COURS HYDROGEOL - YOHANN COUSQUER Flashcards
Quelle proportion de l’eau sur Terre est constituée d’eau douce et d’eau souterraine ?
o Environ 2,5 % de l’eau terrestre est douce.
o L’eau souterraine représente entre 8 200 000 et 12 000 000 km³, soit une part importante de l’eau douce.
- Quelles sont les composantes principales du cycle de l’eau ?
Le cycle de l’eau est résumé par l’équation :
P = R+I+ETR±ΔQP
Où :
o P : précipitation
o R : ruissellement
o I : infiltration
o ETR : évapotranspiration réelle
o ΔQ\Delta QΔQ : variation des stocks.
- Que représente la surface piézométrique dans un aquifère ?
C’est le niveau de l’eau dans un aquifère, exprimé comme la hauteur d’eau dans un puits en équilibre hydraulique.
- Quelle est la différence entre une zone saturée (ZS) et une zone non saturée (ZNS) dans un aquifère ?
o ZS : contient uniquement de l’eau dans les pores.
o ZNS : contient un mélange d’eau et d’air.
- Qu’est-ce qu’un aquifère et quels sont ses composants principaux ?
Un aquifère est une formation géologique perméable, comprenant :
o Zone saturée (ZS) : contient de l’eau.
o Zone non saturée (ZNS) : mélange eau/air/solide.
o Substratum : couche imperméable sous-jacente.
- Quelles sont les caractéristiques des nappes libres ?
o Toit = surface piézométrique.
o Présence d’une zone non saturée.
o Avantages : recharge rapide, facile d’accès.
o Inconvénients : vulnérabilité à la pollution.
- Quelles sont les caractéristiques des nappes captives ?
o Toit imperméable, pas de zone non saturée.
o Niveau piézométrique supérieur au toit.
o Avantages : moins vulnérable à la pollution.
o Inconvénients : recharge limitée, difficilement accessible.
- Comment différencier une nappe libre d’une nappe captive en termes de saturation et de surface piézométrique ?
o Nappe libre : surface piézométrique au toit.
o Nappe captive : totalement saturée avec une surface piézométrique au-dessus du toit.
- Comment l’équilibre hydrostatique est-il décrit dans un aquifère ?
o Pression en un point : P = P0 + ρgh , où :
P0 : pression initiale, ρ: masse volumique, g : gravité, h : hauteur d’eau.
- Quelle est l’équation fondamentale de l’hydrostatique ?
P=P0+ρgh où P0 est la pression initiale, et ρgh la pression exercée par la colonne d’eau.
- Expliquez la charge hydraulique et ses composants.
La charge hydraulique (H) combine :
Pression P,
Altitude z,
Vitesse v (souvent négligeable dans les aquifères)
H=V^2/2g + z +P/ρg
- Qu’est-ce que la Loi de Darcy, et comment est-elle exprimée ?
Elle décrit l’écoulement de l’eau dans un milieu poreux :
Q=KA ∆h/L
Où :
Q : débit,
K : conductivité hydraulique,
A : section traversée,
Δh: différence de charge,
L : distance entre les points mesurés.
Quelle est la différence entre vitesse de Darcy et vitesse effective dans un aquifère ?
o Vitesse de Darcy (U) : vitesse moyenne fictive (Q/A).
o Vitesse effective (uf) : vitesse réelle (u=Q/(ωA)), dépendant de la porosité efficace (ω).
Comment la conductivité hydraulique est-elle calculée à partir de la Loi de Darcy ?
K=QL/∆hA
- Qu’est-ce que la porosité efficace et comment est-elle différente de la porosité totale ?
o Porosité totale (n) : proportion de vide dans le matériau.
o Porosité efficace (ne) : proportion de vide interconnecté permettant l’écoulement gravitaire.
- Quelle est l’importance du coefficient d’emmagasinement dans une nappe captive ?
Il exprime la capacité d’un aquifère captif à libérer de l’eau suite à une variation de charge (compression de l’eau et tassement du milieu).
- Comment calcule-t-on le volume d’eau produit par une nappe captive après un abaissement de la surface piézométrique ?
V=SA ∆h Où :
S : coefficient d’emmagasinement,
A : superficie,
Δh: abaissement.
- Quelle est la relation entre transmissivité, conductivité hydraulique, et épaisseur de l’aquifère ?
T=K*e
Où T : transmissivité, K : conductivité hydraulique, e : épaisseur.
- Quelles sont les trois lois fondamentales utilisées pour modéliser la circulation des fluides en milieu poreux ?
o Équation de continuité (conservation de la masse).
o Loi de Darcy (écoulement).
o Équation d’état (déformation due à la pression).
- Comment l’équation de la diffusivité est-elle dérivée et à quoi sert-elle ?
Elle combine les trois lois pour modéliser l’évolution de la charge hydraulique (h) dans un milieu poreux compressible.
- Quels sont les trois mécanismes de transport des solutés dans les milieux poreux ? Expliquez chaque mécanisme.
o Advection : transport par le mouvement du fluide.
o Diffusion moléculaire : agitation moléculaire (mouvement brownien).
o Dispersion cinématique : étalement dû aux variations microscopiques de vitesse.
- Qu’est-ce que la dispersion cinématique et comment diffère-t-elle de l’advection ?
La dispersion est liée à l’hétérogénéité des vitesses locales, tandis que l’advection est le mouvement global des solutés avec le fluide.
- Quels facteurs influencent la vulnérabilité d’un aquifère à la pollution ?
o Perméabilité du sol.
o Profondeur de la nappe.
o Présence d’une couche imperméable.
- Comment la dispersion longitudinale et transversale affectent-elles le transport des contaminants ?
o Dispersion longitudinale : le long du flux, allonge le panache.
o Dispersion transversale : élargit le panache perpendiculairement au flux.
