tude de linfluence de la mare terrestresur les variations pizomtriques de la nappe de la craie Spien

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Étude de linfluence de la marée terrestre sur
les variations piézométriques de la nappe de la
craie à Spiennes (Mons).
Université catholique de Louvain
Promoteurs
Auteurs
Jean-François Thimus Christian Schroeder
Mathieu Delvaux Maxime Steisel
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...Ou, comment la Lune influence nos
aquifères.
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Introduction

• Comparaison entre la gravité et nos oscillations

Cest plausible!
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Plan de la présentation

• Concepts théoriques
• Analyse pratique
• Analyses spectrale et corrélatoire
• Détection synchrone et HiCum
• Étude des occurrences
• Modélisation de la solution
• Conclusion et perspectives

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Sattaquer au problème
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Quest-ce que la marée terrestre ?
• Où observe-t-on les oscillations ?
• Comment traiter ces données ?

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Quest-ce que la marée terrestre ?
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Variation de la pesanteur due aux mouvements des
  planètes autour de la Terre.
• Mouvement du sol
• Deux astres influencent principalement la Terre
  le Soleil et la Lune.

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Quest-ce que la marée terrestre ?
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• ? 2 marées par jour

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Quest-ce que la marée terrestre ?

• Quelques chiffres
• Le Soleil a une influence deux fois moins
  importante que celle de la Lune
• Une déformation de la Terre allant jusquà 80 cm
  aux tropiques
• Une variation de g de 240 µgals (2,4 . 10-7
  m/s²)

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Quest-ce que la marée terrestre ?

• Quand se produit-elle ?
• Ondes diurnes 24h
• Ondes semi-diurnes 12h
• Ondes à longue période
• La Terre tourne sur elle-même en 24h.
• La Lune tourne autour de la Terre en 28 jours.
• La Terre tourne autour du Soleil en 1 an.
• Les révolutions sont ellipsoïdales.
• Les astres ne sont pas des sphères parfaites.
• Laxe de rotation de la Terre est incliné.

? Énormément dondes différentes !
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Quest-ce que la marée terrestre ?
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Les périodes principales

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Où observe-t-on les oscillations ?
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Aquifère à Spiennes
• Nappe libre
• Succession de différentes couches de craie
• Craie de Spiennes
• Craie blanche avec silex
• Perméabilité  en petit  et  en grand 

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Comment traiter ces données ?
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion
? Des outils
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Comment traiter ces données ?
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• La transformée de Fourier donne les fréquences
  associées au signal.

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Comment traiter ces données ?
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Le corrélogramme multiplie une série avec cette
  même série décalée dans le temps.
• Le résultat détermine la périodicité du signal.
• Lavantage est de pouvoir lappliquer à deux
  signaux différents la gravité et la piézométrie.

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Plan

• Concepts théoriques
• Analyse pratique
• Analyses spectrale et corrélatoire
• Détection synchrone et HiCum
• Étude des occurrences
• Modélisation de la solution
• Conclusion et perspectives

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Analyses spectrale et corrélatoire
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion
24h
12h
Fourier
Corrélogramme
24h

• Phénomène en 24h important
• Autres fréquences aussi présentes (12h)

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Analyses spectrale et corrélatoire
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• A lORB, un aquifère est influencé par la marée
  terrestre.

24h 12h Pas dautres fréquences !
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Analyses spectrale et corrélatoire
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Autres phénomènes
• Pression atmosphérique
• Evapotranspiration des plantes
• Consommation humaine
• (Température sur le piézomètre)

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Analyses spectrale et corrélatoire
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Il existe des variations de la pression
  atmosphérique les marées atmosphériques.
• S2p, S1p, M2p

mbar
mbar
12h 24h
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Analyses spectrale et corrélatoire
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Corrélation limitée pour la marée terrestre et la
  pression atmosphérique

Marée terrestre
Pression
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Analyses spectrale et corrélatoire
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Conclusions
• Un phénomène en 24 heures
• Possibilité dinfluence dautres phénomènes
• Corrélation assez faible avec la marée terrestre
  et la pression atmosphérique
• Présence de pics non expliqués

? Cela reste flou et fort théorique
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Plan

• Concepts théoriques
• Analyse pratique
• Analyse spectrale et corrélatoire
• Détection synchrone et HiCum
• Étude des occurrences
• Modélisation de la solution
• Conclusion et perspectives

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Détection synchrone et HiCum
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Détection synchrone
• Détermine lamplitude de loscillation associée à
  une fréquence déterminée, dans un signal bruité.

