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Modélisation mathématique de la spéléogenèse : une approche hybride à partir de réseaux de fractures discrets et de simulations hydrogéologiques Thèse.

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1 Modélisation mathématique de la spéléogenèse : une approche hybride à partir de réseaux de fractures discrets et de simulations hydrogéologiques Thèse de lUniversité Montpellier II co-dirigée par Hervé Jourde et Séverin Pistre et sous lencadrement scientifique de Nathalie Dörfliger Préparée au sein de lunité EAU/NRE du BRGM, et du laboratoire Hydrosciences Montpellier Cofinancée par le Conseil Régional du Languedoc-Roussillon, et labondement Carnot 2007 du BRGM Soutenue par Antoine Lafare, le 23 décembre 2011, à Montpellier

2 Introduction 2 Constat – Importance stratégique des aquifères karstiques – Systèmes hétérogènes : exploitation et gestion complexes – Géométrie des réseaux en grande partie méconnue – Amélioration des modèles hydrogéologiques passe par une meilleure connaissance de cette géométrie Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Problématique de la thèse – Proposer une nouvelle approche de modélisation de la karstogenèse – Caler cette approche sur la base de travaux issus de la littérature – Avoir la possibilité de sintéresser à des systèmes de taille importante Méthodologie – Réseaux de vides initiaux réalistes – Utilisation de lois analogiques pour la spéléogenèse Fleury, 2008 (daprès Plan Bleu)

3 Sommaire 3 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Introduction I.Bases conceptuelles II.Méthodologie de modélisation III.Simulations sur une fracture IV.Simulations sur une strate Conclusion et perspectives

4 BASES CONCEPTUELLES DE LA SPÉLÉOGENÈSE : DU CONCEPT AU MODÈLE 4 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Déterminismes de la spéléogenèse Modèles existants Synthèse

5 Principaux contrôles des processus de karstification 5 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Massif carbonaté Un flux deau agressive Un aquifère karstique Géométrie associée aux processus de karstfication Propriétés hydrodynamiques Contrôles géologiques Contrôles hydrogéologiques Déterminismes de la spéléogenèse Modèles existants Synthèse

6 Contrôles géologiques La lithologie – Type de roche, pureté, porosité Les structures de discontinuités géologiques – Joints de stratification et contacts – Fractures et diaclases – Failles 6 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Des horizons préférentiels dinception – Unités lithostratigraphiques particulièrement favorables à linitiation de la karstification – Contrastes physico- chimiques – Influence des fractures Filipponi et al Bakalowicz 2006 Déterminismes de la spéléogenèse Modèles existants Synthèse

7 Contrôles hydrogéologiques Développement en zone vadose, en zone phréatique, ou en zone épiphréatique 7 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Déterminismes de la spéléogenèse Modèles existants Synthèse

8 8 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Palmer 1991 Contrôles hydrogéologiques Développement en zone vadose, en zone phréatique, ou en zone épiphréatique La géométrie des réseaux est influencée par les conditions de recharge : Trois grands types de recharge : Concentrée Diffuse Hypogène À lorigine de géométries distinctes identifiées dans la nature Déterminismes de la spéléogenèse Modèles existants Synthèse

9 9 Développement en zone vadose, en zone phréatique, ou en zone épiphréatique Contrôle exercé par les modalités de recharge : Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Influence de la position du niveau de base : Palmer 1991 Daprès Fleury 2007 Contrôles hydrogéologiques Déterminismes de la spéléogenèse Modèles existants Synthèse

10 10 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Approches existantes de modélisation de la spéléogenèse Karst : Propriétés hydrauliques hétérogènes (double voire triple porosité/perméabilité, écoulement laminaire/turbulent ) Approches discrètes de modélisation des écoulements, distinguant les écoulements drains / fractures / matrice Création dune porosité secondaire par dissolution de la roche sédimentaire Modélisation des lois physico- chimiques régissant le transport et la dissolution Approches couplant lois découlement et de dissolution Exemples : Liedl et al (Tübingen), Dreybrodt et al (Bremen), Kaufmann (Göttingen) Déterminismes de la spéléogenèse Modèles existants Synthèse

