Plan du cours Introduction - Cycle de l’eau 1. De l’eau dans les roches 2. Les écoulements souterrains 2.1. Charge hydraulique, cartes piézométriques 2.2. Perméabilité, Loi de Darcy 3. Le forage, les puits et les pompages 4. Transport, traçages, pollution des nappes

Notion de charge hydraulique / niveau piézométrique Dans le sol, toute eau possède un potentiel d’énergie relié à : - sa position verticale (altitude), - la pression qu’elle subit (atmosphérique ou hydraulique), - sa vitesse instantanée dans le sol Equation de BERNOUILLI : Exprime le fait que la somme des 3 énergies (potentielle, de pression et cinétique) Est constante le long d’une ligne de courant en régime permanent. Cette somme est la CHARGE HYDRAULIQUE Fluide non visqueux Écoulement unidimensionnel Energie potentielle Energie de pression Energie cinétique

Notion de charge hydraulique / niveau piézométrique Margelle du puits Niveau du sol = 10 m NGF NP = zsol – heau/sol NP se mesure par rapport au niveau du sol, puis transformé en m NGF NP en 1 ? NP en 2 ?

Sur le terrain, seule la mesure du NP est accessible La charge hydraulique correspond à la hauteur d’équilibre de l’eau en un point donné de l’espace, càd la hauteur à laquelle s’élèverait et se stabiliserait l’eau pour se mettre en équilibre avec la pression atmosphérique. Niveau piézo : altitude du plan d’eau Charge hydraulique : poids de la colonne d’eau au dessus du niveau de référence Sur le terrain, seule la mesure du NP est accessible Par convention, les deux paramètres sont identifiés au NP

Cote piézométrique H (en m) Vocabulaire spécifique aux cartes piézométriques Cote piézométrique H (en m) 40 30 x Ligne de courant Gradient hydraulique i = H / X Isopièze (hydro-isohypse)

cote du sol du manomètre (m) Exercice : Dans une nappe artésienne, on réalise 4 forages. On les ferme au niveau du sol et on mesure la P de l’eau en tête de puits. Forage pression lue kPa cote du sol du manomètre (m) A 150 130 B 175 110 C 218 108 D 307 89 1. Calculer la charge hydraulique en chaque point 2. Tracer les isopièzes (éq 10m) et les lignes d’écoulement HA = 145,3m 140 HB = 127,8m 130 HC = 130,2m 120 HD = 120,3m

Exercice : Soient 3 forages réalisés dans des aquifères indépendants et dont les fluides sont de nature différentes AQUIFERE MASSE VOLUMIQUE r en kg.m-3 COTE BASE DU TUBE z en m CHARGE H en m A 999 50,00 55,00 B 1040 31,34 54,67 C 1100 7,95 51,88 1 – Dessinez la configuration des 3 forages 2 – calculez la charge hydraulique équivalente à la masse volumique de l’eau douce dans chaque forage 3 – dans quel sens se font les transferts entre aquifères ?

Drainance verticale ascendante H (eau douce) en A = 55 m H (eau douce) en B = 55,63 m H (eau douce) en C = 56,32 m Drainance verticale ascendante

Gradient hydraulique Dans l’exercice précédent, calculez le gradient hydraulique entre A et B, A et C, B et C, B et D, A et D. Commentez.

Réalisation d’un premier forage Réalisation d’un second forage Réalisation d’une carte piézométrique Réalisation d’un premier forage Réalisation d’un second forage H = 94 m H = 94 m H = 92 m

Réalisation d’une carte piézométrique ? 92 m

88 m Points d’observation : puits, forage, piézomètre, source 102,5 m 82 m 94 m ? 88 m 99 m 90 m Cote piézométrique interpolée 92 m 97 m 85 m 90 m 92,5 m 84 m 79 m 94 m

94 m 105 m ? 100 m 95 m Isopièze 92 m 90 m 85 m 80 m

? 94 m 92 m Points d’observation : puits, forage, piézomètre, source Sens d’écoulement de l’eau 92 m 90 m 85 m 80 m Deux points d’observation ne suffisent pas pour déterminer correctement le sens d’écoulement

Diverses configurations d’écoulement Zone divergente 60 59 50 58 50 40 57 40 30 30 Pompage Zone convergente Barrière imperméable Zone d’alimentation 60 40 55 35 30 50 25 45

couche imperméable formant la base de la nappe Relation Nappe/Rivière : nappe drainée par la rivière puits ou forage infiltration de la pluie plateau Rivière vallée rivière 125 surface de la nappe 124 nappe écoulement (niveau de l’eau dans les puits) 123 roche poreuse couche imperméable formant la base de la nappe

Relation Nappe/Rivière : nappe alimentée par la rivière puits ou forage 123 124 125 Rivière ruissellement oued en crue infiltration surface de la nappe (niveau de l’eau dans les puits) nappe écoulement roche poreuse base de la nappe

50 60 80 70 90 100 120 40 30 20 500 m N Cote de la nappe libre (m) Réseau hydrographique et sens d’écoulement

90 90 80 120 120 80 80 70 100 70 80 120 100 90 60 80 60 50 60 50 80 90 100 50 80 100 50 60 60 60 80 80 50 60 60 50 50 60 N 50 50 60 50 40 40 40 50 40 40 40 30 50 30 30 30 20 30 Cote de la nappe libre (m) 30 40 Réseau hydrographique et sens d’écoulement 20 20 500 m