Dans ces conditions, l'hypothèse de l'autorité intimée, selon laquelle l'uranine retrouvée au PC1 à la mi-février 2010 est bien celle injectée le 4 février 2010 dans la fouille F4 ouverte dans l'angle Sud de la parcelle 145, est largement la plus vraisemblable de toutes les autres explications envisagées. Il sied ainsi de la confirmer. Il n'y a dès lors pas lieu d'examiner les autres argumentations des recourantes tenant notamment aux particularités de l'aquifère.
Pour le surplus, il faut rappeler que l'uranine injectée dans la fouille F4 n'est pas l'unique traceur à avoir déterminé une vitesse d'écoulement rapide vers le PC1 dans le secteur des parcelles 145 et 147 des recourantes. Le naphtionate injecté dans la fouille F3 (coordonnées 520365 146440) a également été retrouvé dans le PC1 selon un isochrone de dix jours de 478 m, dans le PC2 selon un isochrone de dix jours de 197 m et dans le PC3 selon un isochrone de dix jours de 296 m. A cet égard, si les restitutions du naphtionate au PC1 à l'Est et au PC2 au Nord-Est ne correspondent pas aux directions générales d'écoulement de la nappe, cela peut s'expliquer aisément par une modification locale des vitesses et des lignes de courant due aux sollicitations particulières de l'aquifère résultant des pompages intensifs.
cc) Ainsi, les mesures hydrogéologiques effectuées correspondent aux "relevés nécessaires" à la délimitation de la zone de protection S3, au sens de l'art. 20 al. 2 let. a LEaux (voir TF 1C_413/2008 du 24 avril 2009 consid. 3) et de l'art. 63 al. 1 LPEP.
c) Les recourantes soutiennent encore qu'il serait erroné de doubler l'isochrone de dix jours établi en zone S2 pour calculer la zone S3.
aa) Pour les recourantes, les vitesses de transfert retenues seraient en réalité des vitesses moyennes, qui ne pourraient pas être extrapolées à des zones plus éloignées de la nappe et ne pourraient donc pas être invoquées pour justifier une vitesse moyenne de 60 m/j entre la fouille F4 et le puits PC1 (ch. 3.3 p. 4 du rapport d'I._ du 29 mars 2017).
bb) S'agissant du puits PC1 et du traçage à l'uranine, il faut relever qu'en principe, la délimitation de la zone S3 selon, en substance, un doublement de l'isochrone, conduirait à englober une aire allant largement au-delà des parcelles 145 et 147. Le rapport E._ a toutefois réduit quelque peu cette superficie en la limitant à la Route Suisse bordant la limite Nord des parcelles des recourantes, au motif que la "barrière hydraulique" de l'Aubonne diminuait légèrement les risques de passage d'une pollution venue de la rive droite. Par ailleurs, la fouille F4 se situe dans l'angle Sud de la parcelle 145 des recourantes. Depuis cette tranchée, la vitesse d'écoulement vers le PC1 n'est pas une extrapolation, mais une donnée. L'extrapolation ne vaut que pour la partie aval des parcelles des recourantes, sur 200 m seulement. Enfin, dès lors que les parcelles des recourantes se situent très largement en zone S3, même une marge d'évaluation n'y changerait rien.
S'agissant des traçages au naphtionate injecté dans la fouille F3, ils ont confirmé, pour le PC1, que les parcelles 145 et 147 se trouvaient largement dans la zone S3, même à compter une approximation.
d) En conclusion, des éléments suffisants établissent la présence de liaisons hydrogéologiques rapides entre les parcelles 145 et 147 d'une part et les puits PC1, PC2 et PC3 d'autre part, justifiant l'inclusion de ces biens-fonds en zone S3 de ces captages conformément à l'art. 20 al. 1 LEaux, à l'art. 29 al. 2 OEaux, aux ch. 121 ss Annexe 4 OEaux ainsi qu'aux instructions fédérales.
