dea hydrologie, hydrogéologie, géostatistique et...

Université Pierre et Marie Curie, Université Paris-Sud, École des Mines de Paris

& École Nationale du Génie Rural des Eaux et des Forêts

DEA Hydrologie, Hydrogéologie, Géostatistique et Géochimie Filière Hydrologie et Hydrogéologie Quantitatives

Etude de l’hétérogénéité d’un aquifère multicouche :

Cas de l’Oxfordien Calcaire sur le site de Bure.

Pauline GUEUTIN Marc Distinguin (ANDRA) Julio Gonçalvès (Paris 6)

ANDRA– Laboratoire de

recherche souterrainBure (Meuse)

15/09/2004

Sommaire

SOMMAIRE

Sommaire ...........................................................................................................................2

Tables des illustrations et des tableaux ...........................................................................4

Introduction .......................................................................................................................6

1. Synthese Bibliographique .........................................................................................8

1.1. Le Bassin parisien ...............................................................................................8 1.1.1. Géologie du Bassin de Paris ...........................................................................9

Les grands cycles transgressifs – régressifs ............................................................9 Géologie de l’Oxfordien..........................................................................................9 Tectonique ...............................................................................................................9

1.1.2. Hydrogéologie du Bassin de Paris................................................................10 Cadre général.........................................................................................................10 Hydrogéologie de l’Oxfordien ..............................................................................10

1.2. L’Oxfordien Calcaire sur le site de Bure ..........................................................11 1.2.1. Géologie de l’Oxfordien...............................................................................11 1.2.2. Hydrogéologie de l’Oxfordien .....................................................................12

1.3. Représentation des hétérogénéités du milieu naturel .......................................13 1.3.1. Les hétérogénéités ........................................................................................13 1.3.2. Méthodes de représentation des hétérogénéités ...........................................14

Méthodes génétiques .............................................................................................14 Méthodes descriptives ...........................................................................................15 Méthodes géostatistiques.......................................................................................15 Méthodes inverses .................................................................................................16

Théorie...............................................................................................................16 Techniques de résolution du problème inverse .................................................17

2. Analyse et interprétation des données...................................................................19

2.1. Les données .......................................................................................................19 2.1.1. Les différents types de données....................................................................19 2.1.2. La qualification des données ........................................................................20

2.2. Analyse des données..........................................................................................20 2.2.1. Le puits principal d’accès.............................................................................20 2.2.2. Le puits auxiliaire .........................................................................................22

2.3. Les rabattements ...............................................................................................24 2.3.1. Emplacement et équipement des forages de suivi........................................24 2.3.2. Forage EST103.............................................................................................25 2.3.3. Forage EST104.............................................................................................26 2.3.4. Forage EST201.............................................................................................27

Horizons Hp7 et Hp6.............................................................................................27 Horizon Hp5 ..........................................................................................................27 Groupe de Hp4 à Hp1............................................................................................28

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Sommaire

2.3.5. Forage EST203.............................................................................................29 Horizons Hp7 et Hp6.............................................................................................29 Horizon Hp5 ..........................................................................................................30 Horizons Hp1 à Hp4..............................................................................................30

2.3.6. Conclusion sur les rabattements et les débits. ..............................................30

3. Estimation des Kh, Kv et des Ss par approche inverse à l’aide d’un modèle 3D 31

3.1. Caractéristiques géométriques du modèle ........................................................31 3.1.1. Maillage........................................................................................................31 3.1.2. Couches ........................................................................................................32

3.2. Les paramètres initiaux.....................................................................................33 3.2.1. Les conditions aux limites et charges hydrauliques initiales........................33 3.2.2. Les paramètres hydrogéologiques ................................................................33 3.2.3. Le régime transitoire.....................................................................................34 3.2.4. Les observations. ..........................................................................................34

3.3. Modèle homogène .............................................................................................35

3.4. Déterminisme géologique..................................................................................36 3.4.1. La porosité ....................................................................................................36 3.4.2. Le faciès........................................................................................................36

3.5. Calages différenciés ..........................................................................................37 3.5.1. Valeurs des paramètres.................................................................................39

3.6. Modèle hétérogène ............................................................................................39 3.6.1. Les hétérogénéités ........................................................................................39 3.6.2. Valeurs des paramètres.................................................................................40 3.6.3. Débits estimés par le modèle........................................................................42 3.6.4. Conclusion....................................................................................................44

4. Conclusion générale ................................................................................................45

Références Bibliographiques ..........................................................................................46

Remerciements.................................................................................................................50

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Sommaire

TABLES DES ILLUSTRATIONS ET DES TABLEAUX

Figure 1 : Situation géographique du site d'étude ...........................................................................6

Figure 2 : Schéma général du Laboratoire de recherche souterrain................................................6

Figure 3 : Emplacement des forages et des puits sur le site d'étude................................................7

Figure 4 : Géologie du Basin de Paris.............................................................................................8

Figure 5 : Les différents aquifères du Bassin de Paris (Castro et al., 1998a) ...............................10

Figure 6 : Lithologie des différents forages sur le site de Bure ....................................................11

Figure 7 : Géologie et position des horizons poreux dans l'Oxfordien Calcaire pour le forage EST201..................................................................................................................................12

Figure 8 : Classement de la pétrofabriquedes roches : A. Les classes de fabriques définies par la moyenne de la classe et dont les limites sont indiquées. B. Correspondance entre la classe et le type de carbonates. (Lucia, 1995) .....................................................................................15

Figure 9 : Approche générale utilisée par les méthodes inverses indirectes (d'après LaVenue, 1998)......................................................................................................................................18

Figure 10 : Schéma de principe des origines et des circulations des eaux dans les puits .............19

Figure 11 : Volume d'exhaure net dans le PPA.............................................................................21

Figure 12 : Volume d’exhaure net du PAX...................................................................................23

Figure 13: Emplacement des forages de suivi des perturbations sur le site ..................................24

Figure 14: Installation Westbay ....................................................................................................24

Figure 15 : Position des chambres de mesures et rabattements observés au forage EST103 .......25

Figure 16 : Position des chambres de mesure et rabattements observés au forage EST104.........26

Figure 17 : Position des chambres de mesures et les rabattements observés au niveau du forage EST201..................................................................................................................................27

Figure 18 : Position des chambres de mesure et rabattements observés dans le forage EST203 .29

Figure 19: Maillage global et vue du site......................................................................................32

Figure 20: Carte piézométrique naturelle, avant fonçage, sur le site ............................................33

Figure 21 : Relation entre la perméabilité et la porosité ...............................................................36

Figure 22 : Relation entre le faciès et la perméabilité...................................................................37

Figure 23 : Résultats des différents calages, les pointillés sont les mesures et les traits pleins les simulations. Les graphiques a, b et c sont les résultats du calage global sur tous les forages. a est le résultat de EST104 et EST103, b celui de EST201 et c celui de EST203. Les

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Sommaire

graphiques A, B et C sont les résultats des calages différenciés, A sur EST104 et EST103, B sur EST201 et C sur EST203. ...............................................................................................38

Figure 24 : Zonation du modèle hétérogène, 2 zones pour Hp5 et es horizons supérieurs et 3 zones pour les horizons inférieurs.........................................................................................40

Figure 25 : Résultats du modèle hétérogène sur les rabattements des forages. Les pointillés représentent les mesures et les traits pleins représentent les simulations. Le graphique a est le résultat sur les forages EST103 et EST104. Le graphique b est le résultat sur le forage EST201. Le graphique c est le résultat sur le forage EST203...............................................41

Figure 26 : Comparaison entre les débits initiaux mesurés et simulés..........................................43

Tableau 1 : Valeurs des perméabilités (m.s-1) issues de tests hydrogéologiques (fluidlogging sous pompage)...............................................................................................................................13

Tableau 2: Volume d'eau produit jusqu'au 21/07/2004 dans le PPA ............................................20

Tableau 3 : Débits estimés des différents horizons poreux dans le PPA ......................................22

Tableau 4 : Volume d'eau produit jusqu'au 21/07/2004 dans le PAX...........................................22

Tableau 5 : Débits estimés des différents horizons poreux dans le PAX......................................24

Tableau 6 : Connexions mise en évidence par l'analyse des interférences ...................................30

Tableau 7: Côtes des horizons poreux et des matrices et épaisseurs des couches. .......................32

Tableau 8 : Paramètres initiaux d'après le modèle de site d'ANTEA (ANTEA, 2004) ................33

Tableau 9: Périodes définies dans le modèle, avec les charges imposées au niveau des puits d'accès ...................................................................................................................................34

Tableau 10: Charges observées, en mNGF, dans les forages de suivi des perturbations..............35

Tableau 11 : Valeurs des paramètres des calages différenciés......................................................39

Tableau 12 : Jeu de paramètres permettant le meilleur calage du modèle hétérogène .................40

Tableau 13 : Comparaison de la part des différents horizons poreux au débit total .....................43

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Introduction

INTRODUCTION

L’Andra (Agence nationale de gestion des déchets radioactifs) mène (depuis plus de 10 ans) des recherches sur la faisabilité d’un stockage de déchets, de Haute Activité et de Vie Longue (HAVL), dans une couche géologique profonde. Le site d’étude se trouve à Bure, dans l’Est du Bassin parisien, à 350 km de Paris (Figure 1). La couche choisie pour l’étude est l’argilite du Callovo-Oxfordien. Cette couche possède deux encaissants aquifères, l’Oxfordien calcaire au dessus et le Dogger dessous.

Figure 1 : Situation géographique du site d'étude

Figure 2 : Schéma général du Laboratoire de recherche souterrain

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Introduction

Figure 3 : Emplacement des forages et des

puits sur le site d'étude

Sur ce site est en construction un laboratoire de recherche souterrain (Figure 2). A l’heure actuelle, seuls les puits d’accès sont construits. Ces puits font 6 m de diamètre pour le puits d’accès principal et 4 m 50 pour le puits auxiliaire. Ils sont creusés à l’explosif et traversent toutes les formations géologiques jusqu’au Callovo-Oxfordien. La première couche traversée est constituée par les Calcaires du Barrois (Tithonien), ils sont aquifères mais ne présentent aucun rabattement suite au fonçage des puits. Les puits traversent ensuite un aquitard, les Marnes du Kimméridgien, ils atteignent ensuite les Calcaires de l’Oxfordien, qui sont aquifères et drainés par les puits. Cet aquifère présente un rabattement, suivi dans des forages EST201, EST203, EST103 et EST104, disposés autour des puits (Figure 3).

L’étude de l’Oxfordien est une étape importante dans la garantie de la sûreté du stockage. En effet, dans le cadre d’un scénario pessimiste, donc d’une fuite de radionucléïdes, l’Oxfordien jouera deux rôles. Un premier rôle de dilution mais un deuxième rôle de transport de ces éléments. Une connaissance précise des flux mais aussi des hétérogénéités de ce milieu est donc importante pour garantir la plus grande sûreté du stockage.

Dans cette étude, l’objectif est d’estimer l’hétérogénéité de l’aquifère carbonaté de l’Oxfordien, en utilisant l’analyse d’interférences (rabattements) créées par le creusement des puits d’accès du futur laboratoire souterrain.

Dans une première partie une synthèse bibliographique sera effectuée, présentant la géologie et l’hydrogéologie du Bassin Parisien puis du site d’étude. Les différentes méthodes pour appréhender les hétérogénéités du milieu géologique seront ensuite présentées. Puis une deuxième partie présentera toute l’analyse des débits d’exhaures et des interférences. Et enfin une troisième partie sera consacrée à l’estimation des paramètres hydrogéologiques par modélisation et donc à une représentation de l’hétérogénéité de l’Oxfordien Calcaire.

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Synthèse Bibliographique

1. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

1.1. LE BASSIN PARISIEN

Le Bassin parisien est un des trois grands bassins sédimentaires situés en France. Foucault et Raoult (1995) définissent un bassin sédimentaire comme une dépression ovale ou circulaire, à fond plat ou concave, et largement évasé, à flancs en pente douce, de dimension très variable, qui est ou a été un lieu de sédimentation. Curnelle et Dubois (1986) définissent quand à eux un bassin sédimentaire en terme de contenu et de contenant, le contenu étant la réponse sédimentaire de la déformation du contenant. Trois facteurs majeurs conditionnent l’évolution d’un bassin (Curnelle et Dubois, 1986) :

la dynamique du Bassin qui résulte de la déformation avec enfoncement de la croûte (subsidence active)

l’influence des zones bordières, dont le relief, le climat et le degré d’émersion contrôlent la nature et le volume des apports sédimentaires, détritiques ou chimiques

le rapport taux de subsidence – taux de sédimentation qui règle la bathymétrie donc la nature des sédiments

Le Bassin parisien se trouve dans le centre et le nord – est de la France, il subit l’influence du cycle Alpin (Mésozoïque et Cénozoïque) et forme une dépression intracratonique d’environ 300 km de rayon et d’une profondeur maximum d’environ 3200 m au centre du Bassin (Mégnien et Mégnien, 1980 ; Guillocheau et al., 2000 ). Il est bordé par quatre formations Paléozoïques : le Massif Armoricain à l’Ouest, le Massif Central au Sud, les Vosges à l’Est et les Ardennes au Nord (Figure 4).

