BRGM

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT

Analyse des mécanismes de pollutionD'UNE nappe alluviale

A l'aide d'un MODELE DE LABORATOIRE

Juin 1991

B.R.G.M

2 3.D[;C.1991

BIBLiOTHÈQUE

P. ACKERER*, M. RUCH*

A. TALBOT**, J.P. VANÇON**

R 33786 ALS 4S 91

* INSTITUT DE MECANIQUE DES FLUIDES2, rue Boussaingoult - 67083 STRASBOURG - Tél.: 88.61.62

** BRGM ALSACE204, Route de Schirmeck - 67200 STRASBOURG - Tél.: 88.30.23.62

BRGM

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT

Analyse des mécanismes de pollutionD'UNE nappe alluviale

A l'aide d'un MODELE DE LABORATOIRE

Juin 1991

B.R.G.M

2 3.D[;C.1991

BIBLiOTHÈQUE

P. ACKERER*, M. RUCH*

A. TALBOT**, J.P. VANÇON**

R 33786 ALS 4S 91

* INSTITUT DE MECANIQUE DES FLUIDES2, rue Boussaingoult - 67083 STRASBOURG - Tél.: 88.61.62

** BRGM ALSACE204, Route de Schirmeck - 67200 STRASBOURG - Tél.: 88.30.23.62

Sommaire

Résumé 1

Introduction 3

A : Modèle physique tridimensionnel1, Enceinte thermostatée - Système de climatisation 5

2, Cuve expérimentale - Remplissage 6

3. Système d'alimentation3.1. Alimentation en eau 73.2. Alimentation en solution saline 9

4. Mesure et acquisition des données4.1, Les cellules de mesure 104.2. Boîtier d'acquisition - Conductimètre - Micro-ordinateur 16

B : Expérience de migration d'une solution de chlorure de sodiumdans le milieu poreux

1, Caractéristiques1.1, Milieu poreux 181.2, Caractéristiques hydrodynamiques 181.3, Caractéristiques de la source de pollution 14

2, Résultats2.1. Résultats expérimentaux 192.2. Résultats des simulations numériques 252.3. Détermination des paramètres hydrodynamiques 26

C : Expérience d'injection localisée d'une solution de chlorure desodium dans le milieu poreux

1. Caractéristiques1.1, Milieu poreux 321.2, Caractéristiques hydrodynamiques 321.3, Caractéristiques de la source de pollution 19

2, Résultats2.1. Détermination des paramètres à partir des moments dela distribution spatiale des concentrations 332.2. Résultats expérimentaux 36

Conclusion 39

Sommaire

Résumé 1

Introduction 3

A : Modèle physique tridimensionnel1, Enceinte thermostatée - Système de climatisation 5

2, Cuve expérimentale - Remplissage 6

3. Système d'alimentation3.1. Alimentation en eau 73.2. Alimentation en solution saline 9

4. Mesure et acquisition des données4.1, Les cellules de mesure 104.2. Boîtier d'acquisition - Conductimètre - Micro-ordinateur 16

B : Expérience de migration d'une solution de chlorure de sodiumdans le milieu poreux

1, Caractéristiques1.1, Milieu poreux 181.2, Caractéristiques hydrodynamiques 181.3, Caractéristiques de la source de pollution 14

2, Résultats2.1. Résultats expérimentaux 192.2. Résultats des simulations numériques 252.3. Détermination des paramètres hydrodynamiques 26

C : Expérience d'injection localisée d'une solution de chlorure desodium dans le milieu poreux

1. Caractéristiques1.1, Milieu poreux 321.2, Caractéristiques hydrodynamiques 321.3, Caractéristiques de la source de pollution 19

2, Résultats2.1. Détermination des paramètres à partir des moments dela distribution spatiale des concentrations 332.2. Résultats expérimentaux 36

Conclusion 39

LISTE DES HGURES

Figure 1 : Dispositif expérimental 5

Figure 2 : Cellules conductimétriques 10

Figures 3 à 7 : Courbes c/co fonction du temps 18-22Figures 8 à U : Comparaison valeurs simulées - valeurs mesurées 25 - 26Figure 12 : Evolution de la vitesse moyenne de pore

en fonction de la distance 29Figure 13 : Evolution de la dispersivité longitudinale

en fonction de la distance 29Figure 14 : Masse de polluant dans le milieu en fonction

du temps 35Figure 15 : Distance parcourue par le centre de

masse en fonction du temps 35Figure 16 : Détermination de la dispersivité longitudinale 36

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1 : Géométrie des différentes couches du milieux "

Annexe 2 : Caractéristiques de chaque cellule (coordonnées, type de sabledans lequel elle se trouve)

Annexe 3 : Plaquette de présentation du modèle

LISTE DES HGURES

Figure 1 : Dispositif expérimental 5

Figure 2 : Cellules conductimétriques 10

Figures 3 à 7 : Courbes c/co fonction du temps 18-22Figures 8 à U : Comparaison valeurs simulées - valeurs mesurées 25 - 26Figure 12 : Evolution de la vitesse moyenne de pore

en fonction de la distance 29Figure 13 : Evolution de la dispersivité longitudinale

en fonction de la distance 29Figure 14 : Masse de polluant dans le milieu en fonction

du temps 35Figure 15 : Distance parcourue par le centre de

masse en fonction du temps 35Figure 16 : Détermination de la dispersivité longitudinale 36

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1 : Géométrie des différentes couches du milieux "

Annexe 2 : Caractéristiques de chaque cellule (coordonnées, type de sabledans lequel elle se trouve)

Annexe 3 : Plaquette de présentation du modèle

RESUME

A l'heure actuelle, il est très difficile, connaissant une source de pollution, de

prévoir son cheminement à travers un aquifère alluvial et d'évaluer ainsi les

risques encourus par les différents captages, du fait de nos connaissances encore

limitées des réservoirs hétérogènes complexes. Une définition satisfaisante des

hétérogénéités passe par la réalisation d'un très grand nombre de sondages de

reconnaissance et par la mise en oeuvre d'expériences de traçage in situ ; de telles

investigations représentent un investissement important.Or on sait mal, actuellement, dans quelle mesure les hétérogénéités du

réservoir aquifère peuvent influer sur la trajectoire et l'intensité des pollutions.D'autre part, on ne dispose pas de moyens suffisants pour connaître dans le détail

ces hétérogénéités.

Dans ce contexte, il est apparu particulièrement intéressant de réaliser en

laboratoire un modèle physique permettant de représenter des hétérogénéités

dont la géométrie est parfaitement connue, de façon à observer l'impact de ces

hétérogénéités sur la propagation des pollutions. Un tel modèle physique peut

permettre par ailleurs d'étalonner les modèles mathématiques par rapport à des

configurations complexes, la fiabilité de ces modèles n'ayant été testée jusqu'àprésent que par rapport à des solutions analytiques correspondant à des cas de

figures simples, dans des aquifères homogènes.

Les travaux de réalisation du modèle physique se sont étalés sur plus de deux

ans. La première phase a été consacrée à la mise au point de l'ensemble de

l'environnement du modèle, comprenant notamment les mécanismes des

entrées et des sorties de flux et de pollution, le dispositif d'acquisition des

données, et les logiciels de commande, acquisition et traitement des données.

Cette mise au point, réalisée sur une cuve de dimensions réduites, a fait l'objetdu rapport BRGM/IMF R30245 ALS 4S 90. Le travail de la deuxième année a

comporté l'étude des mécanisn^es de pollution dans une configurationhétérogène précise, mise en oeuvre dans la grande cuve, avec travail en parallèle

sur modèle mathématique.

On dispose désormais d'un dispositif expérimental performant, permettantd'étudier les différents phénomènes qui régissent la propagation d'uri polluantdans le milieu poreux, en trois dimensions. Le modèle comporte un système

automatique de mesure et d'enregistrement, avec possibilité de choisir les points

1

RESUME

A l'heure actuelle, il est très difficile, connaissant une source de pollution, de

prévoir son cheminement à travers un aquifère alluvial et d'évaluer ainsi les

risques encourus par les différents captages, du fait de nos connaissances encore

limitées des réservoirs hétérogènes complexes. Une définition satisfaisante des

hétérogénéités passe par la réalisation d'un très grand nombre de sondages de

reconnaissance et par la mise en oeuvre d'expériences de traçage in situ ; de telles

investigations représentent un investissement important.Or on sait mal, actuellement, dans quelle mesure les hétérogénéités du

réservoir aquifère peuvent influer sur la trajectoire et l'intensité des pollutions.D'autre part, on ne dispose pas de moyens suffisants pour connaître dans le détail

ces hétérogénéités.

Dans ce contexte, il est apparu particulièrement intéressant de réaliser en

laboratoire un modèle physique permettant de représenter des hétérogénéités

dont la géométrie est parfaitement connue, de façon à observer l'impact de ces

hétérogénéités sur la propagation des pollutions. Un tel modèle physique peut

permettre par ailleurs d'étalonner les modèles mathématiques par rapport à des

configurations complexes, la fiabilité de ces modèles n'ayant été testée jusqu'àprésent que par rapport à des solutions analytiques correspondant à des cas de

figures simples, dans des aquifères homogènes.

Les travaux de réalisation du modèle physique se sont étalés sur plus de deux

ans. La première phase a été consacrée à la mise au point de l'ensemble de

l'environnement du modèle, comprenant notamment les mécanismes des

entrées et des sorties de flux et de pollution, le dispositif d'acquisition des

données, et les logiciels de commande, acquisition et traitement des données.

Cette mise au point, réalisée sur une cuve de dimensions réduites, a fait l'objetdu rapport BRGM/IMF R30245 ALS 4S 90. Le travail de la deuxième année a

comporté l'étude des mécanisn^es de pollution dans une configurationhétérogène précise, mise en oeuvre dans la grande cuve, avec travail en parallèle

sur modèle mathématique.

On dispose désormais d'un dispositif expérimental performant, permettantd'étudier les différents phénomènes qui régissent la propagation d'uri polluantdans le milieu poreux, en trois dimensions. Le modèle comporte un système

automatique de mesure et d'enregistrement, avec possibilité de choisir les points

1

à interroger et le rythme des mesures, et de visualiser la progression de la

contamination pendant le déroulement de l'expérience. Les expériences réalisées

ont permis de valider un modèle mathématique, qui constitue par conséquent

un outil numérique capable de fonctionner en parallèle, dans des conditionsd'hétérogénéités analogues à celles du modèle physique.

Parmi les résultats théoriques obtenus, il semble que l'on ait pu mettre en

évidence expérimentalement une augmentation de la dispersivité longitudinaleavec la distance.

Les données nombreuses recueillies au cours des expériences réalisées

devraient permettre prochainement de déterminer le degré de connaissance des

hétérogénéités indispensable à une modélisation correcte des phénomènes,

l'influence de la taille et de la direction des hétérogénéités sur la propagation des

polluants, etc..On dispose donc bel et bien d'un outil d'expérimentation et de réflexion qui,

s'il ne permet pas directement de résoudre les cas pratiques de pollution,permettra de mettre au point et de valider de tels outils d'aide à la décision pourla gestion des ressources en eaux souterraines face aux multiples pollutions quiles menacent.

Ce travail a été réalisé grâce à une collaboration étroite entre le Bureau de

Recherches Géologiques et Minières et le Laboratoire d'Hydrodynamique des

Milieux Poreux de l'Institut de Mécanique des Fluides de Strasbourg, qui bénéfi¬

cie d'une grande expérience dans le domaine des modèles physiques et des tech¬

niques d'acquisition de données. Ce programme a été exécuté grâce au soutienfinancier du Ministère de l'Environnement, du CNRS et de la Région Alsace.

à interroger et le rythme des mesures, et de visualiser la progression de la

contamination pendant le déroulement de l'expérience. Les expériences réalisées

ont permis de valider un modèle mathématique, qui constitue par conséquent

un outil numérique capable de fonctionner en parallèle, dans des conditionsd'hétérogénéités analogues à celles du modèle physique.

Parmi les résultats théoriques obtenus, il semble que l'on ait pu mettre en

évidence expérimentalement une augmentation de la dispersivité longitudinaleavec la distance.

Les données nombreuses recueillies au cours des expériences réalisées

devraient permettre prochainement de déterminer le degré de connaissance des

hétérogénéités indispensable à une modélisation correcte des phénomènes,

l'influence de la taille et de la direction des hétérogénéités sur la propagation des

polluants, etc..On dispose donc bel et bien d'un outil d'expérimentation et de réflexion qui,

s'il ne permet pas directement de résoudre les cas pratiques de pollution,permettra de mettre au point et de valider de tels outils d'aide à la décision pourla gestion des ressources en eaux souterraines face aux multiples pollutions quiles menacent.

Ce travail a été réalisé grâce à une collaboration étroite entre le Bureau de

Recherches Géologiques et Minières et le Laboratoire d'Hydrodynamique des

Milieux Poreux de l'Institut de Mécanique des Fluides de Strasbourg, qui bénéfi¬

cie d'une grande expérience dans le domaine des modèles physiques et des tech¬

niques d'acquisition de données. Ce programme a été exécuté grâce au soutienfinancier du Ministère de l'Environnement, du CNRS et de la Région Alsace.

INTRODUCnON

A l'heure actuelle, il est très difficile, connaissant une source de pollution, de

prévoir son cheminement à travers un aquifère alluvial et d'évaluer ainsi les

risques encourus par les différents captages, du fait de nos connaissances encore

limitées des réservoirs hétérogènes complexes. Une définition satisfaisante des

hétérogénéités passe par la réalisation d'un très grand nombre de sondages de re¬

connaissance et par la mise en oeuvre d'expériences de traçage in situ ; de telles

investigations représentent un investissement important.

Dans ce contexte, un modèle physique construit en laboratoire permet, pourun coût raisonnable, de multiplier les expériences dans des conditions très va¬

riées afin de faire progresser nos connaissances sur la propagation des pollutionsdans les milieux hétérogènes et d'étalonner les modèles mathématiques par rap¬

port à des configurations complexes, la fiabilité de ces modèles n'ayant été testée

jusqu'à présent que par rapport à des solutions analytiques correspondant à des

cas de figures simples, dans des aquifères homogènes.

Les expériences menées sur modèle physique devraient permettre d'améliorerla compréhension des mécanismes qui régissent les phénomènes de propagationdes pollutions, ensuite d'évaluer leur importance relative et leurs interactions,enfin de valider un modèle théorique. Le modèle de laboratoire, de par lamaîtrise et le contrôle des paramètres hydrodynamiques et hydrodispersifs, est

un outil d'investigation particulièrement bien adapté.

En effet, il est fréquent de nos jours que des déversements accidentels de pro¬

duits toxiques portent atteinte à la qualité des eaux souterraines. Il est alors im¬

portant pour les différentes autorités chargées de la police des eaux de prévoircomment va évoluer une pollution.

C'est précisément un des buts du modèle tridimensionnel mis en oeuvre. Le

programme de travail retenu porte sur une durée de deux ans. Dans sa première

phase, correspondant à l'année 1989, il prévoit, avant la mise en oeuvre du mo¬

dèle physique proprement dit, la mise au point de l'ensemble de

l'environnement, comprenant notamment les mécanismes des entrées et des

sorties de flux et de pollution, le dispositif d'acquisition des données, et les logi¬

ciels de commande, acquisition et traitement des données. Cette mise au point.

INTRODUCnON

A l'heure actuelle, il est très difficile, connaissant une source de pollution, de

prévoir son cheminement à travers un aquifère alluvial et d'évaluer ainsi les

risques encourus par les différents captages, du fait de nos connaissances encore

limitées des réservoirs hétérogènes complexes. Une définition satisfaisante des

hétérogénéités passe par la réalisation d'un très grand nombre de sondages de re¬

connaissance et par la mise en oeuvre d'expériences de traçage in situ ; de telles

investigations représentent un investissement important.

Dans ce contexte, un modèle physique construit en laboratoire permet, pourun coût raisonnable, de multiplier les expériences dans des conditions très va¬

riées afin de faire progresser nos connaissances sur la propagation des pollutionsdans les milieux hétérogènes et d'étalonner les modèles mathématiques par rap¬

port à des configurations complexes, la fiabilité de ces modèles n'ayant été testée

jusqu'à présent que par rapport à des solutions analytiques correspondant à des

cas de figures simples, dans des aquifères homogènes.

Les expériences menées sur modèle physique devraient permettre d'améliorerla compréhension des mécanismes qui régissent les phénomènes de propagationdes pollutions, ensuite d'évaluer leur importance relative et leurs interactions,enfin de valider un modèle théorique. Le modèle de laboratoire, de par lamaîtrise et le contrôle des paramètres hydrodynamiques et hydrodispersifs, est

un outil d'investigation particulièrement bien adapté.

En effet, il est fréquent de nos jours que des déversements accidentels de pro¬

duits toxiques portent atteinte à la qualité des eaux souterraines. Il est alors im¬

portant pour les différentes autorités chargées de la police des eaux de prévoircomment va évoluer une pollution.

C'est précisément un des buts du modèle tridimensionnel mis en oeuvre. Le

programme de travail retenu porte sur une durée de deux ans. Dans sa première

phase, correspondant à l'année 1989, il prévoit, avant la mise en oeuvre du mo¬

dèle physique proprement dit, la mise au point de l'ensemble de

l'environnement, comprenant notamment les mécanismes des entrées et des

sorties de flux et de pollution, le dispositif d'acquisition des données, et les logi¬

ciels de commande, acquisition et traitement des données. Cette mise au point.

sur une cuve de dimensions réduites, a fait l'objet du rapport BRGM/IMF R30245

ALS 4S 90,

Le programme de la deuxième année comporte l'étude des mécanismes de

pollution dans un cas précis, avec réalisation de manipulations sur grande cuve

et travail en parallèle sur modèle mathématique.

Le présent rapport rend compte des résultats obtenus à l'issue de cette seconde

année.

Ce travail a été réalisé grâce à une collaboration étroite entre le Bureau de

Recherches Géologiques et Minières et le Laboratoire d'Hydrodynamique des

Milieux Poreux de l'Institut de Mécanique des Fluides de Strasbourg, qui bénéfi¬

cie d'une grande expérience dans le domaine des modèles physiques et des tech¬

niques d'acquisition de données. Ce programme a été exécuté grâce au soutien

financier du Ministère de l'Environnement, du CNRS et de la Région Alsace.

sur une cuve de dimensions réduites, a fait l'objet du rapport BRGM/IMF R30245

ALS 4S 90,

Le programme de la deuxième année comporte l'étude des mécanismes de

pollution dans un cas précis, avec réalisation de manipulations sur grande cuve

et travail en parallèle sur modèle mathématique.

Le présent rapport rend compte des résultats obtenus à l'issue de cette seconde

année.

Ce travail a été réalisé grâce à une collaboration étroite entre le Bureau de

Recherches Géologiques et Minières et le Laboratoire d'Hydrodynamique des

Milieux Poreux de l'Institut de Mécanique des Fluides de Strasbourg, qui bénéfi¬

cie d'une grande expérience dans le domaine des modèles physiques et des tech¬

niques d'acquisition de données. Ce programme a été exécuté grâce au soutien

financier du Ministère de l'Environnement, du CNRS et de la Région Alsace.