On précisera encore que l'inclusion des parcelles des recourantes dans la zone S3 se justifie d'autant plus que la présence d'un puits bénéficiant d'une autorisation portant sur 650 l/min démontre l'existence d'un sous-sol perméable contenant de l'eau souterraine en large quantité, dont il n'est pas contesté qu'elle appartient à la nappe de Chanivaz. Il appert enfin que l'exploitation antérieure de ces terrains comme gravière a nécessairement réduit l'épaisseur de la zone non saturée surmontant la nappe et, partant, augmenté les risques qu'une pollution survenant sur le site ne contamine l'aquifère.
5. Les recourantes affirment en second lieu que les communes propriétaires des captages n'ont pas démontré la validation du débit de concession fixé à 10'000 l/mn en 1978. En substance, elles affirment qu'un débit de 10'000 l/mn conduit à une surexploitation de la nappe (recours let. B p. 8).
a) Comme retenu ci-dessus (consid. 4a), les deux essais du bureau H._ de 2010 et 2011 ont été réalisés en période de basses eaux, du 4 février au 24 mars 2010, respectivement du 7 mars au 27 mars 2011. Lors de ces essais, les pompes ont été mises en fonction au débit de concession et ont permis de soutirer en moyenne 9'004 l/mn sur l'ensemble des cinq puits, soit 9/10èmes du débit total de la concession de 10'000 l/mn.
b) Pour I._ (ch. 2.2 de son rapport du 5 septembre 2016, cf. aussi son rapport du 14 février 2018 p. 4), on constaterait, à lire les courbes de rabattement figurant dans le rapport H._, qu'en conditions de pompage aux cinq puits correspondant aux 9/10èmes du débit total de concession, il aurait été impossible de maintenir un pompage constant aux cinq puits pendant une durée supérieure à 15 jours depuis le début de l'essai. Le PC4 avait connu des problèmes avant même les 15 premiers jours et s'était interrompu à quatre reprises jusqu'à la fin mars 2010. Le PC5 avait également connu des difficultés au bout de 40 jours de pompage. Enfin, au terme de l'essai, les niveaux d'eau auraient continué à baisser aux puits PC1 et PC2 (l'évolution de la nappe à PC3 n'étant pas interprétable dans cette optique du fait des problèmes des PC4 et PC5).
Ainsi, pour I._, l'absence de stabilisation du niveau d'eau aux PC1 et PC2, sans parler des problèmes de pompage intervenus aux PC4 et PC5, montrerait que le pompage simultané aux cinq puits aboutirait à une surexploitation de la nappe, déjà à des débits inférieurs au débit total de concession. Cette surexploitation aurait du reste été confirmée dans la présentation powerpoint du bureau H._ du 3 décembre 2010, indiquant que "les débits de concession sont apparemment surévalués par rapport aux capacités de soutirage des puits".