- Donnez un exemple d’application pratique de la Loi de Darcy pour estimer un débit d’écoulement dans un aquifère.
En utilisant la formule Q=KAΔh/L, on peut calculer le débit d’eau extrait lors d’un pompage ou estimer la vitesse d’écoulement dans une nappe phréatique
o Qu’est-ce qu’un aquifère ?
Un aquifère est une formation géologique perméable permettant l’écoulement significatif et le stockage d’une nappe d’eau souterraine.
Exemple : calcaire, grès, sables.
o Quelle est la différence entre porosité et perméabilité ?
Porosité : capacité d’un matériau à contenir de l’eau, mesurée par la proportion de vide dans la roche.
Perméabilité : capacité d’un matériau à laisser circuler l’eau à travers lui.
o Quels sont les principaux types d’aquifères ?
Sédimentaires (alluviaux, captifs)
Karstiques
Volcaniques
Socle fissuré
Côtiers
o Quels sont les principaux terrains aquifères et leurs débits respectifs ?
Aquifères sédimentaires libres : débit moyen à élevé.
Alluvions des vallées : débit bon à élevé.
Roches dures fissurées : débit faible à moyen.
Karstiques : débit très variable.
Volcaniques : excellent débit dans les scories, faible dans les laves.
o Comment les roches influencent-elles la perméabilité du réseau hydrographique ?
Les roches poreuses (ex. : graviers, sables) ont une perméabilité élevée permettant un bon écoulement. À l’inverse, les roches imperméables (ex. : argiles) bloquent le mouvement de l’eau.
o Décrivez les nappes alluviales et leur vulnérabilité.
Milieu très hétérogène avec alternance de sables/graviers et d’argiles. Ces nappes sont vulnérables à la pollution due à leur perméabilité élevée et leur proximité de la surface.
o Quels sont les avantages et inconvénients des aquifères karstiques ?
Avantages : forte capacité de drainage, stockage rapide de l’eau.
Inconvénients : vulnérabilité à la pollution, débit imprévisible.
o Quels paramètres influencent la formation des aquifères côtiers ?
Interaction eau douce/eau salée.
Gradient hydraulique lié à la proximité des zones côtières.
o Quels sont les principaux aquifères en France, et leurs particularités ?
Bassin Parisien : nappes dans les calcaires et sables, importante ressource en eau.
Bassin Aquitain : aquifères multicouches (grès, sables).
Aquifères karstiques : zones du Jura, Massif Central.
o Quelles sont les différences entre aquifères sédimentaires libres et captifs ?
Libres : proche de la surface, recharge directe par infiltration.
Captifs : piégés entre deux couches imperméables, recharge indirecte.
o Quelles sont les caractéristiques des aquifères en environnement volcanique ?
Constitués de laves, scories, cendres.
Forte perméabilité dans les scories, faible dans les laves massives.
o Qu’est-ce qu’une nappe perchée et où peut-on en trouver ?
Une nappe perchée est une nappe localisée au-dessus de la nappe phréatique principale, maintenue par une couche imperméable. On les trouve dans les zones karstiques ou sur des plateaux.
o Comment se forme l’épikarst et quelle est son importance hydrologique ?
L’épikarst se forme par décompression et altération à la surface d’un karst, créant une zone perméable qui stocke temporairement l’eau avant qu’elle ne s’infiltre en profondeur.
o Quels sont les effets d’un pompage sur les écoulements des eaux souterraines ?
Formation d’un cône de dépression.
Abaissement temporaire ou permanent du niveau piézométrique.
o Quelle est la différence entre un cône de dépression et un rabattement ?
Cône de dépression : zone de baisse du niveau piézométrique autour d’un point de pompage.
Rabattement : distance verticale entre le niveau initial et le niveau abaissé.
o Quels sont les objectifs des essais de puits par paliers ?
Déterminer le débit critique et le débit maximal d’exploitation.
Vérifier l’état de l’ouvrage (colmatage, détérioration).
o Comment interprète-t-on les courbes caractéristiques d’un puits ?
On analyse la relation entre le débit pompé et le rabattement pour évaluer les pertes de charge dans l’ouvrage.
o Quels sont les objectifs des essais de pompage de longue durée ?
Déterminer les paramètres hydrodynamiques (transmissivité T, coefficient d’emmagasinement S).
Identifier les limites d’un aquifère et évaluer les ressources exploitables.
o Expliquez l’équation de Theis et son importance dans l’interprétation des essais de nappe.
L’équation de Theis est une solution de l’équation de diffusivité permettant de modéliser le rabattement dans un aquifère homogène en régime transitoire.
o Comment utilise-t-on l’approximation logarithmique de Jacob dans les essais de pompage ?
On simplifie l’équation de Theis pour de grands temps de pompage en utilisant une relation logarithmique. Cela permet d’extraire facilement T et S à partir des données expérimentales.
o Comment dimensionne-t-on un forage pour captage d’eau ?
Évaluer les besoins en eau.
Étudier le contexte hydrogéologique et environnemental.
Dimensionner selon la profondeur, diamètre et débit maximal requis.
o Quels sont les facteurs à prendre en compte pour l’exploitation durable d’une nappe phréatique ?
Recharge naturelle.
Prévenir le surpompage pour éviter le rabattement excessif ou l’intrusion saline.
o Quels sont les défis spécifiques liés aux aquifères en zone urbaine ?
Pollution liée à l’activité humaine.
Difficulté d’accès à des nappes profondes.
o Comment le pompage influence-t-il le risque de contamination dans les zones côtières ?
Un pompage excessif peut abaisser la nappe phréatique, provoquant l’intrusion d’eau salée dans l’aquifère.
