Quantification de la distribution des vitesses d'écoulement dans l'aquifère fracturé de la craie de Champagne par multitraçages élémentaires et isotopiques

Quantifying the distribution of flow velocities in the fractured Champagne Chalk aquifer by elementary and isotopic multitracing.

• Auteur / Autrice : Loïs Dufour
• Direction : Sophie Violette
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Laboratoire de géologie
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : LRC Yves Rocard - ENS/CEA
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)

Mots clés

Mots clés libres

Hydrogéologie

Double milieu

Expérimentation multitraçage géochimiques et isotopiques

Modélisation numérique

Hydrogeology

Double media

Geochemical and isotopical tracing

Numerical modelling

Résumé

Dans le contexte des sites et sols pollués, les eaux souterraines sont le principal vecteur des polluants vers les forages d'alimentation en eau potable et les rivières. La connaissance de la répartition verticale de ces polluants au sein de la nappe et l'évaluation des mécanismes supportant leur transport dans les aquifères sont des enjeux majeurs pour l'évaluation des risques environnementaux associés aux activités d'installations industrielles. Les aquifères présentent le plus souvent une extension latérale (quelques dizaines à quelques centaines de kilomètres) très supérieure à leur extension verticale (quelques dizaines à quelques centaines de mètres). Cette morphologie particulière conduit en première approche, à les considérer comme des objets à deux dimensions horizontales, en négligeant les hétérogénéités verticales. Or au sein d'une même unité aquifère, il peut exister des variations lithologiques qui conduisent à des variations importantes des propriétés hydrauliques et physiques (porosité). De ce fait, les vitesses de transport des solutés, moyennées dans une approche simpliste en 2D, sont en réalité très hétérogènes, ce qui conduit à les sous-estimer. L'objectif de la thèse consiste à déterminer les vitesses d'écoulement de l'eau et de transfert de solutés dans un milieu poreux et fracturé, en utilisant un large panel de traceurs naturels et anthropiques. Une attention particulière sera portée à la stratification verticale des écoulements. Le site d'étude est situé dans l'aquifère de la Craie de Champagne. Les expérimentations consisteront à réaliser des forages, à injecter des traceurs, et à suivre leur concentration dans différents piézomètres. A chaque étape, des modélisations de complexités croissantes intégreront les informations structurales ainsi que les paramètres d'écoulement et de transport observés par l'analyse de traceurs environnementaux et de traceurs artificiels Lors de cette phase seront comparés différentes méthodes de calcul (LPM, THYRSIS, FEFLOW, HYDRUS, COMSOL...).

In contaminated environment, underground water is the main contaminant carrier towards drinking water wells and rivers. Understanding the vertical distribution of those contaminants inside the aquifer et evaluating their underground transport mechanisms are primary stakes for the evaluation of environmental risks related to industrial activities. Aquifers mostly present a lateral extension (tens to hundreds of kilometres) much bigger than their vertical extension (tens to hundreds of meters). This special morphology leads to consider them first as 2-dimensional objects, neglecting their vertical geological and hydrogeological heterogeneities. However, within a given aquifer formation, there may be some lithological variations leading to dramatic variations of porosity and hydraulic properties. Hence, transportation speed of solutes, usually averaged in a simple 2D-approximation, are actually very heterogeneous, leading to underestimating them. The aim of this PhD is to determine the water flowing and solutes transportation velocities in a porous and fractured environment, using various natural and anthropic tracers. Special attention will be given to the vertical stratification of the flows. The study site is located in the Champagne chalk aquifer. The experiments will consist in drilling, injecting tracers, and following their concentration in several wells. At each step, models with increasing complexity will take into account structural information and flowing parameters deduced from the results of the natural and artificial tracer tests. At this point, several computation methods will be compared (LPM, THYRSIS, FEFLOW, HYDRUS, COMSOL...).