c) A teneur de l'art. 43 al. 1 LEaux, les cantons veillent à ce que les prélèvements opérés dans une nappe souterraine ne soient pas supérieurs à la quantité d'eau qui l'alimente. Les prélèvements peuvent toutefois excéder temporairement les apports, à condition qu'ils ne portent préjudice ni à la qualité des eaux souterraines, ni à la végétation. Selon l'art. 121 al. 2 Annexe 4 Oeaux, pour les puits de pompage, le dimensionnement des zones de protection des eaux souterraines est déterminé par le prélèvement maximal autorisé. Il ne s'agit donc pas du prélèvement moyen. En l'occurrence, le prélèvement maximal autorisé est de 10'000 l/mn. Celui-ci n'apparaît pas exagéré, dès lors qu'il résulte du rapport H._ qu'il a été possible de soutirer 9'004 l/mn en moyenne non seulement en période de basses eaux, mais encore en dépit du vieillissement des installations (les PC1, PC2 et PC3 datent de 1982/1983, les PC4 et PC5 de 1999) et de l'encrassement progressif des puits. Sur ce point, on constate que la présentation powerpoint du bureau H._ du 3 décembre 2010 a remis en cause l'adéquation des débits de concession par rapport aux capacités de soutirage des puits, non pas à celles de l'aquifère. On note également que lors des essais effectués par le laboratoire E._ en 1999, à savoir onze ans auparavant, lorsque les puits n'étaient pas encore aussi anciens, les cinq puits ont été mis en pompage à plein régime, au maximum du débit de concession, pendant trois semaines en septembre 1999, sans que le rapport du 26 juin 2000 ne mentionne de difficulté particulière. A cela s'ajoute, ainsi que le relève l'autorité intimée, que l'aquifère est réalimenté de manière massive lors des épisodes de crue de l'Aubonne, de sorte qu'une surexploitation de la nappe apparaît peu probable. De surcroît, la municipalité d'Etoy a indiqué à l'audience que les puits sont munis de capteurs interrompant le pompage lorsque la nappe descend en-dessous d'un certain niveau, ce qui n'avait jamais été constaté; aucune surexploitation de la nappe n'avait été relevée. Enfin, l'adéquation du débit maximal de la concession ne suppose pas que celui-ci soit atteint en tout temps ou à longueur d'année.
En définitive, le débit de concession fixé à 10'000 l/min n'est pas surestimé et ne conduit pas à une surexploitation de la nappe.
6. Les recourantes affirment que la collocation de leurs parcelles en zone S3 entraînerait des restrictions disproportionnées au regard de l'intérêt public aux captages protégés.
a) La création de la zone de protection des captages constitue une restriction à la garantie de la propriété (art. 26 Cst.) et à la liberté économique (art. 27 Cst.) des recourantes, propriétaires des parcelles concernées. A ce titre, elle est de nature à soulever les problèmes usuels de l'existence d'une base légale, d'un intérêt public et enfin du respect du principe de la proportionnalité (art. 36 Cst.).
b) L'ancien Tribunal administratif a constaté à juste titre, dans un arrêt du 9 août 2002 (AC.1999.0056 consid. 4b), que les art. 19 al. 1 et 20 al. 1 LEaux constituent une base légale suffisante à l'adoption de zones de protection de captages.
Dans ce même arrêt, il a relevé les exigences découlant du développement durable, consacré aux art. 2 al. 2 et 73 Cst. Selon la seconde disposition précitée, la Confédération et les cantons œuvrent à l'établissement d'un équilibre durable entre la nature, en particulier sa capacité de renouvellement, et son utilisation par l'être humain. Cette règle prescrit le respect des ressources naturelles, au nombre desquelles figurent bien évidemment les ressources en eau. Les art. 1er let. a et b et 3 LEaux confirment cette option; cette dernière règle invite chacun à s'employer à empêcher toute atteinte nuisible aux eaux en y mettant la diligence qu'exigent les circonstances. Il découle de ces diverses dispositions programmatiques que les autorités, notamment, sont tenues dans toute la mesure du possible de préserver, en quantité et en qualité, les ressources en eau. Ce postulat vaut en particulier s'agissant de captages d'intérêt public (AC.1999.0056 précité, consid. 5a/aa).
