Notions Fondamentales en Hydrogéologie [PDF]

Zitiervorschau

NOTIONS FONDAMENTALES EN HYDROGEOLOGIE (Pr.Mohammed DJEMAI)

SOMMAIRE GÉNERALITÉS ÉTATS DE L’EAU CYCLE DE L’EAU APPROCHE QUANTITATIVE L’EAU DANS LE SOL PROPRIÉTÉS PÉTROPHYSIQUES DES ROCHES POROSITÉ-PERMÉABILITÉ ORIGINES DES EAUX SOUTERRAINES DIFFÉRENTES EAUX DANS LE SOL POROSITÉ EFFICACE - SATURATION ORDRES DE GRANDEUR DES PERMÉABILITÉS DES ROCHES. NOTION DE RÉSERVOIRS SOUTERRAINS. DEFINITIONS DES RESERVOIRS SOUTERRAINS ZONATION D’UN AQUIFÈRE. NATURE GÉOLOGIQUE DES AQUIFERES LOIS DE DARCY – CONDITIONS DE VALIDITÉ EQUATION DE BERNOUILLI - NOTION DE PERTE DE CHARGE CARTE PIÉZOMÈTRIQUE-NIVEAU PIÉZOMÈTRIQUE-GRADIENTHYDRAULIQUE. DIVERS SENS D’ÉCOULEMENT RELATIONS HYDRAULIQUES NAPPE -RÉSEAU HYDROGRAPHIQUE. MÉTHODES D’ÉTUDES CARACTÉRISTIQUES HYDRODYNAMIQUES D’UN AQUIFÈRE. PROFILS DE RABATTEMENT IDENTIFICATION DES PERTES DE CHARGE CONSTITUTION D’UN PUITS INTERPRÉTATION DES COURBES DE POMPAGE MESURES DE PERMÉABILITÉS (LABORATOIRE- TERRAIN). MÉTHODES DE RECONNAISSANCE HYDROGÉOLOGIQUES

LES DIFFERENTES PHASES, CYCLE DE L’EAU, APPROCHE QUANTITATIVE. GENERALITES L’hydrogéologie (du grec hydra : l’eau, ge : la terre et logos : le discours) peut être définie comme la science qui traite de l’eau souterraine. Cependant, l’eau est une entité : eau des précipitations, eaux de surface, glaces, eaux souterraines participent à un cycle perpétuel. L’hydrogéologie est donc indissociable de l’hydrologie de surface, de la climatologie, de la géologie, de la géographie. De plus, comme toutes les sciences modernes, elle fait appel aux innombrables domaines de la physique, de la chimie et de la biologie. LES DIFFÉRENTS PHASES DE L’EAU

CYCLE DE L’EAU

APPROCHE QUANTITATIVE Les réservoirs d’eau à la surface du globe Océans, 97.3% Calottes polaires et glaciers, 2.14% La fonte de l’Antarctique correspondrait à une montée des océans de 65 m. Cette hauteur serait de 6 m pour la fonte des glaces du Groenland et de 2 m pour la fonte de tous les autres glaciers. Eaux souterraines, 0.61% Eaux de surface, 0.009% Lacs salés et mers intérieures, 0.008% Humidité du sol, 0.0005% Atmosphère, 0.001% L'eau douce ne représente que 3% des ressources en eau mondiale, dont l'eau salée constitue 97%. Les eaux souterraines représentent 30% de ces réserves mondiales en eau douce.

Eau

Densité ρ (Kg/m3) 1000

Viscosité μ (Ns/m) 1,15.10-3

Vitesse typique u(m/s) 5

Air

1,3

1,75.10-5

40

Glace

917

108 - 1015

10-6

Roche

2500-3000

1017

10-9

Substance

ORIGINES DES EAUX SOUTERRAINES Eaux météoriques : La plupart des eaux souterraines ont une origine météorique, c’est à dire proviennent des précipitations (pluie, neige) et de leur infiltration dans le sous-sol. Dans les aquifères de grande taille, l’eau peut provenir de périodes où le climat était différent et peut donc servir d’indicateur de paléoclimats. Eaux connées : Les eaux que l’on trouve en profondeur dans la croûte terrestre (à partir de 1 à 2 km) sont dérivées de réservoirs d’eaux météoriques qui ont réagi avec les roches environnantes. Souvent ces eaux sont relativement salées. Eaux juvéniles : Ces eaux sont libérées directement par des processus magmatiques en profondeur.

DIFFÉRENTES EAUX DANS LE SOL

A)

B)

Differents types d’eaux au voisinage d’un grain de sol (A et B)

PROPRIETES PETROPHYSIQUES DES ROCHES - Roche : agrégat de cristaux ou fragments de roches constitutifs de l’écorce terrestre. - Sédiment: assemblage de grains déposés par l’eau, l’air ou la glace. - Sol : interface entre la roche et l’atmosphère, contient souvent un mélange de matières minérales et organiques sur lequel pousse la végétation. NOTION DE POROSITE ET DE PERMEABILITE •LA POROSITE La porosité dépend principalement de : - la forme des grains : sphériques, allongés, angulaires ; - la distribution des tailles ; - l’intensité de la cimentation de la roche. V Porosité totale : nt = vides , avec 0 < nt < 1 Vtotal

LES DIFFÉRENTES EAUX DANS LE SOL ( A et B) Les trois formes de l'eau souterraine 1-L'eau de constitution C'est l'eau qui rentre dans la structure cristalline des minéraux (exemple : gypse CaSO4, 2H2O). 2-L'eau de rétention L'eau d'adsorption (liée). Les molécules d'eau dipolaires sont attirées par des effets de surface sur des ensembles ionisés (comme les argiles) en couche fine. L'eau d'adsorption n'est pas chassée par centrifugation. 3-L'eau d'adhésion (pelliculaire). L'eau est retenue à la surface des grains par une attraction électrique moins forte que dans l'adsorption, elle peut se déplacer. L'eau capillaire (Frange capillaire) : elle se trouve dans les pores, c'est l'eau d'absorption (l'eau recherchée par les racines). 4-L'eau libre C'est l'eau de gravité, l'eau disponible pour les nappes phréatiques et les aquifères, et qui est donc disponible et exploitable, par un forage ou un puits.

Eau de rétention = eau adsorbée + eau pelliculaire Eau gravitaire = eau libre Remarque : Seule l’eau gravitaire peut être exploitée POROSITÉ EFFICACE La porosité efficace est le rapport du volume d'eau gravitaire au volume total de la roche saturée en eau: Veau .libre Vtotal

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