Tâche 7.2 : Monitoring de puits
Contexte général
Cette tâche vise à équiper le réseau H+ et RBV d’instruments innovants pour la mesure des flux et la caractérisation des principaux chemins d’écoulement. Le premier ensemble d’équipements consiste en un treuil numérique pour des essais hydrauliques périodiques afin de caractériser les chemins d’écoulement et les variations de la charge hydraulique dans les milieux hétérogènes. Cet équipement est simple à utiliser sur différents sites et forages et peut fournir de nombreuses informations sur les propriétés d’écoulement des eaux souterraines (connectivité, propriétés hydrauliques, dépendance d’échelle etc…). En complément, d’autres méthodes complémentaires sont développées, pour effectuer des mesures locales des flux en utilisant des traceurs (Jamin et al., 2015), ou pour obtenir la distribution des flux par des méthodes actives de mesures distribuées de température (WP 3, Read et al, 2014).
Apport de la tomographie hydraulique
La tomographie hydraulique est une méthode innovante utilisée pour déterminer les propriétés hydrauliques distribuées des aquifères hétérogènes. Des essais de pompage à débit constant ou des tests de choc hydraulique sont couramment utilisés, mais certaines études ont montré qu’ils peuvent être avantageusement complétés en utilisant des variations du niveau d’eau oscillatoire à différentes fréquences dans le puits source. Des tests hydrauliques périodiques sont facilement détectés dans le puits d’observation, même pour de petites variations. Travailler à différentes fréquences permet également d’étudier les propriétés du milieu à différentes échelles. Par ailleurs, cette méthode devient indispensable lorsque la perméabilité est relativement faible ou lorsque l’aquifère est contaminé.
Fig1: Treuil numérique pour la tomographie hydraulique périodique
Un prototype innovant
Un prototype de treuil a été développé à Geosciences Rennes (fig.1) qui permet d’effectuer des variations sinusoïdales parfaitement contrôlées de charge hydraulique à différentes fréquences et amplitudes. Une interface conviviale développée sous Labview (Fig.2) permet de contrôler le treuil et de visualiser le signal périodique en temps réel. Ce système oscillatoire induit un signal périodique facilement reconnaissable dans les mesures de pression dans les puits d’observation (Fig.3 et Fig.4).
Fig2: Interface utilisateur sous Labview
Essais préliminaires au Québec
Des essais préliminaires avec cet équipement ont été réalisés dans un milieu granulaire très hétérogène et anisotrope sur le site de Saint Lambert au Canada (figures 1, 3). Des essais à différentes fréquences ont démontré l’intérêt de la méthode et la très bonne qualité du signal obtenu (fig. 4). Des collaborations sont envisagées entre l’Université de Rennes et l’INRS Québec (dans le cadre du LIA, Laboratoire International Associé) pour poursuivre ces travaux afin d’améliorer la caractérisation des propriétés hydrauliques de l’aquifère alluvial et développer de nouvelles méthodes de tomographie hydraulique.
Caractérisation hydraulique sur deux sites
En outre, cette méthode a été utilisée pour améliorer la caractérisation hydraulique du site expérimental de l’aquifère de Ploemeur (réseau H +) en collaboration avec Matt Becker (Université de Californie, USA) et pour tester la sensibilité de la méthode face à la complexité des différents chemins d’écoulement. Une application a été également réalisée sur le bassin versant de Kerbernez (réseau RBV) pour caractériser les propriétés des principaux chemins d’écoulement au niveau de la transition entre la saprolite altérée et le granite fracturé. Les expériences ont bénéficiées d’une installation intéressante avec de nombreux forages forés sur une petite zone et à des profondeurs variables allant de 5 mètres à 15 mètres.
Caractérisation du comportement hydromécanique des fractures à Ploemeur
Enfin, la méthode a été utilisée pour étudier le comportement hydromécanique des fractures naturelles à Ploemeur (réseau H+). En effet, les variations de pression induisent des variations très faibles d’ouverture des fractures qui peuvent être détectées en surface (voir WP 2.2). En raison de la nature fréquentielle du signal et d’un traitement approprié, de faibles amplitudes d’inclinaison dues au forçage hydraulique ont pu être détectées et interprétées en termes de propriétés mécaniques et de comportement des fractures (Schuite et al., JGR).
Contacts: Olivier Bour (*protected email*) et Nicolas Lavenant (*protected email*)