A. MODELE PHYSIQUE TRIDIMENSIONNEL

La mise en place du modèle expérimental a été faite en respectant un

certain nombre de contraintes, dont les principales sont énumérées ci-dessous :

- milieu pouvant être bien caractérisé,

- conditions proches des conditions réelles,

- large gamme de concentrations,

- écoulement à débit constant,

- température constante,

- mesure automatisée,

- suivi des expériences en "temps réel",

- système de mesures non destructif et fiable.

Dans la suite, nous allons nous attacher à justifier ces différents pointset présenter comment ils ont été abordés. Les solutions technologiques choisies

peuvent être réparties en quatre ensembles qui constituent le modèle expérimen¬

tal :

- système de climatisation,

- cuve expérimentale,

- système d'alimentation,- système d'acquisition de données.

1.Enceinte thermostatée - Système de climatisation (photo. 1)

Nous avons cherché à nous placer dans des conditions de température

proches de celles existant dans la nappe phréatique (12 - 13 "C) et dans le réseau de

distribution urbain qui alimente le modèle. Les mesures de conductivité étant

très sensibles aux variations de température, il est nécessaire de maintenirl'échantillon de milieu poreux à une valeur constante. Cette condition ne peutêtre réalisée qu'en maintenant l'ambiance autour de l'échantillon à latempérature de l'eau d'alimentation. En effet, une température ambiante plusélevée pourrait conduire à un réchauffement de l'eau pendant son passage dans

le milieu poreux, pour des vitesses d'écoulement faibles (2-4 m/j). Ceci pourraitentraîner un dégazage de l'eau, donc une modification de la valeur de la porosité

de la matrice poreuse, et influencerait la précision des mesures. Un gradient de

température pourrait également donner lieu à des phénomènes de convection

qui modifieraient l'écoulement.

A. MODELE PHYSIQUE TRIDIMENSIONNEL

La mise en place du modèle expérimental a été faite en respectant un

certain nombre de contraintes, dont les principales sont énumérées ci-dessous :

- milieu pouvant être bien caractérisé,

- conditions proches des conditions réelles,

- large gamme de concentrations,

- écoulement à débit constant,

- température constante,

- mesure automatisée,

- suivi des expériences en "temps réel",

- système de mesures non destructif et fiable.

Dans la suite, nous allons nous attacher à justifier ces différents pointset présenter comment ils ont été abordés. Les solutions technologiques choisies

peuvent être réparties en quatre ensembles qui constituent le modèle expérimen¬

tal :

- système de climatisation,

- cuve expérimentale,

- système d'alimentation,- système d'acquisition de données.

1.Enceinte thermostatée - Système de climatisation (photo. 1)

Nous avons cherché à nous placer dans des conditions de température

proches de celles existant dans la nappe phréatique (12 - 13 "C) et dans le réseau de

distribution urbain qui alimente le modèle. Les mesures de conductivité étant

très sensibles aux variations de température, il est nécessaire de maintenirl'échantillon de milieu poreux à une valeur constante. Cette condition ne peutêtre réalisée qu'en maintenant l'ambiance autour de l'échantillon à latempérature de l'eau d'alimentation. En effet, une température ambiante plusélevée pourrait conduire à un réchauffement de l'eau pendant son passage dans

le milieu poreux, pour des vitesses d'écoulement faibles (2-4 m/j). Ceci pourraitentraîner un dégazage de l'eau, donc une modification de la valeur de la porosité

de la matrice poreuse, et influencerait la précision des mesures. Un gradient de

température pourrait également donner lieu à des phénomènes de convection

qui modifieraient l'écoulement.

La solution choisie est la réalisation d'un caisson thermostaté autour du mo¬

dèle expérimental. L'enceinte qui constitue ce local est à structure en acier, dé¬

montable au moment du remplissage de la cuve expérimentale. Les parois sont

des panneaux isolants ayant une très bonne résistance thermique tout en gardant

une rigidité importante, La température à l'intérieur de cette cabine, fixée à

13±1°C, est obtenue grâce à un groupe frigorifique à condensation par air d'une

puissance de 5400 W, Une technologie propre à l'industrie du froid a du être mise

en car les installations classiques de climatisation ne permettent pas

d'atteindre une température aussi basse. Quatre ventilateurs assurent à

l'intérieur de l'enceinte une bonne homogénéisation de l'air autour de la cuve

expérimentale.

Dans cette cabine sont aussi placés les déversoirs de réglage du débit volu¬

mique dans le milieu poreux et les réservoirs d'alimentation en eau et en solu¬

tion saline. Ainsi tous les fluides qui sont utilisés pour les expériences sont à lamême température,

La mise en place de cette enceinte dont les parois sont opaques, permet aussi de

garder l'échantillon de milieu poreux à l'abri de toute prolifération d'algues,

2.Cuve expérimentale - Remplissage

La cuve expérimentale est une cuve en polypropylene. Elle est munied'une armature métallique lui permettant de résister aux contraintes mécaniques

dues à la masse importante (11 tonnes) de milieu poreux qu'elle contient. Elle est

divisée en trois compartiments (cf figure 1):

- un bac amont relié à un déversoir,

- le compartiment contenant le milieu poreux de dimensions 5,60 X

1,00 X 0,95 m,

- un bac aval relié à un déversoir.

Le milieu poreux est séparé des bacs amont et aval par des cloisons en poly¬

propylene perforées et recouvertes de grilles en nylon.Le fond de la cuve est incliné dans le sens de sa plus grande dimension de 1 %.

La différence de charge entre le déversoir amont et le déversoir aval est réglable

afin de faire varier la vitesse d'écoulement dans le milieu poreux.

Sur les conduites d'évacuation de chaque déversoir sont installés des débit¬

mètres qui permettent de vérifier de façon automatique les valeurs des débits vo¬

lumiques.

La solution choisie est la réalisation d'un caisson thermostaté autour du mo¬

dèle expérimental. L'enceinte qui constitue ce local est à structure en acier, dé¬

montable au moment du remplissage de la cuve expérimentale. Les parois sont

des panneaux isolants ayant une très bonne résistance thermique tout en gardant

une rigidité importante, La température à l'intérieur de cette cabine, fixée à

13±1°C, est obtenue grâce à un groupe frigorifique à condensation par air d'une

puissance de 5400 W, Une technologie propre à l'industrie du froid a du être mise

en car les installations classiques de climatisation ne permettent pas

d'atteindre une température aussi basse. Quatre ventilateurs assurent à

l'intérieur de l'enceinte une bonne homogénéisation de l'air autour de la cuve

expérimentale.

Dans cette cabine sont aussi placés les déversoirs de réglage du débit volu¬

mique dans le milieu poreux et les réservoirs d'alimentation en eau et en solu¬

tion saline. Ainsi tous les fluides qui sont utilisés pour les expériences sont à lamême température,

La mise en place de cette enceinte dont les parois sont opaques, permet aussi de

garder l'échantillon de milieu poreux à l'abri de toute prolifération d'algues,

2.Cuve expérimentale - Remplissage

La cuve expérimentale est une cuve en polypropylene. Elle est munied'une armature métallique lui permettant de résister aux contraintes mécaniques

dues à la masse importante (11 tonnes) de milieu poreux qu'elle contient. Elle est

divisée en trois compartiments (cf figure 1):

- un bac amont relié à un déversoir,

- le compartiment contenant le milieu poreux de dimensions 5,60 X

1,00 X 0,95 m,

- un bac aval relié à un déversoir.

Le milieu poreux est séparé des bacs amont et aval par des cloisons en poly¬

propylene perforées et recouvertes de grilles en nylon.Le fond de la cuve est incliné dans le sens de sa plus grande dimension de 1 %.

La différence de charge entre le déversoir amont et le déversoir aval est réglable

afin de faire varier la vitesse d'écoulement dans le milieu poreux.

Sur les conduites d'évacuation de chaque déversoir sont installés des débit¬

mètres qui permettent de vérifier de façon automatique les valeurs des débits vo¬

lumiques.

bac alimenutioaeaeau

pompe

përistaltique

alimenutioa eau du réseau

Fîg. 1 ¡Dispositif expérimental

Le remplissage de la cuve expérimentale est fait manuellement après

installation des cellules de mesure. Le milieu poreux est humidifié, puis mis en

place par couches successives de 10 cm d'épaisseur. Chaque couche, composée de

140 blocs de sable de dimensions 0,40 X 0,10 X 0,10 m, réalisés avec une grille en

PVC (photo. 3), est soigneusement tassée pour éviter des modifications ulté¬

rieures trop importantes. Lorsqu'une couche est terminée, le niveau d'eau dans

la cuve est ajusté pour saturer en eau le milieu poreux et éliminer au maximum

l'air dans les pores de l'échantillon.

3.Système d'alimentation (photo. 2)

3.1.Alimentation en eau

La cuve expérimentale est en permanence alimentée par de l'eau duréseau qui ne subit aucun traitement. L'eau du réseau arrive dans un réservoir

intermédiaire, muni d'un déversoir, placé au dessus de la cuve expérimentale.

L'alimentation en eau se fait ainsi par gravité à débit parfaitement constant, ce

qu'il ne serait pas possible d'obtenir directement à partir du réseau d'adductiond'eau. Or cette contrainte doit être satisfaite pour obtenir des concentrations

bac alimenutioaeaeau

pompe

përistaltique

alimenutioa eau du réseau

Fîg. 1 ¡Dispositif expérimental

Le remplissage de la cuve expérimentale est fait manuellement après

installation des cellules de mesure. Le milieu poreux est humidifié, puis mis en

place par couches successives de 10 cm d'épaisseur. Chaque couche, composée de

140 blocs de sable de dimensions 0,40 X 0,10 X 0,10 m, réalisés avec une grille en

PVC (photo. 3), est soigneusement tassée pour éviter des modifications ulté¬

rieures trop importantes. Lorsqu'une couche est terminée, le niveau d'eau dans

la cuve est ajusté pour saturer en eau le milieu poreux et éliminer au maximum

l'air dans les pores de l'échantillon.

3.Système d'alimentation (photo. 2)

3.1.Alimentation en eau

La cuve expérimentale est en permanence alimentée par de l'eau duréseau qui ne subit aucun traitement. L'eau du réseau arrive dans un réservoir

intermédiaire, muni d'un déversoir, placé au dessus de la cuve expérimentale.

L'alimentation en eau se fait ainsi par gravité à débit parfaitement constant, ce

qu'il ne serait pas possible d'obtenir directement à partir du réseau d'adductiond'eau. Or cette contrainte doit être satisfaite pour obtenir des concentrations

Photo 1 : Enceinte thermostatée

Photo 2 : Système d'alimentation

constantes dans le bac amont lors des expériences d'étalonnage des cellules de

mesure (cf 4,1,2,),

3.2,Alimentation en solution saline

Des solutions salines sont utilisées comme polluants car elles permet¬

tent de réaliser des mesures de concentration par conductivité électrique après

étalonnage des cellules de mesure. Les solutions salines sont des solutions eau -

chlorure de sodium. Ce sel a été choisi car sa constante de solubilité (311 g/1 à 20

°C) est élevée. En effet pour étalonner les cellules de mesure, de grandes quantités

(10 m3) de solutions salines à concentration fixée sont nécessaires. Plusieurs pos¬

sibilités existent pour préparer ces solutions :

- Mettre en place des réservoirs de contenance suffisante pour per¬

mettre l'alimentation de la cuve pendant la durée d'une expérience.

Cette solution imposerait un volume beaucoup plus important pourla cabine thermostatée et la préparation après chaque expérience d'une

nouvelle solution,

- Préparer successivement plusieurs volumes de mélange de même

concentration. Cette possibilité n'a pas été retenue car l'incertitude sur

la concentration des différents volumes préparés ne peut être négligée.

- Préparer une solution saline très concentrée (300 g/1) dans un réser¬

voir et réaliser la concentration "utile" pour l'expérience dans le bac

amont de la cuve expérimentale en réglant le débit d'alimentation en

solution saline concentrée.

La mise en de cette troisième possibilité se fait de la façon suivante.

Dans un préparateur de mélange de type industriel d'une capacité de 1000 litres

sont réalisés des mélanges à partir d'eau du réseau et de chlorure de sodium en

poudre pur (98 %). Ces solutions sont ensuite pompées dans une cuve en acier

inoxydable d'une capacité de 3200 litres, placée à côté de la cuve expérimentale à

l'intérieur du caisson climatisé. On obtient ainsi un volume de 3200 litres de so¬

lution saline très concentrée qui peut servir pour plusieurs expériences

d'étalonnage. Grâce à une pompe péristaltique dont le débit volumique peut être

réglé avec précision, il est possible d'alimenter le bac amont de la cuve expéri¬

mentale ou une source disposée dans le milieu poreux (photo, 3), Lors d'une in-

constantes dans le bac amont lors des expériences d'étalonnage des cellules de

mesure (cf 4,1,2,),

3.2,Alimentation en solution saline

Des solutions salines sont utilisées comme polluants car elles permet¬

tent de réaliser des mesures de concentration par conductivité électrique après

étalonnage des cellules de mesure. Les solutions salines sont des solutions eau -

chlorure de sodium. Ce sel a été choisi car sa constante de solubilité (311 g/1 à 20

°C) est élevée. En effet pour étalonner les cellules de mesure, de grandes quantités

(10 m3) de solutions salines à concentration fixée sont nécessaires. Plusieurs pos¬

sibilités existent pour préparer ces solutions :

- Mettre en place des réservoirs de contenance suffisante pour per¬

mettre l'alimentation de la cuve pendant la durée d'une expérience.

Cette solution imposerait un volume beaucoup plus important pourla cabine thermostatée et la préparation après chaque expérience d'une

nouvelle solution,

- Préparer successivement plusieurs volumes de mélange de même

concentration. Cette possibilité n'a pas été retenue car l'incertitude sur

la concentration des différents volumes préparés ne peut être négligée.

- Préparer une solution saline très concentrée (300 g/1) dans un réser¬

voir et réaliser la concentration "utile" pour l'expérience dans le bac

amont de la cuve expérimentale en réglant le débit d'alimentation en

solution saline concentrée.

La mise en de cette troisième possibilité se fait de la façon suivante.

Dans un préparateur de mélange de type industriel d'une capacité de 1000 litres

sont réalisés des mélanges à partir d'eau du réseau et de chlorure de sodium en

poudre pur (98 %). Ces solutions sont ensuite pompées dans une cuve en acier

inoxydable d'une capacité de 3200 litres, placée à côté de la cuve expérimentale à

l'intérieur du caisson climatisé. On obtient ainsi un volume de 3200 litres de so¬

lution saline très concentrée qui peut servir pour plusieurs expériences

d'étalonnage. Grâce à une pompe péristaltique dont le débit volumique peut être

réglé avec précision, il est possible d'alimenter le bac amont de la cuve expéri¬

mentale ou une source disposée dans le milieu poreux (photo, 3), Lors d'une in-

jection dans le bac amont, un agitateur permet l'homogénéisation du mélange

avant son entrée dans le milieu poreux,

4. Mesure et acquisition de données

Le choix du type de mesure a été guidé par un certain nombre de cri¬

tères :

- La mesure doit pouvoir être automatisée car la durée d'une expé¬

rience est longue (plusieurs jours) et le nombre de points de mesure est

important (350).

- La mesure doit être de type interne, c'est-à-dire que la valeur de la

concentration doit pouvoir être évaluée dans le milieu et ne doit pas

nécessiter l'analyse d'un échantillon de la zone de mélange à

l'extérieur du milieu poreux,

- L'utilisation d'un modèle tridimensionnel exclut toutes les mesures

de type dosage photométrique ou par rayonnement.

Une mesure conductimétrique a été retenue, car elle met en jeu des signaux

électriques et peut être automatisée facilement. De plus, elle peut se faire à

l'intérieur du milieu poreux.

Le système d'acquisition de données utilisé est composé de cellules de mesure,

d'un boîtier d'acquisition, d'un conductimètre et d'un micro-ordinateur.

4.1.Les cellules de mesure

Les contraintes pour la mise au point des cellules de mesure conducti¬

métrique sont les suivantes :

- Durée de vie importante, c'est-à-dire bonne résistance à la corrosion et

stabilité du matériau dans le temps, car les cellules de mesure sontplongées pendant plusieurs mois dans le milieu poreux.

- Le matériau constituant les électrodes doit être bon conducteur à

cause des faibles intensités utilisées pour la mesure.

10

jection dans le bac amont, un agitateur permet l'homogénéisation du mélange

avant son entrée dans le milieu poreux,

4. Mesure et acquisition de données

Le choix du type de mesure a été guidé par un certain nombre de cri¬

tères :

- La mesure doit pouvoir être automatisée car la durée d'une expé¬

rience est longue (plusieurs jours) et le nombre de points de mesure est

important (350).

- La mesure doit être de type interne, c'est-à-dire que la valeur de la

concentration doit pouvoir être évaluée dans le milieu et ne doit pas

nécessiter l'analyse d'un échantillon de la zone de mélange à

l'extérieur du milieu poreux,

- L'utilisation d'un modèle tridimensionnel exclut toutes les mesures

de type dosage photométrique ou par rayonnement.

Une mesure conductimétrique a été retenue, car elle met en jeu des signaux

électriques et peut être automatisée facilement. De plus, elle peut se faire à

l'intérieur du milieu poreux.

Le système d'acquisition de données utilisé est composé de cellules de mesure,

d'un boîtier d'acquisition, d'un conductimètre et d'un micro-ordinateur.

4.1.Les cellules de mesure

Les contraintes pour la mise au point des cellules de mesure conducti¬

métrique sont les suivantes :

- Durée de vie importante, c'est-à-dire bonne résistance à la corrosion et

stabilité du matériau dans le temps, car les cellules de mesure sontplongées pendant plusieurs mois dans le milieu poreux.

- Le matériau constituant les électrodes doit être bon conducteur à

cause des faibles intensités utilisées pour la mesure.

10

- Les cellules et leur support ne doivent pas perturber l'écoulementdans le modèle.

- La géométrie des électrodes doit être choisie aussi simple que possible

afin de permettre une fabrication en grande série.

- Les cellules doivent pouvoir être positionnées de façon précise dans la

cuve.

Le type de sonde retenu est présenté en fig. 2, Il s'agit de tubes en PVC extrude

sur lesquels sont fixées de petites tiges cylindriques de 4 mm de diamètre et de 23

mm de longueur. Cinq paires d'électrodes espacées de 35 mm sont fixées sur un

tube. Elles sont montées dans un perçage effectué sur le tube et fixées par unpoint de colle qui réalise également la fonction d'étanchéité, La partie supérieure

de la sonde dépasse du milieu poreux, les fils de connection remontent à

l'intérieur du tube et sont ainsi à l'abri de l'humidité. Les sondes sont disposées

verticalement sur le fond de la cuve et orientés de telle façon que les électrodes

soient situées dans un plan perpendiculaire à l'écoulement principal.

Différentes configurations des électrodes ont été testées, en faisant varier lataille et l'écartement des électrodes. On a constaté, d'une part, que la valeur de

l'écartement n'influait pas sur les mesures, d'autre part, que les électrodes de

petite taille ne donnaient pas des résultats corrects,

4.1,l.Choix du matériau :

Le premier matériau utilisé a été un acier inoxydable (dénomination

commerciale 316L). Différents essais ont montré que ce matériau ne permettaitpas de faire des mesures fiables ni reproductibles. Les valeurs mesurées dans une

solution de chlorure de sodium fluctuaient beaucoup au cours du temps et

n'étaient pas identiques à celles qui avaient été obtenues, pour la même solution,quelques jours auparavant. Ceci est dû aux concentrations élevées que nous utili¬

sons (120 g/1).