Comme exposé ci-dessus, l'art. 20 al. 1 LEaux oblige les cantons à délimiter les zones de protection autour des captages d'intérêt public, en fixant les restrictions nécessaires au droit de propriété. Selon l'OFEV, sont d'intérêt public les captages dont l'eau respecte les exigences de la législation sur les denrées alimentaires (Instructions pratiques, ch. 2.3), à savoir l'eau potable destinée à la consommation humaine, pour autant qu'elle ne soit pas exclusivement destinée à l'usage domestique privé (art. 2 al. 4 let. a et 4 al. 2 let. a de la loi fédérale du 20 juin 2014 sur les denrées alimentaires et les objets usuels [loi sur les denrées alimentaires; LDAl; RS 817.0]). Il s'agit de l'eau de boisson ainsi que de l'eau destinée à la cuisson, à la préparation de denrées alimentaires ou au nettoyage d'objets usuels selon l'art. 5 let. a LDAI (art. 2 let. a de l'ordonnance du DFI du 16 décembre 2016 sur l'eau potable et l'eau des installations de baignade et de douche accessibles au public [OPBD; RS 817.022.11]). Il n'est pas contesté que les captages destinés aux réseaux de distribution publics sont soumis à la LDAI. S'agissant des captages privés, il faut prendre en considération le genre et l'étendue du cercle des utilisateurs; il existe généralement un intérêt public uniquement pour les captages qui assurent l'alimentation en eau potable de plusieurs ménages ou si ces captages remplissent les mêmes fonctions que les captages publics (sur cette question, plus controversée, voir Arnold Brunner, Commentaire de la loi sur la protection des eaux et de la loi sur l'aménagement des cours d'eau, 2016, n. 15 ad art. 20 et les références citées, notamment ATF 1A.18/1994 du 28 octobre 1994 consid. 5a, in ZBl 1995 369, et arrêt du 7 février 2002 du Tribunal administratif du canton de Zurich, in DEP 2003 458 consid. 3b et c).
En l'occurrence, déjà dans son rapport du 16 février 1987, le laboratoire E._ considérait que les eaux captées, bicarbonatées calciques, étaient d'excellente qualité, tant sur le plan chimique que bactériologique; aucune trace de souillures d'origine fécale n'avait été décelée et les concentrations en nitrates étaient extrêmement satisfaisantes (ch. 3.4 du rapport). De même, dans ses déterminations déposées dans le cadre de la procédure AC.2005.0298, le SESA soulignait notamment que les puits de Chanivaz constituaient une ressource régionale en eaux de boisson de première importance, à protéger efficacement. Il s'agissait d'une eau brute dépourvue de traitement, répartie sur cinq puits espacés. Dans sa propre analyse, le bureau H._ a retenu que les eaux en cause répondaient aux exigences du Manuel Suisse des Denrées Alimentaires pour une eau de boisson (exception faite pour le paramètre turbidité légèrement élevé; il était toutefois à noter que les puits venaient d'être mis en service lors des prélèvements [rapport ch. 5.5]). Son état bactériologique était également conforme à la qualité d'eau potable (rapport ch. 5.6).
Le département relève en outre à raison que les puits de Chanivaz constituent une ressource stratégique dans la planification de la distribution de l'eau potable du Canton, au bénéfice des communes propriétaires, mais aussi dans la sécurisation et la diversification de l'alimentation de plusieurs autres communes de la région (décision attaquée, ch. 2.3.4). Il n'est en effet pas contesté que ces puits sont destinés à fournir de l'eau potable d'abord aux communes d'Etoy et de Buchillon (3'515 hab.) et subsidiairement aux communes de l'Association intercommunale des eaux du Boiron (AIEB regroupant 4'661 hab., à savoir Denens, Lully, Lussy, Tolochenaz et Villars-sous-Yens). En complément, ces puits sont connectés aux réseaux d'eau de Saint-Prex (5'661 hab.) et bientôt à ceux de Lavigny et de Saint-Livres (1'695 hab.) pour pouvoir leur délivrer de l'eau en cas d'urgence. Le département souhaite encore étendre cette capacité de secours à Aubonne et Allaman (3'704 hab.). Ainsi, les captages de Chanivaz délivrent quotidiennement de l'eau potable pour un bassin de population de 8'176 habitants et alimentent en secours une population supplémentaire de 7'356 habitants à ce jour, à savoir plus de 15'000 habitants au total. Dans ses déterminations du 12 octobre 2017, l'autorité intimée a certes indiqué que la concession prévoit une répartition à raison de 2'500 l/min pour l'eau potable et 7'500 l/min pour l'irrigation, mais a précisé que depuis 1998, la part réservée à l'irrigation pouvait être réduite au profit de la part réservée à l'eau potable, de sorte qu'à très long terme l'entier de cette ressource serait probablement dévolu aux réseaux d'eau potable, seuls les excédents éventuels étant utilisés pour l'irrigation.
