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Technischer Bericht NTB 87-18
Modellierung der Grundwasserströmungsverhältnisse am Wellenberg
Sur mandat de la Nagra, le groupe "modélisation hydrodynamique" a élaboré dès août 1986 un modèle hydrodynamique tridimensionnel du site d'entreposage potentiel du Wellenberg, afin de reconnaître les processus hydrogéologiques qui pourraient jouer un rôle important pour l'analyse de sécurité du site et de les appréhender de manière quantitative. Ce travail devait en outre permettre de tirer des conclusions en prévision du futur programme de sondage et de comparer l'effet de différentes configurations de construction du dépôt sur les écoulements d'eau souterrains.
Le dépôt considéré comprend deux niveaux d'entreposage dans la roche d'accueil (550 m et 250 m) reliés par un puits vertical, ainsi qu'une galerie d'accès. Le modèle régional représente un volume d'environ 25 km3. Le dépôt et son environnement immédiat ont été l'objet d'une discrétisation plus fine, de manière à pouvoir simuler différentes configurations du niveau d'entreposage supérieur et de ses galeries de construction et d'exploitation. Le modèle local ainsi élaboré représente un volume d'environ 1,2 km3.
Dans l'optique d'une analyse de sensitivité du modèle, 57 variantes ont été calculées avec le modèle régional, 14 avec le modèle local, à l'aide du programme "FEM301". Ce programme, basé sur la méthode des éléments finis, permet de décrire des systèmes d'écoulement à trois dimensions en régime stationnaire, en se fondant sur le concept de milieu poreux équivalent.
Les études géologiques préliminaires effectuées sur le site sont à la base du modèle. Schématiquement, les marnes valanginiennes (la roche d'accueil) sont orientées NE-SW, entre la nappe de l'Axen au sud et les calcaires de la nappe du Drusberg au nord. Sur cette base a été élaboré un modèle conceptuel. La variante de référence considère 7 différentes unités hydrogéologiques et permet d'envisager les 6 options géométriques suivantes:
- un surcreusement de la vallée d'Engelberg
- un écaillage de la nappe sous les marnes valanginiennes
- une extension limitée de la roche d'accueil
- une intercalation calcaire dans les marnes valanginiennes
- une masse glissée recouvrant un remplissage de vallée plus perméable
- un flanc inverse de la nappe du Drusberg
S'ajoute en plus la possibilité de faire varier la piézométrie et les conditions aux limites latérales. Ces options peuvent être cumulées et combinées avec des variations de perméabilité. Les domaines de perméabilité admis pour les différentes unités hydrogéologiques se fondent essentiellement sur les études effectuées sur le site géologiquement analogue de l'Oberbauenstock avant la phase de sondage de 1987.
Résultats:
Des potentiels plus élevés dans la nappe de l'Axen au sud et moindres que dans la roche d'accueil dans les calcaires de la nappe du Drusberg au nord du Wellenberg sont une conséquence des conditions topographiques régionales. Il en résulte un drainage de la roche d'accueil essentiellement dans la direction de l'Engelbergtal au NW et, dans une moindre mesure, vers le Secklistal. La roche d'accueil est le siège, sur de grandes étendues, d'un écoulement dirigé vers le bas en direction du flanc renversé de la nappe du Drusberg.
La simulation de forages montre que le profil de potentiel varie localement selon les options choisies.
La distance d'écoulement la plus courte entre le dépôt et la sortie de la roche d'accueil est de 200 m. Les durées d'écoulement minimas s'échelonnent entre 150 et 1500 ans, compte tenu d'une porosité efficace de 0,001. Dans les variantes considérant simultanément les hypothèses les plus conservatives, les temps d'écoulements peuvent se réduire à moins de 10 ans.
Dans la roche d'accueil, les vitesses d'écoulements calculées sont de l'ordre de 1 m/a dans les variantes admises comme étant les plus probables. Au niveau du dépôt même, l'eau s'écoule du niveau d'entreposage supérieur le long du puits vertical vers le niveau inférieur. Dans les variantes très conservatives, l'écoulement peut s'inverser. Les chemins et durées d'écoulements les plus courts sont constatés à partir de la partie nord du niveau supérieur, les plus longs à partir de la partie sud de ce même niveau.
L'accès au niveau supérieur d'entreposage s'effectue depuis le NW, ceci pour des raisons d'exploitation. Un accès au dépôt selon la plus courte distance dépôt-biosphère suivrait un tracé parallèle à la direction d'écoulement des eaux souterraines. Une liaison plus longue, dans laquelle les galeries accèdent au niveau supérieur par le sud après avoir contourné le dépôt par l'ouest, permet un accès au niveau supérieur en amont (en termes d'écoulement) du dépôt. Cette solution réduit la probabilité d'un écoulement d'eau du dépôt vers la biosphère à la faveur des galeries d'une façon considérable.
Les paramètres d'écoulements (durée, longueur de parcours, direction d'écoulement) réagissent de façon sensible selon les niveaux d'eau admis dans les formations calcaires adjacentes et selon les options géométriques "flanc renversé" et "écailles". Le temps de parcours de l'eau varie en outre de manière très sensible selon les variations de porosité, de perméabilité et d'extension de la roche d'accueil, selon la disposition des constructions souterraines ainsi que selon la perméabilité de la zone de décompression des galeries dans l'hypothèse d'un accès direct depuis le NW.
La calibration du modèle hydrodynamique est rendue difficile par manque de mesures de terrain. Seul le débit total à la sortie du modèle peut être utilisé comme donnée de calibration pour les unités hydrogéologiques perméables et, dans une moindre mesure, pour la piézométrie.
Le programme de sondage élaboré permettra de fournir des données concernant toutes les unités hydrogéologiques en présence et ainsi de calibrer et valider le modèle. Les données les plus fiables résulteront d'observations à long terme du rabattement provoqué par les travaux de sondage dans l'environnement du dépôt.