Le seul matériau préconisé par tous les fabricants d'électrodes conductimé¬

triques est le platine. Cette solution a été envisagée avec des électrodes de faible

diamètre (0,8 mm), pour des raisons de prix de revient. Cette diminution de taille

des électrodes, c'est-à-dire de surface de mesure s'est traduite par le fait qu'il fallu

11

- Les cellules et leur support ne doivent pas perturber l'écoulementdans le modèle.

- La géométrie des électrodes doit être choisie aussi simple que possible

afin de permettre une fabrication en grande série.

- Les cellules doivent pouvoir être positionnées de façon précise dans la

cuve.

Le type de sonde retenu est présenté en fig. 2, Il s'agit de tubes en PVC extrude

sur lesquels sont fixées de petites tiges cylindriques de 4 mm de diamètre et de 23

mm de longueur. Cinq paires d'électrodes espacées de 35 mm sont fixées sur un

tube. Elles sont montées dans un perçage effectué sur le tube et fixées par unpoint de colle qui réalise également la fonction d'étanchéité, La partie supérieure

de la sonde dépasse du milieu poreux, les fils de connection remontent à

l'intérieur du tube et sont ainsi à l'abri de l'humidité. Les sondes sont disposées

verticalement sur le fond de la cuve et orientés de telle façon que les électrodes

soient situées dans un plan perpendiculaire à l'écoulement principal.

Différentes configurations des électrodes ont été testées, en faisant varier lataille et l'écartement des électrodes. On a constaté, d'une part, que la valeur de

l'écartement n'influait pas sur les mesures, d'autre part, que les électrodes de

petite taille ne donnaient pas des résultats corrects,

4.1,l.Choix du matériau :

Le premier matériau utilisé a été un acier inoxydable (dénomination

commerciale 316L). Différents essais ont montré que ce matériau ne permettaitpas de faire des mesures fiables ni reproductibles. Les valeurs mesurées dans une

solution de chlorure de sodium fluctuaient beaucoup au cours du temps et

n'étaient pas identiques à celles qui avaient été obtenues, pour la même solution,quelques jours auparavant. Ceci est dû aux concentrations élevées que nous utili¬

sons (120 g/1).

Le seul matériau préconisé par tous les fabricants d'électrodes conductimé¬

triques est le platine. Cette solution a été envisagée avec des électrodes de faible

diamètre (0,8 mm), pour des raisons de prix de revient. Cette diminution de taille

des électrodes, c'est-à-dire de surface de mesure s'est traduite par le fait qu'il fallu

11

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Vers unité d'acquisition

Elech-odes dorées

Fig. 2 : Cellules conductimétriques

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Vers unité d'acquisition

Elech-odes dorées

Fig. 2 : Cellules conductimétriques

rapprocher les électrodes pour avoir une mesure satisfaisante. Le fil de platineutilisé n'est pas très rigide et peut être déformé lors de la mise en place du milieuporeux autour des sondes.

Un autre matériau susceptible d'être utilisé est le graphite.Ce matériau résiste

bien à la corrosion et a de bonnes qualités du point de vue électrique. Les essais

que nous avons effectués ont montré que ces électrodes sont très fragiles et sont

d'un usinage délicat.

Le platine ne pouvant pas être utilisé, nous avons choisi d'utiliser un revête¬

ment en or. Cette technique n'est possible que sur un support en cuivre ou en

laiton. Des électrodes en cuivre et en laiton ont été réalisées. Par un procédé

électrochimique, elles sont recouvertes d'une couche d'or de 5 microns. Ce type

de matériau correspond bien aux contraintes imposées au départ. Cette solutionest coûteuse, mais les électrodes obtenues résistent bien à la corrosion et

permettent des mesures fiables. Lors des essais, nous n'avons pas constaté de

différence notable entre le cuivre et le laiton mais nous avons préféré utiliser le

laiton, plus facile à usiner.

Dans le milieu poreux sont ainsi disposées 350 cellules de mesure (photo, 4)

réparties dans 14 plans de 25 cellules, perpendiculaires à la direction principale de

l'écoulement. Les cellules sont fixées dans la cuve et leur position est bien déter¬

minée.

4.1.2. Etalonnage des cellules

L'étalonnage des cellules de mesure doit permettre d'établir pourchaque cellule, la relation entre la conductivité électrique mesurée et la valeur de

la concentration en solution saline en ce point.Les conductivités électriques sont obtenues par une loi du type :

X = k£/RS

X étant la conductivité,R la résistance mesurée,

k la constante de proportionnalité,2. la distance entre les deux électrodes constituant la cellule,

S la surface des électrodes,

13

rapprocher les électrodes pour avoir une mesure satisfaisante. Le fil de platineutilisé n'est pas très rigide et peut être déformé lors de la mise en place du milieuporeux autour des sondes.

Un autre matériau susceptible d'être utilisé est le graphite.Ce matériau résiste

bien à la corrosion et a de bonnes qualités du point de vue électrique. Les essais

que nous avons effectués ont montré que ces électrodes sont très fragiles et sont

d'un usinage délicat.

Le platine ne pouvant pas être utilisé, nous avons choisi d'utiliser un revête¬

ment en or. Cette technique n'est possible que sur un support en cuivre ou en

laiton. Des électrodes en cuivre et en laiton ont été réalisées. Par un procédé

électrochimique, elles sont recouvertes d'une couche d'or de 5 microns. Ce type

de matériau correspond bien aux contraintes imposées au départ. Cette solutionest coûteuse, mais les électrodes obtenues résistent bien à la corrosion et

permettent des mesures fiables. Lors des essais, nous n'avons pas constaté de

différence notable entre le cuivre et le laiton mais nous avons préféré utiliser le

laiton, plus facile à usiner.

Dans le milieu poreux sont ainsi disposées 350 cellules de mesure (photo, 4)

réparties dans 14 plans de 25 cellules, perpendiculaires à la direction principale de

l'écoulement. Les cellules sont fixées dans la cuve et leur position est bien déter¬

minée.

4.1.2. Etalonnage des cellules

L'étalonnage des cellules de mesure doit permettre d'établir pourchaque cellule, la relation entre la conductivité électrique mesurée et la valeur de

la concentration en solution saline en ce point.Les conductivités électriques sont obtenues par une loi du type :

X = k£/RS

X étant la conductivité,R la résistance mesurée,

k la constante de proportionnalité,2. la distance entre les deux électrodes constituant la cellule,

S la surface des électrodes,

13

Photo 3 : Source disposée dans le milieu poreux et grille de remplissage

Photo 4 : Cellules de mesure dans la cuve expérimentale

Le coefficient ¿/S, propre à la cellule de mesure, ne dépend que de la géométrie

de la cellule. Les électrodes qui sont plongées dans la cuve ne sont pas toutes

rigoureusement identiques, ce qui entraîne une légère différence sur les valeurs

des coefficients pour chaque cellule. La conductivité dans le milieu poreuxdépend également de la disposition des vides ou des grains immédiatementautour des cellules. Ceci implique que les cellules doivent être étalonnées in-situ.

Cet étalonnage se fait pour un milieu poreux donné et chaque changement in¬

tervenant dans la disposition des grains, modifie les coefficients propres à la cel¬

lule, donc la valeur de la concentration déterminée à partir de la conductivité. Iln'est donc pas possible de mesurer directement la concentration en sel de l'eau à

partir d'une cellule, sans avoir préalablement effectué un étalonnage qui permet

de déterminer la relation conductivité électrique - concentration en sel, quidépend de la cellule et de la disposition des grains autour de la cellule. Cette

phase d'étalonnage, qui est indispensable pour chaque nouveau remplissage dumodèle, est fondamentale. La précision et l'interprétation des expériences

dépendent du soin apporté à l'étalonnage.

Principe de l'étalonnage

Pour déterminer avec précision la correspondance entre laconductivité électrique mesurée et la concentration en solution saline autourd'une cellule de mesure, il faut disposer de plusieurs points expérimentaux. Ces

points doivent se situer dans toute la gamme de concentrations qui seront

employées ultérieurement au cours des expériences.

Pour obtenir un point expérimental, la méthodologie est la suivante : l'eaudouce contenue dans le milieu poreux est déplacée par une solution saline quibalaye toute la section de la cuve. Le déplacement est alors unidirectionnel, La

cuve expérimentale est ainsi saturée en solution saline dont la concentration est

connue. On effectue ensuite une série de mesures de conductivité pendant une

durée assez importante (quelques heures), afin d'obtenir une valeur moyenne de

conductivité constante. Pour chaque cellule est alors défini un couple de valeurs,

concentration-conductivité.

15

Le coefficient ¿/S, propre à la cellule de mesure, ne dépend que de la géométrie

de la cellule. Les électrodes qui sont plongées dans la cuve ne sont pas toutes

rigoureusement identiques, ce qui entraîne une légère différence sur les valeurs

des coefficients pour chaque cellule. La conductivité dans le milieu poreuxdépend également de la disposition des vides ou des grains immédiatementautour des cellules. Ceci implique que les cellules doivent être étalonnées in-situ.

Cet étalonnage se fait pour un milieu poreux donné et chaque changement in¬

tervenant dans la disposition des grains, modifie les coefficients propres à la cel¬

lule, donc la valeur de la concentration déterminée à partir de la conductivité. Iln'est donc pas possible de mesurer directement la concentration en sel de l'eau à

partir d'une cellule, sans avoir préalablement effectué un étalonnage qui permet

de déterminer la relation conductivité électrique - concentration en sel, quidépend de la cellule et de la disposition des grains autour de la cellule. Cette

phase d'étalonnage, qui est indispensable pour chaque nouveau remplissage dumodèle, est fondamentale. La précision et l'interprétation des expériences

dépendent du soin apporté à l'étalonnage.

Principe de l'étalonnage

Pour déterminer avec précision la correspondance entre laconductivité électrique mesurée et la concentration en solution saline autourd'une cellule de mesure, il faut disposer de plusieurs points expérimentaux. Ces

points doivent se situer dans toute la gamme de concentrations qui seront

employées ultérieurement au cours des expériences.

Pour obtenir un point expérimental, la méthodologie est la suivante : l'eaudouce contenue dans le milieu poreux est déplacée par une solution saline quibalaye toute la section de la cuve. Le déplacement est alors unidirectionnel, La

cuve expérimentale est ainsi saturée en solution saline dont la concentration est

connue. On effectue ensuite une série de mesures de conductivité pendant une

durée assez importante (quelques heures), afin d'obtenir une valeur moyenne de

conductivité constante. Pour chaque cellule est alors défini un couple de valeurs,

concentration-conductivité.

15

Afin d'avoir une concentration identique dans toute la cuve, l'alimentationen solution saline doit être constante pendant toute la durée de l'expérience, La

valeur de cette concentration dans le milieu poreux est déterminée par :

qNaa + qdév + q^j

qivjaCi étant le débit de la pompe,

qdév / ie débit d'évacuation par le déversoir amont,

qivip , le débit qui traverse le milieu poreux (mesuré à la sortie du bac aval),

Cg , la concentration de la solution de Chlorure de Sodium de départ.

Les choix techniques pour le réglage des différents débits permettent d'obtenirune concentration constante.

Plusieurs expériences avec des concentrations différentes sont réalisées afind'obtenir pour chaque cellule plusieurs couples de valeurs et la corrélation con¬

ductivité - concentration,

4.2, Boîtier d'acquisition - Conductimètre - Micro-ordinateur (photo. 5)

Toutes les cellules de mesure sont reliées à un boîtier d'acquisition quise compose de 14 modules de multiplexage à 25 voies (photo. 6). Ce boîtier réalise

l'interface entre le conductimètre et les cellules de mesure. Le conductimètretransmet à une carte de conversion dans le micro ordinateur, une tension (0-2V) proportionnelle à la valeur de conductivité électrique mesurée, La valeur ob¬

tenue est ensuite stockée sur fichier pour être traitée ultérieurement et servir à

une représentation graphique de la zone de mélange sur l'écran.

Un logiciel d'acquisition de données mis au point pour cette cuve permet de

consulter successivement les 350 cellules. La liaison entre chaque cellule et le

conductimètre est maintenue pendant 2 secondes pour permettre la stabilisationde la valeur indiquée. Ainsi les 350 cellules peuvent être consultées en 12 mi-nutes.Il est également possible de visualiser sur l'écran la répartition du polluantdans la cuve grâce aux valeurs enregistrées lors du précédent cycle de mesure.

L'évolution de l'expérience peut donc être observée grâce à ces images obtenues

toutes les 12 minutes.

16

Afin d'avoir une concentration identique dans toute la cuve, l'alimentationen solution saline doit être constante pendant toute la durée de l'expérience, La

valeur de cette concentration dans le milieu poreux est déterminée par :

qNaa + qdév + q^j

qivjaCi étant le débit de la pompe,

qdév / ie débit d'évacuation par le déversoir amont,

qivip , le débit qui traverse le milieu poreux (mesuré à la sortie du bac aval),

Cg , la concentration de la solution de Chlorure de Sodium de départ.

Les choix techniques pour le réglage des différents débits permettent d'obtenirune concentration constante.

Plusieurs expériences avec des concentrations différentes sont réalisées afind'obtenir pour chaque cellule plusieurs couples de valeurs et la corrélation con¬

ductivité - concentration,

4.2, Boîtier d'acquisition - Conductimètre - Micro-ordinateur (photo. 5)

Toutes les cellules de mesure sont reliées à un boîtier d'acquisition quise compose de 14 modules de multiplexage à 25 voies (photo. 6). Ce boîtier réalise

l'interface entre le conductimètre et les cellules de mesure. Le conductimètretransmet à une carte de conversion dans le micro ordinateur, une tension (0-2V) proportionnelle à la valeur de conductivité électrique mesurée, La valeur ob¬

tenue est ensuite stockée sur fichier pour être traitée ultérieurement et servir à

une représentation graphique de la zone de mélange sur l'écran.

Un logiciel d'acquisition de données mis au point pour cette cuve permet de

consulter successivement les 350 cellules. La liaison entre chaque cellule et le

conductimètre est maintenue pendant 2 secondes pour permettre la stabilisationde la valeur indiquée. Ainsi les 350 cellules peuvent être consultées en 12 mi-nutes.Il est également possible de visualiser sur l'écran la répartition du polluantdans la cuve grâce aux valeurs enregistrées lors du précédent cycle de mesure.

L'évolution de l'expérience peut donc être observée grâce à ces images obtenues

toutes les 12 minutes.

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Photo 5 : Boîtier d'acquisition - Conductimètre et micro-ordinateur

Photo 6 : Module de multiplexage

B : EXPERIENCE DE MIGRATION D'UNE SOLUTION DE CHLORURE DE

SODIUM DANS LE MILIEU POREUX

Lors de cette expérience, l'eau contenue dans le milieu poreux a été déplacée

par une solution de chlorure de sodium. Le milieu poreux a été progressivement

saturé avec une solution saline de concentration fixée.

1, Caractéristiques,

1,1, Milieu poreux

Le milieu poreux hétérogène est constitué de trois sables de quartz dontles caractéristiques (valeurs moyennes) sont :

Nom commercial

K30

KIO

K20

dso (mm)

0,48

1,32

1,48

déo/dio

1,835

1,636

1,624

k (m/s)

0,90 10^

7,13 10-3

10,20 10-3

Pour mesurer les conductivités hydrauliques indiquées, une cuve spéciale de

dimensions identiques à celles d'un bloc constituant le milieu poreux dans lagrande cuve (0,4x0,1x0,1m), a été utilisée. Ceci a permis de faire des mesures pourdes échantillons de sable mis en place et tassés de la même façon que dans lagrande cuve.

Le rapport entre les conductivités hydrauliques du sable le plus fin et du sable

le plus perméable est d'environ 10, La composition des différentes couches dumilieu poreux est donnée en annexe 1,

1,2, Caractéristiques hydrodynamiques

Ces caractéristiques peuvent se résumer comme suit :

Différence de cote entre le niveau amont et le niveau aval : 0,034 m

Débit dans le milieu poreux : 4,58 10-^ m3/s = 3,96 m3/j

Vitesse de Darcy : 5,65 10-s m/s = 4,88 m/j

Porosité cinématique : 35 - 45 %

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B : EXPERIENCE DE MIGRATION D'UNE SOLUTION DE CHLORURE DE

SODIUM DANS LE MILIEU POREUX

Lors de cette expérience, l'eau contenue dans le milieu poreux a été déplacée

par une solution de chlorure de sodium. Le milieu poreux a été progressivement

saturé avec une solution saline de concentration fixée.

1, Caractéristiques,

1,1, Milieu poreux

Le milieu poreux hétérogène est constitué de trois sables de quartz dontles caractéristiques (valeurs moyennes) sont :

Nom commercial

K30

KIO

K20

dso (mm)

0,48

1,32

1,48

déo/dio

1,835

1,636

1,624

k (m/s)

0,90 10^

7,13 10-3

10,20 10-3

Pour mesurer les conductivités hydrauliques indiquées, une cuve spéciale de

dimensions identiques à celles d'un bloc constituant le milieu poreux dans lagrande cuve (0,4x0,1x0,1m), a été utilisée. Ceci a permis de faire des mesures pourdes échantillons de sable mis en place et tassés de la même façon que dans lagrande cuve.

Le rapport entre les conductivités hydrauliques du sable le plus fin et du sable

le plus perméable est d'environ 10, La composition des différentes couches dumilieu poreux est donnée en annexe 1,

1,2, Caractéristiques hydrodynamiques

Ces caractéristiques peuvent se résumer comme suit :

Différence de cote entre le niveau amont et le niveau aval : 0,034 m

Débit dans le milieu poreux : 4,58 10-^ m3/s = 3,96 m3/j

Vitesse de Darcy : 5,65 10-s m/s = 4,88 m/j

Porosité cinématique : 35 - 45 %

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1.3. Caractéristiques de la source de pollution

Une solution de chlorure de sodium de concentration 17,4 g/1 a été in¬

jectée en continu dans le bac amont de la cuve expérimentale. Le mélange obtenu

à partir de cette solution et de l'eau d'alimentation du réseau a une concentration

de 1,9 g/1.

2. Résultats.

2.1. Résultats expérimentaux

Les courbes C/CO = f(t) pour plusieurs cellules ont été représentées sur

les fig. 3 à 7. Chaque figure comporte 2 graphiques avec pour chacun 7 cellules.

Les 14 cellules représentées sur une même figure sont placées sur une lignehorizontale (y=cst, z=cst). Les coordonnées de chaque cellule et le type de sable

dans lequel elle se trouve sont donnés en annexe 2.

Sur ces différentes figures, on peut constater que le milieu est hétérogène et

que le déplacement du polluant se fait à des vitesses très variables selon la posi¬

tion dans la cuve.

Sur la figure 5, on peut voir que dans la première moitié de la cuve, les

courbes sont espacées réguHèrement, c'est-à-dire que les vitesses sont peu va¬

riables et l'écoulement semble unidirectionnel. Sur le parcours entre la cellule 25

et la cellule 175, situées dans la couche n°9, dans un milieu de type homogène, les

vitesses sont très proches. La même observation peut se faire sur le parcours

entre la cellule 10 et la cellule 135 (fig.4), placées dans du sable K20. Cependant

pour des cellules placées dans les mêmes conditions (cellule 15 - cellule 140, fig.3)

cette constatation est moins évidente. Il faut également noter que ces remarques

correspondent à un milieu plutôt perméable et ne se retrouvent pas du tout dans

le cas du sable K30 peu perméable (fig.6), pour les cellules 45 à 120, On peutégalement constater que le polluant injecté contourne les parties peu perméables

et atteint les cellules placées dans ces milieux beaucoup plus tard. Une injectionplus courte, limitée dans le temps n'aurait sûrement pas affecté ces zones.

