IUPGSI: Notions dHydrogologie Lorenzo Spadini

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IUP/GSI Notions dHydrogéologieLorenzo Spadini

• 1. Composition des eaux continentales
• 2. Définition et exemples daquifères
• Cycle hydrique
• Aquifères alluvionnaires
• Aquifères karstiques
• Aquifères fissurés
• Aquifères multicouches, aquifères captifs,
  porosité perméabilité
• 3. La carte piézométrique  
• Hydrogéologie régionale
• Carte piézométrique, hydroisohypses, surface
  piézométrique
• Méthode dinterpolation triangulaire
• Axes découlements avec exercice
• 4. La loi de Darcy  
• Porosité et Perméabilité
• La loi de Darcy

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Cycle de leau

• Eau de pluie PEU CHARGEEeau pure gaz dissous
  (N2, O2, CO2, HCO3- )
• Eau souterraine CHARGE MOYENNE Cations
  majeurs Ca, Mg, K, Na Anions
  majeurs HCO3-, SO42-, NO3-, Cl-Composant
  neutre Si(OH)4,.Dissolution des minéraux
  constituant les roches de laquifère Solubilités
  et Vitesses de dissolution des minéraux -.
• Eau hydrothermale FORTEMENT CHARGEE Cations
  Fe(II), cations eau potableAnions H2S au
  lieu de SO42- Degazage de H2S toxique et très
  nauséabonde, et loxidation du Fer de Fe(II) en
  Fe(III) suite au contacte avec loxygène.
• Eau de mer TRES FORTEMENT CHARGEE Cations
  majeurs Na, Mg, Ca, K,Anion majeurs
  Cl-, SO42-,Océan bassin dévaporation Na
  et Cl-, sont très solubles gtgt concentrations
  élevées

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Composition des eaux minérales
PERRIER
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Cycle hydrique
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Le Bassin versant
précipitations
Evaporation
neige
transport sédiments
risques
morphologie
infiltration
propagation crue
pollution
inondations
hydrologie urbaine
échanges nappe rivière
Zone dalimentation dimportance réduite
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1) Aquifères alluvionnaires

• Remplissage alluvionnaire
• Limite zone saturée ZS vs. zone non saturée ZNS
• Battement de nappes
• Définition possible dune surface piézométrique
  ( hauteur deau pour les nappes libres)

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2) Aquifères karstiques

Calcite composante minérale essentielle
Eau circulant dans des chenaux sur différents
niveaux, du fait

• Circulation rapide gtgt filtration peu efficace,
  gtgt dégradation incomplète de la matière organique
  gtgt problèmes de qualités de leau (germes
  pathogènes, matières fécales, turbidité) gtgt
  Traitement de leau ayant circulé dans ces
  massifs
• Système sensible aux crues gtgt débit des sources
  variables, gtgt crues pièges de spéléologues
  gtgt Qualité de leau très variable (orage
  synonyme darrivées deaux turbides).
• Leau se fait rare en surface gt peu de centres
  urbains sur les plateaux (exemples  massif du
  Vercors, Chartreuse)
• Difficile localisation de leau dans le sous-sol
  a partir de la surfacegtgt recherche d'eau
  fastidieuse, forages profonds.

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3) Milieux fissurés
Colonne deau à élévation importante gtgt forte
charge
Tunnel

• Eau circulant dans les fissures générées par
  contraintes tectoniques
• Pas de desseins de dissolution chimiques
  prépondérantes à grande échelle lt gt karst
• Risques géotechniques en fonction de charges
  deau potentiellement importantes
• Filtration, qualité etc. simile karst.

