Hydrogéologie Flashcards
2 Cycles de l’eau
Grand cycle : planétaire -> dessin + équation
Petit cycle : urbain -> dessin
Équation de l’écoulement du cours d’eau
E = P - ETR E = R + Eb Eb = f(wo)
Aquifère
Les formations géologiques qui composent le sol ont, lorsqu’elles sont assez perméables et poreuses, la capacité de permettre les écoulements verticaux et transversaux de l’eau et de l’emmagasiner. Elles constituent alors des aquifères dans lesquels le comportement des eaux souterraines est très variable selon les caractéristiques physiques et structurales des terrains.
Étapes du petit cycle de l’eau
- Captage
- Traitement d’eau potable
- Stockage
4.Distribution
5 Réseaux de collecte des eaux
6 Station d’épuration (éffluent)
7 Rejet
Les aquifères - l’eau du sol
eau gravitaire eau capillaire eau pelliculaire eau suspendue vapeur d’eau + air
A l’échelle d’un forage on peut rencontrer toutes formes d’eau, on distinge la zone non saturée ou y a pas d’eau exploitable et la zone saturée ou on trouve l’eau gravitaire.
3 Paramètres de mesure d’un aquifère
1 Porosité
2 Perméabilité
3 Transmissivité
Porosité
rapport entre volume de vide et volume de roche
3 types de pores :
1 microporosité : < 0,0001 um eau de rétention exclusivement
2 porosité capillaire 0,0001 à 2,5mmeau capillaire et eau gravitaire
3 macroporosité > 2,5mm eau gravitaire dominante
4 types de porosités : 1 Porosité ouverte 2 Porosité close ou résiduelle 3 Porosité éfficace 4 Porosité cinématique
Coef de porosité = volume vide/volume total
Perméabilité
Aptitude d’un milieu à se laisser traverser par un fluide sous l’effet d ‘un gradient de potentiel
en grand, de fissure, de fissuration, indirecte, extérieure, irrégulière
en petit, d’interstices, directe, intérieure, d’imbibition, régulière
Transmissivité
Paramètre régissant le flux d’eau qui s’écoule par unité de largeur de la zone saturée d’un aquifère continu (mesurée selon une direction orthogonale à celle de l’écoulement), et par unité de gradient hydraulique.
Produit de la perméabilité (de Darcy) K par la puissance aquifère b, en milieu isotrope, ou produit de la composante du tenseur de perméabilité parallèle à la direction d’écoulement par la puissance aquifère (orthogonale à cette direction), en milieu anisotrope.
3 types d’acquifères
- poreux
- fissuré
- karstique
Tableau de DARCY
Dessin
Types d’aquifères
2 formes : Nombres de couches : - monocouche - bicouche - multicouche
Accessibilité et localisation :
- libre
- captif
- alluvial
- colluvial
- de dépression
- perché
Systèmes hydrogéologiques karstiques:
A: karst perché - le réseau est à une altitude supérieure ou égale à celle de l’exutoire. Peu productif/dénoyée
B: karst à base noyée: le réseau descend au-dessous du niveau de base (cours d’eau ou mer)
C: karst barré: karst noyé dont l’écoulement est bloqué par un obstacle; les sources sont des sources de débordement. Très recherché, très productif
Zonalité de l’eau dans un aquifère karstique + dessin
(1) eau de rétention;
(2) eau gravitaire;
(3) remontée capillaires;
(4) surface piézométrique;
(5) surface de la nappe.