Dans la deuxième moitié de la cuve, des remarques similaires ne peuvent être

faites que pour le parcours entre les cellules 184 et 334, qui sont placées dans un

19

1.3. Caractéristiques de la source de pollution

Une solution de chlorure de sodium de concentration 17,4 g/1 a été in¬

jectée en continu dans le bac amont de la cuve expérimentale. Le mélange obtenu

à partir de cette solution et de l'eau d'alimentation du réseau a une concentration

de 1,9 g/1.

2. Résultats.

2.1. Résultats expérimentaux

Les courbes C/CO = f(t) pour plusieurs cellules ont été représentées sur

les fig. 3 à 7. Chaque figure comporte 2 graphiques avec pour chacun 7 cellules.

Les 14 cellules représentées sur une même figure sont placées sur une lignehorizontale (y=cst, z=cst). Les coordonnées de chaque cellule et le type de sable

dans lequel elle se trouve sont donnés en annexe 2.

Sur ces différentes figures, on peut constater que le milieu est hétérogène et

que le déplacement du polluant se fait à des vitesses très variables selon la posi¬

tion dans la cuve.

Sur la figure 5, on peut voir que dans la première moitié de la cuve, les

courbes sont espacées réguHèrement, c'est-à-dire que les vitesses sont peu va¬

riables et l'écoulement semble unidirectionnel. Sur le parcours entre la cellule 25

et la cellule 175, situées dans la couche n°9, dans un milieu de type homogène, les

vitesses sont très proches. La même observation peut se faire sur le parcours

entre la cellule 10 et la cellule 135 (fig.4), placées dans du sable K20. Cependant

pour des cellules placées dans les mêmes conditions (cellule 15 - cellule 140, fig.3)

cette constatation est moins évidente. Il faut également noter que ces remarques

correspondent à un milieu plutôt perméable et ne se retrouvent pas du tout dans

le cas du sable K30 peu perméable (fig.6), pour les cellules 45 à 120, On peutégalement constater que le polluant injecté contourne les parties peu perméables

et atteint les cellules placées dans ces milieux beaucoup plus tard. Une injectionplus courte, limitée dans le temps n'aurait sûrement pas affecté ces zones.

Dans la deuxième moitié de la cuve, des remarques similaires ne peuvent être

faites que pour le parcours entre les cellules 184 et 334, qui sont placées dans un

19

AVAL

oua

ouu

n° des cellules

AMONT

Couche n 9

( surface )

1 .OOi-

0.75

0.50

0.25

1.00

0.75

0.50

0.25

-1--2--3--4--5--6--7-

• T - T

CelCelCelCelCelCelCel

15406590115140165

187.50 375.00 562.50 750.00

Temps (min)

-1--2--3--4--5--6--7-

Cel.Cel.Cel.Cel.Cel.Cel.Cel.

190215240265290315340

562.50 1125.00 1687.50 2250.00

Temps (min)

Fig. 3 : 7=48,25011 z=80cm

AVAL

-•s— n° des cellules

AMONT

ouCJ

QU

u

Couche n 9

(surface )

1 .OOi-

0.75

0.50

0.25

1.00

0.75

0.50

0.25

-1--2--3--4--5--6--7-

CelCeleelCelCelCelCel

ID356065110135160

437.50 B75.00 1312.50 1750.00

Temps (min)

-Í--2--3--4--5--6--7-

Cel.Cel.Cel.Cel.Cel.Cel.Cel.

1852102352502SS310335

437.50 875.00 1312.50 1750.00

Temps (min)

Fig. 4 : 7=31,75011 z=80an

VAL

n* des cellules

o

AMONT

Couche n 9

( surface)

1.00

0.75

0.50

0.25

-1--2--3--4--5--6--7-

Cel.Cel.CHI.Cel.Cel.Cel.Cel.

255075100125150175

437.50 875.00 1312.50 1750.00

Temps (min)

aCJ

1.00

0.75

0.50

0.25

-1--2--3--4--5--6--7-

Cel.Cel.Cel.Cel.Cel.Csl.Cel.

200225250275300325350

437.50 875.00 1312.50 1750.00

Temps (min)

Fig. 5 : 7=88,25011 z=80an

n° des cellules

o

u

AMONT

Couche n 9

( surface)

0 . 5 0 -

0.25-

-1--2--3--4--5--6--7-

cJiCelCelCelCelCelCel

20457095120145170

562.50 1125.00 1687.50 2250.00

Temps (min)

ouu

1 .00

0.75

0.50

0.25

-1--2--3-

-5--6--7-

Cel.cel.Cel.cel.Cel.Cel.Cel.

195220245270295320345

562.50 1125.00 1687.50 2250.00

Temps (min)Fig. 6 : y^óS^Scm z=80cm

AVAL

n°des cellules

Couche n 7

AMONT

oCJ

u

oCJ

u

1.00

0.75

0.50

0.25

1.00

0.75

0.50

0.25

-1--2--3--4--5--5--7-

CHI.Cel.Cel.Cel.CBI.Cel.Cel.

g345984109134159

437.50 875.00 1312.50 1750.00

Temps (min)

-1--2--3--4--5--6--7-

Cel.Cel.Col.Cel.Cel.Cel.Cal.

1B420923435S264309334

437.50 875 . 00 1312.50 1750.00

Temps (min)

Fig. 7 : 7=31,75011 z=62,5cm

milieu très perméable (K20) où les vitesses d'écoulement sont plus élevées. Pour

d'autres cellules 195-320 (fig.6) ou cellules 225-325 (fig.5) placées dans du sable

KIO, les constatations ne sont pas du tout les mêmes alors qu'elles se trouventégalement dans des tronçons "homogènes".

2.2. Résultats des simulations numériques

Les résultats des expériences réalisées sur le modèle tridimensionnelpourront servir à valider ou améliorer différents modèles mathématiques. En ef¬

fet, il sera possible de déterminer en fonction des résultats obtenus, quels sont les

paramètres indispensables pour ces modèles mathématiques, c'est-à-dire quelles

sont les données de terrain qui doivent être connues avec précision afin d'obtenir

une représentation satisfaisante de l'évolution réelle d'une pollution. Un pre¬

mier modèle utilisé est le modèle MARCHAL, développé à l'Institut de

Mécanique des Fluides de Strasbourg

Ce modèle tridimensionnel se compose de trois modules :

- un préprocesseur adapté aux cas de contrastes de perméabilités et de

maillages irréguliers,- un modèle d'écoulement permettant d'obtenir le champ des pres¬

sions,- un modèle de transport de polluant.

Le modèle hydrodynamique :

Dans la plupart des modèles existants, la méthode utilisée consiste à calculer

les hauteurs piézomètriques dans chaque maille et ensuite à calculer les vitesses

en dérivant ces hauteurs. Le principe utilisé dans le modèle mis au point,,consiste à résoudre l'équation différentielle régissant l'écoulementtridimensionnel par une méthode numérique du type éléments finis mixteshybrides. L'idée de base de cette méthode est de déterminer simultanément les

champs de pression et de vitesse sur le domaine modélisé, le domaine étant

discrétisé en éléments parallélépipédiques. En écrivant l'équation dumouvement d'un fluide homogène incompressible dans un milieu poreux et la

loi de Darcy et en considérant la continuité des flux et des pressions, on obtient

pour chaque élément un système d'équations à 13 inconnues. Ces inconnues sont

la pression moyenne à l'intérieur de l'élément, les pressions moyennes sur

chaque face du parallélépipède, ainsi que les flux à travers chaque face. Ce système

25

milieu très perméable (K20) où les vitesses d'écoulement sont plus élevées. Pour

d'autres cellules 195-320 (fig.6) ou cellules 225-325 (fig.5) placées dans du sable

KIO, les constatations ne sont pas du tout les mêmes alors qu'elles se trouventégalement dans des tronçons "homogènes".

2.2. Résultats des simulations numériques

Les résultats des expériences réalisées sur le modèle tridimensionnelpourront servir à valider ou améliorer différents modèles mathématiques. En ef¬

fet, il sera possible de déterminer en fonction des résultats obtenus, quels sont les

paramètres indispensables pour ces modèles mathématiques, c'est-à-dire quelles

sont les données de terrain qui doivent être connues avec précision afin d'obtenir

une représentation satisfaisante de l'évolution réelle d'une pollution. Un pre¬

mier modèle utilisé est le modèle MARCHAL, développé à l'Institut de

Mécanique des Fluides de Strasbourg

Ce modèle tridimensionnel se compose de trois modules :

- un préprocesseur adapté aux cas de contrastes de perméabilités et de

maillages irréguliers,- un modèle d'écoulement permettant d'obtenir le champ des pres¬

sions,- un modèle de transport de polluant.

Le modèle hydrodynamique :

Dans la plupart des modèles existants, la méthode utilisée consiste à calculer

les hauteurs piézomètriques dans chaque maille et ensuite à calculer les vitesses

en dérivant ces hauteurs. Le principe utilisé dans le modèle mis au point,,consiste à résoudre l'équation différentielle régissant l'écoulementtridimensionnel par une méthode numérique du type éléments finis mixteshybrides. L'idée de base de cette méthode est de déterminer simultanément les

champs de pression et de vitesse sur le domaine modélisé, le domaine étant

discrétisé en éléments parallélépipédiques. En écrivant l'équation dumouvement d'un fluide homogène incompressible dans un milieu poreux et la

loi de Darcy et en considérant la continuité des flux et des pressions, on obtient

pour chaque élément un système d'équations à 13 inconnues. Ces inconnues sont

la pression moyenne à l'intérieur de l'élément, les pressions moyennes sur

chaque face du parallélépipède, ainsi que les flux à travers chaque face. Ce système

25

peut être résolu en utilisant les pressions sur chaque face comme inconnues

principales. L'intérêt de ce modèle est de pouvoir calculer le champ de vitesse

sans dériver le champ de pressions. Par ailleurs, la composante normale de la

vitesse est continue d'un élément à l'autre.

Le modèle de transport :

Le modèle utilisé est fondé sur une méthode de marche au hasard. Le principeconsiste à injecter des particules dans la zone modélisée. Chaque particule se dé¬

place par sauts, dont la longueur dépend du champ de vitesse et des coefficients

de dispersion. Les concentrations sont alors calculées par comptage du nombre de

particules dans un certain volume, chaque particule ayant une masse fonction dunombre total de particules injectées et du débit massique de la source. Différents

types de sources peuvent être simulés. Le principal avantage de cette méthode est

qu'elle ne présente pas d'erreurs dues à la dispersion numérique.

L'évolution des concentrations autour de certaines cellules plongées dans le

milieu poreux a été simulée à l'aide de ce modèle. Les résultats de ces simula¬

tions sont présentés en fig, 8-11, Sur ces figures, on peut observer une bonne adé¬

quation entre les valeurs simulées et celles mesurées dans la cuve,

2,3. Détermination des paramètres hydrodynamiques

Les paramètres recherchés sont les valeurs de vitesse moyenne de pore et de

dispersivité longitudinale. Deux méthodes sont utilisées :

- une méthode d'optimisation de paramètres;

- une méthode de moments appelée "méthode des deux mesures".

2.3.1, Méthode d'optimisation de paramètres

Pour notre système expérimental, il n'est pas possible d'obtenir un signal

d'entrée de type échelon dans la source de pollution. Le signal d'entrée réel est de

type mélangeur : C= Cq (1-e '^0- Le problème qui se pose est de savoir si l'on peut

malgré tout utiliser dans ce cas la solution correspondant à une entrée de type

échelon. Pour vérifier si le type de signal d'entrée a beaucoup d'influence sur les

valeurs des grandeurs recherchées, la réponse correspondant à une entrée du type

mélangeur a été déterminée analytiquement. Cette solution analytique est calée

sur les courbes expérimentales. Trois paramètres sont recherchés :

- une valeur de vitesse moyenne de pore,

26

peut être résolu en utilisant les pressions sur chaque face comme inconnues

principales. L'intérêt de ce modèle est de pouvoir calculer le champ de vitesse

sans dériver le champ de pressions. Par ailleurs, la composante normale de la

vitesse est continue d'un élément à l'autre.

Le modèle de transport :

Le modèle utilisé est fondé sur une méthode de marche au hasard. Le principeconsiste à injecter des particules dans la zone modélisée. Chaque particule se dé¬

place par sauts, dont la longueur dépend du champ de vitesse et des coefficients

de dispersion. Les concentrations sont alors calculées par comptage du nombre de

particules dans un certain volume, chaque particule ayant une masse fonction dunombre total de particules injectées et du débit massique de la source. Différents

types de sources peuvent être simulés. Le principal avantage de cette méthode est

qu'elle ne présente pas d'erreurs dues à la dispersion numérique.

L'évolution des concentrations autour de certaines cellules plongées dans le

milieu poreux a été simulée à l'aide de ce modèle. Les résultats de ces simula¬

tions sont présentés en fig, 8-11, Sur ces figures, on peut observer une bonne adé¬

quation entre les valeurs simulées et celles mesurées dans la cuve,

2,3. Détermination des paramètres hydrodynamiques

Les paramètres recherchés sont les valeurs de vitesse moyenne de pore et de

dispersivité longitudinale. Deux méthodes sont utilisées :

- une méthode d'optimisation de paramètres;

- une méthode de moments appelée "méthode des deux mesures".

2.3.1, Méthode d'optimisation de paramètres

Pour notre système expérimental, il n'est pas possible d'obtenir un signal

d'entrée de type échelon dans la source de pollution. Le signal d'entrée réel est de

type mélangeur : C= Cq (1-e '^0- Le problème qui se pose est de savoir si l'on peut

malgré tout utiliser dans ce cas la solution correspondant à une entrée de type

échelon. Pour vérifier si le type de signal d'entrée a beaucoup d'influence sur les

valeurs des grandeurs recherchées, la réponse correspondant à une entrée du type

mélangeur a été déterminée analytiquement. Cette solution analytique est calée

sur les courbes expérimentales. Trois paramètres sont recherchés :

- une valeur de vitesse moyenne de pore,

26

0.000.00

i^%^^%....iM^*A^^^^

CELLULE 124

Valeurs simulées"'"""»"*< Valeurs mesurées

I I I I I I I I J I I I I I I I ] I I I I I I I I J I I I I I r I I I I I I ] I I

200. oo 400.00 600.00 800. OO 1000.00Temps (MinTites)

Fig, 8 : cellule 124

Valeurs simulées=T«T«***T«t< Valeurs mesurées

Pfn' 'i r^*' i i rffl'i i I I I I I I I I I I J J I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00Temps (Min\ites)

Fig. 9 : Cellule 147

0.000.00

i^%^^%....iM^*A^^^^

CELLULE 124

Valeurs simulées"'"""»"*< Valeurs mesurées

I I I I I I I I J I I I I I I I ] I I I I I I I I J I I I I I r I I I I I I ] I I

200. oo 400.00 600.00 800. OO 1000.00Temps (MinTites)

Fig, 8 : cellule 124

Valeurs simulées=T«T«***T«t< Valeurs mesurées

Pfn' 'i r^*' i i rffl'i i I I I I I I I I I I J J I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00Temps (Min\ites)

Fig. 9 : Cellule 147

1,10 -q

1 .00 i

0.90 -E

O.ao r

0.70 io

CJ) 0.60 -

CJ) 0.50 -

0.40 -E

0.30 ^

0.20 -E

0.10 -E

0.00

^^f.fi.^f-'^;^^^^^^^^*'*:-'^

CELLULE 282

Valeurs simulées'X'^tof^K Valeurs mesurées

0.Ó0 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00Temps (Minutes)

Fig. 10 : Cellule 282

1.10

1 .00

0.90

0.80

0.70O

CJ 0.60

CJ» 0.50

0.40

0.30'

0.20

0.10

0.00

ilW^v^^"^^

CELLULE 309

Valeurs simulées>»«t«i«i«K Valeurs mesurées

'WH'iff^l I I I I I I 1 I I I [ I 1 I I I I I I 1 I I I I I I I I I I I

400.00 600.00 800.00 1000.000.00 200.00

Temps (Minu-tes)

Fig. 11: Cellule 309

1,10 -q

1 .00 i

0.90 -E

O.ao r

0.70 io

CJ) 0.60 -

CJ) 0.50 -

0.40 -E

0.30 ^

0.20 -E

0.10 -E

0.00

^^f.fi.^f-'^;^^^^^^^^*'*:-'^

CELLULE 282

Valeurs simulées'X'^tof^K Valeurs mesurées

0.Ó0 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00Temps (Minutes)

Fig. 10 : Cellule 282

1.10

1 .00

0.90

0.80

0.70O

CJ 0.60

CJ» 0.50

0.40

0.30'

0.20

0.10

0.00

ilW^v^^"^^

CELLULE 309

Valeurs simulées>»«t«i«i«K Valeurs mesurées

'WH'iff^l I I I I I I 1 I I I [ I 1 I I I I I I 1 I I I I I I I I I I I

400.00 600.00 800.00 1000.000.00 200.00

Temps (Minu-tes)

Fig. 11: Cellule 309

- une valeur de dispersivité longitudinale,- une valeur de la constante de temps Q, pour chaque point de mesure.

Principe de la méthode de calage

Le problème consiste à estimer un jeu de paramètres définis ci-dessus, La mé¬

thode utilisée cherche à minimiser une fonction objectif qui, dans notre cas, est

définie comme étant la somme des carrés des écarts entre les valeurs mesurées et

calculées, en partant de paramètres dont les valeurs limites sont imposées, La

technique employée est la méthode de Marquardt, Cet algorithme combine deux

principes, d'abord une méthode qui converge lentement et permet d'utiliser des

valeurs initiales éloignées des valeurs optimales des paramètres, puis une

méthode qui converge rapidement à condition de se trouver dans les alentoursde l'optimum,

2.3,2, Méthode des deux mesures

Cette méthode consiste à calculer les moments d'un signal choisi comme si¬

gnal d'entrée e(t) et les moments de la réponse correspondante s(t). Il est alors

possible de déterminer les valeurs de vitesse moyenne de pore à partir des

moments d'ordre 1 et les valeurs de dispersivité longitudinale à partir des

moments d'ordre 2, en utilisant les relations suivantes :

Par définition le moment d'ordre p de e(t) s'écrit :

Xp[e{t)]=[ tMt)dtJo

En appliquant cette définition aux signaux s et e et en considérant que W) est la

réponse impulsionnelle du milieu, on obtient :

U = L/[Xi((p(t))]

aL = cJ^(p(t)]u2/2L

avec

Xi{(p(t)) = Xi(s(t)) - Xi(e{t))

oW)]=[x2{s)-x2(s)]-[x2{e)-x2(e)]

29

- une valeur de dispersivité longitudinale,- une valeur de la constante de temps Q, pour chaque point de mesure.

