Hydrogéologie et hydrochimie

Question 1

Objectif de l’hydrochimie

Answer 1

• précise les conditions de circulation des eaux dans le sous sol
• vérifier la potabilité
• contrôler les contaminations

Question 2

La minéralisation de l’eau souterraine est liée à :

Answer 2

1. La composition de l’eau de recharge (eau de pluie)
2. Les roches desquelles l’eau circule (temps de séjour)
3. Les apports anthropiques

Question 3

Les 6 ions majeurs qui composent 90% des eaux

Answer 3

Sodium Na+
Sulfate SO42-
Chlorure CL-
Bicarbonate HCO3-
Calcium Ca2+
Magnésium Mg2+

Question 4

Les 5 principaux ions mineurs

Answer 4

Nitrate NO3- 
Potassium K+
Strontium SR2+
Fluorure F-
Phosphate PO43-

Question 5

Principaux éléments traces en solution

Answer 5

Al Aluminium
As Arsenic
Ba Barium
Br Bromure
Mn Manganèse
SiO2 Silicium
Zn Zinc
Fe Fer

Question 6

Minéralisation totale et mesure

Answer 6

• Degré de salinité ou TDS total dissolved solid en mg/L

Mesure = poids des sels restants après évaporation d’un échantillon préalablement filtré.

Conductivité électrique : TDS = Ke x CE (microsiemens/cm)
capacité d’une eau a transmettre le courant électrique, il y a un lien direct entre courant électrique et minéraux. En microsiemens/cm on mesure grâce à une sonde.

Question 7

Def de concentration + rappels sur les unités de concentrations

Answer 7

La concentration est une mesure relative de la quantité de soluté dans un solvant, ici molécules dissoutes dans l’eau.

Les différentes unités de concentration :

• Concentration molaire (mol/L)
  mol = nombre de molécules x nombre d’Avogadro
• Concentration massique mg/L = ppm
• Equivalent stœchiométrique eq/L
  Eq = nombre de soluté x la valence de la molécule et permet d’évaluer le bilan anion/cation d’une solution.

Question 8

Comment passer de eq/L en meq/L

Answer 8

eq/L x 1000

Question 9

Pmm efficace et 4 condition d’infiltration

Answer 9

Pmm = ruissellement + infiltration

Infiltration =

1. pente
2. type de sol
3. couverture végétale
4. géologie

Question 10

3 phases d’infiltration

Answer 10

1. Zone non saturée
   Peut-être impacté par évapotranspiration ou succion végétale et est différent de la recharge de la nappe. La limite entre ZS et ZNS et variable en fonction de la saison.
2. Frange capillaire
   Zone d’échange mineure (variable)
3. Zone saturé
   théorie = 100% des pores sont remplies d’eau

Question 11

Usage des eaux souterraines

Answer 11

Monde = 50% AEP ; 20% irrigation ; 15% industrie

France : 
60% en AEP
- constante augmentation
- de plus en plus accessible
- ressource protégée (bof)
- ressource renouvelable (bof)

Question 12

Intervention de l’hydrogéologue

Answer 12

Type d’aquifère ; quantité ; accessibilité ; durabilité de la ressource ; qualité

Question 13

Aquifère

Answer 13

Regroupe ZNS et ZS dans lesquelles s’effectue un écoulement significatif avec une bonne quantité. Regroupe roche et eau à l’intérieur.

Question 14

Nappe

Answer 14

Eaux présentes à l’intérieur de l’aquifère. Nappe = eau seulement.

Question 15

2 type de nappes et avantage/inconvénient de chaque

Answer 15

1. Nappes captives : surface de nappe contrainte par un aquiclude. La piézométrie varie peu, l’eau est sous pression, il peut y avoir une partie libre. Si on fore = artésianisme.

Avantages : bonne protection et volume exploitable annuel.
Inconvénients : accès difficile, renouvellement faible

2. Nappes libres : circule dans les formation en contact avec l’atmosphère et aussi avec un cours d’eau, nappe à l’équilibre avec l’atmosphère soumise à gravité donc écoulement vers le bas. Si on fore on à le niveau de nappe dans le forage. 90% des nappes libres reliés aux cours d’eau.

Avantages : accès facile (peu coûteux et recharge rapide.
Inconvénients : vulnérable aux pollutions et volume variable.