Figure 4 : Géologie du Basin de Paris

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Les aspects géologiques et hydrogéologiques du Bassin de Paris sont développés dans les paragraphes suivants.

1.1.1. Géologie du Bassin de Paris

Les grands cycles transgressifs – régressifs L’évolution Mézo – Cénozoïque du Bassin de Paris peut être décrite

comme une longue période de subsidence thermique, héritée d’une extension au Permien et perturbée par la déformation intraplaque, conséquence des évènements géodynamiques qui ont lieu en Europe de l’Ouest (Guillocheau et al., 2000). Ces évènements tectoniques ont modifiés la subsidence et la distribution des faciès dans l’espace et le temps.

Globalement le Bassin de Paris résulte d’une histoire géologique de 248 Ma. Sa phase transgressive débute avec les grands lacs permiens, auxquels succèdent les grands épandages fluviatiles et les plaines évaporitiques du Trias puis les grandes plates formes carbonatées du Jurassique supérieur (De Wever et al., 2002). Guillocheau et al. (2000) ont identifié neuf cycles majeurs de transgression – régression, du Trias au Crétacé supérieur : trois au Trias, trois au Jurassique et trois au Crétacé.

Ces cycles de transgression – régression engendrent le dépôt de sédiments plus ou moins perméables. Les couches perméables étant dominées par des calcaires et des sables, alors que les couches moins perméables sont dominées par des marnes et des argiles. C’est la géométrie en "pile d’assiette", avec des auréoles de rayon croissant avec l’âge des formations.

Géologie de l’Oxfordien La fin du Callovien correspond à un ralentissement du jeu subsident,

marqué par une extension des zones de lacunes où la sédimentation est plus lente à la limite Callovien Oxfordien. Mais il n’y a pas de coupure fondamentale entre la paléogéographie du Callovien et celle de l’Oxfordien. L’Oxfordien inférieur et l’Oxfordien moyen forment une séquence qui prolonge la grande séquence du Callovo-Oxfordien. Avec l’Oxfordien supérieur commence la 2ème séquence oxfordienne qui se termine par les marnes du Kimméridgien (Mégnien et Mégnien, 1980).

L’Oxfordien est une couche carbonatée résultant de la diminution du niveau de la mer, cette couche est latéralement hétérogène du fait de la mise en place de barrières récifales, à cette époque. Au niveau du Kimméridgien, il y a une remontée du niveau de la mer entraînant des dépôts d’argiles dont le faciès est homogène sur l’ensemble du Bassin de Paris.

Tectonique Depuis le Jurassique, le Bassin a été affecté par des mouvements

tectoniques, comme tout l’Ouest de la plaque Eurasienne (Curnelle et Dubois, 1986) :

l’ouverture de l’Atlantique central au Jurassique et au Crétacé

la compression des Pyrénées à la fin du Crétacé et au début de l’Eocène

l’orogénèse Alpine du Crétacé à nos jours

Ce bassin possède deux systèmes majeurs de failles : la faille de Sennely et le système de la faille de Bray – Vittel. Dans le cycle Alpin, le Bassin de Paris est considéré comme tectoniquement peu actif surtout depuis le Crétacé (Brunet et Le Pichon, 1982).

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1.1.2. Hydrogéologie du Bassin de Paris

Cadre général

Figure 5 : Les différents aquifères du Bassin de

Paris (Castro et al., 1998a)

Le Bassin de Paris se présente donc comme un empilement de couches n’ayant pas les mêmes caractéristiques hydrodynamiques, qui en font un aquifère multicouche. Les couches les plus perméables contiennent les aquifères suivants (du socle à la surface topographique) : le Trias (détritique), le Dogger (carbonaté), l’Oxfordien ou Lusitanien (carbonaté), le Portlandien (carbonaté), le Néocomien (sableux et argileux), l’Albien (sableux et argileux) et l’Yprésien (sableux et argileux) (Castro et al., 1998a) (Figure 5). Globalement en régime non perturbé par les prélèvements anthropiques, les aquifères se rechargent au niveau de leurs affleurements dans l’Est et le Sud-Est du Bassin, et les écoulements se font du Sud-Est vers le Nord-Ouest. Plus l’aquifère est profond et plus sa zone de recharge est à une altitude élevée (Figure 4), du fait de la géométrie du Bassin de Paris. Ceci implique que la charge hydraulique est d’autant plus importante que l’aquifère est profond. Ces différences de charges entraînent des écoulements par drainance des aquifères profonds vers les aquifères sus jacents. Matray et al. (1989), notamment, ont ainsi démontré qu’il existait des processus de drainance, en s’appuyant sur les processus de transport des sels du Trias à tous les aquifères du Bassin.

Plusieurs études ont été menées sur les différents aquifères du Bassin de Paris. Ces études ont utilisé les isotopes de l’hélium et d’autres gaz rares comme l’argon, le néon… Castro et al. (1998b) utilisent les concentrations en gaz rares dans les aquifères du Bassin de Paris pour estimer les perméabilités des aquifères mais aussi des aquitards, afin de déterminer des temps de résidence des eaux à l’aide d’un modèle d’écoulement et de transport de matière couplé. Marty et al. (1993), ont utilisé les isotopes de l’hélium pour estimer l’âge des eaux du Dogger. Cette étude a permis de mettre en évidence que le temps de résidence de l’eau dans le Dogger est plus long que ce qui avait été estimé par les modèles et les tests hydrogéologiques (Wei et al., 1993). Raoult et al. (1997) ont étudié l’aquifère de l’Albien, ce dernier est exploité et un cône piézométrique est visible en région parisienne. L’analyse de la chimie de cet aquifère a mis en évidence un processus de drainance provenant de l’aquifère du Néocomien, dont le flux s’est accru suite à l’exploitation anthropique de l’aquifère sus-jacent de l’Albien.

Toutes ces études ont permis de mieux comprendre le système aquifère multicouche que constitue le Bassin de Paris. En ce qui concerne l’Oxfordien les études menées sont présentées dans le paragraphe suivant.

Hydrogéologie de l’Oxfordien La principale étude est celle qui a été menée par le BRGM sur le

potentiel géothermique du Bassin de Paris (Housse et Maget, 1976). Mais cette étude a surtout été menée dans le centre du bassin.

En revanche, à plus grande échelle sensus stricto, l’Oxfordien sur le site de Bure a été largement étudié. Les principales connaissances acquises sont brièvement présentées dans le paragraphe suivant.

10


1.2. L’OXFORDIEN CALCAIRE SUR LE SITE DE BURE

Dans un premier paragraphe la géologie de l’Oxfordien sur le site sera présentée. Dans un deuxième paragraphe les connaissances hydrogéologiques de l’Oxfordien sur le site seront exposées.

1.2.1. Géologie de l’Oxfordien Sur le site, l’Oxfordien se présente comme une puissante accumulation de

calcaires. Il existe une variabilité latérale de l’Oxfordien. ANTEA (2001a) (Figure 6) exprime celle-ci selon trois modalités :

une variabilité lithologique horizontale d’échelle hectométrique due à la structure paléogéographique des écosystèmes coralliens ;

une variabilité latérale d’échelle kilométrique due aux arrivées détritiques argileuses provenant du NE ;

une variabilité d’échelle plurikilométrique due aux contrôles sédimentologiques d’importances régionales (courants, sudsidence, eustatisme,…).

Figure 6 : Lithologie des différents forages sur le site de Bure

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Cet ensemble essentiellement carbonaté peut être divisé en plusieurs ensembles lithologiques (du plus profond vers la surface) (Figure 7) :

Figure 7 : Géologie et position des horizons poreux dans l'Oxfordien Calcaire pour le forage EST201

Ensemble L1 correspond à une plate forme interne se terminant sur des niveaux riches en quartz. Cet ensemble est peu diversifié et est essentiellement composé de calcaires biodétritiques. Cette unité est elle-même subdivisée en deux sous ensembles. L1a, à la base, est une accumulation de faciès poreux mal cimenté. Dans cette unité il a été mis en évidence des variations latérales de faciès liées à la présence d’écosystèmes récifaux diversement structurés. La sous unité L1b est formée de calcaires compacts et bien cimentés. De façon générale les calcaires L1 présentent la porosité CMR (résonance magnétique) la plus importante de l’Oxfordien, alors que les calcaires L2 présentent le plus faible.

Ensemble L2 est une unité de faciès de plate forme interne comportant des bancs de sables carbonatés et des calcaires compacts. Cette unité est subdivisée en 3 sous unités.

L’Oxfordien Calcaire comprend aussi la base calcaire du Kimméridgien, représenté par le faciès K1.

Bien que des marques des différentes phases tectoniques soient identifiées sur le site, aucune discontinuité d’origine tectonique n’a été mise en évidence dans l’Oxfordien, à l’échelle de la résolution sismique (Andra, 2003).

1.2.2. Hydrogéologie de l’Oxfordien L’Oxfordien Calcaire est l’aquifère décrit comme étant le Lusitanien par Castro

et al. (1998a). Il comprend tout l’étage Oxfordien (inférieur, moyen et supérieur) ainsi que la base calcaire du Kimméridgien.

Il a été mis en évidence une évolution verticale de la porosité, définissant une organisation en une succession de couches compactes (faiblement perméables) entre lesquelles s’intercalent des horizons poreux plus perméables (Hp1 à Hp7) (ANTEA, 2001a) (Figure 7). Les couches les plus perméables ont une perméabilité horizontale de l’ordre de 10-8 m/s, alors que les moins perméables ont une perméabilité inférieure à 10-9 m/s (Andra, 1999a). Ces zone plus perméables sembleraient avoir une continuité plurikilométrique (analyse sismique, forages, modélisation,…) (Andra, 1999a).

Des diagraphies et des tests en pompage ont permis de caractériser ces différents horizons poreux, notamment par une estimation de leur transmissivité. Les valeurs de ces transmissivités sont présentées dans le Tableau 1, les forages EST204 et EST205 sont dans l’axe du Puits Principal d’Accès (PPA) et du Puits AuXiliaire (PAX), respectivement.

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EST201 EST203 EST204 EST205 Hp7 3,3 10-8 3,7 10-8 7,6 10-9 2,7 10-9 Hp6 2,1 10-8 1,9 10-8 7,5 10-9 4,6 10-9 Hp5 6,7 10-9 4,6 10-9 3,7 10-9 2,8 10-9

Hp3-4 1,5 10-8 4,8 10-9 4,2 10-9 2,6 10-9 Hp1-2 3,2 10-9 2,1 10-9 1,3 10-8 2,1 10-9

Tableau 1 : Valeurs des perméabilités (m.s-1) issues de tests hydrogéologiques (fluidlogging sous pompage)

Ces différents tests n’ont pas mis en évidence de circulation d’eau par des fractures ou par des conduits karstiques, comme au niveau des affleurements de l’Oxfordien.

Les niveaux identifiés, les horizons poreux, sont des niveaux de production diffus associés à l’existence d’une porosité de matrice plus importante dans ces zones. Ces horizons ont été notés de Hp1a (le plus profond) à Hp7 (le plus superficiel) (Figure 7) (Andra, 1999b). De plus, il existe des venues d’eau en dehors de ces horizons poreux, donc ils ont un rôle hydraulique très important, mais pas exclusif, il peut exister des niveaux locaux (ANTEA, 2001a). Ceci montre l’hétérogénéité qui existe au sein de l’Oxfordien.

Les charges hydrauliques, avant fonçage, des horizons poreux se trouvent entre 304 et 306 m NGF (cf : Figure 20: Carte piézométrique naturelle, avant fonçage, page 33). Elles sont très homogènes sur les 216 m de calcaire. Aucun différentiel de charge entre les horizons poreux n’est identifiable. Pour un même forage, l’ensemble des charges sont comprises dans un intervalle de 1 m, de l’ordre de grandeur de l’incertitude sur la mesure (Distinguin, 2000).

Au droit du site le gradient hydraulique naturel moyen est de l’ordre de 0,4 à 0,5 %, dans la direction SE-NO.

Dans cette étude, l’objectif est d’estimer l’hétérogénéité de l’Oxfordien carbonaté par l’interprétation des interférences liées au creusement des puits. Plusieurs méthodes sont à disposition pour étudier cette hétérogénéité, ces différentes méthodes sont présentées dans le paragraphe suivant.