Principe de la méthode de calage

Le problème consiste à estimer un jeu de paramètres définis ci-dessus, La mé¬

thode utilisée cherche à minimiser une fonction objectif qui, dans notre cas, est

définie comme étant la somme des carrés des écarts entre les valeurs mesurées et

calculées, en partant de paramètres dont les valeurs limites sont imposées, La

technique employée est la méthode de Marquardt, Cet algorithme combine deux

principes, d'abord une méthode qui converge lentement et permet d'utiliser des

valeurs initiales éloignées des valeurs optimales des paramètres, puis une

méthode qui converge rapidement à condition de se trouver dans les alentoursde l'optimum,

2.3,2, Méthode des deux mesures

Cette méthode consiste à calculer les moments d'un signal choisi comme si¬

gnal d'entrée e(t) et les moments de la réponse correspondante s(t). Il est alors

possible de déterminer les valeurs de vitesse moyenne de pore à partir des

moments d'ordre 1 et les valeurs de dispersivité longitudinale à partir des

moments d'ordre 2, en utilisant les relations suivantes :

Par définition le moment d'ordre p de e(t) s'écrit :

Xp[e{t)]=[ tMt)dtJo

En appliquant cette définition aux signaux s et e et en considérant que W) est la

réponse impulsionnelle du milieu, on obtient :

U = L/[Xi((p(t))]

aL = cJ^(p(t)]u2/2L

avec

Xi{(p(t)) = Xi(s(t)) - Xi(e{t))

oW)]=[x2{s)-x2(s)]-[x2{e)-x2(e)]

29

L étant la distance entre la source et le point de mesure

Les enregistrements pour toutes les cellules placées dans le milieu poreux sont

traitées de cette manière. L'enregistrement pour une cellule constitue une

réponse au signal d'entrée enregistré dans le bac amont. Dans chaque section sont

alors calculées des vitesses moyennes et des dispersivités moyennes à partir des

moments moyens obtenus à partir des moments de toutes les cellules de cette

section. Les valeurs dans les différentes sections, pour une expérience de

déplacement avec une solution de NaCl de concentration 0,5 g/1 sont donnés en

fig.l2 et flg,13.

30

L étant la distance entre la source et le point de mesure

Les enregistrements pour toutes les cellules placées dans le milieu poreux sont

traitées de cette manière. L'enregistrement pour une cellule constitue une

réponse au signal d'entrée enregistré dans le bac amont. Dans chaque section sont

alors calculées des vitesses moyennes et des dispersivités moyennes à partir des

moments moyens obtenus à partir des moments de toutes les cellules de cette

section. Les valeurs dans les différentes sections, pour une expérience de

déplacement avec une solution de NaCl de concentration 0,5 g/1 sont donnés en

fig.l2 et flg,13.

30

Fig. 12 : Vitesses moyennes de pore

400 500 600

distance (cm)

Flg. 13 : Dispersivités longitudinales moyennes

60

Eu

co

a,in

-] I I 1 I I r

0 100 200 300 400 500 600

distance (cm)

Fig. 12 : Vitesses moyennes de pore

400 500 600

distance (cm)

Flg. 13 : Dispersivités longitudinales moyennes

60

Eu

co

a,in

-] I I 1 I I r

0 100 200 300 400 500 600

distance (cm)

c : EXPERIENCE D'INJECTION LOCALISEE D'UNE SOLUTION DE

CHLORURE DE SODIUM DANS LE MILIEU POREUX

1, Caractéristiques.

1. 1. Milieu poreux

Le milieu poreux est identique à celui décrit précédemment (B 1.1.).

1.2, Caractéristiques hydrodynamiques

Les caractéristiques sont les suivantes :

Différence de cote entre le niveau amont et le niveau aval : 0,073 m

Débit dans le milieu poreux : 6,26 lO-^ m3/s = 5,40 m3/j

Vitesse de Darcy : 7,57 lO-s m/s = 6,54 m/j

Porosité cinématique : 35 - 45 %

1,3, Caractéristiques de la source de pollutionLors de la mise en place du milieu poreux, une cuve parallélépipédique

de dimensions 0,10 X 0,40 X 0,40 m a été implantée près du bac amont du modèle.

Cette source se situe dans un volume qui peut être défini par deux points de

coordonnées (40,30,30) et (50,70,70) et par des plans parallèles aux axes duréférentiel défini sur la figure 1. Dans cette source qui est entièrement perméable

à l'écoulement principal, une solution de concentration 96 g/1 a été injectée. Le

mélange de la solution fortement concentrée avec l'eau qui traverse la source est

rendu homogène grâce à une circulation continue crée à l'aide d'une pompe

péristaltique. L'injection est maintenue pendant 66 minutes ; la concentration

maximale atteinte dans la source est alors de 3 g/1. La masse totale injectée est de

124g,

32

c : EXPERIENCE D'INJECTION LOCALISEE D'UNE SOLUTION DE

CHLORURE DE SODIUM DANS LE MILIEU POREUX

1, Caractéristiques.

1. 1. Milieu poreux

Le milieu poreux est identique à celui décrit précédemment (B 1.1.).

1.2, Caractéristiques hydrodynamiques

Les caractéristiques sont les suivantes :

Différence de cote entre le niveau amont et le niveau aval : 0,073 m

Débit dans le milieu poreux : 6,26 lO-^ m3/s = 5,40 m3/j

Vitesse de Darcy : 7,57 lO-s m/s = 6,54 m/j

Porosité cinématique : 35 - 45 %

1,3, Caractéristiques de la source de pollutionLors de la mise en place du milieu poreux, une cuve parallélépipédique

de dimensions 0,10 X 0,40 X 0,40 m a été implantée près du bac amont du modèle.

Cette source se situe dans un volume qui peut être défini par deux points de

coordonnées (40,30,30) et (50,70,70) et par des plans parallèles aux axes duréférentiel défini sur la figure 1. Dans cette source qui est entièrement perméable

à l'écoulement principal, une solution de concentration 96 g/1 a été injectée. Le

mélange de la solution fortement concentrée avec l'eau qui traverse la source est

rendu homogène grâce à une circulation continue crée à l'aide d'une pompe

péristaltique. L'injection est maintenue pendant 66 minutes ; la concentration

maximale atteinte dans la source est alors de 3 g/1. La masse totale injectée est de

124g,

32

2, Résultats,

2,1. Détermination des paramètres à partir des moments de la

distribution spatiale des concentrations

Une méthode de calcul de moments spatiaux a été utilisée pour déterminerl'évolution de la position du centre de masse du nuage de polluant, de la vitesse

et des dispersivités lors du déplacement du polluant dans le milieu poreux,

La relation entre les paramètres ci-dessus (masse, vitesse, dispersivités) et les

moments spatiaux peut être obtenue à partir de l'approche développée par Aris(1956),

En utilisant la dérivée du moment spatial d'ordre 1 de la distribution de

concentrations v^:

f r

dxj _dt

XiôC

¡¡n^ dxidx2dx3

M at

avec n = porosité cinématique

M = masse totale de soluté

M = r- c dxidx2dx3

et l'équation 3D de convection - dispersion pour un traceur en milieu poreux

?i=D, 3 C , , 3cVi-

3t 3x¡3xj 3x¡

où c est la concentration, V¡ la vitesse dans la direction xi (i=l,2,3) et D¡j est le

tenseur de dispersion (i,j=l,2,3), on peut montrer que la vitesse est donnée par :

^' dt

33

2, Résultats,

2,1. Détermination des paramètres à partir des moments de la

distribution spatiale des concentrations

Une méthode de calcul de moments spatiaux a été utilisée pour déterminerl'évolution de la position du centre de masse du nuage de polluant, de la vitesse

et des dispersivités lors du déplacement du polluant dans le milieu poreux,

La relation entre les paramètres ci-dessus (masse, vitesse, dispersivités) et les

moments spatiaux peut être obtenue à partir de l'approche développée par Aris(1956),

En utilisant la dérivée du moment spatial d'ordre 1 de la distribution de

concentrations v^:

f r

dxj _dt

XiôC

¡¡n^ dxidx2dx3

M at

avec n = porosité cinématique

M = masse totale de soluté

M = r- c dxidx2dx3

et l'équation 3D de convection - dispersion pour un traceur en milieu poreux

?i=D, 3 C , , 3cVi-

3t 3x¡3xj 3x¡

où c est la concentration, V¡ la vitesse dans la direction xi (i=l,2,3) et D¡j est le

tenseur de dispersion (i,j=l,2,3), on peut montrer que la vitesse est donnée par :

^' dt

33

De même à partir de la dérivée par rapport au temps du moment d'ordre 2 de

la distribution de concentrations.

dt

r(xi-xi)(xj-Xj)^3c

L ^ 3tdxidx2dx3

J

et à partir de l'équation de convection - dispersion, les coefficients du tenseur

de dispersion sont donnés par :

D..- iiiii = A-V^'^"2 dt ^''^avec V= (ViVi)V2 gt où Aij est le tenseur de dispersivités macroscopiques.

Ce tenseur peut s'écrire, lorsque la vitesse est constante :

Aij = 1/2^ (x = Vt)

Le calcul des dispersivités par cette méthode de moments ne dépend pas de la

forme initiale de la zone contaminée.

Application de la méthode des moments à l'expérience d'injection dans lacuve source.

Les moments spatiaux sont calculés à partir d'une série de mesures obtenues

lors d'un balayage de toutes les cellules.

Pour le calcul, les valeurs mesurées sont interpolées linéairement surl'ensemble du domaine "intérieur" aux cellules. En effet seul le domaine situéentre les cellules de mesure est considéré, cependant cette restriction n'influencepas les valeurs des moments puisque le polluant se situe toujours dans cette zone

lors de sa propagation dans le milieu poreux.

L'expression utilisée pour le calcul de moments s'écrit :

34

De même à partir de la dérivée par rapport au temps du moment d'ordre 2 de

la distribution de concentrations.

dt

r(xi-xi)(xj-Xj)^3c

L ^ 3tdxidx2dx3

J

et à partir de l'équation de convection - dispersion, les coefficients du tenseur

de dispersion sont donnés par :

D..- iiiii = A-V^'^"2 dt ^''^avec V= (ViVi)V2 gt où Aij est le tenseur de dispersivités macroscopiques.

Ce tenseur peut s'écrire, lorsque la vitesse est constante :

Aij = 1/2^ (x = Vt)

Le calcul des dispersivités par cette méthode de moments ne dépend pas de la

forme initiale de la zone contaminée.

Application de la méthode des moments à l'expérience d'injection dans lacuve source.

Les moments spatiaux sont calculés à partir d'une série de mesures obtenues

lors d'un balayage de toutes les cellules.

Pour le calcul, les valeurs mesurées sont interpolées linéairement surl'ensemble du domaine "intérieur" aux cellules. En effet seul le domaine situéentre les cellules de mesure est considéré, cependant cette restriction n'influencepas les valeurs des moments puisque le polluant se situe toujours dans cette zone

lors de sa propagation dans le milieu poreux.

L'expression utilisée pour le calcul de moments s'écrit :

34

Mijk =

jÍ{xi-uxi)'(x2-ux2)'(x3-u5<3)'^ n c dxidx2dx3

où O. est le domaine d'intégration,i,j,k peuvent prendre les valeurs 1 ou 2,

u prend les valeurs 0 ou 1, 1 s'il s'agit de calculer un moment centré

d'ordre 2

n est la porosité cinématique supposée constante et égale à 0,39.

Le calcul des moments d'ordre 1 va déterminer le déplacement moyen dans les

trois directions xi,X2,X3,

xr=MiooM

X2 =Mqio

Mxí = Mqql

M

avec u=0

La distance parcourue par le centre de masse est alors

X = V(xi-Xiof+(X2-X2of-l-(x3-X3of

où xio, X20/ X30 sont les coordonnées du centre de la source.

Les moments d'ordre 2 calculés avec u=l vont nous permettre d'obtenir le

tenseur de variance de la distribution en soluté :

S^ii Sh2 5^13

5^21 5^22 3^23

S^31 5^32 $^33

avec s2ii=^-3cl^ s^n^^-M*^ sh2 = '^-^*^

c2,, = Mom .^ ,2 = Mqoi .^ ,2,, = Mon. .3T-*3-M M X3' M

Ce tenseur est symétrique, d'où : s^n = s22i, S232 = 5^23, s^is = s^sj.

La détermination des valeurs propres et vecteurs propres de ce tenseur

caractérisera l'évolution du nuage de polluant, en direction par rapport au

système d'axes de départ et en taille.

Le tenseur ci-dessus peut alors être ramené au tenseur suivant :

35

Mijk =

jÍ{xi-uxi)'(x2-ux2)'(x3-u5<3)'^ n c dxidx2dx3

où O. est le domaine d'intégration,i,j,k peuvent prendre les valeurs 1 ou 2,

u prend les valeurs 0 ou 1, 1 s'il s'agit de calculer un moment centré

d'ordre 2

n est la porosité cinématique supposée constante et égale à 0,39.

Le calcul des moments d'ordre 1 va déterminer le déplacement moyen dans les

trois directions xi,X2,X3,

xr=MiooM

X2 =Mqio

Mxí = Mqql

M

avec u=0

La distance parcourue par le centre de masse est alors

X = V(xi-Xiof+(X2-X2of-l-(x3-X3of

où xio, X20/ X30 sont les coordonnées du centre de la source.

Les moments d'ordre 2 calculés avec u=l vont nous permettre d'obtenir le

tenseur de variance de la distribution en soluté :

S^ii Sh2 5^13

5^21 5^22 3^23

S^31 5^32 $^33

avec s2ii=^-3cl^ s^n^^-M*^ sh2 = '^-^*^

c2,, = Mom .^ ,2 = Mqoi .^ ,2,, = Mon. .3T-*3-M M X3' M

Ce tenseur est symétrique, d'où : s^n = s22i, S232 = 5^23, s^is = s^sj.

La détermination des valeurs propres et vecteurs propres de ce tenseur

caractérisera l'évolution du nuage de polluant, en direction par rapport au

système d'axes de départ et en taille.

Le tenseur ci-dessus peut alors être ramené au tenseur suivant :

35

«;2û X

0

0

0

<;2S y

0

0

0

S^z

A partir des valeurs propres pour différents temps de mesure, les dispersivités

longitudinale et transversales (horizontale et verticale) peuvent être obtenues

graphiquement sur : s* = f(t)

De même, les vecteurs propres vont définir, avec les vecteurs de base duréférentiel de départ, des angles de rotation du nuage de polluant.

2. 2, Résultats expérimentaux

La méthode des moments spatiaux a été appliquée à l'expérience d'injectionpour plusieurs temps de mesure. Ces temps ont été choisis tels que le polluant aitdéjà quitté la source (injection terminée) et tels que le nuage de polluant soitencore entièrement situé à l'intérieur du milieu poreux et n'ait pas encore atteintle déversoir aval du modèle.

Masse :

Sur la figure 14 est représentée l'évolution de la masse de polluant présente

dans le milieu poreux en fonction du temps. Les valeurs obtenues fluctuent par

rapport à la masse de sel injectée dans la source. Ces variations peuvents'expliquer par le choix de la méthode d'interpolation utilisée.

Vitesse de déplacement :

La vitesse moyenne de déplacement du nuage de polluant peut être obtenue

en observant l'évolution de la distance parcourue par le centre de masse en

fonction du temps,(fig,15). On peut constater que les points obtenus sont bienalignés ; la vitesse moyenne donnée par la pente de la droite passant par ces

points est constante et égale ici à 1,04 cm/mn,

Dispersivité longitudinale :

La détermination de la dispersivité longitudinale par la méthode des

moments spatiaux est présentée en figure 16, La valeur de la dispersivitétransversale est égale à la moitié de la pente de la droite passant par les pointsexpérimentaux. Pour notre expérience, la valeur est de l'ordre de 20 cm.

36

«;2û X

0

0

0

<;2S y

0

0

0

S^z

A partir des valeurs propres pour différents temps de mesure, les dispersivités

longitudinale et transversales (horizontale et verticale) peuvent être obtenues

graphiquement sur : s* = f(t)

De même, les vecteurs propres vont définir, avec les vecteurs de base duréférentiel de départ, des angles de rotation du nuage de polluant.

2. 2, Résultats expérimentaux

La méthode des moments spatiaux a été appliquée à l'expérience d'injectionpour plusieurs temps de mesure. Ces temps ont été choisis tels que le polluant aitdéjà quitté la source (injection terminée) et tels que le nuage de polluant soitencore entièrement situé à l'intérieur du milieu poreux et n'ait pas encore atteintle déversoir aval du modèle.

Masse :

Sur la figure 14 est représentée l'évolution de la masse de polluant présente

dans le milieu poreux en fonction du temps. Les valeurs obtenues fluctuent par

rapport à la masse de sel injectée dans la source. Ces variations peuvents'expliquer par le choix de la méthode d'interpolation utilisée.

Vitesse de déplacement :

La vitesse moyenne de déplacement du nuage de polluant peut être obtenue

en observant l'évolution de la distance parcourue par le centre de masse en

fonction du temps,(fig,15). On peut constater que les points obtenus sont bienalignés ; la vitesse moyenne donnée par la pente de la droite passant par ces

points est constante et égale ici à 1,04 cm/mn,

Dispersivité longitudinale :

La détermination de la dispersivité longitudinale par la méthode des

moments spatiaux est présentée en figure 16, La valeur de la dispersivitétransversale est égale à la moitié de la pente de la droite passant par les pointsexpérimentaux. Pour notre expérience, la valeur est de l'ordre de 20 cm.

36

Fig, 14 : Masse de polluant dans le milieu en fonction du temps

160

140

ommaE

400

Fig. 15 : Dist. parcourue par le centre de masse en fonction du temps

400

3

3OOk.na.

in

a

300 -

200-

100

400

temps

Fig, 14 : Masse de polluant dans le milieu en fonction du temps

160

140

ommaE

400

Fig. 15 : Dist. parcourue par le centre de masse en fonction du temps

400

3

3OOk.na.

in

a

300 -

200-

100

400

temps

Fig. 16 : Détermination de la dispersivité longitudinale

XX

a.o

a>

lOUUU -

16000-

14000-

12000-

10000-

8000 -

6000 -

4000-

2000 -

0 - 1 1 1 1 1 1 1 1

100 200

temps

300 400

Fig. 16 : Détermination de la dispersivité longitudinale

XX

a.o

a>

lOUUU -

16000-

14000-

12000-

10000-

8000 -

6000 -

4000-

2000 -

0 - 1 1 1 1 1 1 1 1

100 200

temps

300 400

CONCLUSION

Le dispositif expérimental qui a été mis au point est un outil fiable pourl'étude détaillée et approfondie des différents phénomènes qui régissent ladispersion d'un polluant dans le milieu poreux. Le modèle 3D est très

performant du fait de l'automatisation du processus de mesure et

d'enregistrement. En effet, l'opérateur peut choisir les cellules à interroger, le

nombre de cycles de mesure. Le logiciel d'acquisition de données offre lapossibilité de visualiser et suivre l'évolution de la zone contaminée pendantl'expérience. Le suivi du polluant en "temps réel" à l'intérieur de la matriceporeuse est possible.

Le modèle expérimental 3D permet aussi, de par sa conception, de réaliser de

nombreuses expériences dans des configurations de sources et de pompages

variées.

Les expériences de déplacement miscible avec hétérogénéités de la phase

solide, réalisées sur le modèle 3D de grandes dimensions, ont permis de vahderun modèle de simulation dans une configuration complexe.

