Essais sur le terrain

Le site initialement choisi pour réaliser un essai de pompage avec interférences sur le terrain se trouve à Sorel. Il est constitué d’un aquifère à nappe captive stratifié qui a été instrumenté au début des années 2000. Ce site est très bien documenté puisque sa mise en place a fait l’objet d’un mémoire de maîtrise (Dallaire, 2004), incluant entre autres des levés géophysiques, des données de forage et des résultats d’essais de pompage. Il est de plus utilisé dans le cadre du projet d’hydrogéophysique (GLQ3700) donné chaque été à l’Ecole Polytechnique de Montréal. L’aquifère est principalement composé de sable fin avec un peu de silt et des traces d’argile, et confiné sous un couche de sable silteux et argileux (Dallaire, 2004). Des strates moins perméables, continues d’après Dallaire (2004), et d’épaisseur variable sont intercalées entre les couches de sable fin au sein de l’aquifère (Annexe 2, Figure B-3).

Comme pour le modèle réduit au laboratoire, plusieurs problèmes ont toutefois été mis en évidence dans l’application d’un essai de pompage avec interférences à Sorel. Le site ayant été abandonné dans le cadre de cette étude et aucun résultat subséquent ne provenant de données qui y ont été obtenues, ces problèmes ne sont que présentés sommairement ici, plus de détails pouvant être trouvés en Annexe 2.

Figure 3-3 : Essai de pompage sur le site de Sorel (Photo prise au cours du projet d'hydrogéophysique 2012).

- Le premier problème a été observé lors d’un essai de pompage sans interférence réalisé dans le puits. Il s’agit à nouveau du nombre important de piézomètres aux abords immédiats du puits (Figure 3-3 et Annexe 2, Figure B-4), qui augmente artificiellement le coefficient

Puits de pompage (pas de tube hors sol) 2.5 mètres

d’emmagasinement de l’aquifère. Comme pour la cuve, ce problème peut facilement être résolu en mettant en place des obturateurs (aucun obturateur n’a cependant pu être placé dans le piézomètre servant de puits interférent en raison de la présence du tuyau de pompage).

- Les autres problèmes ont été rencontrés lorsque le pompage dans un des piézomètres a été mis en place pour simuler des interférences. L’aquifère ne dispose en effet que d’un unique puits, le pompage interférent doit par conséquent être appliqué dans un des piézomètres. Les piézomètres du site de Sorel ont été installés avec une crépine d’une quarantaine de centimètres de hauteur située à la base du tubage, entourée par un massif filtrant de hauteur variable, mais généralement voisine de 1 mètre (Annexe 2, Figure B-6). L’aquifère étant stratifié, la crépine se trouve vis-à-vis d’une couche de sable fin peu épaisse, surmontée par une couche de sable silteux, et le massif filtrant englobe la partie basse de l’aquifère, également située sous une couche constituée d’un matériau plus fin séparant les 2 zones sableuses plus perméables fournissant l’essentiel de l’eau lors d’un pompage dans le puits. Au fil des ans, un soulèvement des piézomètres suite aux cycles de gel – dégel a par ailleurs été observé, laissant du sable se déposer dans la partie crépinée, sable qui a été retiré par pompage préalablement à tout essai.

Le pompage dans un tel piézomètre pose différents problèmes :

- Premièrement et comme dans la cuve au laboratoire, du fait de la pénétration partielle des piézomètres, les écoulements à proximité de celui servant de puits interférent ne sont pas horizontaux (jusqu’à une distance égale à 1.5 fois l’épaisseur de l’aquifère, soit environ 4 mètres), limitant l’applicabilité des méthodes de Theis (1935) et de Cooper-Jacob (1946) à la base des théories développées dans cette thèse. Notons que seuls les piézomètres très proches du puits de pompage peuvent être considérés pour réaliser des interférences sur le site de Sorel (voir le troisième point et en Annexe 2), ce qui rend ce problème somme toute important.

- Deuxièmement, la stratification combinée à la pénétration partielle des piézomètres rend les écoulements très difficiles à prédire en cas de pompage dans un piézomètre. Dépendamment de la continuité des couches et des contrastes de conductivité hydraulique, il est fort probable d’observer des écoulements ayant une composante verticale à travers les couches constituées de matériaux plus fins, avec possiblement un décalage temporel sur la réponse au pompage des zones situées vis-à-vis du massif filtrant et des strates supérieures. Il est en tous cas très vraisemblable que les hypothèses sur lesquelles reposent les théories de Theis, Cooper-Jacob, et

par conséquent les méthodes présentées dans cette thèse ne seront plus respectées, au moins localement, dès que l’un des deux pompages sera mis en place dans un des piézomètres.

- Troisièmement, la faible transmissivité de l’aquifère entraîne la nécessité de limiter les débits de pompage. Pour un pompage à 16 L/min dans le puits, Dallaire (2004) a par exemple dénoyé l’aquifère sur un rayon de 50 centimètres (Annexe 2, Figure B-7). Dans un piézomètre partiellement pénétrant, ayant un diamètre deux fois plus petit que celui du puits, le débit doit alors être beaucoup plus faible, limitant du même coup le rayon d’action du pompage (qui était de 35 mètres pour l’essai de Dallaire), ce qui explique pourquoi seuls les piézomètres situés à proximité immédiate du puits ont été initialement considérés pour simuler des interférences. Un exemple de rabattement obtenu par pompage dans un des piézomètres à un débit de 4 L/min est présenté en Annexe 2 (Figure B-8). Ce débit était encore beaucoup trop important par rapport à ce que l’aquifère pouvait fournir au piézomètre. Un débit plus faible n’a toutefois pas été envisagé, car le rabattement dans les piézomètres voisins aurait alors été trop faible pour être interprété avec suffisamment de précision.

L’installation d’un autre puits aurait pu répondre à certains de ces problèmes, mais en raison du coût de ces travaux, le site de Sorel a lui aussi été abandonné, et un nouvel emplacement pour réaliser un essai de pompage avec interférences a été recherché, en contactant plus de trente municipalités sur la Rive Nord de Montréal, municipalités sous lesquelles se trouve un aquifère à nappe captive dans le roc. Les quelques réponses reçues ont toutefois été pour la plupart négatives, soit en raison de l’absence de puits municipaux (alimentation par de l’eau de surface), soit parce que ce n’était pas cet aquifère qui étaient exploité (anciennes sablières présentant une nappe libre par exemple). Un site a toutefois retenu notre attention et un essai y a été planifié avec l’accord de l’exploitant : il s’agit de l’usine de production d’eau potable de Terrebonne située à La Plaine, pour laquelle 6 puits sont en activité dans l’aquifère à nappe captive. Malheureusement, une fuite d’ozone dans cette usine a entraîné l’arrêt des puits quelques semaines seulement avant la réalisation de l’essai, et ils n’ont toujours pas été remis en activité depuis.

Les seules données de terrain qui ont ainsi pu être exploitées dans cette thèse sont les quelques valeurs fournies par Cooper & Jacob (1946) et Bentley (1979) dans leurs articles. Les résultats obtenus à l’aide de ces données sont présentés au paragraphe 7.5.