1.3. REPRESENTATION DES HETEROGENEITES DU MILIEU NATUREL

1.3.1. Les hétérogénéités Les propriétés hydrogéologiques varient naturellement dans l’espace, résultat

de mécanismes géologiques complexes. Des processus physiques et chimiques, parmi les déformations structurales, les dépôts, la diagénèse et bien d’autres, contrôlent la géométrie, la structure et la texture des sédiments, créant l’hétérogénéité des propriétés des aquifères et des réservoirs (Koltemann et Gorelick, 1996).

Les paramètres hydrogéologiques, tels que la perméabilité ou la transmissivité, ou encore la porosité sont connus généralement pour un point de mesure et une échelle de représentativité. La difficulté est ensuite leur extrapolation sur des surfaces plus importantes, ainsi que la prise en compte de leur hétérogénéité dans les milieux géologiques.

L’hétérogénéité la plus importante est celle qui existe entre les aquitards et les aquifères, elle résulte de la modification des conditions de sédimentation. Les hétérogénéités au sein d’une même couche doivent ensuite être appréhendées. Par exemple dans les couches calcaires, des hétérogénéités peuvent être dues à la présence de structures récifales. Dans les argiles des variabilités peuvent exister du fait de la modification de la profondeur de sédimentation entraînant une variation de la proportion en calcaire. Toutes ces hétérogénéités

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influencent les paramètres hydrodynamiques des couches, mais aussi les interactions entre les couches.

Diverses approches pour appréhender l’hétérogénéité du milieu ont été développées. Elles sont présentées brièvement au paragraphe suivant.

1.3.2. Méthodes de représentation des hétérogénéités Il existe quatre grands types de méthodes pour reproduire les hétérogénéités du

milieu : les méthodes génétiques, les méthodes géostatistiques, les méthodes descriptives et les méthodes inverses. Des synthèses sont proposées sur ces sujets (Koltermann et Gorelick, 1996 ; Marsily et al., 1998).

Méthodes génétiques Les méthodes génétiques (ou méthodes de genèse) simulent la

génération du milieu en reproduisant les processus à l’origine de la formation du milieu.

Ces méthodes ont été utilisées dans les études suivantes, mais il faut noter que les processus pris en compte et les méthodes de simulations diffèrent d’une étude à l’autre. Koltermann et Gorelick (1996) ont simulé la sédimentation dans la baie de San Francisco depuis 600 000 ans. Les images obtenues sont très proches de la structure actuelle du bassin. Paola et al. (1992) et Granjeon (1997) ont développés des modèles génétiques pour des bassins sédimentaires alluviaux et marins, respectivement. Une telle méthode a été développée par Teles et al. (1998), pour représenter des structures sédimentaires alluvionnaires (chenaux, méandres…), afin de reproduire l’hétérogénéité du sédiment à une échelle cohérente avec les écoulements souterrains. Ces méthodes sont aussi utilisées dans les modèles de bassin. Gonçalvès (2002) a construit un modèle de bassin simulant l’histoire géologique et géométrique 3D du bassin de Paris du Trias à aujourd’hui.

Tous ces modèles permettent l’obtention de cartes de faciès et éventuellement de porosité, sauf le modèle de bassin de Paris (Gonçalvès, 2002) qui a permis d’obtenir une répartition spatiale des paramètres hydrodynamiques. En hydrogéologie le paramètre à estimer est la perméabilité. Donc de ces cartes de faciès il faut déduire une carte de perméabilité. Des lois pétrophysiques permettent d’obtenir la perméabilité intrinsèque à partir de la géométrie, de la porosité et des faciès.

Le modèle le plus utilisé est la relation de Koseny-Carman qui est valable uniquement pour les dépôts détritiques. Un modèle antérieur est celui de Archie, dérivé des propriétés électriques des milieux poreux est également disponible (Gonçalvès et al., 2004). Pape et al. (1999) proposent de décrire le milieu poreux en utilisant des géométries fractales. Ces trois types de modèles ne sont valides que pour les milieux détritiques, et ont une efficacité médiocre pour les carbonates.

Lucia (1995) propose des lois pour des classes semi-empiriques de réservoirs carbonatés, reliées à la pétrofabrique des carbonates (texture) (Figure 8) :

)())((.())(.()( φLogclasseLogDCclasseLogBAkLog ×+++=

où A, B, C et D sont des paramètres et la classe est le facteur dépendant de la pétrofabrique.

14


Figure 8 : Classement de la pétrofabrique des roches : A. Les classes de fabriques définies par la moyenne de la classe et dont les limites sont indiquées (traits plus épais). B. Correspondance entre la classe et le type de

carbonates. (Lucia, 1995)

Ces différentes lois demandent une description fine de la géologie. Une bonne connaissance de la géologie paraît donc indispensable pour une bonne représentation de l’hétérogénéité des paramètres hydrodynamiques.

Méthodes descriptives Les méthodes descriptives consistent à diviser un aquifère en zone par

synthèse des mesures hydrauliques et des observations géologiques disponibles. Elle se fait par corrélations entre puits. Le but de cette méthode est d’attribuer à des structures géologiques des valeurs différenciées de paramètres hydrauliques. Un simple modèle d’écoulement et de transport requiert un grand nombre de paramètres. La zonation réduit ce nombre de paramètres, ce qui induit une calibration plus simple du modèle (Cooley, 1977). La zonation est le fait de diviser un aquifère en faciès hydrogéologiques, ou en unités hydrostratigraphiques, définis comme des unités cartographiables, basées sur des caractéristiques géophysiques ou géologiques, ayant des propriétés hydrauliques intrinsèques différentes.

Méthodes géostatistiques Elles sont basées sur l’hypothèse que la distribution spatiale d’une

variable géologique peut être décrite par une loi statistique. Chaque point correspond à une variable aléatoire, variables aléatoires qui sont corrélées spatialement. La structure de la corrélation spatiale est donnée par le variogramme (hypothèse stationnaire) ou par l’autocovariance (hypothèse intrinsèque).

La variabilité du milieu naturel peut être reproduit par les méthodes géostatistiques. Le but d’une étude géostatistique est de construire un modèle mathématique dont le jeu de donnée est une réalisation unique d’un processus (tirage) aléatoire. Pour pouvoir déduire des lois de probabilité au départ d’une réalisation unique, deux hypothèses sont nécessaires : l’ergodicité et la stationnarité (Rentier, 2002).

Les méthodes de statistiques spatiales, basées sur des modèles de corrélation spatiale et de connexion, ont été développées en premier dans l’industrie minière. Dans ces méthodes, il est possible de citer les méthodes booléennes ou encore les chaînes de Markov (Koltermann et Gorelick, 1996).

Le krigeage (de Marsily, 1986) est une procédure d’interpolation qui fournit, à partir des données disponibles, une estimation optimale, linéarisée et non-biaisée de la propriété étudiée, dont la variance de l’erreur d’estimation est minimisée.

15


Le cokrigeage est une extension du krigeage quand plusieurs variables sont disponibles et corrélées entre elles.

Ces méthodes peuvent être directement utilisées sur des variables hydrogéologiques et aussi sur des variables géologiques. Dans ce dernier cas, de la même manière que les méthodes génétiques, ces méthodes produisent des images de la géologie. Elles permettent donc, après traitement par les lois pétrophysiques, d’obtenir une représentation de l’hétérogénéité spatiale de la perméabilité.

Méthodes inverses Au cours de la dernière moitié du XXème siècle, les techniques de

modélisation mathématiques ont été très utilisées en hydrogéologie pour des études de gestion, d’intrusion d’eau salée et d’autres problèmes liés aux eaux souterraines (Rentier, 2002).

Théorie L’équation générale exprimant l’écoulement souterrain dans un

domaine fini et continu peut s’écrire :

[ ]thSsqhgradKdiv∂∂

=−

où K est le tenseur de la conductivité hydraulique [L.T-1] h est la charge hydraulique [L] q est le terme source [T-1] Ss est le coefficient d’emmagasinement [L-1] t le temps [T]

La résolution de cette équation permet de connaître l’état piézométrique à un temps t donné, mais cette résolution nécessite la connaissance des conditions aux limites du domaine ainsi que des propriétés du milieu en tout points de l’espace. Pour modéliser un système aquifère réel, deux problèmes doivent être résolus : le problème direct et le problème inverse.

Le problème direct permet de simuler des états inconnus. Mais pour sa résolution il faut connaître de manière exacte les propriétés du système, situation qui est rarement rencontrée, du fait de la difficulté de la mesure des propriétés du terrain de manière précise. Ce problème est donc souvent résolu après avoir résolu le problème inverse.

Le problème inverse consiste à rechercher les valeurs optimales des paramètres (inconnues du modèle) en utilisant les variables d’état du système (charges hydrauliques), qui sont elles faciles à mesurer de manière assez précise. Ces méthodes consistent à modifier de façon itérative le jeu de paramètres afin de s’approcher au plus prés des valeurs mesurées de la variable. L’équation d’écoulement est résolue de manière à identifier les paramètres qui permettent de simuler les charges hydrauliques observées.

Donc dans les formulations "directe" et "inverse" du problème, les données et les inconnues sont permutées. Le problème inverse est donc l’application inverse du problème direct.

Dans la pratique, les modèles hydrogéologiques sont généralement utilisés pour faire des prévisions. Dans ce cas le problème inverse est résolu en utilisant les observations mesurées, permettant d’estimer rapidement les paramètres du modèle, puis le problème direct est résolu afin de simuler les états du système pour différents scénarii d’évolution.

16


En raison de la complexité de certains systèmes réels et du manque de données, le problème inverse est souvent "mal posé", c’est-à-dire qu’il y a soit inexistence, soit non-unicité, soit instabilité ou encore insensibilité des paramètres (Rentier, 2002).

Les données de base pour résoudre le problème inverse sont constituées des valeurs de charges hydrauliques, ainsi que des conditions aux limites du domaine et les termes sources. Toutes ces données qu’elles soient mesurées, comme les charges hydrauliques, ou estimées, comme les termes sources ou encore les conditions aux limites, sont entachées d’erreur. Il est, de plus, généralement possible d’avoir des mesures du paramètre recherché, souvent la transmissivité. Bien que ces données locales soient également biaisées par des erreurs, elles permettent au moins d’avoir un point de départ pour la calibration, mais comme le fait remarquer Marsily et al. (1999), la transmissivité dans un même aquifère peut varier de plusieurs ordres de grandeur. La connaissance de valeurs locales du paramètre permet d’approcher l’unicité de la solution.

Les méthodes numériques discrétisent le milieu en plusieurs milliers d’éléments. Pour un aquifère non homogène chaque élément peut se voir attribuer une valeur de perméabilité traitée comme une inconnue. De ce fait le problème inverse présente plusieurs milliers d’inconnues considérées comme des paramètres ajustables du système. Le nombre d’observations concernant la variable dépendante (la charge hydraulique) est beaucoup plus faible, il est donc clair que le nombre d’inconnues est trop important et qu’il doit être diminué. La paramétrisation consiste à réduire le nombre de paramètres à identifier. Yeh et Yoon (1981), Sun et Yeh (1985) et Carrera et Neuman (1986 a, b, c) montrent l’importance de réduire le nombre de paramètres : la paramètrisation rend le problème plus stable, ce qui réduit les difficultés de convergence et permet d’arriver à un problème "bien posé". De manière générale, pour obtenir une solution valide, le nombre de paramètres ajustables doit être inférieur au nombre d’observation (Rentier, 2002). Différents types de paramétrisation sont proposés comme la zonation (Cooley, 1977, 1979), l’interpolation (Yeh et Yon, 1981), la procédure multi-échelle (Larocque, 1997). La technique la plus utilisée est la zonation : le domaine d’étude est divisé en plusieurs zones auxquelles sont affectées une valeur inconnue et uniforme de la variable à estimer, souvent à rattacher à la réalité géologique.

Techniques de résolution du problème inverse De nombreuses méthodes de résolution du problème inverse sont

disponibles. Marsily et al. (1999) présentent une synthèse des méthodes les plus couramment utilisées. Zimmerman et al. (1998) ont comparé ces différentes méthodes, et ont montré les meilleurs résultats des méthodes non linéaires et des méthodes qui s’adaptent aux hétérogénéités.

Une des techniques de résolution les plus utilisée manuellement est la méthode par essai-et-erreur (Anderson et Woessner, 1992). Les valeurs de la perméabilité sont modifiées manuellement, jusqu’à obtention d’une bonne adéquation entre les charges observées et les charges calculées. Cette méthode longue et fastidieuse, est de plus en plus remplacée par des méthodes de calage automatique.

Les techniques de calage automatique (fondée sur la modélisation inverse) sont divisées en deux groupes les directes et les méthodes indirectes (Neuman, 1973). McLaughin et Townley (1996) proposent une synthèse de nombreuses méthodes.