11 Synthèse et proposition dune approche originale 11 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Déterminismes de la spéléogenèse Domaine Méditerranéen Modèles existants Synthèse Karstification = contrôlée par de nombreux processus : Contrôles géologiques et hydrogéologiques Approches de modélisation existantes : Cinétiques de dissolution Test des paramètres influents Géométries initiales peu réalistes Une seule application à un cas réel (2D) Approche originale proposée: Utilisation dun modèle structural (mécanique, géostatistique) Prise en compte simplifiée du processus de dissolution Approche simplifiée : Limiter les variables Limiter les temps de calcul Envisager de reproduire la karstogenèse à plus grande échelle Dreybrodt et al. 2005

12 MÉTHODOLOGIE DE MODÉLISATION : CONSTRUCTION ET CALAGE 12 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation

13 La méthodologie est scindée en trois étapes : 1.Génération de laquifère fracturé initial REZO3D Maillage 2.Simulations découlement et de transport (GW) Vitesse Âge 3.Calcul de lélargissement Equation analogique 13 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation

14 Le modèle structural REZO3D [Jourde 1999, Josnin et al. 2002], UM2 14 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Interactions entre fractures de la même famille Interactions entre fractures des deux familles Génération du réseau initial de discontinuités = Réseaux 3D comprenant 2 familles orthogonales de fractures + des interfaces stratigraphiques Prise en compte de paramètres statistiques mesurables sur le terrain (moyenne et écart type des distributions des longueurs, espacement moyen, caractère butant…) Prise en compte des interactions mécaniques entre fractures au travers du concept de Zone Interdite

15 Maillage à éléments finis construit à partir de REZO3D 15 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Maillage à éléments finis adapté au logiciel GW a. Grille permettant de prendre en compte chaque fracture sur un plan fictif b. Éléments 3D : matrice carbonatée c. Éléments 2D : plans de fractures et interfaces stratigraphiques d. Éléments 1D : drains constitués par les intersections entre plans

16 Couplage REZO3D - Ground Water [Cornaton 2007], Université de Neuchâtel 16 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Simuler les écoulements dans les réseaux de fractures générés à laide de GW Ground Water : Simulateur (éléments finis) de lécoulement et du transport Calcul de lâge de leau : temps écoulé depuis lentrée dans le système Scripts dinterface (Python) : Affectation des paramètres hydrodynamiques Choix des conditions aux limites et lois découlement Extraction des variables élément par élément Variables extraites pour quantifier lélargissement : Vitesse découlement Âge de leau

17 Loi analogique délargissement 17 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Bloomfield et al représentent le taux délargissement comme une fonction polynomiale de louverture et du débit Ici, le taux délargissement est calculé en fonction de la vitesse découlement de leau et de lâge de leau : Lâge de leau : inhibiteur de lélargissement 4 coefficients α, β, γ, δ permettent de contrôler le comportement des processus de dissolution α, β affectent linfluence de la vitesse, γ, δ celle de lâge Ces paramètres sont calés par la suite à partir des résultats de travaux de référence

18 Calage des coefficients de la loi analogique de dissolution à partir de travaux de référence 18 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Calage effectué pour trois configurations simples Palmer 1991 : fracture plane (B) Dreybrodt 1996 : conduit circulaire (A) Dreybrodt et al : fracture plane (B) Obtenir des jeux de coefficients en accord avec les processus de karstification, tels que décrits dans la littérature Fracture (B) ou conduit (A) 1D, douverture ou de diamètre initial uniformes

19 Exemple de résultats issus des travaux de référence 19 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Dreybrodt et al Résultats différents pour la rapidité dévolution Mais comportement général commun : Élargissement dabord confiné près de lentrée de la fracture avec un accroissement lent du débit Au-delà dun seuil : augmentation brutale du débit : « Breakthrough » et élargissement rapide sur toute la longueur de la fracture

20 Moyens mis en œuvre pour le calage des paramètres 20 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Automatisation des traitements Une erreur (MSE) est calculée (pour le développement des ouverture, et lévolution temporelle du débit) Erreur quadratique moyenne : Valeur Référence Valeur calculée (approche analogique) Comparaisons graphiques Analyses de sensibilité : On cherche à minimiser lerreur (MSE) par rapport aux modèles de référence en modifiant les valeurs des coefficients