En d'autres termes, les cinq captages de Chanivaz, appartenant aux communes de Buchillon et d'Etoy et destinés à fournir au public de l'eau potable, au sens de la LDAI, sont d'intérêt public au sens de l'art. 20 al. 1 LEaux. La création de zones de protection de ces captages repose ainsi sur une base légale suffisante.
De plus, ces cinq puits représentent une concession de 10'000 l/mn, permettant de fournir une eau de qualité à une population totale de plus de 15'000 habitants. Ils sont par conséquent non seulement d'intérêt public, mais revêtent encore à cet égard une importance considérable. Il en va pareillement, même à considérer les seuls puits PC1, PC2 et PC3 représentant une concession de 6'150 l/mn, voire les seuls puits PC1 et PC3 représentant une concession de 4'950 l/mn.
c) Il reste à examiner l'intérêt privé des recourantes à ne pas voir leurs parcelles 145 et 147 colloquées en zones S3 de protection des eaux des puits PC1, PC2 et PC3.
aa) S’agissant de la zone S3, le chiffre 221 Annexe 4 OEaux dispose:
221 Zone de protection éloignée (zone S3)
1 Ne sont pas autorisés dans la zone S3:
a. les exploitations industrielles et artisanales impliquant un risque pour les eaux du sous-sol;
b. les constructions diminuant le volume d’emmagasinement ou la section d’écoulement de l’aquifère; l’autorité peut accorder des dérogations pour des motifs importants si toute menace pour l’utilisation de l’eau potable peut être exclue;
c. l’infiltration d’eaux à évacuer, à l’exception des eaux non polluées (art. 3, al. 3, let. a) à travers une couche de sol biologiquement active;
d. la réduction préjudiciable des couches protectrices (sol et couches de couvertures);
e. les canalisations soumises à la loi du 4 octobre 1963 sur les installations de transport par conduites, à l’exception des conduites de gaz;
f. les circuits thermiques qui prélèvent ou rejettent de la chaleur dans le sous-sol;
g. les réservoirs et les conduites enterrés contenant des liquides de nature à polluer les eaux;
h. les réservoirs contenant des liquides de nature à polluer les eaux, dont le volume utile dépasse 450 l par ouvrage de protection, à l’exception des réservoirs non enterrés pour huile de chauffage et huile diesel destinés à l’approvisionnement en énergie de bâtiments ou d’exploitations pour deux ans au maximum; le volume utile total de ces réservoirs ne doit pas dépasser 30 m3 par ouvrage de protection;
i. les installations d’exploitation contenant des liquides de nature à polluer les eaux, dont le volume utile dépasse 2000 l, à l’exception des installations qui sont admises dans la zone S3 en vertu de l’art. 7, al. 2, de l’ordonnance du 30 mars 1994 sur le courant faible ou de l’art. 7, al. 2, de l’ordonnance du 30 mars 1994 sur le courant fort.
2 L’utilisation de produits pour la conservation du bois, de produits phytosanitaires et d’engrais est régie par les annexes 2.4, ch. 1, 2.5 et 2.6 de l’ORRChim.
La DGE a édité le 12 mai 2016 une nouvelle version du "Protocole général d'utilisation du sol dans les zones S1, S2 et S3 de protection des eaux", régissant notamment l'exploitation des zones S3, y compris la zone S3 ici litigieuse, ainsi:
"Seuls sont admis :
A. Utilisation du sol
1. Prairies permanentes (fauche).
2. Pâturage.
3. Terres assolées, y compris prairies artificielles, arboriculture, viticulture et culture maraîchères, jardinage.
4. Forêts, pépinières, dépôt de bois non traité; dépôt de bois traité, sous conditions.
B. Assolement et fumure
5. Engrais de ferme liquide, fumier, compost, engrais minéraux dans la mesure où il n'y pas d'excès pouvant s'infiltrer massivement dans le sous-sol.