Détection
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Détection synchrone et HiCum
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Méthode HiCum
• Même idée déterminer lamplitude associé à une
  fréquence donnée.

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Détection synchrone et HiCum
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Méthode HiCum
• On somme les échantillons

? Les ondes de périodes différentes sannulent !
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Détection synchrone et HiCum
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• M2 12h25

? Négligeable
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Détection synchrone et HiCum
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• S2 12h

? Négligeable
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Détection synchrone et HiCum
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• S1 24h

? Il y une oscillation uniquement en 24 heures
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Un phénomène en 24 heures ?
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Évapotranspiration, consommation humaine

? Proche dune onde carrée
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Un phénomène en 24 heures ?
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Quel spectre est associé à une telle onde ?

Superposition
? Origine mathématique des pics
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Détection synchrone et HiCum
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Conclusions
• Physiquement, seule londe de période 24 heures
  semble exister.
• Les marées terrestres ne semblent pas avoir
  dinfluence.
• Le phénomène à lorigine des oscillations devrait
  sapparenter à une onde de forme carrée.

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Plan

• Concepts théoriques
• Analyse pratique
• Analyse spectrale et corrélatoire
• Détection synchrone et HiCum
• Étude des occurrences
• Modélisation de la solution
• Conclusion et perspectives

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Étude des occurences
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion
Je suis sur un maximum !
Max 20/12/08 19h00
2 cm
? On enregistre loccurrence des minima et maxima
ainsi que lamplitude doscillation
Je suis sur un minimum!
Min 21/12/08 10h02
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Étude des occurences
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Données gravimétriques

Maxima
Minima
? 2 fois par jour !
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Étude des occurences
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Données barométriques

Maxima
Minima
? 2 fois par jour !
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Étude des occurences
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Données piézométriques

Maxima
Minima
? Vers 4 heures
? Vers 16 heures
Seulement 1 fois par jour !
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Étude des occurences
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Consommation humaine

? Amplitude plus grande le week-end ? Les
statistiques sont en accord !
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Étude des occurences
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Conclusion
• La consommation humaine pourrait expliquer les
  oscillations.

Un puits et une galerie de pompage !
? 3 millions m³/an
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Plan

• Concepts théoriques
• Analyse pratique
• Analyse spectrale et corrélatoire
• Détection synchrone et HiCum
• Étude des occurrences
• Modélisation de la solution Hydraulique de
  captage
• Conclusion et perspectives

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Hydraulique de captage
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Un puits influence le niveau piézométrique
  environnant.

Piézomètre
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Hydraulique de captage
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Évolution hypothétique du débit puisé
• Pompe fortement le jour et peu la nuit

15h
9h
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Hydraulique de captage
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Comparaison des spectres

Fourier
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Hydraulique de captage
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Comparaison des oscillations

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Plan

• Concepts théoriques
• Analyse pratique
• Analyse spectrale et corrélatoire
• Détection synchrone et HiCum
• Étude des occurrences
• Modélisation de la solution Hydraulique de
  captage
• Conclusion et perspectives

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Conclusion
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• La gravité, la pression atmosphérique et
  lévapotranspiration des plantes ne semblent pas
  avoir dinfluence.

Lhypothèse de départ était lorigine
gravimétrique
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Conclusion
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Tout porte à penser que le pompage est lacteur
  prépondérant.

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Perspectives
Concepts Analyse Modélisation
Conclusion

• Déterminer les paramètres influençant la
  production dune nappe aquifère en observant sa
  réponse à des phénomènes tels que la marée
  terrestre.

? Création dun programme rassemblant les outils
utilisés dans cette étude
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Merci pour votre attention !