Les informations sur l'échantillon sont nombreuses, du fait du remplissage

qui a été effectué pour ces expériences. Les différents blocs de sable sont bienlocalisés, alors que sur le terrain, la géométrie du réservoir est le plus souvent

très mal connue dans le détail. C'est pourquoi il sera particulièrement intéressant

de contrôler à partir de quel moment les modèles numériques ne sont plusvérifiés, compte tenu d'une connaissance du réservoir de plus en plus imprécise,

La comparaison des résultats expérimentaux avec les résultats de simulationsdevra déterminer à partir de quel moment les résultats de simulation ne sont

plus assez fiables pour une utilisation à des fins de gestion efficace d'un aquifère(Protection d'un captage, mise en place d'un puits de dépollution,.,.).

Une autre composition de la matrice poreuse précisera l'influence de la tailledes hétérogénéités sur la dispersion d'un polluant.

Des comparaisons entre les résultats obtenus sur le modèle de mise au point et

les résultats obtenus sur le "grand" modèle permettront d'observer s'il y a

39

CONCLUSION

Le dispositif expérimental qui a été mis au point est un outil fiable pourl'étude détaillée et approfondie des différents phénomènes qui régissent ladispersion d'un polluant dans le milieu poreux. Le modèle 3D est très

performant du fait de l'automatisation du processus de mesure et

d'enregistrement. En effet, l'opérateur peut choisir les cellules à interroger, le

nombre de cycles de mesure. Le logiciel d'acquisition de données offre lapossibilité de visualiser et suivre l'évolution de la zone contaminée pendantl'expérience. Le suivi du polluant en "temps réel" à l'intérieur de la matriceporeuse est possible.

Le modèle expérimental 3D permet aussi, de par sa conception, de réaliser de

nombreuses expériences dans des configurations de sources et de pompages

variées.

Les expériences de déplacement miscible avec hétérogénéités de la phase

solide, réalisées sur le modèle 3D de grandes dimensions, ont permis de vahderun modèle de simulation dans une configuration complexe.

Les informations sur l'échantillon sont nombreuses, du fait du remplissage

qui a été effectué pour ces expériences. Les différents blocs de sable sont bienlocalisés, alors que sur le terrain, la géométrie du réservoir est le plus souvent

très mal connue dans le détail. C'est pourquoi il sera particulièrement intéressant

de contrôler à partir de quel moment les modèles numériques ne sont plusvérifiés, compte tenu d'une connaissance du réservoir de plus en plus imprécise,

La comparaison des résultats expérimentaux avec les résultats de simulationsdevra déterminer à partir de quel moment les résultats de simulation ne sont

plus assez fiables pour une utilisation à des fins de gestion efficace d'un aquifère(Protection d'un captage, mise en place d'un puits de dépollution,.,.).

Une autre composition de la matrice poreuse précisera l'influence de la tailledes hétérogénéités sur la dispersion d'un polluant.

Des comparaisons entre les résultats obtenus sur le modèle de mise au point et

les résultats obtenus sur le "grand" modèle permettront d'observer s'il y a

39

modification en passant de l'échelle du petit modèle à l'échelle de la grande cuve,

ceci afin de voir si les résultats et critères déterminés en laboratoire peuvent être

transposés à l'échelle du terrain. Il sera ainsi possible de déterminer une distance

"critique" au-delà de laquelle, le type d'injection (mélangeur ou échelon) n'aura

plus d'influence sur la réponse du milieu.Ce modèle expérimental baptisé MARCEAU'S (Modèle d'Analyse et de

Recherche sur la Contamination des EAUx Souterraines) a été inauguréofficiellement le 03 Juin 1991. Une plaquette éditée par la Région Alsace à cette

occasion est jointe en Annexe 3.

40

modification en passant de l'échelle du petit modèle à l'échelle de la grande cuve,

ceci afin de voir si les résultats et critères déterminés en laboratoire peuvent être

transposés à l'échelle du terrain. Il sera ainsi possible de déterminer une distance

"critique" au-delà de laquelle, le type d'injection (mélangeur ou échelon) n'aura

plus d'influence sur la réponse du milieu.Ce modèle expérimental baptisé MARCEAU'S (Modèle d'Analyse et de

Recherche sur la Contamination des EAUx Souterraines) a été inauguréofficiellement le 03 Juin 1991. Une plaquette éditée par la Région Alsace à cette

occasion est jointe en Annexe 3.

40

Annexe 1 : Remplissage de la cuve expérimentale

Sable Kl 0 Sable K20

le plus perméable)

Sable K30

le moins perméable)

100cm

AVAL

1̂ JÎ10cm

AVAL CI

AMONT

560 cm

AMONT

Couche n 3 (20<Z<30cm) Couche n 6(50<Z<60cm) Couche n 9(80<Z<90)(SURFACE)

AVALAVAL

AMONTAMONT

AVAL AMONT

Couche n 2 (10<Z<20cm) Couche n 5(40<Z<50cm) Couche n 8[70<Z<80cm)

AVAL - 4 -AVAL

AMONTAMONT

A V A L - F - AMONT

Couche n l(0<Z<10cm)(FOND)

Couche n 4(30<Z<40cm) Couche n 7 (60<Z<70cm)

Annexe 2,ncel x(cin) y(citi) z(cm) sab.

2020202020202020202020202020202020202020202020202010102010102020201020101020102030303030302010301010101020101020202010203010

123456789

1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162

20.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020-. 0020.0020.0020.0020.0020.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.00

100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00

11.7511.7511.7511.7511.7531.7531.7531.7531.7531.7548.2548.2548.2548.2548.2568.2568.2568.2568.2568.2588.2588.2588.2588.2588.2511.7511.7511.7511.7511.7531.7531.7531.7531.7531.7548.2548.2548.2548.2548.2568.2568.2568.2568.2568.2588.2588.2588.2588.2588.2511.7511.7511.7511.7511.7531.7531.7531.7531.7531.7548.2548.25

10.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.50

Annexe 2,ncel x(cin) y(citi) z(cm) sab.

2020202020202020202020202020202020202020202020202010102010102020201020101020102030303030302010301010101020101020202010203010

123456789

1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162

20.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020.0020-. 0020.0020.0020.0020.0020.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.0060.00

100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00

11.7511.7511.7511.7511.7531.7531.7531.7531.7531.7548.2548.2548.2548.2548.2568.2568.2568.2568.2568.2588.2588.2588.2588.2588.2511.7511.7511.7511.7511.7531.7531.7531.7531.7531.7548.2548.2548.2548.2548.2568.2568.2568.2568.2568.2588.2588.2588.2588.2588.2511.7511.7511.7511.7511.7531.7531.7531.7531.7531.7548.2548.25

10.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.5045.0062.5080.0010.0027.50

63646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899

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00

Annexe 3

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT

Analyse desmécanismes de pollutionD'UNE nappe alluviale

A L'AIDE D'UN MODELE DE LABORATOIRE

PLAQUETTE DE PRESENTATION DU MODELE

Annexe 3

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT

Analyse desmécanismes de pollutionD'UNE nappe alluviale

A L'AIDE D'UN MODELE DE LABORATOIRE

PLAQUETTE DE PRESENTATION DU MODELE

Conseil Régional:AirAlsace

MARAAU'SMODELE D'ANALYSE

ET DE RECHERCHE SUR LACONTAMINATION DES EAUX

SOUTERRAINES

Conseil Régional:AirAlsace

MARAAU'SMODELE D'ANALYSE

ET DE RECHERCHE SUR LACONTAMINATION DES EAUX

SOUTERRAINES

SOMMAIRE

MARCEAU'S, UN PARTENARIAT EXEMPLAIREPOUR UN PROJET PRIORITAIRE 3

LA NAPPE D'ALSACE, UN ELEMENTDE LA NAPPE PHREATIQUE DU FOSSE RHENAN 5

UN CAPITAL ECONOMIQUE ET PAYSAGERUNIQUE EN EUROPE 7

ETAT DE POLLUTION DE LA NAPPE PHREATIQUE 8-9

UNE VOLONTE REGIONALE :RESTAURER ET PROTEGERLA QUALITE DE LA NAPPE 11

UN OUTIL INNOVANTPOUR DES REPONSES CONCRETES 13

ILLUSTRATIONSNappe phréatique du Fossé Rhénan 14

Schéma de fonctionnement de MARCEAU'S 15

VISUALISER ET MESURER LE DEPLACEMENTD'UN POLLUANT DANS LA NAPPE 17

DES CHAMPS D'EXPLOITATION MULTIPLESAU SERVICE DE LA PROTECTION DE L'EAU 19

Conseil RégionalT^Alsace

SOMMAIRE

MARCEAU'S, UN PARTENARIAT EXEMPLAIREPOUR UN PROJET PRIORITAIRE 3

LA NAPPE D'ALSACE, UN ELEMENTDE LA NAPPE PHREATIQUE DU FOSSE RHENAN 5

UN CAPITAL ECONOMIQUE ET PAYSAGERUNIQUE EN EUROPE 7

ETAT DE POLLUTION DE LA NAPPE PHREATIQUE 8-9

UNE VOLONTE REGIONALE :RESTAURER ET PROTEGERLA QUALITE DE LA NAPPE 11

UN OUTIL INNOVANTPOUR DES REPONSES CONCRETES 13

ILLUSTRATIONSNappe phréatique du Fossé Rhénan 14

Schéma de fonctionnement de MARCEAU'S 15

VISUALISER ET MESURER LE DEPLACEMENTD'UN POLLUANT DANS LA NAPPE 17

DES CHAMPS D'EXPLOITATION MULTIPLESAU SERVICE DE LA PROTECTION DE L'EAU 19

Conseil RégionalT^Alsace

B

MARCEAU'SUN PARTENARIAT EXEMPLAIRE POUR

UN PROJET PRIORITAIRE

Le projet de réalisation du Modèle d'Analyse et de Recherche sur la Contamination des EauxSouterraines - MARCEAU'S - est né d'un constat : la nappe phréatique d'Alsace constitue pour larégion un capital économique et paysager aussi précieux que fragile.

D'ores et déjà soumise à une détérioration conséquente, due à des pollutions diverses, la nappephréatique d'Alsace doit être protégée, comme l'ensemble de la ressource eau, par des dispositionsefficaces et innovantes.

C'est ainsi que le projet MARCEAU'S a été présenté, en 1988, dans le cadre du Comité Techniquede l'Eau (CTE Alsace) et au titre du programme de la Commission Interministérielle d'Etude de laNappe Phréatique de la Plaine d'Alsace (CIENPPA).

Près de 3 années ont été nécessaires à l'élaboration du modèle dont le coût global avoisine 2 millionsde francs. Le Conseil Régional d'Alsace a apporté une contribution équivalente à 35 % de ce budget,dont 50 % du volume budgétaire consacré à l'équipement, c'est-à-dire à la construction et àl'aménagement de la cuve expérimentale.

L'Etat, maître d'ouvrage de l'opération, a apporté son soutien financier au projet par le biais duMinistère de l'Environnement (via le SGAL/BRGM) et du Centre National de la RechercheScientifique (CNRS). L'Université Louis Pasteur de Strasbourg a également fourni un supportscientifique et technique sans lequel le modèle n'aurait pas pu voir le jour.

Conseil RégionalArAlsace

B

MARCEAU'SUN PARTENARIAT EXEMPLAIRE POUR

UN PROJET PRIORITAIRE

Le projet de réalisation du Modèle d'Analyse et de Recherche sur la Contamination des EauxSouterraines - MARCEAU'S - est né d'un constat : la nappe phréatique d'Alsace constitue pour larégion un capital économique et paysager aussi précieux que fragile.

D'ores et déjà soumise à une détérioration conséquente, due à des pollutions diverses, la nappephréatique d'Alsace doit être protégée, comme l'ensemble de la ressource eau, par des dispositionsefficaces et innovantes.

C'est ainsi que le projet MARCEAU'S a été présenté, en 1988, dans le cadre du Comité Techniquede l'Eau (CTE Alsace) et au titre du programme de la Commission Interministérielle d'Etude de laNappe Phréatique de la Plaine d'Alsace (CIENPPA).

Près de 3 années ont été nécessaires à l'élaboration du modèle dont le coût global avoisine 2 millionsde francs. Le Conseil Régional d'Alsace a apporté une contribution équivalente à 35 % de ce budget,dont 50 % du volume budgétaire consacré à l'équipement, c'est-à-dire à la construction et àl'aménagement de la cuve expérimentale.

L'Etat, maître d'ouvrage de l'opération, a apporté son soutien financier au projet par le biais duMinistère de l'Environnement (via le SGAL/BRGM) et du Centre National de la RechercheScientifique (CNRS). L'Université Louis Pasteur de Strasbourg a également fourni un supportscientifique et technique sans lequel le modèle n'aurait pas pu voir le jour.

Conseil RégionalArAlsace

Résurgence phréatique à ErsteinPhoto : Gérant LACOUMETTE

B

LA NAPPE D'ALSACE:UN ELEMENT

DE LA NAPPE PHREATIQUEDU FOSSE RHENAN

Une composanted'un réservoir d'eau

de 300 milliardsden^

Réservoir de près de 50 milliards de m' d'eau, la nappe phréatique s'étend en Alsace sur une surfaced'environ 2 800 km^. Elle gît sous nos pieds, à une profondeur de quelques mètres en moyenne qui peutse réduire à quelques dizaines de centimètres suivant la topographie locale de la plaine alsacienne eten fonction du remplissage du réservoir phréatique.

La nappe alsacienne ne constitue qu'une partie de l'ensemble d'un réservoir d'eau souterraine de

300 milliards de m' contenu dans les masses d'alluvions grossières qui ont comblé le fossé rhénan entreles Vosges et la Forêt Noire, de Bale à Mayence : la nappe phréatique dufossé rhénan.

Formé de sables,

graviers et cailloutis,l'aquifère peut

atteindre plus de 200mètres d'épaisseur

Ces sables, graviers et cailloutis y ont été déposés au cours des temps géologiques par les rivières quidévalaient des deux massifs montagneux et par le Rhin qui charriait des quantités impressionnantes de

matériaux grossiers depuis son haut bassin alpin. L'ensemble de ces alluvions, qui peut atteindre plusde 200 mètres d'épaisseur par endroit, présente un volume non moins important d'espaces interstitiels(vides laissés libres entre les cailloux et les grains de sable) : l'aquifère.Les précipitations qui s'infiltrent à travers les sols, les eaux apportées par les rivières et surtout par leRhin, conüibuent au remplissage de ces espaces interstitiels : ces eaux souterrainesforment la nappephréatique proprement dite.

Des eauxsouterraines qui se

déplacent selon unedynamique propre

Dans le sous-sol alsacien, les eaux phréatiques ne sont pas immobiles. Elles se déplacent du sud versle nord, et peuvent migrer depuis les couches proches de la surface du sol vers les formations alluvialesplus profondes.Si le débit des cours d'eau s'exprime en mètres par seconde, celui de la nappe est évalué en mètrespar jour. Cette progression lente des eaux souterraines dans le sous-sol alsacien n'empêche pas

la nappe de disposer d'une dynamique propre.

Ouuï la valeur écologique de ce patrimoine unique en Europe - de par le volume du réservoir phréatiqueet la qualité de ses eaux - la nappe phréatique du fossé rhénan constitue une véritable rente de situationéconomique pour l'Alsace.

Conseil RégionalT^Alsace

B

LA NAPPE D'ALSACE:UN ELEMENT

DE LA NAPPE PHREATIQUEDU FOSSE RHENAN

Une composanted'un réservoir d'eau

de 300 milliardsden^

Réservoir de près de 50 milliards de m' d'eau, la nappe phréatique s'étend en Alsace sur une surfaced'environ 2 800 km^. Elle gît sous nos pieds, à une profondeur de quelques mètres en moyenne qui peutse réduire à quelques dizaines de centimètres suivant la topographie locale de la plaine alsacienne eten fonction du remplissage du réservoir phréatique.

La nappe alsacienne ne constitue qu'une partie de l'ensemble d'un réservoir d'eau souterraine de

300 milliards de m' contenu dans les masses d'alluvions grossières qui ont comblé le fossé rhénan entreles Vosges et la Forêt Noire, de Bale à Mayence : la nappe phréatique dufossé rhénan.

Formé de sables,

graviers et cailloutis,l'aquifère peut

atteindre plus de 200mètres d'épaisseur

Ces sables, graviers et cailloutis y ont été déposés au cours des temps géologiques par les rivières quidévalaient des deux massifs montagneux et par le Rhin qui charriait des quantités impressionnantes de

matériaux grossiers depuis son haut bassin alpin. L'ensemble de ces alluvions, qui peut atteindre plusde 200 mètres d'épaisseur par endroit, présente un volume non moins important d'espaces interstitiels(vides laissés libres entre les cailloux et les grains de sable) : l'aquifère.Les précipitations qui s'infiltrent à travers les sols, les eaux apportées par les rivières et surtout par leRhin, conüibuent au remplissage de ces espaces interstitiels : ces eaux souterrainesforment la nappephréatique proprement dite.

Des eauxsouterraines qui se

déplacent selon unedynamique propre

Dans le sous-sol alsacien, les eaux phréatiques ne sont pas immobiles. Elles se déplacent du sud versle nord, et peuvent migrer depuis les couches proches de la surface du sol vers les formations alluvialesplus profondes.Si le débit des cours d'eau s'exprime en mètres par seconde, celui de la nappe est évalué en mètrespar jour. Cette progression lente des eaux souterraines dans le sous-sol alsacien n'empêche pas

la nappe de disposer d'une dynamique propre.

Ouuï la valeur écologique de ce patrimoine unique en Europe - de par le volume du réservoir phréatiqueet la qualité de ses eaux - la nappe phréatique du fossé rhénan constitue une véritable rente de situationéconomique pour l'Alsace.

Conseil RégionalT^Alsace

La nappe phréatiquede la Plaine d'Alsace

en chiffres

Superficie.-2 sookïïf160km de Bale à Lauterbourg, quelqueskilomètres de large auxextrémitésSudetNord, 20km delargeaucentre de laplaine d'Alsace, éntreles Vosgeset le Rhin.

Epaisseur de l'aquifère : 90 m en moyennequelques mètres en bordure vosgienne,250 m dans l'axe du fossé rhénan à l'aplomb du cours du fleuve

Volume des alluvions :250 milliards de irf

Volume d'eau stockée : 50 milliards de rrfsur300 milliards de rrfpourl'ensemble de la nappedu fossé rhénan

Flux total entrant : 1,3 milliards de rrfparan en moyennedont200 millionspar lesprécipitations, 700 millionsprovenantdes rivières vosgiennes, 400 millionsprovenant du Rhin

Vitesse moyenne de circulation :3 à 8mètresparjour

Prélèvements: de l'ordre de 0,5milliards de rrf/an,soit environ 15nf/s (recordnational)

Utilisation supérieure à 60% des besoinsen eau de l'économie régionale (tous usages confondus)

Coût de production du mètre cube d'eau potable :un desplus faibles de France, environ 4 F/nf

La nappe phréatiquede la Plaine d'Alsace

en chiffres

Superficie.-2 sookïïf160km de Bale à Lauterbourg, quelqueskilomètres de large auxextrémitésSudetNord, 20km delargeaucentre de laplaine d'Alsace, éntreles Vosgeset le Rhin.

