Réunion de fin de stage AquiFR Modélisation 3D des écoulements à surface libre dans les aquifères de socle Application à un bassin versant breton : le bassin de la Laïta Aurore Réfloch Jean Raynald de Dreuzy Laurent Longuevergne 5 km

Aquifères de sub-surface Choix du BV d’étude Topographie Superficie Points d’observations 3 piézomètres 8 stations hydrométriques Réseau hydrographique simplifié Aquifères de sub-surface → Couche de faible épaisseur sur de longues distances, suivent la topographie → Modélisation 2D ou 3D ? 5 km

Les aquifères de socle et les altérites Les aquifères bretons Synthèse des données existantes Stratégie de modélisation Démarche de modélisation Paramétrage Enjeux numériques Exemple du bassin versant de la Laïta Construction du modèle Conclusion

Les aquifères de socle Aquifères de socle Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Schéma d’un système aquifère de socle (Wyns et al., 2005) Enjeux numériques Epaisseur moyenne des altérites plus faible, présentent également dans les bas topographiques Modélisation 2D/3D ? Modélisation hydrologique ou hydrogéologique ? BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Les altérites Aquifères de socle Formation géologique produite par l’altération physico-chimique des roches présentes initialement, qui se retrouvent à la surface, sous climat chaud et humide Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion Profil typique d’altération des roches schisto-gréseuses (source : SIGES)

Stratégie de modélisation Les altérites Aquifères de socle Les différents types d’altérites Allotérites Réduction du volume de la roche mère, Texture de la roche mère non préservée, Schiste → argile imperméable, Granite → arène argileuse à faible perméabilité. Isaltérites Même volume, même texture que la roche mère, Forte porosité (dissolution des minéraux), Schiste → dominante silto-argileuse faiblement perméable, Granite → arène sableuse beaucoup plus perméable. Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion

Données existantes Carte des bassins versant bretons Aquifères de socle Carte des bassins versant bretons Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Carte des bassins versants bretons (Source : Géobretagne) Spécificité de la Bretagne : nombreux bassins versants Conclusion

Topographie de la Bretagne Aquifères de socle Topographie de la Bretagne Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion Carte de la topographie en Bretagne (Source : Géobretagne)

Géologie de la Bretagne Aquifères de socle Géologie de la Bretagne Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion Carte simplifiée de la géologie de la Bretagne (Source : Géobretagne)

Géologie de la Bretagne Aquifères de socle Géologie de la Bretagne Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion Carte des altérites en Bretagne (Source : SILURE-BRGM)

Réseau piézométrique breton (BRGM) Aquifères de socle Réseau piézométrique breton (BRGM) Certains BV ne comportent pas de piézomètres Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta 50 km Modèle cohérent Réseau piézométrique breton (Source : Géobretagne) Conclusion

Chroniques de piézométrie Aquifères de socle Chroniques de piézométrie Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Chronique piézométrique du piézomètre du Scaër (Source : ADES) Conclusion

Stations hydrométriques Aquifères de socle Stations hydrométriques Prélèvements d’eau Inventaire des AEP Prélèvements industriels Prélèvements agricoles Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques 50 km BV de la Laïta Carte des stations hydrométriques en Bretagne (Source : Géobretagne) Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Aquifères de socle Modélisation à l’échelle du bassin versant (échelle caractéristique des unités hydrogéologiques) Modélisation des sites pertinents Données suffisantes Pour les bassins versants présentant moins de données : approche géomorphologique Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Aquifères de socle Ecoulement à surface libre Logiciel Feflow 6.2 – DHI WASY Modélisation 2D/3D Code d’éléments finis Régime permanent / transitoire Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Aquifères de socle Paramétrage des modèles : Epaisseur des couches, géométrie du modèle Conditions initiales Conditions limites Options de modélisation Aquifères bretons Données existantes Sol 5 m Altérites Bedrock z=-40 m Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Aquifères de socle Paramétrage des modèles : Epaisseur des couches, géométrie du modèle Paramètres hydrauliques : perméabilités Conditions limites Flux nuls sur le pourtour du bassin versant Charge imposée = topographie à l’exutoire Recharge réelle moyenne (données ISBA) Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Aquifères de socle Paramétrage des modèles : Epaisseur des couches, géométrie du modèle Paramètres hydrauliques : perméabilités Conditions limites Conditions initiales : Niveau piézométrique initial h = topographie → modèle saturé h = altitude fixée ≤ minimum topographique → modèle désaturé Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Aquifères de socle Paramétrage des modèles : Epaisseur des couches, géométrie du modèle Paramètres hydrauliques Conditions limites Conditions initiales Options de modélisation Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Aquifères de socle Enjeux numériques : Rugosité de la topographie Compréhension des bilans de flux Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Modèle rugueux Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion Modèle lisse

Stratégie de modélisation Aquifères de socle Enjeux numériques : Rugosité de la topographie Compréhension des bilans de masse Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Flux entrants pour le modèle de la Laïta, saturé, avec une recharge cyclique (400 mm/an), pas de temps automatique Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Aquifères de socle Enjeux numériques : Rugosité de la topographie Compréhension des bilans de masse Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Flux entrants pour le modèle de la Laïta, saturé, avec une recharge cyclique (400 mm/an), pas de temps constant (1 j) Modèle cohérent Remarque : Flux entrants diminuent avec le temps (h=topo; donc pas de flux possibles); pas de temps constant donne des meilleurs résultats Conclusion

Stratégie de modélisation Aquifères de socle BV de la Laïta : Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Aquifères de socle Ksol Kalt Kbed Porosité Conditions initiales Conditions limites Free / phreatic Modèle K stratifié 10-5 m/s 10-9 m/s 20 % Modèle saturé Recharge réelle Flux nuls contour Himposée = zexutoire Free Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Sol 5 m Altérites Bedrock z=-40m Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion

Stratégie de modélisation Trois critères de cohérence numérique Bilan de masse Niveau piézométrique Aquifères de socle Aquifères bretons E Données existantes Stratégie de modélisation Modèle K stratifié Modélisation E Paramétrage Enjeux numériques Modèle K homogène BV de la Laïta Modèle cohérent NP dans les altérites h ≤ z Conclusion

Stratégie de modélisation Trois critères de cohérence numérique Bilan de masse Niveau piézométrique Aquifères de socle Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation NP (m) Recharge (mm/jour) Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Temps (années) Modèle cohérent Modèle K stratifié Conclusion Modèle K homogène

Ecoulement vers les bas topographiques Trois critères de cohérence numérique Bilan de masse Niveau piézométrique Lignes d’écoulement des particules Aquifères de socle Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Ecoulement vers les bas topographiques Paramétrage Enjeux numériques 5 km BV de la Laïta Circulations très locales dans notre cas Modèle cohérent Conclusion

Spécificités des aquifères de socle (altérites) - Faible épaisseur - Continuité/discontinuité - Effet des interfaces (topographie, bedrock/altérites) Approche numérique - Conditions ab initio - Méthode basée sur un remaillage tenant compte de la surface libre - Feflow cohérent pour la résolution mais limité en pré et post processing Structure des circulations - Ecoulements très locaux → Taille caractéristique des unités hydrogéologiques? - Intermittence des écoulements → Connexion / déconnexion des unités hydrogéologiques → 2D/3D en fonction de la saison? Aquifères bretons Données existantes Stratégie de modélisation Modélisation Paramétrage Enjeux numériques BV de la Laïta Modèle cohérent Conclusion