Les méthodes inverses directes (Nelson, 1960 ; Neuman, 1973) nécessitent de connaître les charges hydrauliques en tout points du domaine d’étude, ainsi que leurs dérivés premières et secondes. L’équation d’écoulement devient donc une équation aux dérivés partielles du premier ordre dont les inconnues sont les perméabilités. Cette approche est

17


dénommée directe car le problème est linéaire et qu’il peut être résolu sans itération. Ces méthodes sont généralement peu utilisables

Les méthodes inverses indirectes tentent par modification des paramètres initiaux, de minimiser un critère basé sur la différence entre charges hydrauliques observées et calculées aux différents points de mesure (Figure 9). Cette méthode est en fait une automatisation de la méthode d’essai-et-erreur.

Initialisation

distribution initiale de la perméabilité dans l’espace

(paramètres initiaux)

Résolution du problème direct

sur la base de l’équation d’écoulement à partir du modèle conceptuel et des conditions aux limites

données

Sortie du modèle

distribution piézométrique

Comparaison

entre charges mesurées et calculées aux points de

données

Optimisation

détermine la modification à apporter aux paramètres pour améliorer l’ajustement

Modification

nouvelle distribution des paramètres

Résultat

Distribution finale de la perméabilité (paramètres

optimisés)

Ajustement

non-acceptable

Ajustement acceptable

Initialisation





données

Sortie du modèle


Comparaison


données

Optimisation


Modification


Résultat


optimisés)

Ajustement

non-acceptable


Initialisation





données

Sortie du modèle


Comparaison


données

Optimisation


Modification


Résultat


optimisés)

Ajustement

non-acceptable


Figure 9 : Approche générale utilisée par les méthodes inverses indirectes (d'après LaVenue, 1998)

L’avantage de ces méthodes indirectes réside dans la possibilité de leur application même quand le nombre de charges observées est faible et/ou mal répartie. Les méthodes indirectes donnent généralement de meilleurs résultats que les méthodes directes (Carrera et Neuman, 1986 a, b, c). Il existe un grand nombre de méthodes indirectes de résolution du problème inverse, les différences principales proviennent de la conceptualisation du champs de paramètres (méthodes déterministes ou bayésiennes) et la formulation des équations reliant ce champ de paramètres à la distribution des charges hydrauliques (méthodes linéaires ou non-linéaires).

L’objectif de ce travail est d’appréhender l’hétérogénéité de l’Oxfordien calcaire sur la zone d’étude. Pour cela un premier travail consistera en une analyse fine des données de charges hydrauliques dans des forages disposés autour des puits. Cette analyse devrait permettre l’identification de connexion et la mise en évidence de phénomènes de drainance entre les horizons poreux. La deuxième étape est la modélisation de ce milieu hétérogène.

18

Analyse et interprétation des données

2. ANALYSE ET INTERPRETATION DES DONNEES

Les différents horizons poreux sont touchés de deux manières différentes, ils sont excavés, la surface de suintement se fait donc sur tout le diamètre du puits. De plus, et surtout dans le puits principal d’accès (PPA), des forages de garde ont été effectués. Ces forages sont de petits diamètres et ont servis pour des tests hydrogéologiques. Ces deux investigations mettent les horizons poreux à pression atmosphérique, provoquant une diminution de la pression dans ces horizons au niveau des puits entraînant un écoulement vers les puits. Ces écoulements se traduisent par des rabattements, suivis en différents points du site. La première partie de ce paragraphe traite des écoulements et des débits dans les puits, la seconde traite des rabattements observés.

2.1. LES DONNEES

2.1.1. Les différents types de données

pompe Mecbo sur le plancher de fonçage / cuffat

Bulbe et niche du BarroisParoisbétonnéesGouttières

Marin

Eau sur la sole

mesure de volume

CALCAIRES DU BARROIS

KIMMERIDGIEN

- 27 m

configuration définitive

configuration en avancement

flux d’eau

eau d’exhaure

eau d’exhaure

eau provenant des Calcaires du Barrois

évaporation via la ventilation

eau de chantier

Eau du marin évacuée via le marinage

eau de formation provenant du parement non bétonné

eau provenant de la formation via les drains



Marin

Eau sur la sole

mesure de volume


KIMMERIDGIEN

- 27 m



flux d’eau

eau d’exhaure




Marin

Eau sur la sole

mesure de volume


KIMMERIDGIEN

- 27 m



flux d’eau

eau d’exhaure


eau d’exhaureeau d’exhaure



eau de chantiereau de chantier







Figure 10 : Schéma de principe des origines et des circulations

des eaux dans les puits

Plusieurs mesures de volume d’eau sont effectuées : celles d’un flux entrant (eau industrielle) et celles d’un flux sortant (eau pompée sur la sole, eau contenue dans le marin et eau reprise par la ventilation) (Figure 10).

Les volumes d’eau industrielle ou d’eau pompée sur la sole sont suivis quotidiennement à l’aide de compteur volumétrique. L’eau reprise par la ventilation est connue par un suivi des paramètres de température et d’hygrométrie de l’air entrant et de l’air sortant. Quand à l’eau du marin, elle est connue par la mesure de la teneur en eau des déblais.

De ces données est calculé le volume provenant de la formation, qui peut être positif, si la formation fournit de l’eau, ou négatif si de l’eau entre dans la formation. Ce volume est calculé en faisant le bilan de masse entre les flux sortants et les flux entrants :

19


Vi- Vm Vv Vp formation Volume ++=

Avec Vp : Volume pompé en m3

Vv : Volume soutiré par la ventilation en m3

Vm : Volume soutiré par le marin en m3

Vi : Volume d’eau industrielle injectée dans le puits en m3

2.1.2.

2.2.1.

La qualification des données Les conditions de mesures liées au chantier ont nécessité un examen détaillé

des chroniques de données menant à la qualification des données.

Cette étape de qualification a permis d’écarter des données peu fiables et de proposer une chronique des volumes mis en jeu dans les puits, permettant de calculer un bilan global raisonnable.

2.2. ANALYSE DES DONNEES

L’analyse des données a été faite sur la période du 01/11/2001 au 21/07/2004 pour le PPA et sur la période du 08/04/2002 au 21/07/2004 pour le PAX.

Le puits principal d’accès L’excavation des Calcaires de l’Oxfordien a débuté dans le puits d’accès le

01/11/2001, lorsque la sole du puits a atteint la profondeur de 126 m/sol. Les calcaires ont été complètement excavé en 875 jours, sur une épaisseur 271m.

Les volumes d’eau qui ont été extraits sur cette période sont indiqués dans le Tableau 2. Ces données montrent que le bilan de masse est positif, donc il existe un écoulement de l’Oxfordien calcaire dans le PPA.

Eau injectée en m3 (Vi) 2146,0 Eau pompée en m3 (Vp) 6174,0

Eau extraite par la ventilation en m3 (Vv) 432,1 Eau soutirée par le marin en m3 (Vm) 1317,9

Eau provenant de la formation en m3 5778,0

Tableau 2: Volume d'eau produit jusqu'au 21/07/2004 dans le PPA

20


29/10

/0128

/12/01

26/02

/0227

/04/02

26/06

/0225

/08/02

24/10

/0223

/12/02

21/02

/0322

/04/03

21/06

/0320

/08/03

19/10

/0318

/12/03

16/02

/0416

/04/04

15/06

/0414

/08/04

Date

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

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ume

cum

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500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0P

rofo

ndeu

r en

m.

-134

-84

-34

16

66

116

166

216

266

316

366

Cot

e en

m N

GF.

Q m

oy =

1,1

L/m

n

Q moy = 2,6 L/mn Q m

oy =

3,7

L/m

n

Q m

oy =

7,9

L/m

n

Q m

oy =

9,7

L/m

n

26/1

1/01

19/0

4/02

25/0

7/03

10/0

9/03

27/1

1/03

27/0

2/02

Q m

oy =

2,2

L/m

n

Qm

oy =

8,3

l/m

n

23/0

4/04

Figure 11 : Volume d'exhaure net dans le PPA

La Figure 11 présente le volume d’exhaure net cumulé (eau soutirée à la formation pendant le fonçage du puits) en fonction de la date et avec le creusement du puits d’accès (en rouge) et du puits auxiliaire (en noir), en parallèle. Cette figure montre qu’il existe une corrélation entre le rythme d’excavation et le volume soutiré, en effet plus le nombre d’horizons excavés est important et plus le débit est élevé. Sur cette figure, sont indiqués les débits totaux estimés par régression linéaire, pour différentes périodes. Les périodes débutent toutes soit par la percée soit par l’excavation d’un horizon poreux.

Depuis la fin du mois d’avril, le débit total diminue. Cette baisse peut être due soit à la diminution des débits, en raison de la diminution du gradient hydraulique, soit à la perte d’eau dans les argiles sèches. Mais à la période de la diminution du débit les argiles n’ont pas encore été atteintes, la première hypothèse semblerait donc la plus vraisemblable.

Ces estimations de débits ont permis de calculer les débits d’exhaure de chaque horizon poreux. Ils sont présentés dans le Tableau 3, ainsi que la part de chaque horizons poreux dans le débit total du puits. Ces estimations sont fondées sur deux hypothèses. La première est

21


que le débit QHpn sort de la formation à partir du moment où l’horizon n est excavé ou percé par un forage de garde. La deuxième est de considérer que le débit est constant au cours du temps. Ces hypothèses permettent de calculer les débits des horizons poreux par différence :

11 −+ −= tHpntTottHpn QQQ

Groupe d’horizon poreux Débit dans le PPA (L/mn) Part de chaque Hp (%) Hp7 1,1 11,3 Hp6 1,1 11,3 Hp5 0,4 4,1

Hp3-Hp4 5,3 54,6 Hp1-Hp2 1,8 18,7

Total 9,7 Tableau 3 : Débits estimés des différents horizons poreux dans le PPA

L’hypothèse de constance des débits au cours du temps est très forte. Elle entraîne une sous-estimation des débits des horizons inférieurs. En effet la période séparant l’excavation des horizons supérieurs et celle des horizons inférieurs est importante (environ 2 ans dans le PPA et 1 an pour le PAX), les horizons supérieurs ont fourni de l’eau pendant toute cette période, entraînant une diminution du gradient hydraulique liée à l’excavation et donc une baisse du débit. Donc considérer ces débits comme constants entraîne une sous-estimation des débits des horizons inférieurs. Cette remarque est également valable pour les débits qui seront estimés dans le PAX, mais la sous-estimation sera moindre du fait d’une période plus courte entre les excavations et donc une diminution du gradient hydraulique plus faible également.

Ces résultats montrent que les horizons les plus producteurs sont les horizons poreux Hp3-Hp4.

2.2.2. Le puits auxiliaire L’excavation des Calcaires de l’Oxfordien a débuté dans le puits auxiliaire le

08/04/2002, lorsque la sole du puits a atteint la profondeur de 126 m/sol. Les Calcaires ont été complètement excavés au bout de 718 jours, sur une épaisseur de 259 m.

De la même manière que pour le puits principal, les volumes d’eau soutirés à la formation (Tableau 4), montrent que l’essentiel de l’eau est soutiré par pompage. Dans ce puits également il existe un écoulement de l’Oxfordien Calcaire.

Eau injectée en m3 (Vi) 1591,7 Eau pompée en m3 (Vp) 4278,3

Eau extraite par la ventilation en m3 (Vv) 360,7 Eau soutirée par le marin en m3 (Vm) 1533,9

Eau provenant de la formation en m3 4581,2 Tableau 4 : Volume d'eau produit jusqu'au 21/07/2004 dans le PAX

22


27/04

/0226

/06/02

25/08

/0224

/10/02

23/12

/0221

/02/03

22/04

/0321

/06/03

20/08

/0319

/10/03

18/12

/0316

/02/04

16/04

/0415

/06/04

14/08

/04

Date

20002500300035004000450050005500600065007000

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500

450

400

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150

100

50

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rofo

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-134

-84

-34

16

66

116

166

216

266

316

366

Cot

e en

mN

GF.

Q moy = 1,3 L/mn Q m

oy =

3,4

L/m

nQ

moy

= 3

,9 L

/mn

Q m

oy =

7,7

L/m

nQ

moy

= 9

,1 L

/mn

06/0

5/02

28/0

6/03

30/0

8/03

11/1

1/03

16/0

1/04

Qm

oy =

7,2

L/m

n

Figure 12 : Volume d’exhaure net du PAX

La Figure 12 présente le volume d’exhaure net cumulé pour ce puits, toujours en fonction de la date et en parallèle du creusement des deux puits (en rouge creusement du PPA et en noir celui du PAX). Les débits totaux ont également été obtenus par régression linéaire. Pour ce puits également une diminution du débit est visible à partir de mi-mai. Les mêmes réflexions faites pour le PPA sont possibles ici, il en ressort que pour ce puits également il semblerait que les débits des horizons poreux diminuent.

