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Technical Report NTB 93-47
Grimsel Test SiteDevelopments in Hydrotesting, Fluid Logging and Combined Salt/Heat Tracer Experiments in the BK Site (Phase III)
Ce rapport présente les travaux scientifiques qui ont été réalisés dans le cadre de la phase 3 du projet d'essais dans un faisceau de forages (BK) de janvier 1991 à décembre 1993 sous mandat de la Nagra. Ces travaux font partie d'un programme de recherche commun avec la BGR («Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe», Hanovre) ayant pour objectif la mise au point de nouvelles méthodes et concepts pour la caractérisation des phénomènes de circulation d'eau dans des formations rocheuses diaclasées. Un autre point capital consistait à modéliser la circulation de l'eau dans des diaclases.
Des essais classiques de diagraphie de température et de conductivité ont été utilisés avec succès dans le passé par la Nagra dans des forages verticaux. Le projet partiel BK-diagraphies dans des forages inclinés a montré que ce procédé n'était pas applicable aux forages obliques, ou alors seulement de façon limitée. De nouvelles méthodes ont par conséquent été développées, dans lesquelles les sondes de mesure sont installées de manière fixe dans les forages avant le début des essais (diagraphies avec sondes fixes). Des essais pilotes ont confirmé, en principe, la validité de cette méthode pour des forages obliques également.
Des essais hydrauliques d'interférence entre plusieurs forages (crosshole) représentent la méthode d'exploration la plus fréquemment utilisée dans les aquifères diaclasés. Une méthode à source multiple, le multiple source crosshole test (MSCT), a été développée dans le cadre du projet BK avec pour objectif de permettre l'obtention d'une meilleure résolution spatiale de la structure de réseaux de diaclases. La méthode consiste à réaliser un grand nombre de courts essais de type crosshole en divers points du réseau de diaclases. Pour l'interprétation du MSCT, on a mis au point une méthode d'analyse spectrale par laquelle les essais hydrauliques entre forages peuvent être évalués pour des débits variables à l'aide d'abaques. Par une expérience synthétique on a de plus montré une marche à suivre possible par laquelle des structures simples de diaclases peuvent être caractérisées de façon déterministe sur la base de l'évaluation spectrale d'essais hydrauliques.
Lors des essais de traçage par sel/chaleur (SHT), la caractérisation des conditions de transport dans le système de diaclases était l'objectif premier. Des essais de traçage par dipôles (couple injection-soutirage) avec des champs d'écoulement complémentaires (par ex. par inversion du dipôle) ou avec des traceurs complémentaires (NaCI et chaleur) constituaient le cœur du concept des essais, afin de permettre une description plus complète des phénomènes de transport compliqués dans un réseau de diaclases. Il fallait notamment examiner si en raison des comportements de transport différents du sel (advectif-dispersif) et de la chaleur (diffusif dominant) on pouvait tirer des informations concernant la structure des espaces poreux dans le système de diaclases. La modélisation des essais de terrain montre de façon remarquable la sensibilité, et par là également la sélectivité, d'un tel concept d'investigation en ce qui concerne les différentes hypothèses relatives à la structure des diaclases.
Les données géologiques structurales et les résultats des essais hydrogéologiques des phases antérieures du projet BK ont été synthétisés dans un modèle hydrodynamique conceptuel du système de diaclases BK. Ceci a été fait à l'aide d'une visualisation 3D par ordinateur des données structurales et hydrogéologiques. On a dans ce but développé, à partir d'un logiciel graphique du commerce, une application permettant une interprétation tenant compte des critères spécifiques de structures géologiques/hydrogéologiques (par ex. corrélation spatiale de la pétrographie, de données structurales, de résultats de diagraphies, etc.). Le modèle conceptuel résultant a finalement servi de base à un modèle numérique de simulation de la circulation dans les diaclases pour le système de diaclases BK. Le but essentiel de ces travaux n'était pas la modélisation des conditions d'écoulement sur le site étudié, mais le développement de méthodes de modélisation inverse à partir de la modélisation d'une zone discrète de diaclases.
Au cours de la phase 3 du projet BK on a acquis, en plus des développements méthodologiques, des éléments importants pour la caractérisation hydrogéologique du site d'étude. On a pu montrer par exemple que les deux lamprophyres situés au nord et au sud du système de diaclases BK découplent presque entièrement hydrauliquement des sites d'essais voisins. Le système hydraulique du faisceau de forages BK est donc limité et possède une surface libre contrôlée par le drainage dans les galeries et les apports latéraux. Seule une très petite partie des diaclases inventoriées sur les carottes est hydrauliquement active. Les essais hydrauliques ont montré que le rôle des diaclases dans les zones soi-disontes S a été sous-estimé dans le passé. Le modèle développé a permis de réaliser des modélisations inverses d'un essai hydraulique de type crosshole. Malgré la structure relativement simple du modèle choisi en raison du temps limité disponible, la correspondance avec les données observées est étonnamment bonne. Une étude de sensibilité a finalement montré de quelle façon le modèle structural utilisé pouvait être amélioré dans le cadre de futures modélisations.