Types de nappes
- libre
- captive
- jaillissante artésienne
Structure d’un forage + dessin
1 - Cône de ciment Évite l’infiltration d’eau superficielle
2 - Centreur Obligatoire
3 - Tube de soutènement
4 - Ciment Injecté par la base
5 - Joint d’étanchéité (Argile) Évite l’invasion de l’aquifère et du gravier par le ciment
6 - Crépine Adaptée à la formation aquifère sous le niveau de l’eau en pompage
7 - Massif Filtrant Gravier calibré siliceux
8 - Base de Crépine Fermée
3 Dessin mouvement de nappe et de la piezométrie
Puit de pompage Ligne de partage des eaux Cône de rabattement Zone d'appel Zone d'influence Zone de transfert Sol
Gradient hydraulique
On le calcule en plaçant 2 piézomètres distants de L mètres. Le gradient est le rapport entre la différence de niveau Dh des piézomètres et la distance L. On utilise également les cartes piézométriques en mesurant la distance entre 2 courbes isopieacute;triques en mesurant la distance entre 2 courbes isopiézométriques (hydroisohypses) consécutives.
Principales formes élémentaires des courbes hydroisohypses
- Écoulement linéaire
- Écoulement convergent
- Écoulement divergent
- Dépression piézométrique
- Dôme piézométrique
Bilan de l’eau selon Roux
.
Minéralité des eaux souterraines
résistivité (Ω/cm) conductivité (µSiemens/cm) TDS ou Total Dissolved Solids résidus secs (mg/l) Résistivité (ohms.cm) = 1 000 000 / conductivité (en µS/cm).
Les échanges nappes-rivières dessin 1 et 2
- En contact hydraulique avec la nappe
- indépendante perché
Typologie des sources
de méandre de déversement de trop plein de débordement d’aquifère barré ou karst barré de limite de nappe captive artésienne d’imperméabilisation de seuil d’étranglement de rupture de pente karstique résurgence exsurgence émergence estavelle, inversac vauclusienne Sous-marine sous-alluviale sous lacustre
Typologie des sources selon T°C et topographie
hypertherme ou thermale T> Ta + 4°C
orthotherme T = Ta
froide ou hypotherme T < Ta
rhéocrène : naissent sur un sol de pente et donnent un écoulement
hélocrène: suintent à la surface, zones humides
limnicrène: apparaissent aux creux de dépression remplies d’eau (vasques)
Différents types de sources en dessin fig 29
.
2 régimes d’écoulement
- Pérennes : 1. normal 2. périodiques
- Non pérennes : 1. temporaire 2. intermittente
Bassin versant
Le bassin versant (noté « BV ») est un espace alimentant les cours d’eau, les fleuves…
Il a des limites comme les lignes de partage des eaux (ligne de crêtes, sommets…).
(autre définition : bassin hydrographique correspondant à l’espace drainé par un fleuve).
Un bassin versant est une unité spatiale de référence en hydrologie. C’est une zone géographique drainée par ce cours d’eau à l’exutoire choisi.
Il est toujours associé à :
- Un cours d’eau
- Une section de ce cours d’eau : l’exutoire ou émissaire
Exutoire
Issue par laquelle un ensemble d’eaux est évacué, s’écoulant le plus souvent par gravité. Dans un bassin versant, il est généralement représenté par un cours d’eau ou un collecteur en fond de vallée.
Bassin versant hydrgéol
Un bassin versant hydrogéologique (noté « BVH ») est un espace qui alimente les eaux souterraines d’un fleuve (W0).
bassin versant réel
Un bassin d’alimentation est un bassin versant réel (noté « BV réel » ou « BVR »). Il correspond à la somme du bassin versant topographique et du bassin versant hydrogéologique.
Drain
Un drain est un conduit souterrain pour collecter et évacuer l’eau en excès dans le sol.
Les roches solubles dans l’eau
- Le sel gemme (= vieux sel marin utilisé en cuisine) est la roche la plus soluble, ou méga soluble
- Le gypse (So4 + Ca + H2O) est très soluble
- Le calcaire (en Champagne-Ardenne notamment : la craie ; il existe différentes formes de calcaires comme le calcaire biochimique…) est soluble
- La dolomie (calcaire avec du magnésium (Mg) ; composé chimique fondamental à l’être vivant sur Terre sinon celui-ci tombe en dépression) est moins soluble
- Le fer ou silicate, silice (= granites) est très peu soluble
La formule « So4 » correspond au sulfate de calcium hydraté.
