Date: 18 janvier 2016 à 14h00
Lieu: ENSCBP
Auditorium du bâtiment B
Allée Geoffroy Saint-Hilaire
33600 PESSAC
Les interactions entre les eaux souterraines et les eaux de surface sont complexes et jouent
un rôle prépondérant dans le fonctionnement des hydrosystèmes, tant en termes quantitatifs
(soutien des étiages, évènements de crues) que qualitatifs (transport de polluants
d’origines agricole ou industrielle). Ces problématiques sont abordées à travers la caractérisation
et la modélisation des échanges nappe-rivière à l’échelle intermédiaire [1-10km]
avec pour objet d’étude le champ captant de Thil-Gamarde qui alimente la métropole de
Bordeaux en eau potable. Ce champ captant est traversé par un cours d’eau, la Jalle de
Saint-Médard, vecteur historique de pollutions. L’objectif principal de ces recherches, réalisées
dans le cadre d’un projet de recherche intitulé MHYQADEAU, est de proposer un
outils d’aide à la gestion de la ressource en eau.
Une revue bibliographique des méthodes d’étude des échanges nappe-rivière fait état de
la rareté des méthodes disponibles à l’échelle intermédiaire, et met en avant la nécessité
d’employer la modélisation, conjointe à des mesures de terrain, pour étendre l’information
locale à l’échelle intermédiaire.
Ainsi, une première phase est constituée d’un volet théorique, visant à améliorer les modalités
d’intégration des rivières dans les modèles hydrogéologiques de l’échelle intermédiaire
à régionale. Les rivières sont généralement modélisées par l’intermédiaire d’une condition
de type Cauchy. Ce type de condition est basé sur une valeur de conductance (Coefficient
RIVière, CRIV ). La difficulté majeure étant la détermination d’une valeur cohérente du
CRIV, paramètre qui intègre plusieurs phénomènes physiques. Un outil a été développé
pour estimer cette valeur à partir d’informations sur les paramètres hydrodynamiques et
géométriques de la nappe et de la rivière. Cet outil consiste en un modèle conceptuel réalisé
avec le code de calcul SUTRA, à l’échelle locale d’une section d’aquifère en relation
avec une rivière. Contrairement aux autres approches utilisées jusqu’à présent pour obtenir
CRIV, la méthode proposée prend en compte la taille du maillage, et l’anisotropie de
conductivité hydraulique de l’aquifère. Une analyse de sensibilité globale indique la forte
sensibilité de ces paramètres sur le CRIV. La valeur du CRIV obtenue est assortie d’une
distribution probabiliste a priori et peut constituer une valeur initiale et de régularisation
pour la calibration d’un modèle d’intéraction nappe-rivière.
L’étude du champ captant de Thil-Gamarde, qui constitue le coeur de ce travail de thèse,
débute avec l’établissement d’un modèle conceptuel des écoulements et du transport en
nappe. Cette partie est fondée essentiellement sur des travaux de terrain visant à acquérir
un maximum d’informations sur la zone d’étude. L’approche multidisciplinaire envisagée
est constituée de travaux hydrogéologiques complétés par des travaux hydro-chimiques et
géophysiques réalisés en parallèle. L’ensemble des ces études ont permis i) de décrire un
contexte structural fortement hétérogène, ii) de mettre en place un réseau de suivi hydrogéochimique,
iii) de définir les rapports de mélange nappe-rivière en chacun des points
d’observation, et iv) d’obtenir de l’information a priori sur les propriétés hydrodynamiques
de l’aquifère et du lit de la rivière.
Un modèle 2D horizontal en régime transitoire élaboré avec les codes de calculs MODFLOW
pour l’écoulement et MT3DMS pour le transport, a été construit. Les propriétés
hydrodynamiques de l’aquifère, transmissivité et coefficient d’emmagasinement, sont paramétrisées
à travers un grand nombre de points pilotes. La calibration du modèle est réalisée
avec l’algorithme de Gauss-Levenberg Marquardt implémenté dans la suite PEST++. La
calibration des paramètres du modèle est réalisée vis-à-vis des chroniques de charge hydraulique
mesurées en différents points de l’aquifère ainsi que sur les rapports de mélange
nappe-rivière aux ouvrages de production, déduit des campagnes géochimiques. Une régularisation
de type Tikhonov sur les valeurs a priori de chaque paramètre est effectuée
pour contraindre la calibration. Elle a également été accompagnée par une régularisation
mathématique (SVD).
L’étape de calibration des rapports de mélange nappe-rivière simulée avec MT3DMS nécessite
des temps de calculs importants. Pour palier à ce problème, un modèle équivalent,
rapide, de transport advectif avec le suivi de particules a été développé avec MODPATH.
Cette méthode se base sur le décompte de particules semées depuis un point de production
(puits) jusqu’à sa source (rivière) (backward particle tracking).
L’étape de calibration avec régularisation est menée conjointement sur les modèles d’écoulement
et de transport. A l’issue de cette phase de calibration l’estimation des incertitudes
paramétriques et prédictives du modèle est conduite par analyse linéaire et méthode du
Null Space Monte Carlo (NSMC).
Enfin, quelques scénarios prédictifs de gestion sont présentés afin de répondre à la contrainte
majeure de la réduction des proportions d’eau de rivière dans les ouvrages de production.
Mots clés : Échanges nappe-rivière, modélisation, MODFLOW, MT3DMS, MODPATH,
calibration, simulation