ÉTUDE DES EFFETS D’ÉCHELLE DANS UN AQUIFÈRE ALLUVIONNAIRE

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• Publié par: Voem
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ÉTUDE DES EFFETS D’ÉCHELLE DANS UN AQUIFÈRE ALLUVIONNAIRE

Un des paramètres le plus utilisé dans le milieu de l’hydrogéologie est celui de la

conductivité hydraulique puisqu’il permet de mesurer la facilité de l’eau à passer dans un

sol. Cette valeur est déterminée généralement à la suite de l’interprétation d’essais de

pompage. Toutefois, ce type d’essai demande beaucoup de temps et d’argent. Le

présent mémoire se penche donc sur la possibilité et la viabilité d’effectuer des essais

de moindre envergure pour obtenir la valeur de la conductivité hydraulique. Pour ce

faire, une étude hydrogéologique complète d’un site expérimental sera réalisée.

Plusieurs caractérisations hydrogéologiques faites lors de projets de recherche

concernent des sites homogènes non stratifiés. Des études ont montré que plusieurs

types d’essai à différentes échelles donnent les mêmes résultats pour la conductivité

hydraulique sur ces sites. À l’opposé, le présent projet traite un site hétérogène

alluvionnaire possédant de nombreuses stratifications. Concernant ce type de terrain,

dans la littérature les opinions sont partagées. En effet, il existe deux mouvements de

pensée : des groupes d’auteurs ont trouvé des variations dans la conductivité

hydraulique en fonction de l’échelle d’investigation tandis qu’un autre groupe d’auteurs

pense plutôt que les effets d’échelle trouvés par les différents auteurs ne sont que des

artéfacts ou de mauvaises réalisations ou interprétations des essais.

Afin d’étudier les effets d’échelle, on doit obtenir une grande quantité de données pour

des essais réalisés à plusieurs échelles. Ainsi, des essais ont été effectués sur le terrain

c'est-à-dire à un nouveau site expérimental à Sorel et au laboratoire. D’abord, la

première étape pour ce type d’étude est la mise en place d’une série de piézomètres qui

servent pour l’observation des niveaux d’eau à l’état statique et à l’état dynamique lors

de l’essai de pompage. De plus, des essais de perméabilité in situ sont réalisés dans

chacun de ces piézomètres en incluant un développement par pistonnage. Les niveaux

statiques permettent d’obtenir la carte piézométrique dont le maillage (les

équipotentielles et les lignes d’écoulement) donne des indications sur le comportement

uniforme ou non de l’aquifère. Lors du forage d’une grande proportion de ces

piézomètres, des échantillons de 61 cm de longueur ont été prélevés à l’aide d’une

cuillère fendue de format standard BQ (36,5 mm de diamètre). Ces échantillons sont,

par la suite, très utiles au laboratoire pour faire les essais de perméabilité et pour les

prédictions à l’aide de la granulométrie.

La deuxième étape est la réalisation de tous les essais. De fait, des essais de

perméabilité in situ à charge constante et variable et des essais de pompage et de

traceur ont été conduits sur une période de plusieurs semaines au site de Sorel. Par la

suite, ce sont les essais au laboratoire qui ont demandé beaucoup de temps. Il s’agissait

de la détermination de la courbe granulométrique, de la densité des grains solides et de

la teneur en eau, pour la majorité des échantillons prélevés sur le terrain. Au total, six

sols (Sol 1 à 6) de granulométries différentes et de paramètres différents (e, w

sat

, G

s

et

S

s

) ont été choisis pour représenter le terrain de Sorel. Toutefois, une analyse plus

poussée des courbes granulométriques a permis de trouver que tous ces sols sont une

combinaison de seulement 2 types de sol (sol P et sol

I

). Des prédictions de K à l’aide

de la granulométrie et de l’indice des vides ont été réalisées en prenant les formules de

Chapuis (2004) et Kozeny-Carman (Chapuis et Aubertin, 2003). Les limites d’Atterberg

ont également été déterminées pour les sols plus imperméables. De plus, des essais de

perméabilité à l’aide d’un perméamètre à paroi souple ont eu lieu pour tous les différents

types de sol au laboratoire.

Enfin, la dernière étape consiste à interpréter tous les résultats et de les comparer

ensemble. Les méthodes d’interprétation comprennent entre autres, la méthode du

graphique des vitesses de Chapuis (1981) et celle de Hvorslev (1951) pour les essais de

perméabilité

in situ

(K moyen = 2,57 x 10

-3

cm/s), les méthodes de Thiem (1906) en

régime permanent et de Theis (1935) et Cooper-Jacob (1946) en régime transitoire pour

les essais de pompage d’un aquifère à nappe captive (K moyen = 5,69 x 10

-3

cm/s et S

moyen = de 4,16 x 10

-4

). La valeur du coefficient d’emmagasinement a permis de

confirmer le type d’aquifère présent soit une nappe captive.

Tout au long du projet, l’emphase a été mise sur l’utilisation des bonnes méthodes de

réalisation des essais (conformes aux normes ASTM et BNQ) et d’interprétation des

résultats dans le but d’avoir des résultats fiables pour la comparaison des essais. Cette

dernière a pu montrer qu’il existe bien des effets d’échelle au site de Sorel pour les

différentes valeurs de la conductivité hydraulique, ce qui confirme le premier mouvement

de pensée dans la littérature. Les valeurs de pompage sont ainsi supérieures aux autres

méthodes de 3,6 fois (pour les essais de perméabilité

in situ

), de 6 fois (pour les essais

de perméabilité au laboratoire) à plus d’un ordre de grandeur (prédictions à partir de la

granulométrie). Les facteurs d’échelle sont de beaucoup réduits (facteur d’environ 1,8)

lorsque l’on applique la règle de composition des couches qui prend en compte toutes

les stratifications et seulement deux types de sol théoriques trouvés suite à l’analyse

approfondie des courbes. Les comparaisons avec deux sites homogènes ont mené aux

conclusions suivantes : les effets d’échelle rencontrés pour les sols hétérogènes de

Sorel ne se retrouvent pas dans les deux autres sites homogènes et il y aurait donc un

lien entre l’hétérogénéité d’un terrain et les effets d’échelle. Néanmoins, les effets

d’échelle présents au site de Sorel sont de moindre envergure que ceux mentionnés

dans la littérature.