Pour ce puits également une estimation des débits de chaque horizon poreux a été effectuée, les résultats sont présentés dans le Tableau 5. Comme dans la PPA, l’horizons poreux le plus producteur est l’ensemble Hp3-Hp4.

23


Groupe d’horizon poreux Débit dans le PPA (L/mn) Part de chaque Hp (%) Hp7 1,3 14,3 Hp6 2,1 23,1 Hp5 0,5 5,5

Hp3-Hp4 3,8 41,8 Hp1-Hp2 1,4 15,4

Total 9,1 Tableau 5 : Débits estimés des différents horizons poreux dans le PAX

Ces résultats montrent bien qu’il existe un drainage des Calcaires de l’Oxfordien par les puits. Ces résultats sont confirmés par la mesure de la charge hydraulique dans plusieurs forages de suivi des perturbations. Ces mesures de charges sont présentées dans le paragraphe suivant.

2.3. LES RABATTEMENTS

L’étude des exhaures a montré que de l’eau des Calcaire de l’Oxfordien s’écoule dans les puits. Ces écoulements provoquent un drainage de l’Oxfordien. Ce drainage est suivi par la mesure de la charge dans plusieurs forages.

2.3.1. Emplacement et équipement des forages de suivi

Figure 13: Emplacement des forages de suivi des

perturbations sur le site

Packer

Port demesure de pression et température

Paroi duforage

Tubage WB

Fluide de laFormation

Port dePompage

Inte

rval

le d

e m

esur

e

Packer

Port demesure de pression et température

Paroi duforage

Tubage WB

Fluide de laFormation

Port dePompage

Inte

rval

le d

e m

esur

e

Figure 14: Installation Westbay

Il existe 4 forages de suivi des perturbations sur le site. Ces quatre forages, nommés EST103, EST104, EST201 et EST203 sont sur deux axes par rapport aux puits, EST201 et EST203 sont dans l’axe des deux puits, alors que EST103 et EST104 sont perpendiculaires à cet axe (Figure 13).

Ces forages sont équipés d’installation Westbay® (Figure 14). Des chambres de mesures sont individualisées dans les forages par la mise en place de packer. A l’aide de ces installations, les rabattements dans l’Oxfordien sont connus précisément. Ces rabattements sont analysés dans les paragraphes suivants.

24


2.3.2. Forage EST103 Ce forage se trouve à une distance de 196 m du PPA et 178 m du PAX. Sur la

Figure 15 sont représentées les différentes chambres de mesures dans ce forage. Elles sont au nombre de trois, isolant l’horizon Hp1a (sonde n°3), le faciès C3b (sonde n°2) et C3a (sonde n°1). Seule la réponse de la sonde n°3 sera analysée ici, étant la seule dans l’Oxfordien calcaire.

29/10

/01

26/02

/02

26/06

/02

24/10

/02

21/02

/03

21/06

/03

19/10

/03

16/02

/04

15/06

/04

Date

210

220

230

240

250

260

270

280

290

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-84

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66

116

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Sonde 2

Sonde 3

Figure 15 : Position des chambres de mesures et rabattements observés au forage EST103

Le rabattement débute en mai 2002 alors que le PPA arrive dans l’horizon Hp5. Bien que la pente soit faible, elle prouve l’existence d’une drainance des horizons poreux inférieurs vers l’horizon Hp5. A partir de août 2003, différentes sollicitations des horizons inférieurs (Hp1a-Hp4), entraînent une accélération des rabattements dans Hp1a :

• foration d’un forage de garde dans le PPA au niveau de la matrice au dessus de l’horizon Hp3 ;

• foration d’un forage de garde dans le PPA perçant les horizons Hp3 et Hp4 ;

• foration d’un forage de garde dans le PPA perçant les horizons poreux Hp2 ;

• percée de Hp1-2 dans le PAX (janvier 2004). La majorité des perturbations visibles dans ce forage sont causées par des

évènements ayant eu lieu dans le PPA. La percée de Hp1-2 dans le PAX serait le seul effet du creusement du PAX visible dans ce forage, mais cette accélération peut aussi être corrélée à la foration d’un forage de garde dans l’horizon Hp1 dans le PPA.

L’ensemble des effets piézométriques visibles dans EST103, semble être lié à des évènements survenus dans le PPA. Ce résultat n’est pas lié à une différence de distance

25


(différence négligeable de 12 m). L’interprétation de perturbations antérieures avait montré une possible anisotropie des transmissivités entre les axes PPA-EST103 et PAX-EST103 et faisait l’hypothèse d’une zone moins transmissive d’un facteur 2 entre le PAX et EST103 (Distinguin, 2001). Mais il faut noter l’avance importante du creusement du PPA sur le PAX, ce qui peut gommer les effets du PAX au niveau de EST103. Il n’est donc pas possible de confirmer l’existence de cette zone moins transmissive.

Le rabattement de cet horizon est de l’ordre de 92 m.

2.3.3. Forage EST104 Ce forage se trouve à 12 m du forages EST103, soit à 184 m du PPA et à

166 m du PAX (Figure 13). Trois chambres de mesures ont été individualisées dans ce forage, une pour la matrice entre les horizons poreux Hp5 et Hp3-4 (sonde n°3), une pour les horizons Hp3 et Hp4 (sonde n°2) et une pour les horizons Hp1 et Hp2 (sonde n°1) (Figure 16). Seuls les rabattements dans les sondes n°1 et 2 seront analysés ici.

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Figure 16 : Position des chambres de mesure et rabattements observés au forage EST104

Les comportements des sondes n°1 et 2 sont identiques et répondent aux mêmes sollicitations dans le PPA que l’horizon Hp1a dans le forage EST103. Les rabattements dans ces horizons sont de l’ordre de 100 m.

26


2.3.4. Forage EST201 Ce forage se trouve à 70 m du PPA et à 171 m du PAX (Figure 13). Il

comporte 5 chambres de mesure de pression isolant les horizons poreux Hp7, Hp6, Hp5, Hp3-4 et Hp1-2 (Figure 17).

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Figure 17 : Position des chambres de mesures et les rabattements observés au niveau du forage EST201

Horizons Hp7 et Hp6 Le rabattement commence en novembre 2001 dans ces horizons après

le percement de Hp7 par un forage de garde. La diminution de pression est légèrement plus forte dans l’horizon Hp7, mais cette différence se comblera par la suite. Il existe donc une connexion importante entre Hp7 et Hp6.

En février un forage de garde perce une zone productrice existant entre Hp7 et Hp6. De plus, des factures sub-verticales ont été observées dans le puits principal. Il existe donc une connexion importante entre les horizons poreux Hp7 et Hp6. Cette percée accélère le rabattement des deux horizons poreux. Puis l’excavation de Hp6 permet une équilibration des charges dans Hp7 et Hp6, ils évolueront de la même façon par la suite.

Une dernière sollicitation est visible en juin 2003, elle serait le résultat de la reprise des travaux dans le PAX.

Horizon Hp5 Le rabattement dans Hp5 (sonde n°3) ne commence qu’à partir du

moment où il est percé par un forage de garde. En février 2003, une légère accélération du rabattement est visible, résultat de travaux dans le fond du PPA, alors que Hp5 y est affleurant. L’excavation entière de Hp5 par le PPA se marque par une accélération du rabattement. La

27


pression dans cet horizon est également affectée par les sollicitations des horizons poreux inférieurs, en effet elle diminue lors de l’approche de Hp4 par un forage de garde. Ceci montre encore l’existence d’une drainance entre les horizons poreux inférieurs et Hp5.

Groupe de Hp4 à Hp1 Les comportements des horizons poreux de Hp1 à Hp4 sont très

homogènes et répondent aux mêmes sollicitations dans le PPA :

• drainance vers Hp5 avant leur percée

• approche de Hp4 par un forage de garde

• percée de Hp3-4 par un forage de garde Il est ensuite difficile de différencier les effets des forages de garde

des effets de l’excavation des horizons poreux.

Ce forage est le plus proche du PPA et le plus sensible aux différentes sollicitations du puits. Il présente trois groupes de réponses différents. Le premier composé des horizons supérieurs (Hp7 et Hp6) présente un rabattement de 55 m. Un deuxième composé uniquement de l’horizon Hp5, présente un rabattement de l’ordre de 71 m. Le troisième groupe est composé des horizons poreux inférieurs (Hp4 à Hp1), présente des rabattements de l’ordre de 110 m.

28


2.3.5. Forage EST203 Le forage EST203 se trouve à 137 m du PAX et à 238 m du PPA (Figure 13).

Il comporte 5 chambres de mesure de pression isolant les horizons poreux Hp7, Hp6, Hp5, Hp3-4 et Hp1-2 (Figure 18). La figure montre les rabattements observés dans ces différentes chambres.

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Figure 18 : Position des chambres de mesure et rabattements observés dans le forage EST203

Horizons Hp7 et Hp6 Le forage EST203 réagit faiblement par rapport à EST201, à la

première sollicitation de l’Oxfordien calcaire (percée de Hp7 par un forage de garde). Deux raisons peuvent expliquer cette réponse de faible amplitude et peu marquée. Premièrement la distance entre le PPA et EST203, qui est plus de trois fois supérieure à celle PPA-EST201, la propagation du rabattement entraînant une plus faible amplitude et une courbure moins franche. Mais le temps de réponse au niveau de EST201 est environ 20 fois supérieur à celui de l’arrivée de la réponse au niveau de EST203, alors que la distance est seulement 3 fois supérieure. Une autre raison explique donc la différence de la propagation du signal entre PPA-EST201 et PPA-EST203. Cette différence serait due à l’existence d’une zone moins perméable selon l’axe PPA-PAX-EST203.

Le seul événement marquant le rabattement de ces horizons est l’excavation de Hp5, montrant encore une drainance entre les horizons supérieurs et Hp5.

Contrairement a ce qui était visible dans EST201, les rabattements de Hp7 et Hp6 ne sont ici pas parfaitement superposés. Ce qui irait à l’encontre de la connexion importante existant entre Hp7 et Hp6 mise en évidence lors de l’analyse des rabattements en EST201. Cette connexion est due à l’existence d’une zone plus productrice entre Hp7 et Hp6 (zone fracturée). Cette zone a été mise en évidence sur un côté du PPA (celui vers EST201) alors qu’elle n’a pas été mise en évidence dans le PAX. L’absence de cette zone entre le PPA et

29


EST203 expliquerait la plus faible connexion entre EST201 et EST203, et donc le décalage dans les rabattements.

Horizon Hp5 Le rabattement de Hp5 semble commencer avec la percée de Hp6 par

un forage de garde en février 2002. Ceci semblerait indiquer une possible drainance de Hp5 vers les horizons supérieurs, la pente étant très faible la drainance le serait aussi. Le rabattement s’accélère lorsque Hp5 est percé par un forage de garde dans le PPA, en mai 2002, puis lors de son excavation dans le PPA en juin 2003. En septembre 2003, la percée de Hp4 provoque une accélération du rabattement, due à une drainance de Hp5 vers les horizons poreux inférieurs.

Horizons Hp1 à Hp4 Ce groupe évolue de manière très homogène. Le rabattement débute

lors de la percée puis de l’excavation de Hp5 dans le PPA, respectivement en mai 2002 et juin 2003. L’approche d’Hp4 par un forage de garde, puis son excavation marquant le rabattement mais de manière amortie, sûrement du fait de la distance entre le PPA et EST203. Une dernière influence du creusement du PPA est la percée de Hp2 par un forage de garde. Après cette dernière sollicitation, les pressions évoluent en parallèle et de manière régulière.

L’évolution des charges dans ce forage est dominée par les sollicitations causées au niveau du PPA. L’effet du PAX, pourtant plus près mais en retard par rapport au PPA, ne semble pas se faire sentir sur les mesures. Ce forage a un comportement en réponse aux sollicitations des puits très semblables à celui de EST201. En effet trois groupes de réponse sont identifiables. Le premier composé de Hp7 et Hp6, présente un rabattement d’environ 40 m. Un deuxième composé seulement de Hp5 présente un rabattement de 44 m. Et enfin un troisième groupe, composé des 4 horizons inférieurs présente un rabattement de l’ordre de 58 m.

2.3.6. Conclusion sur les rabattements et les débits. Quand à l’analyse des rabattements, elle a permis de mettre en évidence des

connexions (Tableau 6) entre les différents horizons poreux. Ainsi les horizons inférieurs Hp1 à Hp4 paraissent très connectés entre eux et ce dans tous les forages. Ces horizons sont également connectés à Hp5, mais la connexion est de moindre importance. Les horizons poreux Hp7 et Hp6 sont fortement connectés, mais ceci n’a été mis en évidence que dans le forage EST201, ils paraissent en effet plus faiblement connectés dans le forage EST203. Mais inversement ces horizons poreux sont plus connectés à Hp5 dans EST203 qu’en EST201. Ces connexions donnent une première estimation qualitative des perméabilités verticales des matrices, zones entre les horizons poreux.