Epaisseur de l'aquifère : 90 m en moyennequelques mètres en bordure vosgienne,250 m dans l'axe du fossé rhénan à l'aplomb du cours du fleuve

Volume des alluvions :250 milliards de irf

Volume d'eau stockée : 50 milliards de rrfsur300 milliards de rrfpourl'ensemble de la nappedu fossé rhénan

Flux total entrant : 1,3 milliards de rrfparan en moyennedont200 millionspar lesprécipitations, 700 millionsprovenantdes rivières vosgiennes, 400 millionsprovenant du Rhin

Vitesse moyenne de circulation :3 à 8mètresparjour

Prélèvements: de l'ordre de 0,5milliards de rrf/an,soit environ 15nf/s (recordnational)

Utilisation supérieure à 60% des besoinsen eau de l'économie régionale (tous usages confondus)

Coût de production du mètre cube d'eau potable :un desplus faibles de France, environ 4 F/nf

UN CAPITAL ECONOMIQUEET PAYSAGER

UNIQUE EN EUROPE

Une rente de

situation évaluéeà 340 millions

defrancs par an

Sur la quasi-totalité de la surface de la plaine du Rhin, il suffit de traverser les premiers mètres dusous-sol pour atteindre le contenu de l'aquifère et y puiser une eau de bonne qualité. Cette eau ne

nécessite en effet aucun traitement avant consommation.

Les prélèvements d'eau de la nappe pour les usages domestiques, industriels (hors eaux de

refroidissement des centrales thermiques) et agricoles (irrigation) couvrent ainsi plus de 60 % de

l'ensemble des besoins régionaux, et ce, grâce au renouvellement permanent de cette formidableréserve par les apports du Rhin et de ses affluents vosgiens, d'une part, et par les précipitations,d'autre part. Ce réapprovisionnement naturel, estimé à 1,3 milliards de m' chaque année, permetde satisfaire l'essentiel des besoins en Alsace ;

74 % des besoins en eau potable de nos agglomérations, soit unevaleur équivalente à 97 millions de francs par an,

54 % des besoins en eau industrielle (notamment pour les entreprisesagro-alimentaires) sans tenir compte des eaux de refroidissement des

machines, soit une rente annuelle de près de 156 millions de francs,7 1 % des besoins en eau pour l'agriculture, soit environ 27 millionsde francs par an,

l'équivalent d'environ 60 millions de francs d'économie d'énergie par an

grâce aux pompes à chaleur.Pour la seule partie alsacienne de la nappe, cette rente de situation est estimée à 340 millionsde francs par an, valeur largement sous évaluée : une véritable poule aux �ufs d'or!

La nappe donne également naissance aux rieds, éléments typiques du paysage de la plaine d'Alsacedont les richesses faunistiques et floristiques sont reconnues à l'échelle européenne. Ces paysagesriediens remarquables servent de support à un tourisme rural de qualité. Mais leur gestion est

étroitement liée aux impératifs de protection des eaux souterraines.Capital économique et touristique exceptionnel, la nappe phréatique d'Alsace est cependantfragilisée par des agressions polluantes qui, sans nuire à son abondance, mettent en péril la qualitéde son eau.

Conseil RégonalArAlsace

UN CAPITAL ECONOMIQUEET PAYSAGER

UNIQUE EN EUROPE

Une rente de

situation évaluéeà 340 millions

defrancs par an

Sur la quasi-totalité de la surface de la plaine du Rhin, il suffit de traverser les premiers mètres dusous-sol pour atteindre le contenu de l'aquifère et y puiser une eau de bonne qualité. Cette eau ne

nécessite en effet aucun traitement avant consommation.

Les prélèvements d'eau de la nappe pour les usages domestiques, industriels (hors eaux de

refroidissement des centrales thermiques) et agricoles (irrigation) couvrent ainsi plus de 60 % de

l'ensemble des besoins régionaux, et ce, grâce au renouvellement permanent de cette formidableréserve par les apports du Rhin et de ses affluents vosgiens, d'une part, et par les précipitations,d'autre part. Ce réapprovisionnement naturel, estimé à 1,3 milliards de m' chaque année, permetde satisfaire l'essentiel des besoins en Alsace ;

74 % des besoins en eau potable de nos agglomérations, soit unevaleur équivalente à 97 millions de francs par an,

54 % des besoins en eau industrielle (notamment pour les entreprisesagro-alimentaires) sans tenir compte des eaux de refroidissement des

machines, soit une rente annuelle de près de 156 millions de francs,7 1 % des besoins en eau pour l'agriculture, soit environ 27 millionsde francs par an,

l'équivalent d'environ 60 millions de francs d'économie d'énergie par an

grâce aux pompes à chaleur.Pour la seule partie alsacienne de la nappe, cette rente de situation est estimée à 340 millionsde francs par an, valeur largement sous évaluée : une véritable poule aux �ufs d'or!

La nappe donne également naissance aux rieds, éléments typiques du paysage de la plaine d'Alsacedont les richesses faunistiques et floristiques sont reconnues à l'échelle européenne. Ces paysagesriediens remarquables servent de support à un tourisme rural de qualité. Mais leur gestion est

étroitement liée aux impératifs de protection des eaux souterraines.Capital économique et touristique exceptionnel, la nappe phréatique d'Alsace est cependantfragilisée par des agressions polluantes qui, sans nuire à son abondance, mettent en péril la qualitéde son eau.

Conseil RégonalArAlsace

Un patrimoine paysager et touristique...

Forêt alluviale rhénanePhoto : Gérard LACOUMETTE

Résurgence phréatique à ErsteinPhoto : Gémi IACOUMSTTE

menacé par des pollutions quotidiennes

Décharge sauvagePhoto : Gérard LACOUMETTE

Conseil Régional ̂ rAlsace

Le Contrat de Nappeet les programmes de recherche

La répartitiondesresponsabilitésentrelescollectivitéstemton'alesalsaciennes(Conseil Régional d'Alsace, Conseils Généraux du Bas-Rhin et du Haut-Rhin) en matière degestion de l'eaua attribuéau ConseilRégionald'Alsacelaprise en charge des eauxsouterrainesLe ConseilRégionald'Alsacea, dansces conditions, signéavecl'Agence del'Eau Rhin-Meuse, le 11 Juillet 1990, le Contrat de Nappe d'Alsace. Cedocumentcontractuel, unique enFrance, viseàprotégerlanappephréatiqueetà organisersa gestion de façon rationnelle.

Le Contrat conjugue études et actions dans le cadre d'un programmed'intervention établipour 3 ans (1990-1992) etprévoit l'engagement d'unbudget global de 16 millions de francs, réparti à parité entre le ConseilRégionald'Alsace et l'Agence de l'Eau Rhin-Meuse.

Les cinq orientations majeures du Contratsont les suivantes :A l'améliorationdela connaissanceetdusuividela qualitéactuelle et future

de la nappe,A le développement d'opérations d'information et de conseil auprès des

agriculteurspourune bonne utilisation de l'azote et desproduits phyto-sanitaires,

A le soutien à la réalisation d'actions ou d'aménagements, devant aboutirà laprotection définitive deszonessensiblespourla qualitéde la nappe,

A l'aide auxmaîtres d'ouvrage quiréaliserontdes aménagements hydrau¬

liquespermettantune amélioration significative de la qualitédes eauxdela nappe,

A la mise en ruvre des sept objectifs fixés par la Charte des ZonesInondables de l'IllDomaniale (principalaffluentalsacien du Rhin) parmilesquels : conservation des paysages et des zones humides propicespourles oiseaux, la maîtrise des recharges de la nappe par les bassinsd'épandage des excès d'eau, etc.

Le ConseilRégionald'Alsace investit parailleurs, des sommesimportantesen faveurdes différentsprogrammes d'étude etde recherche finalisés dansle domaine de l'eau :A au plan régional, avec le Programme Interdisciplinaire de

Recherche surl'Environnement (PIREN-Eau/Alsace) consacré de 1989à 1993 à l'étude du transfert de contaminants vers la nappephréatique,

A auplan international, avecles études engagées dans le domaine de l'eauparl'InstitutFranco-AllemanddeRecherche surl'Environnement (IFARE)

Le Contrat de Nappeet les programmes de recherche

La répartitiondesresponsabilitésentrelescollectivitéstemton'alesalsaciennes(Conseil Régional d'Alsace, Conseils Généraux du Bas-Rhin et du Haut-Rhin) en matière degestion de l'eaua attribuéau ConseilRégionald'Alsacelaprise en charge des eauxsouterrainesLe ConseilRégionald'Alsacea, dansces conditions, signéavecl'Agence del'Eau Rhin-Meuse, le 11 Juillet 1990, le Contrat de Nappe d'Alsace. Cedocumentcontractuel, unique enFrance, viseàprotégerlanappephréatiqueetà organisersa gestion de façon rationnelle.

Le Contrat conjugue études et actions dans le cadre d'un programmed'intervention établipour 3 ans (1990-1992) etprévoit l'engagement d'unbudget global de 16 millions de francs, réparti à parité entre le ConseilRégionald'Alsace et l'Agence de l'Eau Rhin-Meuse.

Les cinq orientations majeures du Contratsont les suivantes :A l'améliorationdela connaissanceetdusuividela qualitéactuelle et future

de la nappe,A le développement d'opérations d'information et de conseil auprès des

agriculteurspourune bonne utilisation de l'azote et desproduits phyto-sanitaires,

A le soutien à la réalisation d'actions ou d'aménagements, devant aboutirà laprotection définitive deszonessensiblespourla qualitéde la nappe,

A l'aide auxmaîtres d'ouvrage quiréaliserontdes aménagements hydrau¬

liquespermettantune amélioration significative de la qualitédes eauxdela nappe,

A la mise en ruvre des sept objectifs fixés par la Charte des ZonesInondables de l'IllDomaniale (principalaffluentalsacien du Rhin) parmilesquels : conservation des paysages et des zones humides propicespourles oiseaux, la maîtrise des recharges de la nappe par les bassinsd'épandage des excès d'eau, etc.

Le ConseilRégionald'Alsace investit parailleurs, des sommesimportantesen faveurdes différentsprogrammes d'étude etde recherche finalisés dansle domaine de l'eau :A au plan régional, avec le Programme Interdisciplinaire de

Recherche surl'Environnement (PIREN-Eau/Alsace) consacré de 1989à 1993 à l'étude du transfert de contaminants vers la nappephréatique,

A auplan international, avecles études engagées dans le domaine de l'eauparl'InstitutFranco-AllemanddeRecherche surl'Environnement (IFARE)

B!

UNE VOLONTE REGIONALE:RESTAURER ET PROTEGERLA QUALITE DE LA NAPPE

200 km'de nappe déjà

détériorés par des

pollutionsdiverses

Un dispositifdeprotection

de la nappemis en placedepuis 1988

L'abondance et la qualité de la nappe phréatique ont longtemps laissé penser qu'il s'agissait d'uneressource inépuisable. Si les problèmes de quantité ne se posent pas aujourd'hui, la qualité de l'eause dégrade en revanche de façon préoccupante.Plus de 200 km' de surface de nappe exploitable sont aujourd'hui perdus en raison de pollutionsdiverses. Peu protégée, parce que recouverte de terrains perméables de faible épaisseur, la nappesubit des pollutions liées aux activités industrielles (rejets, exploitation du gravier, déchargeshistoriques, etc.), à l'intensification des pratiques agricoles modernes utilisant, en grande quantité,engrais et traitements phytosanitaires (pesticides, fongicides), et aux rejets domestiques(détergents, etc.).

Deux cas interpellent notamment les autorités responsables de la gestion de la ressource eau et de

l'aménagement du territoire.

Les situations de crise :Qu'en est-il de la propagation d'un polluant déversé accidentellement dans leseaux superficielles ou à même le sol, polluant qui s'infiltre insidieusement à

travers les alluvions rhénanes pour atteindre finalement les eaux phréatiques ?

Les implantations à risque:Peut-on accepter et, a fortiori, programmer l'implantation d'une activité à fortrisque de pollution en amont d'un puit de captage d'alimentation en eau potable ?

Pour enrayer les détériorations de la nappe et répondre àces interrogations, les politiques régionaleset locales déployées en matière d'environnement en Alsace comportent désormais de manièresystématique un volet consacré à la gestion de la ressource eau et plus particulièrement à laprotection de la nappe phréatique.Le Conseil Régional d'Alsace, compétent en matière d'aménagement de l'espace, entend ainsi se

doter d'outils d'expertise et d'aide à la décision performants dans le domaine de la protection de lanappe. Dès 1988, il décidait d'apporter son soutien à l'élaboration d'un modèle d'analyse en troisdimensions des mécanismes de pollution et de propagation de polluants dans le réservoirphréatiquealsacien : le modèle MARCEAU'S. Une décision venue compléter un ensemble d'actionscomportant notamment le Contrat de Nappe avec l'Agence de l'Eau Rhin-Meuse et un investisse¬ment conséquent dans des programmes de recherche régionaux et internationaux.

Conseil Ré^onalA-Alsace

B!

UNE VOLONTE REGIONALE:RESTAURER ET PROTEGERLA QUALITE DE LA NAPPE

200 km'de nappe déjà

détériorés par des

pollutionsdiverses

Un dispositifdeprotection

de la nappemis en placedepuis 1988

L'abondance et la qualité de la nappe phréatique ont longtemps laissé penser qu'il s'agissait d'uneressource inépuisable. Si les problèmes de quantité ne se posent pas aujourd'hui, la qualité de l'eause dégrade en revanche de façon préoccupante.Plus de 200 km' de surface de nappe exploitable sont aujourd'hui perdus en raison de pollutionsdiverses. Peu protégée, parce que recouverte de terrains perméables de faible épaisseur, la nappesubit des pollutions liées aux activités industrielles (rejets, exploitation du gravier, déchargeshistoriques, etc.), à l'intensification des pratiques agricoles modernes utilisant, en grande quantité,engrais et traitements phytosanitaires (pesticides, fongicides), et aux rejets domestiques(détergents, etc.).

Deux cas interpellent notamment les autorités responsables de la gestion de la ressource eau et de

l'aménagement du territoire.

Les situations de crise :Qu'en est-il de la propagation d'un polluant déversé accidentellement dans leseaux superficielles ou à même le sol, polluant qui s'infiltre insidieusement à

travers les alluvions rhénanes pour atteindre finalement les eaux phréatiques ?

Les implantations à risque:Peut-on accepter et, a fortiori, programmer l'implantation d'une activité à fortrisque de pollution en amont d'un puit de captage d'alimentation en eau potable ?

Pour enrayer les détériorations de la nappe et répondre àces interrogations, les politiques régionaleset locales déployées en matière d'environnement en Alsace comportent désormais de manièresystématique un volet consacré à la gestion de la ressource eau et plus particulièrement à laprotection de la nappe phréatique.Le Conseil Régional d'Alsace, compétent en matière d'aménagement de l'espace, entend ainsi se

doter d'outils d'expertise et d'aide à la décision performants dans le domaine de la protection de lanappe. Dès 1988, il décidait d'apporter son soutien à l'élaboration d'un modèle d'analyse en troisdimensions des mécanismes de pollution et de propagation de polluants dans le réservoirphréatiquealsacien : le modèle MARCEAU'S. Une décision venue compléter un ensemble d'actionscomportant notamment le Contrat de Nappe avec l'Agence de l'Eau Rhin-Meuse et un investisse¬ment conséquent dans des programmes de recherche régionaux et internationaux.

Conseil Ré^onalA-Alsace

Une équipe de spécialistespour une expérience innovante

LeLaboratoired'Hydrodynamique desMilieuxPoreux(LRMP)de l'InstitutdeMécanique des Fluides (Université Louis Pasteurde Strasbourg Unité deRecherche Associée CNRS 854) a acquis, au cours des 30 dernièresannées, une solide expérience - reconnue au niveau international - enmatière de création etd'utilisation de modèlesphysiques de laboratoire, liaété chargé, à ce titre, de la conception et de la réalisation du modèleMARCEAU'S, avec le soutien du Sen/ice Géologique Régionald'Alsace duBureau de Recherches Géologiques etMinières (SGAL-BRGM)

La constructiondumodèle tridimensionnelarespectéles contraintes techno¬

logiques suivantes :A resteraussiproche quepossible des conditions d'écoulement des eaux

souterraines en milieu naturel,A pouvoir recueillir un maximum d'informations concernant le

cheminement d'unpolluant et l'extension de la zone contaminée sansperturberl'écoulement

A gérerunéchantillonde l'aquifèreaussigrandquepossible tout en restantcompatible avec une méthode d'expérimentation donnée (durée d'uneexpérience, conditions de renouvellementdumilieu etde répétition de lamanipulation, modification des paramètres expérimentaux, etc)

A disposer d'informations fiablesgrâce à l'automatisation des mesures età l'Informatisation dusystème d'acquisition etde traitementdes donnéesainsicollectées

Une équipe de spécialistespour une expérience innovante

LeLaboratoired'Hydrodynamique desMilieuxPoreux(LRMP)de l'InstitutdeMécanique des Fluides (Université Louis Pasteurde Strasbourg Unité deRecherche Associée CNRS 854) a acquis, au cours des 30 dernièresannées, une solide expérience - reconnue au niveau international - enmatière de création etd'utilisation de modèlesphysiques de laboratoire, liaété chargé, à ce titre, de la conception et de la réalisation du modèleMARCEAU'S, avec le soutien du Sen/ice Géologique Régionald'Alsace duBureau de Recherches Géologiques etMinières (SGAL-BRGM)

La constructiondumodèle tridimensionnelarespectéles contraintes techno¬

logiques suivantes :A resteraussiproche quepossible des conditions d'écoulement des eaux

souterraines en milieu naturel,A pouvoir recueillir un maximum d'informations concernant le

cheminement d'unpolluant et l'extension de la zone contaminée sansperturberl'écoulement

A gérerunéchantillonde l'aquifèreaussigrandquepossible tout en restantcompatible avec une méthode d'expérimentation donnée (durée d'uneexpérience, conditions de renouvellementdumilieu etde répétition de lamanipulation, modification des paramètres expérimentaux, etc)

A disposer d'informations fiablesgrâce à l'automatisation des mesures età l'Informatisation dusystème d'acquisition etde traitementdes donnéesainsicollectées

IB

UN OUTIL INNOVANTPOUR DES REPONSES

CONCRETES

Aider les décideursà prévoir des

mesures adaptées,en cas de pollution

de la nappe

En cas de pollution des eaux souterraines, les services chargés de la gestion ou de l'approvision¬nement en eau potable disposent de peu d'outils fiables pour évaluer l'extension et la propagationd'une contamination.Dans ces conditions, comment décider des mesures à prendre, à la fois pour l'alimentation en eau

potable et la mise en ouvre de moyens de dépollution adaptés ? Les instances responsables avaientbesoin d'un véritable outil d'aide à la décision pour réduire les marges d'incertitude dans de tellessituations.

Le fonctionnement du modèle d'analyse en 3 dimensions (longueur, largeur, profondeur) doitprécisément apporter des éléments concrets de réponses aux questions suivantes :

comment se propage un polluant dans un milieu naturel hétérogène comme celuide l'aquifère rhénan ?

comment estimer, en 3 dimensions, l'extension d'un polluant dans l'aquifère enfonction de sa source et de sa propagation (pollution ponctuelle, diffuse, de faibleou de forte concentration) ?

Le modèle MARCEAU'S permet de reconstituer, dans une cuve de grand volume et en laboratoire,une portion de nappe phréatique artificielle. 11 permet ainsi de disposer d'un véritable échantillonde l'aquifère rhénan.