21 Exemple de comparaison graphique entre référence (Dreybrodt et al 2005) et modèle analogique 21 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Évolution de louverture de la fracture en fonction de la distance à la zone de recharge, pour différents temps Seuil « Breakthgough » Q = Q t= Évolution du débit moyen au sein de la fracture en fonction du temps

22 Comparaison entre simulation de référence (Dreybrodt 2005) et le modèle analogique proposé 22 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Seuil « Breakthrough » Q = Q t= ans Élargissement de la fracture plus rapide à proximité de la zone de recharge Présence dun seuil (Breakthrough), atteint plus tôt pour le modèle proposé

23 Comparaison entre simulation de référence (Dreybrodt 2005) et le modèle analogique proposé 23 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Élargissement de la fracture plus rapide à proximité de la zone de recharge Présence dun seuil (Breakthrough), atteint plus tôt pour le modèle proposé Seuil « Breakthrough » Q = Q t= ans

24 Comparaison entre une simulation de référence (Dreybrodt 2005) et le modèle analogique proposé 24 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Seuil « Breakthrough » Q = Q t= ans Élargissement de la fracture plus rapide à proximité de la zone de recharge Présence dun seuil (Breakthrough), atteint plus tôt pour le modèle proposé Reproduction dun type dévolution caractéristique des phénomène de spéléogenèse

25 Jeux de paramètres α, β, γ, δ déterminés pour chacune des configurations proposées 25 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation αβγδ Référence Palmer Référence Dreybrodt Référence Dreybrodt Jeux de coefficients pour la simulation de la spéléogenèse dans une fracture ou un conduit unique. Déterminés en fonction des connaissances des processus de karstification décrits dans la littérature [Palmer 1991, Dreybrodt 1996, Dreybrodt et al. 2005] Pour des configurations différentes, les coefficients sont adaptés à partir de ces jeux de référence, afin dobtenir des cinétiques dévolution conformes à la littérature

26 ESSAIS DE SIMULATIONS SUR UNE FRACTURE INCORPORÉE AU SEIN DUNE MATRICE CARBONATÉE 26 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes conductivités hydrauliques matricielles Condition de flux imposé

27 Configuration de simulation 27 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes conductivités hydrauliques matricielles Condition de flux imposé Configuration inspirée de tests de type benchmark [Bauer et al. 2000, Romanov et al. 2002, Kaufmann 2003] : Fracture plane L = 1000 m, z = 50 m a 0 = 0.02 cm Strate carbonatée L = 1000 m, l = 500 m, z= 50 m éléments cubiques de côté = 10m Différentes conductivités hydrauliques pour la matrice : K m = m/s, m/s, m/s, m/s et m/s Conditions de potentiel imposé en entrée (H1) et en sortie (H2) 50 m 0 m

28 Incidence de la conductivité hydraulique matricielle sur la répartition de la charge hydraulique : K m = m/s 28 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes conductivités hydrauliques matricielles Condition de flux imposé 1000 ans : influence de la fracture déjà visible Élargissement préférentiel de la fracture près de la limite dinfiltration diminution de « lagressivité » de leau simulée par la prise en compte de lâge

29 29 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes conductivités hydrauliques matricielles Condition de flux imposé 1000 – 2500 ans : gradient régulier et contrôle de la matrice 4000 ans : début dinfluence de la fracture Gradient hydraulique intense dans la fracture, qui se propage vers la limite dexfiltration Incidence de la conductivité hydraulique matricielle sur la répartition de la charge hydraulique : K m = m/s

30 Incidence de la conductivité hydraulique matricielle sur lévolution de louverture de la fracture Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes conductivités hydrauliques matricielles Condition de flux imposé 30 K m = m/s K m = m/s 1000 ans, 2500 ans, 4000 ans, 5500 ans, 7000 ans K m faible : évolution lente et régulière de louverture K m élevée : évolution plus rapide, avec une forte accélération au-delà de 5000 ans

31 Incidence de la conductivité hydraulique matricielle sur lévolution du débit dans le massif fracturé Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes conductivités hydrauliques matricielles Condition de flux imposé 31 K m supérieur à m/s : Influence de la matrice commence à apparaître (accélération de lévolution) Une matrice très perméable contrôle lécoulement durant davantage de temps Apparition plus précoce du seuil (« Breakthrough ») La matrice perméable favorise le développement de la karstification Résultats conformes aux travaux [Bauer et al. 2000, Romanov et al. 2002, Kaufmann 2003]