Question 16

3 types d’aquifères

Answer 16

1 Poreux
Infiltration via les espaces intergranulaires = pores. Formations meubles.
-> se trouvent dans les grands bassins sédimentaires
-> aquifère alluviaux
-> vitesse écoulement généralement lent et régulier
-> court temps de séjour

2. Karstique
   - > infiltration dans les cavités/grottes
   - > se trouve sur les grands plateaux calcaires
   - > débit aléatoire
3. Fissuré
   - > roches dures peu solubles, ont des fractures/fissures (tectonique) qui permettent l’infiltration.
   - > beaucoup de petite sources
   - > 1/3 aquifère fissuré en France

Question 17

Formule eq/L

Answer 17

eq/L = g/L x (valence/poids atomique)

Question 18

Balance ionique

Answer 18

Bi = 100 x (somme des cations en eq/L) - (somme des anions (eq/L)

divisé par (/)

(somme des cations en eq/L) + (somme des anions en eq/L)

Question 19

Formule masse molaire moléculaire M + concentration molaire C + nombre de mole n

Answer 19

M = quantité de matière x masse molaire (exemple : KNO3 : K = 39 + N = 14 + O3 = 16 x 3 = 101 g.mol-1

C = g/M dont n = nombre de mole et vs = volume
(exemple KNO3 : 10/101,1 = 0,1 mol.L-1

n = m/M dont m = poids et M = g/mol

Question 20

Pourquoi la conductivité électrique varie d’un aquifère à un autre ?

Answer 20

Conductivité dépend de minéraux dans l’eau, minéraux dans l’eau dépend de la capacité des minéraux a être dissous dans l’eau.
Minéralité plus forte si l’eau passe dans les Basaltes que l’eau qui passe dans les Grès des Vosges. Les anomalies de conductivité dépendent des temps de séjour de l’eau dans le sous-sol, genre dans un karst, il y aura toujours une plus faible minéralité par exemple.

Question 21

Equilibre eau roche - ions contrôlés et indice de saturation

Answer 21

Dans un aquifère, l’eau à généralement un faible écoulement et l’eau et la roche interagissent.

Les ions contrôlés sont des ions dont la teneur est dictée par la présence d’un autre minéral (ex : K est contrôlé par feldspaths et micas potassiques

L’ion en solution cherche l’équilibre avec le minéral cet équilibre se traduit par un l’indice de saturation.

Lorsque une eau arrive à saturation vis à vis d’un minéral, elle ne peut plus en dissoudre plus alors le minéral peut précipiter.

Question 22

Les indices de saturations

Answer 22

Is < 0 dissolution
Is = 0 équilibre
Is > 0 précipitation

L’indice de saturation détermine les tendances thermodynamiques, la cinétique de réaction détermine le marquage de la réaction sur la minéralisation de l’eau.

Question 23

Grandes classes de polluants

Answer 23

1. Nutriments
2. Métaux lourds
3. polluants organiques industriels
4. pesticides
5. produits pharmaceutiques
6. polluants biologiques
7. pollution radioactive

Question 24

Pollution diffuse/ponctuel

Answer 24

Diffuse : rejets multiples de polluants continus dans le temps et dans l’espace. Les rejets peuvent être très faible voir négligeables, mais la durée les rends très dangereux.

Ponctuelle : pollution accidentelle : rejet massif dans un temps court et un point unique.

Question 25

Transfert et convection

Answer 25

La concentration n'évolue pas entre l'amont et l'aval. Le contaminant est conservatif.

Question 26

Transfert et dispersion

Answer 26

La concentration a diminuée, mais la masse de traceur passant à l'aval est conservée : seule l'hydraulique a joué un rôle par dispersion

Question 27

Transfert et dégradation

Answer 27

La masse de contamination subit une réduction - le contaminant s'est dégradé en composé non toxique (réactions physico-chimique ou bactérienne Le contaminant s'est transformé en une autre molécule.) ou effet cocktail, la molécule s'associe à une autre.

Question 28

Source et 3 types de sources

Answer 28

- lieu où l'écoulement souterrain devient écoulement de surface La position verticale de la source représente le niveau piézométrique dans le cas d'une nappe libre 3 types de sources: 1. de déversement : écoulement gravitaire dans la ZNS 2. de trop plein : liée à la présence d'une barrière hydraulique (faille/topographie) 3. confiné : concerne que les aquifères karstiques

Question 29

Schéma des sources

Answer 29

.

