Projet AQUI-FR Modélisation des écoulements souterrains avec le code MARTHE du BRGM Dominique THIÉRY Direction D3E/GDR

Code MARTHE Modélisation d’Aquifères avec maillage Rectangulaire, Transport et HydrodynamiquE Code développé au BRGM depuis plus de 30 ans Modélisation des écoulements et du transport en zone Saturée et Non saturée Discrétisation en Volumes Finis (maillages structurés) Maillages gigognes emboités Direction D3E/GDR

Code MARTHE Géométrie « Multicouche » et/ou « Full 3D » Direction D3E/GDR

Maillages structurés « classiques » Monocouche (x,y) Coupe verticale (x,z) Multicouche (quasi 3D) Full 3D Symétrie Radiale Interface Homme Machine Direction D3E/GDR

Maillages gigognes (bassin de la Somme) Direction D3E/GDR

Maillages gigognes zoom : réseau hydrographique Bassin de la Somme : Zone aval (Zoom +++) Direction D3E/GDR

Fonctionnalités Recharge des aquifères et ruissellement vers les cours d’eau par bilan hydroclimatique intégré Schéma de calcul GARDÉNIA Réseaux de rivières couplé aux aquifères Avec aussi transport de masse et d’énergie Réseaux de conduits (pouvant être en charge) Karst, galeries, drains Calcul en Zone Non Saturée (Richards) (quand nécessaire) Direction D3E/GDR

Fonctionnalités Transport de masse Effets de Densité Convection + Dispersion + Diffusion + Dégradation Effets de Densité Salinité Transferts Thermiques Écoulements multiphasiques (Diphasiques) Eau douce / Eau salée , Eau / Gaz , Eau / Huile Couplage avec des codes de Géochimie (REACT de Berkeley ou PHREEQC de l’USGS) Direction D3E/GDR

Fonctionnalités diverses Calculs en Diphasique : en particulier pour les aquifères côtiers : Eau douce / Eau salée. Transferts de Pesticides Couplage avec modèles de Bilans et Transferts de Nitrates à travers la Zone Non Saturée. Calibration automatique par zones (tous paramètres) Modélisation inverse (Perméabilités uniquement) Analyse de sensibilité Direction D3E/GDR

Écoulements en Zone Non Saturée Teneur en eau (Zone Non Saturée sous culture) La Cote St André (Isère)

Écoulements Multiphasiques Aquifère de la Crau (Camargue - France)

Écoulements Multiphasiques Direction D3E/GDR

Code MARTHE : Stockage de Méthane Écoulements de Gaz Code MARTHE : Stockage de Méthane ---- Simulé ---- Mesuré Direction D3E/GDR

Définition du réseau hydrographique Dans chaque maille Cotes de l’eau dans la rivière (ou Manning) Cotes du fond de la rivière Perméabilité et épaisseur du lit de la rivière Largeur + longueur de la rivière Direction D3E/GDR

Arborescence de la rivière dans le maillage Direction D3E/GDR

Interactions et routing Interactions Nappe - Rivière Routing du débit Direction D3E/GDR

Relation Débit-Hauteur Loi de Manning-Strickler Q = f (H_Riv, Rugosité, Pente du lit, Largeur) Direction D3E/GDR

Bilan hydroclimatique GARDÉNIA Ref: Thiéry, D. (2010) Reservoir Models in Hydrogeology, in Mathematical Models, Volume 2 (ed J.-M. Tanguy), John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA. doi: 10.1002/9781118557853.ch13 Direction D3E/GDR

Système, schémas numériques etc. Fonctionne le plus souvent (98% des cas) sous Windows avec conversationnel Peut fonctionner sous Linux/Unix … en mode « batch ». Langage : Fortran 95 (Préprocesseur C++, modules géochimiques C et C++) : Compilateurs Lahey, Intel … 140 000 lignes de code environ (hors géochimie) Schémas numérique : Hydraulique = Volumes Finis Transport = Différences Finies, TVD, MOC, Random Walk Direction D3E/GDR

Fichiers en Entrée et en Sortie. Fichiers = Texte (Ascii), possibilité peu utilisée, de binaire. Fichiers de sortie : Texte (essentiellement) Grilles (Marthe) , Arcgis_Ascii , Surfer (Golden software) Fichiers évolution ou profils => Importable directement => Excel Visualisation : Postprocesseur WinMarthe VRML VTK => Paraview Exportation Tecplot Winteracter-3D Exportation MAPINFO (Exportation ArcGis) Direction D3E/GDR

Méthodes de calage Calage manuel sur toutes variables. Calage automatique par zones : sur n’importe quel champ: Champs de Charges, de Concentrations, de Température, de Salinité, de Teneur en Eau, de Pression ZNS etc. Historiques de variation temporelle de Débits rivières, Charges, Concentrations, Température, Teneur en Eau etc. … mais très long => uniquement pour de petits modèles. Calage automatique par zones : De Perméabilité, de Coeff. d’Emmagasinement, de Dispersivité, de Capacité Calorifique, de Loi de ZNS etc. Calage automatique par modèle inverse : Uniquement sur une carte de Charges en régime permanent => Carte du champ de Perméabilités uniquement. Direction D3E/GDR

Difficultés anticipées. Pas beaucoup … car versatilité. Linux : Pas très familiers … => Obtenir un PC Linux dédié. Plateforme éloignée … Direction D3E/GDR

Utilisations / Utilisateurs MARTHE : was used to model more than 200 aquifer systems during the last 15 years MARTHE is adapted for large and complex aquifer systems, including pollution control and energy transfers (more than 1,500,000 cells) MARTHE is used by large companies (Electricity board (EDF), Atomic energy board (CEA), Chemistry companies (Solvay) etc. MARTHE is used by universities Direction D3E/GDR