Hp7 Hp6 Hp5 Hp3-4 Hp7 Hp6 201 203 Hp5 201 203 201 203

Hp3-4 201-203 201-203 201-203-104 Hp1-2 201-203 201-203 201-203-104 201-203-104

Connexion hydraulique importante Connexion hydraulique existante Pas de connexion hydraulique 201 Forage dans lequel les observations ont été faites

Tableau 6 : Connexions mise en évidence par l'analyse des interférences

30

Estimation des KH, KV et des SS par problème inverse

3. ESTIMATION DES KH, KV ET DES SS PAR APPROCHE INVERSE A L’AIDE D’UN MODELE 3D

Le code de calcul utilisé est MODFLOW (McDonald et Harbaugh, 1988 ; Harbaugh et McDonald, 1996a, 1996b). L’interface utilisée est PMWIN (Chiang et Kinzelbach, 1998).

Le code MODFLOW résout l’équation de la diffusivité pour un aquifère captif :

qt

HSzHK

zyHK

yxHK

x szzyyxx +∂∂

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

∂∂

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

∂∂

où : - Kxx, Kyy et Kzz sont les perméabilités au long des axes x, y et z, directions principales d’anisotropie (L.T-1)

- H est la charge hydraulique (L) - q est le terme source ou perte par unité de volume (T-1) - Ss est le coefficient d’emmagasinement spécifique (L-1) - t est le temps (T)

Dans le code MODFLOW, la résolution de cette équation est fondée sur la méthode des différences finies.

Différentes étapes ont été effectuées pour l’estimation des paramètres hydrogéologiques que sont les perméabilités horizontales et verticales, ainsi que les coefficients d’emmagasinement :

• Construction du modèle 3D • Simulations avec un modèle homogène par couche • Recherche d’un déterminisme géologique pour représenter les

hétérogénéités du milieu • Des calages sur des modèles homogènes ont été effectués mais ne

fittant le rabattement que d’un forage • Simulations avec un modèle hétérogène

Ces différentes étapes sont présentées dans les paragraphes suivants.

3.1. CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES DU MODELE

3.1.1. Maillage Le modèle s’étend sur une zone de 7000 m * 7000 m (Figure 19) centrée sur le

PPA. Les limites du modèle ont été choisies de telle sorte qu’elles ne soient pas atteintes par les rabattements, de façon à imposer la piézométrie, mais pas trop loin pour limiter le nombre de maille. Le critère de choix a été le rayon d’action, pour plus de sûreté c’est celui à 5 ans qui a été utilisé, alors que la durée des simulations n’est que de 3 ans :

SstTR 5,1= (Marsily, 1986)

où : - T est la transmissivité (L².T-1) - t la durée de l’étude (T) - Ss le coefficient d’emmagasinement spécifique (L-1)

31


Le rayon d’action ainsi calculé valait environ 3 200 m 5 ans, la distance de 3 500 m entre le centre (PPA donc position du problème) et les bords du maillage garantit qu’il n’y aura pas d’interférence avec les mailles bordières.

1000 m

60 m

1000 m

60 m

Figure 19: Maillage global et vue du site

Le maillage utilisé est de type écossais dont les plus grandes mailles font 100 m de côté en périphérie du modèle, au centre du maillage les mailles ont 30 m de côté, autour des puits. Il est composé en tout de 82 lignes et 82 colonnes.

3.1.2. Couches Les calcaires de l’Oxfordien, aquifère multicouche, ont été divisés en 10

couches, et deux couches de limites ont été rajoutées. Le nombre total de couche est 12. Pour chaque couche les surfaces du mur et du toit ont été entrées dans le modèle, le mur est égal au toit de la couche inférieure. Le Tableau 7 indique au niveau du PPA la côte NGF de chaque couche, ainsi que leurs épaisseurs.

n° couche Couche Côte du haut de la

couche en mNGF Côte du bas de la couche en mNGF

Epaisseur de la couche en m

1 299 240 59 2 M1 240 204 36 3 Hp7 204 201 3 4 M2 201 172 29 5 Hp6 172 167 5 6 M3 167 142 25 7 Hp5 142 136 6 8 M4 136 87 49 9 Hp3-4 87 57 30

10 M5 57 38 19 11 Hp1-2 38 8 30 12 8 -192 200

Tableau 7: Côtes des horizons poreux et des matrices et épaisseurs des couches.

Les couches 1 et 12 sont des couches de limites, elles sont en flux nuls, elles sont ainsi inactives, elles représentent les deux aquitards (Kimméridgien et Callovo-Oxfordien) qui sont les encaissants de l’Oxfordien calcaire. Les autres couches sont les différentes couches de l’Oxfordien calcaire, divisé en horizon poreux (Hp) et en matrices (M).

32


3.2. LES PARAMETRES INITIAUX

3.2.1. Les conditions aux limites et charges hydrauliques initiales Les conditions aux limites appliquées dans ce modèle sont des charges

imposées aux cellules de périphérie. Les charges appliquées comme conditions aux limites sont issues de la carte piézométrique de l’état initial, c’est-à-dire avant creusement (Figure 20).

Les charges hydrauliques initiales à l’intérieur du domaine sont elles aussi issues de la carte piézométrique de l’Oxfordien (Andra, 2003). Ces charges hydrauliques sont appliquées à toutes les couches.

820000 821000 822000 823000 824000 825000 826000

1089000

1090000

1091000

1092000

1093000

1094000

EST103-EST104

PPA

PAX

EST203

EST201

Figure 20: Carte piézométrique naturelle, avant fonçage, sur le site

3.2.2. Les paramètres hydrogéologiques Le

Tableau 8 indique les paramètres initiaux introduits dans le modèle. Ces paramètres proviennent d’un premier modèle de référence effectué sur le même site (ANTEA, 2004).

n° couche Couche Kh (m.s-1) a Ss (m-1) 1 2 M1 1,1 10-9 0,4 3,00 10-6 3 Hp7 3,3 10-8 1 3,00 10-6 4 M2 6,9 10-10 1 3,00 10-6 5 Hp6 2,0 10-8 1 3,00 10-6 6 M3 1,2 10-9 0,004 3,00 10-6 7 Hp5 6,7 10-9 1 3,40 10-6 8 M4 1,0 10-9 0,25 3,00 10-6 9 Hp3-4 1,0 10-8 1 2,30 10-6 10 M5 1,0 10-9 0,5 3,00 10-6 11 Hp1-2 1,1 10-8 1 2,60 10-6 12

Tableau 8 : Paramètres initiaux d'après le modèle de site d'ANTEA (ANTEA, 2004)

L’anisotropie (a) est égale :

KhKva=

avec Kv la perméabilité verticale en m.s-1

Kh la perméabilité horizontale en m.s-1

33


3.2.3. Le régime transitoire Le régime transitoire permet de prendre en compte des pompages ou d’imposer

des diminutions de charges variables en fonction du temps.

La période d’étude est divisée en plusieurs périodes. Le début de chaque période est marqué par une nouvelle sollicitation d’un horizon poreux, dans le PPA ou dans le PAX. Ces sollicitations représentent physiquement une chute brutale de la pression au niveau des puits, puisque les horizons poreux se retrouvent à la pression atmosphérique. En terme de charges hydrauliques les horizons poreux passent d’une charge initiale d’environ 305 mNGF à une charge équivalente à la côte du toit de l’horizon ou de la matrice. Cette baisse de charge est entrée dans le modèle en utilisant l’outil "Time-Variant Heads" de Modflow. Ce menu permet d’appliquer une charge en un point pour une période donnée. Les charges appliquées au niveau des puits, pour chaque horizon poreux et pour toutes les périodes sont indiquées dans le Tableau 9. Avant l’excavation aucune charge n’est imposée, une fois que l’horizon et la matrice sont excavés la charge imposée au niveau des puits est constante (en orange dans le Tableau 9).

Seule la période n°4 n’est pas marquée par l’excavation d’un horizon poreux, par contre la matrice au dessus de Hp5 est elle excavée à cette période. Ceci est dû au fait que pendant l’année d’arrêt, le fond du PPA se trouve à 2 m au dessus de Hp5, qui n’est pas excavé mais déjà mis en dépression par drainance vers ce puits.

Charges imposées PPA PAX Période Date de début Date de fin Durée

en jourHp7 Hp6 Hp5 Hp3-4 Hp1-2 Hp7 Hp6 Hp5 Hp3-4 Hp1-2

1 25/11/2001 26/11/2001 1 2 26/11/2001 27/02/2002 93 204 3 27/02/2002 20/04/2002 52 204 172 4 20/04/2002 06/05/2002 16 204 172 5 06/05/2002 28/05/2003 387 204 172 204 6 28/05/2003 29/06/2003 32 204 172 142 204 7 29/06/2003 31/08/2003 63 204 172 142 204 172 8 31/08/2003 09/09/2003 9 204 172 142 204 172 142 9 09/09/2003 12/11/2003 64 204 172 142 87 204 172 142 10 12/11/2003 28/11/2003 16 204 172 142 87 204 172 142 87 11 28/11/2003 17/01/2004 50 204 172 142 87 38 204 172 142 87 12 17/01/2004 26/03/2004 69 204 172 142 87 38 204 172 142 87 38 13 26/03/2004 15/04/2004 20 204 172 142 87 38 204 172 142 87 38 14 15/04/2004 02/08/2004 109 204 172 142 87 38 204 172 142 87 38

Tableau 9: Périodes définies dans le modèle, avec les charges imposées au niveau des puits d'accès

3.2.4. Les observations. Les charges observées en forages de suivis des perturbations sont entrées dans

le modèle.

Dans le Tableau 10 sont indiquées pour chaque période et pour tous les forages d’observation, les charges observées à la fin des périodes.

34


EST 201 EST 203 EST 104 EST 103 Période

Durée en

jour Hp7 Hp6 Hp5 Hp3-4

Hp1-2 Hp7 Hp6 Hp5 Hp3-

4 Hp1-

2 Hp3-

4 Hp1-

2 Hp1-

2 1 1 305,0 305,0 305,6 305,9 305,8 305,6 305,5 305,3 305,3 305,4 305,0 305,0 305,72 93 294,8 296,9 305,6 305,9 305,8 305,2 304,9 305,3 305,3 305,4 305,0 304,9 305,23 52 282,2 282,2 305,5 305,9 305,8 303,4 302,6 305,2 305,3 305,4 305,0 304,9 305,34 16 279,7 279,6 302,8 305,8 305,8 302,5 301,5 305,1 305,3 305,4 305,0 304,9 305,35 387 260,5 260,6 282,0 304,5 302,9 283,5 281,6 294,1 304,7 304,7 303,4 303,3 303,76 32 259,6 259,6 279,1 302,2 302,6 282,1 279,9 292,5 304,6 304,6 303,2 303,2 303,67 63 257,1 257,0 274,6 299,8 300,7 277,3 274,0 287,5 304,4 304,4 301,8 302,0 302,68 9 256,8 256,6 274,0 299,4 300,3 276,6 273,3 286,6 304,4 304,4 301,4 301,7 302,39 64 254,8 254,6 266,1 272,5 273,7 273,0 269,6 277,4 301,5 301,5 287,9 288,6 291,310 16 254,4 254,2 264,1 265,3 265,9 272,4 268,9 275,8 299,6 299,7 281,7 252,5 286,211 50 253,5 253,2 256,2 231,6 229,1 271,0 267,5 271,7 286,6 286,5 252,7 254,0 260,312 69 252,4 251,9 246,1 211,5 208,5 269,5 265,7 267,5 267,2 266,8 224,5 225,7 232,713 20 252,1 251,6 243,8 207,9 204,9 269,1 265,3 266,4 262,8 262,4 214,6 215,7 228,714 109 250,6 249,9 234,2 196,1 193,2 267,6 263,5 261,2 247,5 246,9 205,9 206,9 213,9

Tableau 10: Charges observées, en mNGF, dans les forages de suivi des perturbations

Ces observations permettent lors du calage des modèles le calcul d’une variance, le calage consiste à minimiser la valeur de cette variance :

∑ −−

=)1(

)( 2

nhh simobsσ

Une fois que tous les paramètres de temps, géométriques et hydrogéologiques sont entrés dans le modèle, des simulations sont conduites.

3.3. MODELE HOMOGENE

La première étape de la modélisation a été de caler le modèle en faisant l’hypothèse que les couches, et donc les paramètres hydrodynamiques, sont homogènes.