32 Configuration de simulation 32 Différentes conductivités hydrauliques matricielles Condition de flux imposé Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Géométrie identique K m = m/s Condition de potentiel imposé (Dirichlet) en sortie : H 2 = 0 m Condition de flux imposé (Neumann) sur la face supérieure : 1.Flux de m/s 2.Flux de m/s Flux imposé

33 33 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes conductivités hydrauliques matricielles Condition de flux imposé 1000 ans : Gradient plus resserré près de la limite dexfiltration Propagation des faibles charges vers la limite dinfiltration Incidence dune condition de recharge diffuse (flux imposé) sur la répartition de la charge hydraulique : Flux = m/s

34 34 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes conductivités hydrauliques matricielles Condition de flux imposé ans : faibles charges confinées près de la limite dexfiltration Propagation progressive vers la limite dinfiltration Initiation de la fracture dabord près de la limite dexfiltration Les écoulements ont tendance à se concentrer vers cette limite Cohérent avec [Clemens, 1997] Incidence dune condition de recharge diffuse (flux imposé) sur la répartition de la charge hydraulique : Flux = m/s

35 ESSAIS DE SIMULATIONS SUR UNE STRATE CONTENANT DEUX FAMILLES DE FRACTURES 35 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites

36 Analyse des processus de karstogenèse en fonction de différentes configurations 36 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites Strate unique L = 100 m, l = 50 m, z =2.5 m Densités de fracturation distinctes (seul le nombre de fractures diffère) Conditions de potentiel imposé en entrée et en sortie Conductivités hydrauliques matricielles distinctes : K m = m/s, m/s et m/s 5 m 0 m 5 m 600 fractures300 fractures

37 Incidence de la densité de fracturation sur la répartition des charges hydrauliques Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites 1000 ans : écoulement contrôlé par la matrice 4000 ans : gradient fortement perturbé par les fractures 7000 ans : une organisation « mature » des écoulements est en place 600 fractures 300 fractures 37 Fracturation + dense : Concentration des écoulements dans le réseau Fracturation - dense : Écoulement matriciel + important (fractures plus espacées)

38 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites 3000 ans : eau « récente » confinée près de la limite dinfiltration 5000 ans : cheminements préférentiels Limite dexfiltration atteinte 7000 ans : diffusion de leau « récente » dans la matrice fractures 300 fractures Incidence de la densité de fracturation sur la répartition des eaux récentes (âge) dans le système Fracturation + dense : Concentration des eaux récentes dans le réseau connecté Fracturation - dense : Diffusion plus importante des eaux récentes dans la matrice (fractures + espacées)

39 Seuil (« Breakthrough ») Q = Q t= Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites Pas dincidence majeure, ni sur lévolution de louverture moyenne, ni sur celle du débit Le seuil est atteint plus tôt dans le cas du réseau le moins densément fracturé : Moins de cheminements possibles : les écoulements se concentrent dans un nombre plus réduit de fractures, ce qui favorise le processus de karstogenèse Incidence de la densité de fracturation sur les évolutions de louverture moyenne et du débit dans le massif fracturé

40 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites Influence de la matrice sur les écoulements Apparition plus tardive de lorganisation « mature » des écoulements Comportement encore plus évident pour K m = m/s 40 Incidence de la conductivité hydraulique de la matrice sur la répartition des charges hydrauliques : 300 frac, K m = m/s Les écoulements à travers la matrice influencent le gradient durant davantage de temps Limite : pas de prise en compte de la dissolution au sein de la matrice

41 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites Échelle des âges différente Influence des fractures plus tardive Pénétration plus rapide des eaux récentes dans laquifère entier 41 Incidence de la conductivité hydraulique de la matrice sur la répartition des charges hydrauliques : 300 frac, K m = m/s Pénétration des eaux récentes et donc agressives dans la matrice Limite : pas de prise en compte de la dissolution au sein de la matrice

42 42 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites Une conductivité K m plus élevée Une évolution plus rapide Débit plus élevé en début de simulation La matrice contrôle le débit sur une durée plus importante (2000 ans pour K m = m/s) Incidence de la conductivité hydraulique de la matrice sur lévolution de louverture moyenne et du débit dans le massif fracturé Confirmation des résultats obtenus pour une seule fracture quant à lincidence de la conductivité hydraulique matricielle

