Assimilation de Mesures éLectriques et Hydrauliques pour la Caractérisation des Propriétés Hydrauliques des Aquifères Complexess

• Main Author: Gernez, Simon
• Format: Dissertation
• Language: French
• Published: ProQuest Dissertations & Theses 01.01.2019
• Subjects: Anisotropy; Aquifers; Data assimilation; Geology; Geophysical engineering; Geophysics; Groundwater; Hydraulic engineering; Hydraulics; Hydrologic sciences; Medical imaging; Optimization; Sand & gravel; Tomography; Water Resources Management
• ISBN: 9798379451578

La conductivité hydraulique a une forte influence sur l’écoulement des eaux souterraines et le transport des solutés dans les aquifères. En raison de la complexité de certains environnements géologiques, cette propriété a une distribution généralement hétérogène et présente une anisotropie à différentes échelles. Bien que la connaissance de l’anisotropie de la conductivité hydraulique soit essentielle pour l’évaluation des ressources en eau et la remédiation des sites contaminés, ce paramètre est souvent négligé car son estimation est complexe. Certaines méthodes hydrauliques basées sur des essais en puits ont récemment été développées pour estimer l’anisotropie de la conductivité hydraulique. La mise en œuvre de ces méthodes est cependant laborieuse, ce qui limite la caractérisation sur de grands territoires. Pour atténuer cette limitation, l’objectif principal de cette thèse est de combiner des essais hydrauliques de l’anisotropie de la conductivité hydraulique à des levés de résistivité électrique. L’intérêt des levés électriques est que ceux-ci ont une sensibilité à l’anisotropie similaire aux essais hydrauliques tout en permettant une plus grande couverture spatiale. Le parachèvement de cet objectif a été réalisé en trois temps.Dans un premier temps, les détails de l’algorithme d’inversion électrique anisotrope développé sont présentés ainsi que son application à travers une étude synthétique d’un milieu fortement anisotrope. Pour ce faire, des levés de résistivité électrique de surface et en puits ont été acquis et inversés selon une procédure spécifique favorisant la reconnaissance de l’anisotropie des matériaux géologiques. L’anisotropie électrique ainsi obtenue se compare favorablement à l’anisotropie de conductivité hydraulique estimée par essais hydrauliques. Ces résultats suggèrent que la circulation du courant électrique dans les matériaux géologiques exempts de particules argileuses se fait de manière similaire à l’écoulement de l’eau, et permet ainsi de substituer l’anisotropie hydraulique à l’anisotropie électrique. Cette étude montre que la tomographie électrique a la capacité de reproduire l’état électrique du sous-sol de manière réaliste avec une erreur faible, même lorsque celui-ci présente une forte anisotropie. Elle a également permis de procéder à une analyse de sensibilité révélant les dispositions d’électrodes aptes à résoudre le problème inverse en milieu anisotrope. Par la suite, les résultats de l’étude synthétique sont appliqués à un aquifère granulaire présentant une forte anisotropie de conductivité hydraulique au site d’étude de Saint-Lambert-de-Lauzon près de Québec.Finalement, en se basant sur la similarité entre les différentes anisotropies, une approche d’assimilation des données hydrauliques et électriques est proposée. Cette approche combinant la simulation stochastique bayésienne et l’optimisation par la méthode de déformation graduelle permet de produire un modèle unique de conductivité hydraulique anisotrope. La vérification avec des essais hydrauliques indépendants du processus d’assimilation indique que l’approche permet de reproduire avec succès le comportement fortement anisotrope de l’écoulement souterrain.Cette thèse montre ainsi que l’hydrogéophysique permet la caractérisation de la conductivité hydraulique des aquifères, en nécessitant une quantité réduite de données hydrauliques du fait de l’apport de la géophysique, ouvrant ainsi la voie vers de nouveaux développements tels que la caractérisation 3D haute résolution à plus grande échelle.