Le calage est fait par essai-et-erreur. Le calage automatique n’a pas été utilisé, car le module de calage convergeait vers des valeurs de paramètres qui sortaient de la gamme des valeurs mesurées lors des tests entre obturateurs.

Le calage a pour but de trouver les valeurs des paramètres qui permettent de diminuer la valeur de la variance, donc de diminuer l’erreur entre les valeurs simulées et les valeurs mesurées. Ce processus d’optimisation a montré que le calage de EST201 et de EST203 était incompatible avec celui de EST104 et EST103 (horizons inférieurs). L’effort de calage du modèle homogène a donc porté plus particulièrement sur EST201 et EST203, permettant de caler le modèle sur tous les horizons poreux. Ceci démontre que le modèle homogène pour ce milieu géologique n’est pas satisfaisant et que l’on doit intégrer une certaine hétérogénéité.

Les résultats de calage obtenus sont représentés sur les graphiques a, b et c de la Figure 23 (p 38). Sur tous les graphiques de cette figure les traits pleins sont les mesures et les traits pointillés sont les valeurs simulées. Le graphique a représente les rabattements de EST104 et EST103, la variance obtenue est d’environ 570, ce qui représente entre les valeurs mesurées et les valeurs simulées une différence d’environ 24 m. Alors que pour EST201 (graphique b, Figure 23, p 38) la variance d’environ 14 (erreur inférieure à 4 m). En ce qui concerne EST203 (graphique c, Figure 23, p 38), la variance est d’environ 79 (erreur inférieur à 9 m). La variance totale de ce calage, en tenant compte de EST104 et EST103, est d’environ 167 m, soit une erreur d’environ 13 m entre les valeurs mesurées et les valeurs simulées.

35


Les résultats de ce calage montrent bien que le milieu géologique étudié est hétérogène, un déterminisme géologique a donc été recherché. Les résultats de cette recherche sont présentés dans le paragraphe suivant.

3.4. DETERMINISME GEOLOGIQUE

L’objectif de cette recherche est de trouver un éventuel déterminisme discriminant permettant la représentation des hétérogénéités du milieu géologique en terme de paramètres hydrogéologiques, afin de créer une zonation dans un modèle hétérogène. Deux sources d’hétérogénéités ont été testées : la porosité et le faciès.

3.4.1. La porosité Le premier déterminisme testé a été la porosité. La relation, Log (K en md) = f (Log (porosité)),

est représentée sur la

Figure 21. Les droites de couleurs sont les séparations entre des classes de texture selon Lucia (1995).

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Porosité

10-2

10-1

100

101

102

103

Per

méa

bilit

é en

md

EST201EST203EST204 (PPA)EST205 (PAX)

Figure 21 : Relation entre la perméabilité et la porosité

Cette relation semblerait indiquer l’existence d’un déterminisme géologique entre la porosité et les perméabilités. Mais la faible variabilité de la porosité (variation entre 14% et 22%) empêche ce paramètre d’être discriminant. Dans les classes de Lucia, tous les points sont regroupés dans la texture "Mud-dominated" (limite de cette classe, droite bleue 2,5) (cf Figure 8, p 15). Pour que ce paramètre puisse être discriminant il faudrait donc refaire une étude très fine de la texture de ces carbonates.

Donc la porosité ne permet pas d’obtenir des cartes d’hétérogénéités de la perméabilité. Un deuxième paramètre, le faciès, a donc été testé.

3.4.2. Le faciès Un numéro entier a été attribué a chaque type de faciès décrit sur la Figure 6.

Le faciès 1 représente les calcaires bioconstruits, le faciès 2 représente les calcaires biodétritiques, le faciès 3 représente les calcaires oolithiques et enfin le faciès 4 représente les calcaire fins. Le faciès de chaque horizon poreux pour chaque forage (Figure 6) a été décrit en fonction de ces classes. Ceci permet par exemple d’avoir des nombres non entiers représentant des milieux de nature intermédiaire dans le cas où plusieurs faciès seraient représentés sur l’épaisseur d’un horizon poreux. La relation Log (K en md) = f ( Log (Numéro lithofaciès)) est représentée sur la Figure 22.

36


1 2 30.9 4

Lithofaciès

0.1

1

10P

erm

éabi

lité

en m

dEST201EST203EST204 (PPA)EST205 (PAX)

Figure 22 : Relation entre le faciès et la perméabilité

Cette figure montre clairement qu’il n’existe aucune relation entre le faciès et la perméabilité. En effet rien que le faciès 3 (calcaires oolithiques) peut prendre une gamme de perméabilité variant sur 1 ordre de grandeur. Pour ce paramètre également, une description plus fine des carbonates pourrait peut-être mettre en évidence une relation entre le faciès et la perméabilité.

Aucun déterminisme géologique pertinent n’a été mis en évidence. La zonation d’un modèle hétérogène ne pourra donc être faite à partir d’un déterminisme géologique. L’objectif est donc maintenant d’obtenir le plus de renseignements d’un modèle optimal. Pour cela des calages différenciés du modèle homogène ont été effectués.

3.5. CALAGES DIFFERENCIES

Les calages différenciés sont faits en calant exclusivement les charges observées au niveau de chacun des forages et en occultant les autres. Dans cette partie l’objectif était de trouver le milieu homogène par couche permettant de reproduire les charges observées à chaque forage en ignorant les autres. Les rabattements en chacun des forages explorent des milieux spatialement différents, ils résultent donc de champs de paramètres différents. Faire des calages différenciés permet d’appréhender les hétérogénéités existant entre les différents forages et les puits, et donc des champs de paramètres à l’origine des rabattements observés.

Les résultats des calages différenciés sont représentés sur les graphiques A, B et C de la Figure 23, les traits pleins représentent les mesures alors que les traits pointillés représentent les valeurs simulées. Le graphique A représente le calage de EST104 et EST103, la variance obtenue est d’environ 8. La variance du calage sur EST201 (graphique B) est d’environ 4. En ce qui concerne le calage sur EST203, la variance est d’environ 8. Soit pour ces différents calages des erreurs entre les simulations et les mesures inférieures à 3 m.

37


05/11

/01

05/03

/02

03/07

/02

31/10

/02

28/02

/03

28/06

/03

26/10

/03

23/02

/04

22/06

/04

20/10

/04

Date

240

250

260

270

280

290

300

310

Cha

rges

hyd

raul

ique

s en

mN

GF


c

05/11

/01

05/03

/02

03/07

/02

31/10

/02

28/02

/03

28/06

/03

26/10

/03

23/02

/04

22/06

/04

20/10

/04

Date

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

Cha

rges

hyd

raul

ique

s en

mN

GF


b

05/11

/01

05/03

/02

03/07

/02

31/10

/02

28/02

/03

28/06

/03

26/10

/03

23/02

/04

22/06

/04

20/10

/04Date

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310C

harg

es h

ydra

uliq

ues

en m

NG

F

Horizon Hp3-4 EST104Horizon Hp1-2 EST104Horizon Hp1-2 EST103

a

05/11

/01

05/03

/02

03/07

/02

31/10

/02

28/02

/03

28/06

/03

26/10

/03

23/02

/04

22/06

/04

20/10

/04

Date

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

Cha

rges

hyd

raul

ique

s en

mN

GF


05/11

/01

05/03

/02

03/07

/02

31/10

/02

28/02

/03

28/06

/03

26/10

/03

23/02

/04

22/06

/04

20/10

/04

Date

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

Cha

rges

hyd

raul

ique

s en

mN

GF


05/11

/01

05/03

/02

03/07

/02

31/10

/02

28/02

/03

28/06

/03

26/10

/03

23/02

/04

22/06

/04

20/10

/04

Dat e

240

250

260

270

280

290

300

310

Cha

rges

hyd

raul

ique

s en

mN

GF


B

C

A05

/11/01

05/03

/02

03/07

/02

31/10

/02

28/02

/03

28/06

/03

26/10

/03

23/02

/04

2

2

/

0

6

/

0

4

20/10

/04

Date

240

250

260

270

280

290

300

310

Cha

rges

hyd

raul

ique

s en

mN

GF


c

05/11

/01

05/03

/02

03/07

/02

31/10

/02

28/02

/03

28/06

/03

26/10

/03

23/02

/04

22/06

/04

20/10

/04

Date

180

190

2 0 0

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

Cha

rges

hyd

raul

ique

s en

mN

GF


b

05/11

/01

05/03

/02

03/07

/02

31/10

/02

28/02

/03

28/06

/03

26/10

/03

23/02

/04

22/06

/04

20/10

/04Dat e

200

210

220

230

240

250

260

270

280

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310C

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uliq

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F


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05/11

/01

05/03

/02

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/03

28/06

/03

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/03

23/02

/04

22/06

/04

20/10

/04

Date

200

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F


B

C

A

Figure 23 : Résultats des différents calages, les pointillés sont les mesures et les traits pleins les simulations. Les graphiques a, b et c sont les résultats du calage global sur tous les forages. a est le résultat de EST104 et

EST103, b celui de EST201 et c celui de EST203. Les graphiques A, B et C sont les résultats des calages différenciés, A sur EST104 et EST103, B sur EST201 et C sur EST203.

38


3.5.1. Valeurs des paramètres Les valeurs des paramètres estimés par ce modèle sont présentées dans le

Tableau 11. EST201 EST203 EST104-EST103 Couches

Kh (m.s-1) a Ss (m-1) Kh (m.s-1) a Ss (m-1) Kh (m.s-1) a Ss (m-1) 1

2 M1 1,1 10-9 0,4 3,0 10-6 1,1 10-9 0,4 1,5 10-6 3 Hp7 1,7 10-8 1 3,0 10-6 3,3 10-8 1 3,0 10-6 4 M2 6,9 10-10 3 6,0 10-6 1,4 10-9 0,5 3,0 10-6

5 Hp6 1,0 10-8 1 6,0 10-6 2,0 10-8 1 3,0 10-6 6 M3 1,2 10-9 0,004 3,0 10-6 1,2 10-9 0,004 1,5 10-6

7 Hp5 3,7 10-9 1 6,8 10-6 1,7 10-8 1 2,7 10-6

Paramètres initiaux

8 M4 5,1 10-10 1 6,0 10-6 1,0 10-9 0,125 2,0 10-6 1,0 10-9 0,5 3,0 10-6 9 Hp3-4 5,7 10-9 1 3,4 10-6 1,0 10-8 1 4,6 10-6 3,5 10-8 1 1,1 10-6 10 M5 1,0 10-9 4 3,0 10-6 1,0 10-9 0,5 6,0 10-6 2,1 10-9 1 3,0 10-6

11 Hp1-2 7,3 10-9 1 3,9 10-6 1,1 10-8 1 5,2 10-6 3,3 10-8 1 1,3 10-6 12

Tableau 11 : Valeurs des paramètres des calages différenciés.

Ces résultats montrent que le milieu le plus perméable est celui dans lequel s’est propagé le rabattement de EST203. Ce résultat est contraire aux mesures effectuées (Tableau 1). Les mesures indiquent que la perméabilité estimée par Fluidlogging est plus importante en EST201 qu’en EST203. Cette différence peut être due à deux facteurs. Tout d’abord au changement d’échelle, en effet les interférences se propagent dans des milieux de plusieurs centaines de mètres, alors que les tests en forage ont duré au maximum 4 jours et sont représentatifs de 10 à 20 mètres de formation. D’autre part les valeurs de paramètres sont issues de calages optimaux ayant une représentativité géologique conceptuelle, alors que les mesures effectuées sont représentatives de la géologie autour des forages. De manière générale, ces valeurs montrent que les milieux dans lesquels se sont propagés les rabattements ont des propriétés contrastées.

Ces premiers calages permettent cependant d’obtenir des champs de perméabilités qui serviront comme entrées lors de la zonation du milieu dans le modèle hétérogène suivant.

3.6. MODELE HETEROGENE

3.6.1. Les hétérogénéités La zonation du milieu en champs de perméabilités est faite à partir des données

des calages différenciés. Une zonation à partir des mesures a été testée, mais n’a pas donné de résultats probants. La Figure 24 montre les deux types de zonations testées. La zonation en deux zones est appliquée aux horizons supérieurs et Hp5 et la zonation en trois zones est appliquée aux horizons inférieurs.

39


Zone 1

Zone 2

60 m

Zone 2

1000 m

Zone 1

1000 m

Zone 2

Zone 1

Zone 3

Zone 3

Zone 2

Zone 160 m

Zone 1

Zone 2

60 m

Zone 2

1000 m

Zone 1

1000 m

Zone 2

Zone 1

Zone 3

Zone 3

Zone 2

Zone 160 m

Figure 24 : Zonation du modèle hétérogène, 2 zones pour Hp5 et es horizons supérieurs et 3 zones pour les horizons inférieurs

3.6.2. Valeurs des paramètres Les paramètres entrés initialement sont les valeurs issues des calages

différenciés. Un calage a été effectué, par essai-et-erreur, les valeurs des paramètres résultants de ce calage sont présentées dans le Tableau 12.