L'objectif majeur du modèle expérimental MARCEAU'S est , grâce à l'étude de cet échantillon,d'améliorer notre connaissance dans le domaine de la pollution des eaux souterraines et d'apporterdes éléments de réponses pouvant aider la décision du gestionnaire de cette ressource.

Ce modèle expérimental constitue ainsi un puissant outil d'investigation grâce à la maîtrise del'ensemble des données et à une grande souplesse d'utilisation.

Conseil RégionalA-Akace

IB

UN OUTIL INNOVANTPOUR DES REPONSES

CONCRETES

Aider les décideursà prévoir des

mesures adaptées,en cas de pollution

de la nappe

En cas de pollution des eaux souterraines, les services chargés de la gestion ou de l'approvision¬nement en eau potable disposent de peu d'outils fiables pour évaluer l'extension et la propagationd'une contamination.Dans ces conditions, comment décider des mesures à prendre, à la fois pour l'alimentation en eau

potable et la mise en ouvre de moyens de dépollution adaptés ? Les instances responsables avaientbesoin d'un véritable outil d'aide à la décision pour réduire les marges d'incertitude dans de tellessituations.

Le fonctionnement du modèle d'analyse en 3 dimensions (longueur, largeur, profondeur) doitprécisément apporter des éléments concrets de réponses aux questions suivantes :

comment se propage un polluant dans un milieu naturel hétérogène comme celuide l'aquifère rhénan ?

comment estimer, en 3 dimensions, l'extension d'un polluant dans l'aquifère enfonction de sa source et de sa propagation (pollution ponctuelle, diffuse, de faibleou de forte concentration) ?

Le modèle MARCEAU'S permet de reconstituer, dans une cuve de grand volume et en laboratoire,une portion de nappe phréatique artificielle. 11 permet ainsi de disposer d'un véritable échantillonde l'aquifère rhénan.

L'objectif majeur du modèle expérimental MARCEAU'S est , grâce à l'étude de cet échantillon,d'améliorer notre connaissance dans le domaine de la pollution des eaux souterraines et d'apporterdes éléments de réponses pouvant aider la décision du gestionnaire de cette ressource.

Ce modèle expérimental constitue ainsi un puissant outil d'investigation grâce à la maîtrise del'ensemble des données et à une grande souplesse d'utilisation.

Conseil RégionalA-Akace

Forêt Noire

sources de pollution1 usines2 décharges sauvages3 gra vieres4 villages5 cultures6 temb de mines7 vignes8 décharges contrôlées

! • " •

i, pappe phréatique

0)

ICD

CCD

S(A

3-30)

Bac amont(alimentation en eau du système) I Introduction du polluant

(traceur)

Collecte des mesureset suivi du traceur Bac aval

(évacuation de l'eau du système)

étude des mécanismes de circulation d'un polluant dans l'échantillon de nappe phréatique

eno

oo1

i

La cuve expérimentaleet son système d'exploitation

Dimensions : 6 mètres de long, 1 mètre de large, 1 mètre de haut

Volume utile : 5,6nr

Poids total : 12 tonnes

structure du milieu :homogènepourchaque bloc, hétérogène à l'échellede lacuve. L'échantillond'aquifère estconstituédesables etgraviersrépartisdansplus d'un millierde blocs (1260) Le remplissage de la cuve a mobilisé3personnespendant 15jours.

Température de la cuve : celle de la nappe, 12à 14 degrés Celsius

Vitesse d'écoulement : celle de la nappe, soit quelques mètres/jour. Lesytème d'alimentation en eau de la cuve permet de régler la vitesse decirculation de quelques mètresparjourà quelques mètresparheure.

Nombre de sondes de mesure :352

Fréquence de mesure : 1 mesure toutes les 2secondes

Traitement de l'Information :mesure automatisée avec visualisation et stockage des informations sursupport informatique.

Méthode de mesure : toutes les cellules de mesure sontreliées à unboîtierd'acquisition de données Ce boîtier réalise le lien entre les cellules demesure etlemicro-ordinateurquienregistrelesdonnéesproduites. La valeurde la conductivité électrique estmesurée, puis stockée sursupport informa¬tique. Un logicield'acquisition de données mis aupoint spécialementpourcette cuve permet de consulter successivement les 352 cellules en 12minutes, soit environ 2 secondes par cellule. Après traitement de cesdonnées, une représentation graphique en couleur de la zone de mélange(solution saline/eau) permet de visualiser sur écran la répartition et ledéplacementdupolluantdans la cuvegrâceaux valeurs enregistréeslors duprécédent cycle de mesure

La cuve expérimentaleet son système d'exploitation

Dimensions : 6 mètres de long, 1 mètre de large, 1 mètre de haut

Volume utile : 5,6nr

Poids total : 12 tonnes

structure du milieu :homogènepourchaque bloc, hétérogène à l'échellede lacuve. L'échantillond'aquifère estconstituédesables etgraviersrépartisdansplus d'un millierde blocs (1260) Le remplissage de la cuve a mobilisé3personnespendant 15jours.

Température de la cuve : celle de la nappe, 12à 14 degrés Celsius

Vitesse d'écoulement : celle de la nappe, soit quelques mètres/jour. Lesytème d'alimentation en eau de la cuve permet de régler la vitesse decirculation de quelques mètresparjourà quelques mètresparheure.

Nombre de sondes de mesure :352

Fréquence de mesure : 1 mesure toutes les 2secondes

Traitement de l'Information :mesure automatisée avec visualisation et stockage des informations sursupport informatique.

Méthode de mesure : toutes les cellules de mesure sontreliées à unboîtierd'acquisition de données Ce boîtier réalise le lien entre les cellules demesure etlemicro-ordinateurquienregistrelesdonnéesproduites. La valeurde la conductivité électrique estmesurée, puis stockée sursupport informa¬tique. Un logicield'acquisition de données mis aupoint spécialementpourcette cuve permet de consulter successivement les 352 cellules en 12minutes, soit environ 2 secondes par cellule. Après traitement de cesdonnées, une représentation graphique en couleur de la zone de mélange(solution saline/eau) permet de visualiser sur écran la répartition et ledéplacementdupolluantdans la cuvegrâceaux valeurs enregistréeslors duprécédent cycle de mesure

[B

VISUALISER ET MESURERLE DEPLACEMENT D'UN

POLLUANT DANS LA NAPPE

Au cdurdu milieu hétérogène reconstitué dans lacuvedumodèle MARCEAU'S, l'expérimentationconsiste à injecter une substance liquide qui représente la pollution et permet de marquer l'eau.Le traceur utilisé est une solution saline à faible concentration, en raison de la relative facilité aveclaquelle sa présence peut être repérée et mesurée par conductivité électrique.Ce polluant, parfaitement connu (quant à sa composition et sa concentration), est injecté dans

l'échantillon de nappe contenu dans la cuve, en amont du sens d'écoulement de l'eau qui y circule.Les mesures sont effectuées à l'aide de sondes spécialement conçues pour le modèle.

Des critères précis ont présidé au choix du type de mesure et de suivi de la propagation du polluantdans l'échantillon de nappe contenu dans la cuve expérimentale :

la mesure doit pouvoir être automatisée. En effet, d'une part, la durée d'unetelle expérience s'avère longue (plusieurs jours) puisqu'adaptée à la vitessede déplacement des eaux souterraines, et d'autre part, le nombre de points demesure est important (352),

la mesure doit être de type interne, c'est-à-dire que la valeur de la concen¬

tration doit pouvoir être évaluée dans le milieu (in situ), ce qui évite des

prélèvements et l'analyse d'un échantillon à l'extérieur du milieu poreux.

Ainsi équipé, ce modèle MARCEAU'S, unique en Europe, permet de visualiser en temps réel ledéplacement d'un polluant dans un échantillon de l'aquifère (cheminement, propagation). Cettepénétration à l'intérieur même du milieu et du polluant facilite l'interprétation des expériences.La maîtrise des paramètres (notamment la distribution des hétérogénéités de l'aquifère et les

qualités du traceur) permet également la validation de modèles de simulation. Cette validation avaitdéjà été amorcée au préalable pour un modèle de simulation tridimensionnel de petite dimension(0,45 m^) au Laboratoire d'Hydrodynamique des Milieux Poreux.

Conseil RégionalA-Alsace

[B

VISUALISER ET MESURERLE DEPLACEMENT D'UN

POLLUANT DANS LA NAPPE

Au cdurdu milieu hétérogène reconstitué dans lacuvedumodèle MARCEAU'S, l'expérimentationconsiste à injecter une substance liquide qui représente la pollution et permet de marquer l'eau.Le traceur utilisé est une solution saline à faible concentration, en raison de la relative facilité aveclaquelle sa présence peut être repérée et mesurée par conductivité électrique.Ce polluant, parfaitement connu (quant à sa composition et sa concentration), est injecté dans

l'échantillon de nappe contenu dans la cuve, en amont du sens d'écoulement de l'eau qui y circule.Les mesures sont effectuées à l'aide de sondes spécialement conçues pour le modèle.

Des critères précis ont présidé au choix du type de mesure et de suivi de la propagation du polluantdans l'échantillon de nappe contenu dans la cuve expérimentale :

la mesure doit pouvoir être automatisée. En effet, d'une part, la durée d'unetelle expérience s'avère longue (plusieurs jours) puisqu'adaptée à la vitessede déplacement des eaux souterraines, et d'autre part, le nombre de points demesure est important (352),

la mesure doit être de type interne, c'est-à-dire que la valeur de la concen¬

tration doit pouvoir être évaluée dans le milieu (in situ), ce qui évite des

prélèvements et l'analyse d'un échantillon à l'extérieur du milieu poreux.

Ainsi équipé, ce modèle MARCEAU'S, unique en Europe, permet de visualiser en temps réel ledéplacement d'un polluant dans un échantillon de l'aquifère (cheminement, propagation). Cettepénétration à l'intérieur même du milieu et du polluant facilite l'interprétation des expériences.La maîtrise des paramètres (notamment la distribution des hétérogénéités de l'aquifère et les

qualités du traceur) permet également la validation de modèles de simulation. Cette validation avaitdéjà été amorcée au préalable pour un modèle de simulation tridimensionnel de petite dimension(0,45 m^) au Laboratoire d'Hydrodynamique des Milieux Poreux.

Conseil RégionalA-Alsace

Desperspectives à l'échellede l'Euro-Region du Rhin Supérieur

Dans le cadre de la coopération franco-allemande et des travaux engagéspar l'Institut Franco-Allemandde Recherche sur l'Environnement (l'IFAREdont l'antenne française est financée à hauteur de 50 % par le ConseilRégionald'Alsace) le modèle tridimensionnelserapromu, comme Use doit,à l'échelle de l'euro-région du Rhin Supérieur (de Bale à Mayence) etintéressera les gestionnaires de la nappephréatique du fossé rhénan.

Mais l'IFAREsepropose d'ores etdéjà d'allerplus loin. Une zone-atelierderecherche, réunissant des scientifiques allemands et français, envisage deconstruire un bassin expérimentalpermettant d'étudierdans des conditionsbien contrôlées et en 3 dimensions, les mécanismes de migration et detransfert d'hydrocarbures etproduits dérivés dans les eaux de la nappephréatique. Les aspects opérationnels de la décontamination de l'aquifèresouillé seront également abordés dans cette cuve équipée d'un grandnombre de dispositifs de mesure etd'appareils de contrôle. Le volume de cebassin étanche, quidoitêtre construitetimplantéà Strasbourg, en 1992, estremarquable : 25 mètres de long, 12 mètres de large et 3 mètres deprofondeur.

L 'expérience acquise avec le modèle tridimensionnel d'analyse des méca¬nismesdepropagation despolluantsdans lanappephréatiqueserasansnuldoute desplusprécieusespour cette nouvelle réalisation.

Desperspectives à l'échellede l'Euro-Region du Rhin Supérieur

Dans le cadre de la coopération franco-allemande et des travaux engagéspar l'Institut Franco-Allemandde Recherche sur l'Environnement (l'IFAREdont l'antenne française est financée à hauteur de 50 % par le ConseilRégionald'Alsace) le modèle tridimensionnelserapromu, comme Use doit,à l'échelle de l'euro-région du Rhin Supérieur (de Bale à Mayence) etintéressera les gestionnaires de la nappephréatique du fossé rhénan.

Mais l'IFAREsepropose d'ores etdéjà d'allerplus loin. Une zone-atelierderecherche, réunissant des scientifiques allemands et français, envisage deconstruire un bassin expérimentalpermettant d'étudierdans des conditionsbien contrôlées et en 3 dimensions, les mécanismes de migration et detransfert d'hydrocarbures etproduits dérivés dans les eaux de la nappephréatique. Les aspects opérationnels de la décontamination de l'aquifèresouillé seront également abordés dans cette cuve équipée d'un grandnombre de dispositifs de mesure etd'appareils de contrôle. Le volume de cebassin étanche, quidoitêtre construitetimplantéà Strasbourg, en 1992, estremarquable : 25 mètres de long, 12 mètres de large et 3 mètres deprofondeur.

L 'expérience acquise avec le modèle tridimensionnel d'analyse des méca¬nismesdepropagation despolluantsdans lanappephréatiqueserasansnuldoute desplusprécieusespour cette nouvelle réalisation.

[S

DES CHAMPS D'EXPLOITATIONMULTIPLES AU SERVICE

DE LA PROTECTION DE L'EAU

La pollution provoquée par l'incendie d'un site de stockage d'une importante unité chimique à

Bale, en 1986, et les hésitations des autorités responsables, illustrent l'importance que revêtentune information et une analyse rapides en situation de crise . Dans l'avenir, le modèle MARCEAU'Sdevrait constituer cet outil d'information et d'aide à la décision.

Le modèle MARCEAU'S permettra en effet aux scientifiques d'extrapoler les résultats obtenus enlaboratoire pour les adapter aux réalités de l'aquifère rhénan.

A partir de l'exploitation de ces données, il devrait être possible, par exemple, de prévoir l'arrivéed'une pollution accidentelle jusqu'au puits de captage d'eau potable. Les responsables de ladistribution de l'eau potable (communes, syndicats de communes et sociétés fermières) devraientalors être en mesurcd'apprécierlemoment opportun pour déconnecter le puits de captage du réseaud'alimentation et éviter ainsi une consommation d'eau potable polluée.

Des indications précises devraient également pouvoir leur être fournies, pour déterminer la périodeau terme de laquelle les eaux souterraines souillées par un polluant quittent la zone du champ decaptage. Après vérification par une série d'analyses spécifiques, le puits décontaminé pourrait alorsêtre à nouveau raccordé au réseau de distribution d'eau potable.

L'outil d'aide à la décision, ainsi élaboré, s'avère indispensable aussi bien en cas de pollutionaccidentelle que dans la perspective de l'élaboration de schémas d'aménagement du territoire (encas de projet d'implantation d'activités industrielles à risques).

Il devrait également hâter la mise au point de nouvelles techniques de dépollution et constituer uneréférence en matière de connaissance des mécanismes de circulation des polluants en nappephréatique, phénomènes par définition indétectables en surface.

Le talent d'une équipe de chercheurs alsaciens relayé par le soutien déterminé des partenairespublics et, notamment du Conseil Régional d'Alsace, fait ainsi progresser la connaissance del'aquifère rhénan, enjeu déterminant pour la protection de l'eau, ressource première de la vie et des

activités humaines.

Conseil Régional^Alsace

[S

DES CHAMPS D'EXPLOITATIONMULTIPLES AU SERVICE

DE LA PROTECTION DE L'EAU

La pollution provoquée par l'incendie d'un site de stockage d'une importante unité chimique à

Bale, en 1986, et les hésitations des autorités responsables, illustrent l'importance que revêtentune information et une analyse rapides en situation de crise . Dans l'avenir, le modèle MARCEAU'Sdevrait constituer cet outil d'information et d'aide à la décision.

Le modèle MARCEAU'S permettra en effet aux scientifiques d'extrapoler les résultats obtenus enlaboratoire pour les adapter aux réalités de l'aquifère rhénan.

A partir de l'exploitation de ces données, il devrait être possible, par exemple, de prévoir l'arrivéed'une pollution accidentelle jusqu'au puits de captage d'eau potable. Les responsables de ladistribution de l'eau potable (communes, syndicats de communes et sociétés fermières) devraientalors être en mesurcd'apprécierlemoment opportun pour déconnecter le puits de captage du réseaud'alimentation et éviter ainsi une consommation d'eau potable polluée.

Des indications précises devraient également pouvoir leur être fournies, pour déterminer la périodeau terme de laquelle les eaux souterraines souillées par un polluant quittent la zone du champ decaptage. Après vérification par une série d'analyses spécifiques, le puits décontaminé pourrait alorsêtre à nouveau raccordé au réseau de distribution d'eau potable.

L'outil d'aide à la décision, ainsi élaboré, s'avère indispensable aussi bien en cas de pollutionaccidentelle que dans la perspective de l'élaboration de schémas d'aménagement du territoire (encas de projet d'implantation d'activités industrielles à risques).

Il devrait également hâter la mise au point de nouvelles techniques de dépollution et constituer uneréférence en matière de connaissance des mécanismes de circulation des polluants en nappephréatique, phénomènes par définition indétectables en surface.

Le talent d'une équipe de chercheurs alsaciens relayé par le soutien déterminé des partenairespublics et, notamment du Conseil Régional d'Alsace, fait ainsi progresser la connaissance del'aquifère rhénan, enjeu déterminant pour la protection de l'eau, ressource première de la vie et des

activités humaines.

Conseil Régional^Alsace

CONTACTS

Université Louis Pasteur4, rue Biaise Pascal

B.P. 1032 F67 070 Strasbourg Cedex

C.N.R.S.15, quai Anatole France

75 700 PARIS

CNRS- Délégation Régionale d'Alsace23, rue du Loess

B.P. 20 CR67035 Strasbourg Cedex

Institut de Mécanique des FluidesLothaire ZlLLtOX, Directeur

Philippe ACKERER,Chargé de Recherche au CNRS

2, rue Boussingault67 000 Strasbourg

Tel: 88 41 65 61ou 88 41 65 65/88 41 65 70

Fax: 88 41 6595

Conseil Régional d'AlsaceMission aménagement

et cadre de vie35, Avenue de la Paix

67 000 STRASBOURGTel: 88 25 68 67

Fax: 88 37 07 18

CONTACTS

Université Louis Pasteur4, rue Biaise Pascal

B.P. 1032 F67 070 Strasbourg Cedex

C.N.R.S.15, quai Anatole France

75 700 PARIS

CNRS- Délégation Régionale d'Alsace23, rue du Loess

B.P. 20 CR67035 Strasbourg Cedex

Institut de Mécanique des FluidesLothaire ZlLLtOX, Directeur

Philippe ACKERER,Chargé de Recherche au CNRS

2, rue Boussingault67 000 Strasbourg

Tel: 88 41 65 61ou 88 41 65 65/88 41 65 70

Fax: 88 41 6595

Conseil Régional d'AlsaceMission aménagement

et cadre de vie35, Avenue de la Paix

67 000 STRASBOURGTel: 88 25 68 67

Fax: 88 37 07 18

Conseil Régional:^^Alsace

Conseil RégionalArAlsace35, avenue de la Paix

67 000 StrasbourgH" 88,25,68,67

Fax 88,37,07,18

Juin 1991

Conseil Régional:^^Alsace

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67 000 StrasbourgH" 88,25,68,67

Fax 88,37,07,18

Juin 1991