6. Les agriculteurs sont tenus de respecter un plan de fumure conforme aux données de base pour la fumure (DBF), éditées par les stations fédérales.
7. Produits phytosanitaires et herbicides, à l'exclusion des substances actives figurant sur la liste évolutive éditée par l'Office fédéral compétent.
8. Traitement pour la conservation du bois, sous conditions.
C. Irrigation
9. Irrigation avec des eaux non polluées.
D. Constructions agricoles
10. Fosses à lisier aménagées au-dessus des plus hautes eaux de la nappe ; mise en place d'un système de détection des fuites, conduites enterrées parfaitement étanches.
11. Réservoirs à lisier placés au-dessus du sol, d'une hauteur maximale de 4 m, et de contenance maximale de 600 m3.
12. Dépôt de fumier, uniquement sur dalle bétonnée et sécurisée.
13. Silos à fourrage vert.
E. Installations de sports et de loisirs
14. Parcs, parcours permanents pour sports non motorisés, pistes de ski.
15. Places de sport et bains en plein-air avec installations sanitaires sécurisées.
16. Terrains de golf sous certaines conditions.
17. Terrains de camping, terrains pour caravanes et mobilhomes avec raccordements individuels parfaitement étanches aux canalisations d'eaux usées
F. Constructions et leurs annexes
18. Bâtiments, y compris exploitations artisanales et industrielles, avec ou sans production d'eaux usées, dans lesquelles ne sont ni fabriquées, ni utilisées, ni transvasées, ni transportées, ni stockées de substances pouvant polluer les eaux ; les réserves de produits pétroliers indispensables au chauffage du bâtiment lui-même et à l'exploitation agricole, sous certaines conditions définies de cas en cas par le Département du territoire et de l'environnement (DTE). Lorsqu'il s'agit d'entrepôts, la fréquence des transports ne doit pas constituer un risque supplémentaire.
19. Les canalisations d'eaux usées domestiques ainsi que celles provenant d'entreprises artisanales ou industrielles conformes au point 18 ci-dessus.
Elles doivent être posées dans les règles de l'art et doivent faire l'objet d'un essai d'étanchéité avant leur mise en service, conformément à la Norme SIA 190.
Les conduites doivent être construites de telle façon que leur étanchéité puisse être contrôlée en tout temps, des vérifications ultérieures pouvant, être exigées.
20. Pompes à chaleur par collecteurs terrestres horizontaux enterrés à faible profondeur (serpentins.), avec circuit qui prélève ou rejette de la chaleur dans le sol, utilisant exclusivement un liquide caloporteur.
21. Infiltration des eaux récoltées sur les toits.
22. Chemins agricoles, chemins forestiers.
23 Routes, dans la mesure où les précautions définies par les directives fédérales en la matière sont respectées.
24. Voies ferrées, gares et stations, sans transvasement de substances pouvant altérer les eaux et avec mesures de protection des eaux.
25. Pistes d'aviation.
26. Tunnels, passages sous voies, tranchées, pour autant qu'ils n'impliquent aucun risque pour les eaux du sous-sol et ne diminuent pas le volume d'emmagasinement ou la section d'écoulement de l'aquifère. Le drainage ou le pompage d'eaux souterraines, qu'il soit sporadique ou permanent, est subordonné à l'octroi d'une autorisation.
27. Exécution de pieux battus ou forés, sous certaines conditions.
28. Places de stationnement individuelles et places d'accès aux garages, sans raccordement d'eau.
29. Places de stationnement individuelles et places d'accès à des garages avec raccordement d'eau, places de lavage individuelles (non industrielles) pour véhicules, avec mesures de protection telles que revêtement étanche, bordures et évacuation des eaux.