Couches Kh (m.s-1) a Ss (m-1) Zones 1 2 3 1 2 3 1 2 3

1 2 M1 1,1 10-9 0,4 3,0 10-6 1,5 10-6

3 Hp7 1,7 10-8 3,3 10-8 1 1 3,0 10-6 4 M2 6,9 10-10 1,4 10-9 3 0,5 6,0 10-6 3,0 10-6

5 Hp6 1,0 10-8 2,0 10-8 1 1 6,0 10-6 3,0 10-6 6 M3 1,2 10-9 1,2 10-9 0,004 0,004 3,0 10-6 1,5 10-6

7 Hp5 3,7 10-9 1,7 10-8

Paramètresinitiaux

1 1


6,8 10-6 2,7 10-6


8 M4 5,1 10-10 1,0 10-9 1,0 10-9 1 0,125 0,5 6,0 10-6 2,0 10-6 3,0 10-6 9 Hp3-4 5,7 10-9 1,0 10-8 1,0 10-8 1 1 1 3,4 10-6 4,6 10-6 1,1 10-6 10 M5 1,0 10-9 1,0 10-9 2,1 10-9 4 0,5 1 3,0 10-6 6,0 10-6 3,0 10-6

11 Hp1-2 7,3 10-9 1,1 10-8 1,0 10-8 1 1 1 3,9 10-6 5,2 10-6 1,3 10-6 12

Tableau 12 : Jeu de paramètres permettant le meilleur calage du modèle hétérogène

La Figure 25 présente les résultats du modèle pour ce jeu de paramètre. Sur cette figure, les courbes en traits pleins sont les simulations et les traits pointillés sont les mesures.

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c

Figure 25 : Résultats du modèle hétérogène sur les rabattements des forages. Les pointillés représentent les

mesures et les traits pleins représentent les simulations. Le graphique a est le résultat sur les forages EST103 et EST104. Le graphique b est le résultat sur le forage EST201. Le graphique c est le résultat sur le forage

EST203.

Ces résultats sont moins bons que ceux obtenus lors des calages différenciés. Ceci s’explique par un effet de limite, et donc un forçage, entre les trois zones qui n’existait pas dans les calages homogènes différenciés. La variance totale est d’environ 46, il y a donc eu un gain de plus de 70% par rapport au modèle homogène. L’erreur entre les valeurs mesurées et les valeurs simulées est inférieure à 7 m. Les variances individuelles sont d’environ 12, 21 et 146 respectivement pour EST201, EST203 et EST103-EST104. Donc le modèle hétérogène donne de meilleures simulations que le modèle homogène, ce qui confirme l’existence d’un milieu hétérogène.

Les simulations de Hp5, au niveau des forages EST201 et EST203, présentent des rabattements plus importants que ceux mesurés. Ceci peut être dû à l’existence d’une limite que les rabattements atteindraient en moins de deux ans. Cette limite pourrait être une zone à charge constante, ou une zone présentant un coefficient d’emmagasinement plus important que celui appliqué dans les zones du modèle.

41


Les rabattements simulés des forages EST103 et EST104 sont plus faibles que ceux mesurés, mais le calage est optimal. Ces résultats seraient donc dus à un effet de limite, il faudrait étendre la zone 3 vers les puits.

Les rabattements simulés des horizons Hp7 et Hp6 dans EST203 sont eux aussi plus faibles que les rabattements mesurés, alors qu’avec les mêmes valeurs de paramètres le modèle homogène différencié donnait un meilleur calage. Dans ce cas il semblerait également que la limite de la zone joue un rôle, puisque les faibles perméabilités de la zone 1 provoquent une diminution des rabattements dans la zone 2. Une zone intermédiaire, de perméabilité moins contrastée, serait donc en cause.

Les résultats du modèle hétérogène indiquent donc qu’il existe une hétérogénéité mais qu’elle serait plutôt en bande dans le sens SE-NO représentant une anisotropie horizontale. Cette hétérogénéité pourrait être due à deux choses, aux contraintes géomécaniques actuelles (compression dans le sens SO-NE) diminuant la porosité dans l’axe SE-NO, et/ou aux géométries des dépôts de bords de plateformes. Cette hétérogénéité en bande n’a pu être testée par manque de temps, mais les résultats semblent indiquer qu’elle existe.

Une étude de sensibilité a été effectuée afin de mettre en évidence les paramètres sur lesquels il est possible d’agir pour avoir une modification des simulations.

3.6.3. Débits estimés par le modèle Les débits simulés sont obtenus en calculant le bilan de masse des flux entrants

et sortants des mailles du PPA ou du PAX. Ces débits sont fournis par PMWIN dans le Water Budget. Le modèle permet d’obtenir le débit initial de suintement, c’est-à-dire le débit au moment de l’excavation de l’horizon, l’équivalent de ce qui a été estimé dans la première partie de cette étude. Les débits calculés par PMWIN correspondent à un suintement sur une surface de 4*30*épaisseur de l’horizon poreux (e), alors que dans les puits la surface de suintement est de 2*π *R*épaisseur de l’horizon poreux (e). Les débits fournis par PMWIN ont été corrigés par un facteur correctif :

eeRFc

*30*4***2 π

=

Ce facteur correctif est de 0,16 pour les débits issus du PPA et 0,12 pour les débits du PAX.

Les débits initiaux ont donc été calculés aux périodes auxquelles les horizons poreux sont excavés. Par exemple, le débit de Hp7 est calculé à la période 2. Une comparaison avec les débits réels calculés dans la première partie de cette étude, a été faite, la Figure 26 présente cette comparaison. Suite à l’études des rabattements, les débits des horizons supérieurs, Hp7 et Hp6, ont été regroupés, la même chose a été effectuée pour les horizons poreux inférieurs (Hp4 à Hp1), car ils évoluent de la même manière.

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Déb

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Hp7-Hp6

Hp5

Hp4-Hp1

Débits mesurés au niveau du PPADébits simulés au niveau du PPADébits mesurés au niveau du PAXDébits simulés au niveau du PAX

Figure 26 : Comparaison entre les débits initiaux mesurés et simulés

Une fois que les débits simulés sont corrigés par le facteur, alors ils sont comparables à ceux qui ont été mesurés dans la première partie de ce travail. La première chose remarquable est la sous estimation des débits initiaux simulés, qui peuvent être jusqu’à plus de 20 fois plus faibles que les débits mesurés. Cette erreur est plus importante encore pour les horizons poreux inférieurs, dont les débits mesurés sont également sous-estimés (Analyse et interprétation des données).

Cette sous-estimation peut être due à la taille des mailles, 30 m de côté, alors que les puits ne font qu’au maximum 6 m de diamètre. Il y aurait donc un effet d’échelle qui ne serait pas corrigé par le facteur correctif, la discrétisation ne serait pas assez fine. Cette sous-estimation pourrait aussi être due à des perméabilités de calage trop faibles, mais ces perméabilités permettent un bon calage des rabattements et donc d’un gradient hydraulique satisfaisant. C’est pourquoi cette sous-estimation semble imputable à discrétisation. Des simulations avec des mailles d’environ 5 ou 6 m de côté permettraient de vérifier cette hypothèse.

Part de chaque horizon poreux dans le débit du PPA

Part de chaque horizon poreux dans le débit du PAX

Estimés Simulés Estimés Simulés Hp6-7 22,6 14,3 37,4 5,3 Hp5 4,1 4,7 5,5 10,5

Hp1-4 73,3 80,9 57,2 84,2 Tableau 13 : Comparaison de la part des différents horizons poreux au débit total

Les variations relatives des débits dans un puits sont bien simulées (Tableau 13), en effet les horizons poreux les plus producteurs d’après les mesures le sont également d’après la simulation. Les variations relatives des débits entre les puits sont bien simulées. Dans les deux cas il y a une exception, ce sont les horizons poreux Hp7-Hp6 dans le PAX, cellule du Tableau 13 en rouge. Ils présentent un débit simulé plus faible que celui de l’horizon poreux Hp5, et plus faible que celui des horizons poreux Hp7-Hp6 dans le PPA, alors que les mesures semblent indiquer le contraire. Cette différence ne peut quand à elle être expliquée par la discrétisation. Elle pourrait être due à l’existence d’une zone plus productrice pas intégrée dans le modèle.

43


3.6.4. Conclusion Les résultats de ce modèle hétérogène sont meilleurs que ceux du modèle

homogène. Ceci a été obtenu par une zonation en deux ou trois zones issues des calages différenciés. Cette zonation apparaît toutefois un peu simple pour arriver a une bonne représentation de l’hétérogénéité. Ceci montre bien qu’il existe une hétérogénéité, mais elle semblerait plus être une zone de perméabilité plus élevée orientée SE-NO, située vers le PAX et ce prolongeant dans la direction d’EST103-EST104. Cette géommétrie de l’hétérogénéité n’a pu être testée faute de temps.

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Conclusion Générale

4. CONCLUSION GENERALE

L’objectif de cette étude était de se servir d’interférences provoquées par le creusement de puits, pour appréhender l’hétérogénéité de l’aquifère multicouche qu’est l’Oxfordien Calcaire.

L’analyse des données a été divisée en deux parties. La première à consister a étudié les volumes d’eau sortis des puits, afin d’identifier la production de chaque horizon poreux. Suite à cette analyse les débits de chaque horizon poreux ont été estimés, permettant de mettre en évidence que dans les deux puits les horizons les plus producteurs sont les horizons poreux Hp3-4. La deuxième partie des ces analyses a été celle des rabattements observés dans les forages de suivi des perturbations. Cette analyse a permis de mettre en évidence, de manière qualitative, des connexions entre les différents horizons poreux. Ainsi il est apparu que les horizons Hp1-2 et Hp3-4 étaient très connectés. Les horizons poreux Hp7 et Hp6 sont connectés mais pas avec la même intensité dans tous les forages. Leur connexion est plus importante du côté de EST201 que de EST203, du fait probablement des factures sub-verticales identifiées dans le PPA. L’horizon Hp5 est connecté aux horizons poreux inférieurs, mais pas de manière très importante, par contre il n’est connecté aux horizons poreux supérieurs que faiblement dans le forage EST203 et pas du tout dans le forage EST201. Suite à ces analyses, un modèle 3D du système a été construit, afin d’estimer les paramètres hydrogéologiques.

Une fois le modèle construit, les premières simulations ont été menées sur ce modèle homogène par couche. Les résultats de ces simulations ont permis de confirmer que le milieu semble hétérogène. Pour représenter ces hétérogénéités un déterminisme géologique a été recherché, afin d’obtenir des champs de perméabilités en utilisant les lois pétrophysiques de Lucia (1995).

Aucun déterminisme (porosité ou faciès) n’est apparu assez discriminant, car même s’ils existent leurs contrastes sont trop faibles. Mais il ne semble pas impossible de rendre le faciès discriminant en refaisant une analyse de la texture des carbonates au sens de Lucia. Donc des calages différenciés ont été effectués afin de trouver des zones où les valeurs des paramètres sont différentes. Ces calages ont permis de construire un modèle hétérogène.

Dans ce modèle hétérogène, un niveau simple d’hétérogénéité a été testé (2 zones pour les horizons Hp5-7 et 3 zones pour les horizons poreux inférieurs) et a permis de mieux caler les rabattements que le modèle homogène, bien que les valeurs de débits restent discutables. Cette représentation simple confirme une organisation de l’Oxfordien que l’on pouvait suspecter au vu des premières analyses d’interférences. Cette organisation serait l’existence d’une zone plus perméable près du PAX et s’étendant jusqu’aux forages EST104-EST103.

Donc ce travail a permis de confirmer l’existence d’une zone plus perméable entre les puits vers les forages EST104-EST103. Ce modèle pourrait encore être optimisé en augmentant le discrétisation au centre du maillage et en optimisant les limites des zones, en s’appuyant peut être sur un déterminisme géologique. Une étude de transport permettrait de mettre en évidence de manière plus fine les hétérogénéités (e.g. Teles et al., 2004), car le transport est plus sensible aux hétérogénéités que les charges hydrauliques.

45

Références Bibliographiques

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Remerciements

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REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier toutes les personnes qui m’ont apporté leur aide durant ce stage, et plus particulièrement mes deux encadrants, Marc Distinguin et Julio Gonçalvès, qui m’ont aidé et conseillé tout au long de ce stage, Sophie Violette pour son aide lors de la rédaction de ce rapport.

Je tiens également à remercier toute l’équipe du site de Bure pour leur accueil chaleureux et leur bonne humeur.

dea hydrologie, hydrogéologie, géostatistique et...

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