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Aquifères alluvionnaires comparés aux milieux
fissurés
Facilité de prédiction de la présence deau La
présence dune zone saturée et dun milieu poreux
constitué de petits pores interconnectés
(interstices entre galets, grains de sables
fines) permet naturellement une facile prédiction
du niveau deau dans le sous-sol dun point à
lautre. Bonne filtration, vitesses de
circulation faibles gt meilleure qualité, effets
de crues relativement tamponnés par limportant
volume disponible en sous-sol (battements de
nappes), etc.
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Exemples daquifères multicouches
Dépôts argileux en régime découlemetn faible
(milieu lacustre, front de vallée etc.) La couche
de séparation argileuse génère deux systèmes
hydriques à charge différentes. On imagine des
charges dépassant la limite de la surface du sol
par la situation suivante
Hétérogénéités locales
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Captivités et Sources
Autres sources en milieux à pente raide
Eboulis Cônes de déjection
Représentation schématique des écoulements au
niveau des sources de la Rive (Bourg dOisans)
dans la vallée de la Romanche. Ce type daquifère
est caractéristique de la région de Grenoble et
cest dans des aquifères équivalents, sur le Drac
ou sur la Romanche plus au sud, quest pompée
leau qui alimente Grenoble.
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Quelques paramètres hydrogéologiques
Porosité VV / Vtot (volume des vides divisé le
volume total)
Perméabilité K Résistance à lavancement de
leau
Plus la taille des grains est faible plus la
résistance à lavancement de leau est
importante. Les formations argileuses sont
considérées comme imperméables en terme de
production deau.
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Vitesse et mode de circulation des eaux
souterraines
Le mouvement de leau dans le sous-sol peut être
comparé à lécoulement dun liquide visqueu
leau doit contourner les objets ce qui lui
confère cette caractéristique imagée. Le pompage
générera ainsi un rabattement de la nappe
similaire à ce qui pourrait correspondre au
retrait ponctuel de miel dans un pot.
Ø      Aquifères alluvionnaires superficiels
1 à 10 km/an gt bonne filtration et apports
adéquats Ø      Milieux fissurés circulation
beaucoup plus rapide, km/jour ou plus gt
mauvaise filtration qualité. Ø      Aquifères
profond (eau à lt 100 m de profondeur) 1 à 100
m/an. Filtration très bonne, mais recharge lentes
gt peu deau gt il faut ménager les ressources
difficilement renouvelables.
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Vallée du DRAC Schéma géologique simplifié
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Carte des côtes piézométrique
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Isopièzes (ou hydroisohypses)
Courbes de mêmes niveau deau (cas de nappes
libres). Plus précisèment courbes de même
pression hydrostatique.
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Carte Piézométrique

• Piézomètre tube dobservation du niveau deau
  planté dans le sol. Coté.
• Hydroisohypse (synonyme isopièze) courbe de même
  niveau deau dans le sous-sol (cas des nappes
  libres). Plus précisément courbes de même
  pression hydrostatique.
• Carte piézométrique Carte donnant les niveaux
  deau dans le sous-sol.
• Surface piézométrique niveau deau (variable)
  dans le sous-sol. Généralement tracé le long
  dune coupe.
• Axe découlement flèche pointant vers le bas,
  en direction de la plus grande pente sur une
  carte piézométrique.

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Les axes découlement
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Interpolation par méthode des triangles
suivi du lissage après finition de la carte
Interpolation sur 3 piézos voisins
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Carte piézométrique de la tête de Bièvre
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Parenthèse protection des captages deau potable
Récupération des eaux propres Protection contre
infiltration des eaux superficielles !!!
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La Loi de Darcy
A (Section de passage totale)
Aeau / Atot Veau / Vtot ? Q/A K i vap
m/sQ/A/? K i / ? veff m/s ou vap
/ vef ?
? porosité V Volume m3 v vitesse
(apapparente efefficace ou réelle) m/s
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Manips sur bac à sable
Loi de Darcy Q K A i mesurer A et i sur 3
sections dans le bac à sable (linéarisation de
léquation de Dupuis Les produits A i sur
les trois sections 1, 2, 3 doivent être constant!
Pourquoi ?
Gradients
hydrauliques linéarisés
Arrivée d'eau Niveau
d'eau (surface piézo- métrique)
?L1
?L2 ?L3

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Exercices
1) Placer les axes découlement sur la carte
piézométrique (carte dans polycop). 2)
Construire les hydroisohypses manquantes par
méthode de triangulation 3) Lisser les
hydroisohypses obtenues extrapoler vers les murs
imperméables. 4) Déterminer si oui ou non les
puits de la ville de Grenoble peuvent recevoir
des eaux souterraines provenant des zones
industrielles (Jarrie et Fontagnieux).
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CorrectionsExercice 1
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CorrectionsExercice 2