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Thèse soutenue par Caroline Dorn le 28 mars 2013, Centre de recherches en environnement terrestre (CRET)
L’eau potable est une ressource finie de la terre, inégalement repartie dans le temps et dans l’espace. Elle se renouvelle par le cycle de l’eau, mais ses réserves ne sont pas pour autant illimitées. Seul 2% des eaux douces est accessible aux êtres-vivants dans les lacs, les rivières et les aquifères. De plus, l’augmentation de la population mondiale au cours du siècle dernier a provoqué un accroissement de la demande en eau douce et donc de l’exploitation des aquifères. L’industrie et l’agriculture sont des grands consommateurs d’eau douce et leurs activités peuvent présenter un risque de pollution pour les aquifères. L’eau est une ressource vitale qu’il faut protéger.
Il existe de nombreuses études pour la compréhension de la dynamique de l’eau dans les aquifères de sable et de gravier : historiquement, ces aquifères sont facilement accessibles et ont fait l’objet des premières études. Avec l’accroissement de la demande en eau, les communautés humaines envisagent d’exploiter les aquifères fracturés, où l’eau se déplace à travers les fractures dans la roche. Les aquifères fracturés sont très hétérogènes et donc difficiles à caractériser.
Comprendre l’écoulement des eaux souterraines dans les aquifères fracturés fait l’objet d’un nombre croissant de recherche et est encore appelé à se développer dans l’avenir. L’objectif de cette recherche est de construire des modèles quantitatifs de la dynamique des écoulements dans des aquifères fracturés. La construction de ces modèles est très difficile, car leur paramétrisation est généralement basée sur des données à faible contenu informatif vis-à-vis la complexité du système étudié. La combinaison de différents types de données avec des limites différentes est une approche prometteuse pour surmonter ce problème. Des méthodes hydrauliques classiques sont ici utilisées conjointement avec une méthode d’imagerie géoradar (utilisant des ondes électromagnétique à haute fréquence) qui a été adaptée aux aquifères fracturés.
Les études classiques des aquifères incluent des données qui fournissent des informations à haute résolution près des forages, mais à une résolution très faible loin des forages. La haute résolution des données d’imagerie géoradar permet de compenser ce problème et de détecter des fractures individuelles à l’écart des forages. En outre, les données d’imagerie peuvent être utilisées pour caractériser géométriquement les fractures. Mais les données d’imagerie elle-même ne peuvent pas faire la distinction entre les fractures qui contribuent à l’écoulement d’eau (les fractures perméables et connectées) et celles qui n’y contribuent pas. Pour identifier les fractures connectées et perméables, la méthode d’imagerie géoradar peut être utilisée en combinaison avec des essais de traçage. C’est-à-dire l’injection d’une eau aux propriétés physiques différentes de celle déjà présente dans le réseau fracturé (solution saline dans nos essais). Les mouvements de cette solution saline traversant le réseau peuvent être suivis en détectant les changements temporels dans les données d’imagerie géoradar. Les fractures dans lesquelles la solution passe font partie du réseau permettant l’écoulement. Néanmoins les données d’imagerie sont en deux dimensions. Tandis que les caractéristiques hydrauliques et géométriques sont en 3 dimensions. Il est donc nécessaire de conditionner des modèles de toutes les données hydrauliques et géophysiques disponibles.
Nous démontrons qu’il est possible de trouver des modèles qui expliquent toutes les données disponibles. L’ensemble des modèles possibles tirés de cette nouvelle approche fournit des indications précieuses sur les caractéristiques du réseau. Les approches présentées aident à construire des modèles plus précis et donc à mieux prédire la dynamique d’un réseau.