| Structure des écoulements et propriétés de transport des aquifères cristallins fracturés et altérés : application au site de Choutuppal (Inde du Sud) (Flow structure and transport properties of fractured and weathered crystalline aquifers : application to Choutuppal site (South India)) Guihéneuf, Nicolas - (2014-07-08) / Université de Rennes 1 - Structure des écoulements et propriétés de transport des aquifères cristallins fracturés et altérés : application au site de Choutuppal (Inde du Sud)
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Langue : Français Directeur(s) de thèse: Bour, Olivier; Maréchal, Jean-Christophe Discipline : Sciences de la Terre Laboratoire : Géosciences Rennes Ecole Doctorale : Sciences de la matière Classification : Sciences de la terre Mots-clés : Hydrogéologie, Aquifère, Roche cristalline, Fracture, Transport, Écoulement, Inde, Vulnérabilité
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Résumé : Les milieux de socle cristallins fracturés et altérés représentent souvent la seule ressource en eau viable pour les régions arides et semi-arides. Toutefois, ces milieux fortement hétérogènes restent encore mal connus, notamment les principales structures qui contrôlent les écoulements et le transport de contaminants. Afin d'améliorer la connaissance de ces milieux, nous avons effectué une analyse détaillée des propriétés hydrologiques du site expérimental de Choutuppal (Andhra Pradesh, Inde du Sud) qui bénéficie d'un réseau dense de forages d'observation. L'étude porte à la fois sur 1) l'identification des structures pertinentes et la variabilité spatiale des propriétés hydrauliques et 2) sur les processus dominant le transport de soluté dans ces milieux fracturés. Dans un premier temps, l'évolution des propriétés en fonction de la profondeur a permis d'identifier les structures les plus perméables. Les propriétés du milieu ont ensuite été étudiées dans des conditions hydrologiques très contrastées. En conditions de hautes eaux, l'interface saprolite-granite contrôle les écoulements souterrains à l'échelle du bassin versant. En revanche, lorsque les niveaux piézométriques sont plus bas que cette interface, une compartimentation hydrologique apparaît en raison de la diminution de la connectivité et du nombre de fractures perméables en profondeur. Un modèle conceptuel d'écoulement souterrain est proposé à l'échelle du bassin-versant pour illustrer ces comportements hydrologiques contrastés. Pour identifier le rôle respectif des processus advectifs et diffusifs affectant tous deux le transport de soluté, deux types d'expériences de traçages artificiels ont été réalisés sous différentes configurations d'écoulements. La combinaison d'expériences de traçages entre puits et sur puits seul (push-pull) ont permis de mettre en avant le rôle prédominant de l'advection hétérogène. La diffusion dans la matrice peut être négligée, au moins pour les échelles de temps considérées. Les expériences de push-pull ont également permis d'identifier l'impact de l'échelle d'investigation sur le transport anormal de soluté. L'ensemble de ces résultats fournit une meilleure connaissance des propriétés et de la vulnérabilité de ces milieux soumis à une forte pression anthropique. Abstract : The fractured and weathered crystalline aquifers are often the only viable water resource in arid and semi-arid regions. Nevertheless, these highly heterogeneous media are still poorly understood, especially the major structures that control groundwater flows and contaminant transport. To improve knowledge of those media, we have conducted a detailed analysis of the hydrological properties of the Choutuppal experimental site (Andhra Pradesh, Southern India) which has a dense network of observation boreholes. The study focus on 1) the identification of relevant structures and the spatial variability of hydraulic properties and 2) the dominant solute transport processes in these fractured media. First, the evolution of properties with depth highlights the most permeable structures. The properties were then studied in highly contrasted hydrological conditions. In high water level conditions, the saprolite – granite interface controls groundwater flows at watershed scale. By contrast, when groundwater level is lower than this interface, hydrological compartmentalization appears due to the decrease of the number of permeable fractures with depth which in turns decreases considerably connectivity with depth. A conceptual model of groundwater flow is proposed at the watershed scale to illustrate these contrasting behaviors. To identify the respective role of advective and diffusive processes affecting both solute transport, two kind of tracer experiments were conducted under different flows configurations. Combination of tracer experiments between boreholes and single borehole tests (push-pull) permit to highlight the predominant role of heterogeneous advection. Matrix diffusion can be neglected at least for the time scales considered. The push-pull experiments have also allowed identifying the impact of investigation scale on anomalous solute transport. All results give a better understanding of the properties and the vulnerability of those media subject to strong anthropogenic pressure. | |||