43 Incidence du type de recharge sur la géométrie du réseau karstique 43 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites Changement dorientation du potentiel imposé : Gradient hydraulique perpendiculaire à la direction de fracturation principale Conditions de flux imposé, de recharge concentrée : Flux imposé sur la face supérieure Recharges ponctuelles (potentiel ou flux imposé) Limite de sortie linéaire ou ponctuelle à potentiel imposé

44 Distribution des eaux récentes dans le système pour une condition de recharge diffuse latérale (potentiel imposé) Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites Pénétration dès 1000 ans dans les fractures connectées à la limite dexfiltration 5500 ans : leau récente natteint pas la limite dexfiltration Obtention dun réseau anastomosé (voir description des différentes morphologies [Palmer 1991] 44 Un réseau de type anastomosé est obtenu avec une condition de potentiel imposé Gradient perpendiculaire à la direction principale de fracturation H1 H2

45 Distribution de la charge hydraulique pour une condition de recharge concentrée à flux imposé 1000 ans : charge importante sur tout le domaine 2000 – 3000 ans : les potentiels faibles se propagent vers lamont Flux imposé : le gradient diminue avec lélargissement des fractures Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites 45 H2 Flux imposé

46 1000 ans : écoulement deau « récente » contrôlé par la matrice 3000 ans : Influence des fractures 4000 ans : les écoulements se concentrent dans les fractures Morphologie de type ramiforme Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Différentes densités de fracturation Différentes conductivités matricielles Différentes conditions aux limites 46 Distribution des eaux récentespour une condition de recharge ponctuelle à flux imposé Un réseau de type ramiforme est obtenu avec une condition de recharge ponctuelle à flux imposé H2 Flux imposé

47 POUR CONCLURE… 47 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Conclusions Perspectives

48 Conclusions générales Proposition dune approche originale : – Réseaux de vides initiaux réalistes – Loi analogique simple permettant de reproduire la karstogenèse en fonction de la vitesse découlement et de lâge – Envisager la simulation de réseaux de dimensions importantes Calage à partir de simulations issues de travaux de référence – Obtention de résultats cohérents – Détermination de jeux de coefficients pour la loi analogique proposée Simulations sur une fracture – Résultats sur le rôle de la matrice cohérents avec la littérature Simulations sur une strate – Rôle primordial des conditions aux limites hydrogéologiques sur le type de réseau obtenu 48 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Conclusions Perspectives

49 Perspectives Amélioration du couplage REZO3D – GW – Prise en compte de plusieurs strates – Prise en compte du passage découlements laminaires à transitoires Amélioration de la loi analogique – Élaborer des validations plus poussées (régression non linéaire) – Identification des coefficients : donner un sens physico-chimique – Utilisation de la distribution fréquentielle des âges Simulations en régime transitoire – Rendre compte des fluctuations en termes de recharge Simulations permettant daboutir à des réseaux karstiques réels 49 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Conclusions Perspectives

50 Merci de votre attention. 50

51 Géologie à partir du Mésozoïque en Méditerranée 51 Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Déterminismes de la spéléogenèse Domaine Méditerranéen Modèles existants Synthèse Jurassique Zone languedocienne entièrement submergée, Peu de variations eustatiques Karstification peu étendue (rares zones démersion) Crétacé Moyen : émersion possible ouest de Montpellier Sup : Phase pyrénéenne émersion sud Languedoc Erosion + karstification des calcaires Jurassique et Crétacé Tertiaire Crise Messinienne Distension (Golfe du Lion) Compression (Pyrénées, Alpes) Quaternaire Série de chutes eustatiques pouvant atteindre -120 m NGF Karstification roches Jurassique et Crétacé Miocène: paroxysme Karstification et réactivations

52 Analyses de sensibilité (Référence : Dreybrodt et al 2005) Introduction I. Spéléogenèse : concepts II. Méthodologie et calage III. 1 fracture IV. 1 strate Conclusion Construction de la méthodologie Calage et validation Evolution MSE en fonction des coefficients Evolution lente jusquà un seuil Concomitance des erreurs minimales pour les ouvertures et le débit Rappel : Âge en années !


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