L’inverse de la dissolution est la précipitation. Lors de cette transformation, le liquide devient solide.
Régime hydrologique
répartition des débits mensuels sur une année moyenne. Le régime hydrologique permet de caractériser deux grandes périodes : les basses eaux et les hautes eaux.
régime simple
Le régime simple a pour caractéristique une seule source d’alimentation du cours d’eau.
La pluie correspond à un régime « pluvio-évaporal ».
La neige, qui fond au printemps, provoque un écoulement correspondant au tapis nival. On appelle donc ce phénomène le « régime nival ».
La glace correspond à un « régime hydrologique glacial ».
régime mixte
Le régime mixte a pour caractéristique une pluie et une neige ; c’est ce que l’on appelle « régime pluvio-nival ». Ou bien, une neige et une pluie ; c’est donc un « régime nivo-pluvial ». Ce sont deux alimentations…
Le régime complexe
Le régime complexe, qui concerne généralement et principalement les fleuves, a pour caractéristique un régime nival d’alimentation et une diversité géologique, climatique.
Crue
- Les crues sont des épisodes qui ne durent que « n » jours. Ils se caractérisent par un gonflement des débits pendant quelques jours, avec ou sans débordements (notons que la plupart des crues sont non débordantes – 90%, notamment chez nous).
Dans chaque épisode de crue, il y a des phases. On en compte généralement 6, mais en première année, elles sont rassemblées en 3 catégories :
• la phase de montée de crue (A)
• la phase de pointe de crue (B)
• la phase de décrue (=diminution brutale des débits)
Etiages
Les phases d’étiage sont des périodes relativement longues pouvant durer plusieurs semaines voire plusieurs mois et où les débits sont les plus bas.
Ces périodes sont plus longues que les crues… Elles se caractérisent par des niveaux bas en lit mineur, aussi appelés « chenaux d’étiage ».
Les phases d’étiage posent des problèmes :
- Assèchements
- Pollution
- Faibles débits
Paramètres de qualité des cours d’eau
Paramètres physiques :
- La température
- La couleur
- La masse volumique
- Les matières en suspension (MES – dégradation spécifique)
Paramètres chimiques :
- Eléments dissous dans l’eau : le fleuve va charrier des minéraux qui sont le calcium (Ca), le magnésium (Mg), les sulfates (SO4), le potassium, le fer (FeO2) et la silice (SIO2)…
On aura des fleuves fortement minéralisés et d’autres moins minéralisés…. L’eau minérale contient, en phase dissoute, moins d’éléments chimiques !
Paramètres biologiques :
- Phytoplancton (plantes en suspension dans l’eau et qui se déplacent au grès du courant, elles ne décident pas où elles vont)
- Zooplancton
- Micro-organismes (= microbes, etc. - coliformes fécaux, qui sont à l’origine de nombreuses morts par an)
Il n’existe qu’une seule mesure pour chaque paramètre…
Effluent
terme générique désignant une eau résiduaire urbaine ou industrielle ; et plus généralement tout rejet liquide véhiculant une certaine charge polluante (dissoute, colloïdale ou particulaire). Ces effluents recèlent des composants organiques ou chimiques nuisibles à l’environnement.
le coefficient de compacité (Kg) de Gravélius
Kg = 0.28*(P/√S)
avec
P le périmètre
S la surface
Si Kg = 1, le bassin a une forme ronde quasiment parfaite.
Indice d’allongement d’Horton
Ra = L / l
Avec
L plus grande longueur à partir de l’exutoire
L plus grande largeur perpendiculaire
Classification des pentes (d’après ORSTOM)
Tableau
.Dessin
Formule précipitation
P = Q + I + ET + delta R P : précipitation Q : lame d'eau écoulée I : lame d'eau infiltrée ET : évapotranspiration Delta R : variation des réserves (tout en mm)
Formule précipitation efficace
PE = P - ET
