Élaboration d'une méthodologie de détection et de caractérisation des courts-circuits hydrauliques entre aquifères causés par un défaut de scellement de puits

Une approche theorique et experimentale a ete developpee pour la detection de courts circuits hydrauliques et la quantification de la contamination croisee dans le contexte de deux aquiferes separes par un aquitard et interceptes par un forage. De tels ecoulements peuvent etre dus, par exemple, a un defaut de scellement de puits de pompage ou de puits d'observation et peuvent avoir de graves consequences economiques et de sante publique si l'aquifere inferieur est exploite pour la production d'eau de consommation. L'approche envisagee s'insere dans une perspective de developpement durable et de preservation des ressources en eau. Le projet de recherche a consiste a developper et tester d'une part un protocole technique de detection des courts-circuits hydrauliques, et d'autre part une application mathematique pour caracteriser et quantifier l'importance des debits de fuite engendres par les courts-circuits hydrauliques. La methode a ete testee et validee par des modelisations numeriques, des experiences de laboratoire a petite echelle, et a grande echelle sur un site de recherche experimental. La methode consiste en la realisation de series de pompages successifs a debits variables dans l'aquifere inferieur pour lesquelles les debits de fuite associes sont evalues. Le debit de fuite est determine a partir d'un essai de tracage non reactif. A chaque palier de pompage, un traceur est injecte en continue et a concentration constante dans un piezometre installe dans l'aquifere superieur. Si un defaut de scellement existe, le traceur s'ecoulera a travers celui-ci et pourra etre recupere en sortie de pompage dans l'aquifere inferieur. Les equations presentees decrivent la relation existant entre le debit de fuite, la concentration d'injection du traceur, le debit de pompage et la concentration stabilisee mesuree en sortie de pompage. Des proprietes hydrauliques et geometriques du defaut de scellement peuvent ensuite etre determinees. La methode a ete testee sur le terrain, sur le site experimental de Sorel au Quebec, caracterise par l'existence d'un systeme aquifere a nappe libre/aquifere a nappe captive separe par un aquitard. Plusieurs forages ont ete realises pour lesquels des defauts de scellement artificiels ont ete crees. Les essais de terrain ont consiste a injecter une solution diluee de lithium dans l'aquifere a nappe libre et a realiser une serie de pompage dans l'aquifere a nappe captive. Les concentrations en lithium recueillies ont alors ete utilisees pour les predictions des debits de fuite. Les proprietes hydrauliques et geometriques des defauts de scellement ont ensuite ete determinees Les resultats obtenus ont alors ete confrontes avec les caracteristiques in situ connues des defauts de scellement. La methode proposee presente plusieurs avantages. Elle est relativement simple et peu couteuse pour une application sur le terrain, aussi bien pour tester de nouveaux puits ou d'anciens puits deja en place. Le piezometre, qui fonctionne egalement en puits d'injection, peut etre installe dans le meme trou de forage que le puits (dans le cas de l'installation d'un nouveau puits) ou bien etre installe dans un autre forage a proximite du puits (dans le cas d'un puits deja en place). Le puits de pompage lui-meme permet de recueillir les eaux marquees. Une limite pour l'application de la methode est a relever. Elle concerne le contraste de conductivite hydraulique entre le defaut de scellement et l'aquitard. Il a ete montre numeriquement que pour un bon fonctionnement de la methode, la conductivite hydraulique de l'aquitard doit etre au moins de deux ordres de grandeur plus faible que la conductivite hydraulique du defaut de scellement. La theorie sur laquelle se base la methode suppose que l'ecoulement a travers l'aquitard est negligeable par rapport a celui du defaut de scellement. Dans le cas contraire, la methode ne permettra pas une bonne evaluation des debits de fuite a travers le defaut de scellement. Bien que des hypotheses doivent etre realisees, la methode fonctionne dans un cadre tres general de systeme aquiferes/aquitards. Enfin, il est a signaler que les proprietes du defaut de scellement pouvant evoluer dans le temps, l'importance de la contamination croisee est susceptible d'etre modifiee. C'est pourquoi un puits suspect pourrait etre amene a etre reteste. Si le protocole est suivi et que les hypotheses sont respectees, la methode developpee constitue une approche tres pratique et tres fiable pour la detection et la caracterisation de courts-circuits hydrauliques engendres par des defauts de scellement de puits.

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