30. Dépôts de matériaux d'excavation et de stériles non pollués.
Tout ce qui ne figure pas sous chiffres 1 à 30 est en principe interdit. Les exceptions éventuelles doivent faire l'objet d'une autorisation de la part du Département du territoire et de l'environnement (DTE), qui statuera de cas en cas, en fonction des conditions hydrogéologiques et topographiques locales."
Le 2 mai 2017, la DGE a encore édité un modèle de règlement d'application des plans de délimitation des zones de protection des eaux.
bb) Les recourantes relèvent qu'elles subissent des restrictions dans leur exploitation (cf. synthèses CAMAC des 4 mai 1992, 5 décembre 2000 et 29 août 2005), que leurs parcelles ont déjà subi une diminution de valeur en raison de leur collocation provisoire en zone S (la parcelle 145 étant estimée à 30 fr./m2, alors que leur autre bien-fonds exploité à Allaman, la parcelle 92, est estimée à 80 fr./m2; cf. estimation fiscale du 12 décembre 1994) et qu'elles ne pourront se développer que dans une mesure compatible avec la zone S3. Sur ce dernier point, elles exposent qu'une entreprise doit évoluer pour assurer sa pérennité, que des modifications de leurs installations et d'autres constructions devront assurément intervenir, que leur entreprise devra, pour rester performante, adapter sa production à de nouvelles technologies, faisant probablement appel à de nouveaux matériaux, non identifiés mais qui pourraient ne pas être admis en zone S3 et, surtout, que les mutations extrêmement rapides qui se feraient sentir dans le monde économique ne permettraient pas de déterminer encore combien de temps l'activité de leur entreprise serait viable, soit répondrait concrètement à un besoin du marché. Toujours selon les recourantes, il ne serait ainsi nullement exclu qu'elles puissent, à un moment ou à un autre, solliciter des autorités compétentes la modification du PPA En Chaney. Celui-ci limite en effet leur activité de manière anticipée en vue de la collocation de leurs parcelles en zone S3, si bien que ses restrictions pourraient être levées en cas d'annulation d'une telle zone de protection.
cc) Le classement d'un terrain en zone S3 de protection des eaux est peu contraignant. Il n'empêche pas la construction, mais implique seulement certaines précautions. A ce jour, les parcelles 145 et 147 sont colloquées dans une zone d'activité liée à la fabrication de matériaux de construction inertes. L'activité actuelle des recourantes peut tout à fait être poursuivie, leurs équipements ayant déjà été sécurisés à suffisance afin de respecter des exigences spécifiques, concernant notamment l'étanchéité des tuyaux et des fondations de constructions, ainsi que la détention et les modalités de stockages de liquides potentiellement polluants (ch. 2 de la réponse complémentaire du 9 juin 2017).
On rappelle par ailleurs que le classement des parcelles des recourantes en zone S3 de protection des eaux des puits PC1, PC2 et PC3 ne constitue pas une mesure de précaution mais repose sur l'existence établie de liaisons hydrogéologiques rapides entre les parcelles et les captages.
Par conséquent, l'intérêt privé des recourantes à bénéficier de l'entier de la valeur économique de leurs parcelles ainsi qu'à pouvoir librement exploiter, diversifier et développer leur entreprise n'est pas susceptible de l'emporter sur l'intérêt public à maintenir et protéger les captages précités. Les atteintes à la garantie de la propriété et à la liberté économique des recourantes découlant de l'inclusion de leurs parcelles 145 et 147 en zone S3 sont en effet manifestement proportionnées à la nécessité de garantir un approvisionnement sûr en eau potable de qualité à une population de plusieurs milliers de personnes.
7. Vu ce qui précède, le recours doit être rejeté et la décision attaquée confirmée. Les recourantes, qui succombent, doivent supporter un émolument judiciaire et n'ont pas droit à des dépens. Aucune des autres parties n'étant assistée, il n'y a pas lieu d'allouer de dépens. Enfin, il convient également de mettre une partie des frais judiciaires à la charge de la Commune d'Allaman, qui a conclu à l'admission du recours.