Question 30

Classification des sources

Answer 30

.

Question 31

Captage de source (avantage/inconvénient)

Answer 31

- avantage : exploitation aisée, coûts réduits | - inconvénients : débits souvent faibles, souvent variables, sensible aux pollutions

Question 32

Niveau piézométrique

Answer 32

Profondeur de la nappe ramenée au niveau NGF (Nivellement Général Français) - nappe libre : altitude du niveau d'eau - nappe captive : charge hydraulique

Question 33

Principaux paramètres hydraulique d'un aquifère

Answer 33

- Porosité - Perméabilité - Transmissivité - Coefficient d'emmagasinement - Débit spécifique

Question 34

Formule porosité

Answer 34

Pore = vide dans une roche pouvant être occupé par un fluide. n = Vv / Vt Volume de vide par rapport au volume total (en %)

Question 35

Def + formule porosité efficace

Answer 35

Volumes des pores qui contiennent de l'eau mobilisable. Ne = Veau libre/Vtotal

Question 36

Formule de Darcy + définitions des unités des termes + définition de K

Answer 36

``` Q = KAi Q = m3/s -> à mettren en m3/H A = Section en m2 I = gradient hydraulique en m/m K = perméabilité (capacité d'un matériel poreux à ce laisser traverser par un fluide, K est fonction de la propriété du fluide (viscosité et densité) mais aussi de la lithologie. ```

Question 37

Typologie perméabilité schéma des roches

Answer 37

.

Question 38

Def + formule de la transmissivité

Answer 38

Décrit le débit d'un aquifère sur toute son épaisseur, par unité de largeur et sous un gradient hydraulique unitaire. T est variable dans le temps et l'espace sauf pour les aquif captif. T = k.e e = épaisseur aquifère en m k en m/s T en m2/s

Question 39

Def coefficient d'emmagasinement S

Answer 39

Détermine la fonction capacitive du réservoir. Rapport du volume d'eau libéré (ou emmagasiné) par unité de surface pour une perte (ou un gain) de charge hydraulique donnée, c'est-à-dire une hausse (ou une baisse) de pression. Représente la quantité d'eau libérée sous l'effet d'une baisse unitaire du niveau d'eau.

Question 40

Dans un aquifère captif l'expulsion de l'eau est contrôlé par :

Answer 40

- la compression de la nappe = expulsion - une détente élastique du solide ou du fluide lors de la baisse de pression (rétention) S= 0,001 à 0,0001

Question 41

Dans un aquifère libre, S exprime :

Answer 41

la capacité de vidange des pores = l'eau ne se déplace que par l'action de la gravité. S est assimilable à la porosité éfficace S = -0,2 à 0,01

Question 42

Débit spécifique (m3/H/m) + formule

Answer 42

Correspond au débit pompé par mètres de rabattement, il varie en fonction de T (donc de K) et de S. Qs = Q/H Avec Q = débit depompage (m3/H) Et H = hauteur de rabattement en m.

Question 43

Isotropie - homogénéité

Answer 43

Les termes Isotrope, anisotrope, homogène et hétérogène permettent de décrire les variations spatiales des propriétés hydrodynamique des aquifères.

Question 44

Formation homogène

Answer 44

Les paramètres sont identiques indépendamment de la position dans l'aquifère.

Question 45

Formation hétérogène

Answer 45

Les paramètres varient d'un endroit à un autre.

Question 46

Formation isotrope

Answer 46

Les propriétés sont les mêmes dans toutes les directions de l'espace.

Question 47

Formation anisotrope

Answer 47

Les propriétés sont différentes selon la direction, le plus souvent on trouve les extrêmes dans des directions perpendiculaires

Question 48

Etat permanent

Answer 48

Les volumes écoulés, les vitesses et directions d'écoulements sont considérés constant au cours du temps -> hypothèse classiquement utilisée mais peu réaliste

Question 49

Etat transitoire

Answer 49

Les volumes écoulés, les vitesses et directions d'écoulements peuvent varier au cours du temps -> hypothèse réaliste mais plus difficile à traduire mathématiquement.

Question 50

Gradient hydraulique i

Answer 50

i = dh/L

Question 51

1 ml en m3

Answer 51

1m3 = 1ml/1000000

Question 52

m3/min en m3/s

Answer 52

1 m3/min = 0.016666666666667 m3/s