Interprétation des essais de courte durée suivant le modèle du CIEH. 40

 But et organisation

Les résultats des essais de pompage une fois connus sont interprétés conformément au modèle simplifié du Comité Interafricain d’Etude Hydraulique (CIEH), par l’hydrogéologue. Après notre mission de contrôle d’essai de six forages ; nous avons appris à interpréter les données d’essai sous l’encadrement technique de Mr ZOLA-SAHOSSI Ghislain (Hydrogéologue / Géophysicien)

L’interprétation des données d’essai conformément à la méthode normalisée du CIEH permet de déterminer la profondeur d’installation de la pompe et l’ordre de grandeur du débit maximum.

 Différentes étapes de l’interprétation

Les tâches assignées à nous pour la réalisation de l’interprétation s’effectuent en différentes étapes que sont:

- Construire la courbe essai-exploitation ;

- Déterminer le rabattement maximum admissible ; - Etablir la caractéristique de la nappe captée ; - Estimer le débit maximum de chaque forage ; - Estimer le débit d’exploitation de chaque forage ; - Calculer la cote d’installation des pompes ;

 Conduite de l’interprétation

Rédigé et soutenu par Micaël ADJOTIN 42

- Travaux préliminaires

Avant de démarrer l’interprétation proprement dite :

- Nous calculons préalablement sur la fiche d’essai comportant 4 parties numérotées de 1 à 4: les rabattements(s) et les rabattements spécifiques (s/Q) sauf pour la remontée.

- Nous remplissons la partie 1 de la fiche d’interprétation qui en comporte 8, à partir de la fiche d’essai.

- Nous déterminons le niveau dynamique maximum ND_Max qui est le niveau le plus bas à ne pas dénoyer même au plus fort de la saison sèche.

- Nous portons en partie 3 de la fiche d’interprétation le rabattement à la fin du premier palier (s₁), du second (s₂) et du troisième palier (s₃) également les débits du premier, du second et du troisième palier, respectivement notés Q₁, Q₂ et Q₃.

Les fiches d’essai et d’interprétation de courte durée des deux forages se présentent comme suit:

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Figure 4 : Fiche d’essai de courte durée du forage de MITRO-GBEME

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Figure 5 : Fiche d’interprétation de courte durée du forage de MITRO-GBEME

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Figure 6 : Fiche d’essai de courte durée du forage de YOKON-SOTA

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Figure 7 : Fiche d’interprétation de courte durée du forage de YOKON-SOTA

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Après avoir effectué ces préliminaires, nous sommes passés à la construction de la courbe dite courbe de Jacob.

 Construction de la courbe essai-exploitation Pour construire la courbe essai-exploitation: spécifique après 8 mois de pompage de 12h/jour (S/Q8m) ;

- Nous multiplions alors la valeur de S/Q à 8 mois par Q₁ pour avoir le

- Nous calculons enfin la pente d de la droite qui n’est rien d’autre que la différence entre les rabattements spécifiques à 10 et à 100 minutes, puis on l’inscrit sur le graphique.

La formule de calcul de d est la suivante : d = S/Q_(100min) - S/Q_(10min).

 Détermination du rabattement maximum admissible Pour déterminer le rabattement maximum :

- Nous reportons sur la fiche d’interprétation, le niveau statique NS par rapport au sol avant l’essai, et nous notons la date.

- Nous reportons ensuite la baisse saisonnière ∆NS restant à intervenir entre l’essai et la fin de la saison sèche, en utilisant un abaque empirique de baisse saisonnière.

Rédigé et soutenu par Micaël ADJOTIN 48

Il faut souligner que la baisse saisonnière est nulle si les essais ont été exécutés en saison pluvieuse. Ce qui est le cas des essais auxquels nous avons participés.

- Nous calculons après le niveau statique d’étiage minimal : NSE=NS+∆NS.

 Calcul de NSE de l’essai de Mitro-Gbémè : NS= 36,23 m/sol ∆NS= 1,0 m NSE= 36,23+1,0

NSE= 37,23 m/sol

 Calcul de NSE de l’essai de Yokon-Sota NS= 17,84 m/sol ∆NS= 0,0 m NSE= 17,84+0,0

NSE= 17,84 m/sol

- Enfin on déduit le rabattement maximum admissible sMax = NDMax –NSE

 sMax pour l’essai de Mitro-Gbémè :

sMax= 58,43-37,23 avec NDMax= 58,43 m et NSE= 37,23 m sMax= 21,2 m

 sMax pour l’essai de Yokon-Sota :

s_Max= 24 -17,84 avec ND_Max= 24 m et NSE= 17,84 m sMax= 6,16 m

 Etablissement de la caractéristique de la nappe captée Pour déterminer la caractéristique de la nappe captée:

- Nous calculons d’abord les rabattements corrigés s₂* et s₃* pour 2 heures de pompage aux débits respectifs Q₂ et Q₃, comme suit :

s₂* = s₂ + d (0.3xQ₂-0.48x Q₁); 0.3et0.48 étant des coefficients invariants.

s₃* = s₃ + 0.3 x d (Q₃- Q₂- Q₁).

 Calcul de s₂* de l’essai de Mitro-Gbémè : s₂*= 1,53+0,0008(0,3x9,33-0,48x5,81) s₂*= 1,53 m

s₃*= 2,08+0,3x0,0008(12,26-9,33-5,81) s₃*= 2,08 m

 Calcul de s₂* et s₃* de l’essai de Yokon-Sota :

Rédigé et soutenu par Micaël ADJOTIN 49 reportons ces valeurs dans la partie 3 de la fiche d’interprétation.

 Calcul de s₂*/Q₂ de l’essai de Mitro-Gbémè :

- Nous reportons sur le graphique (partie 6, fiche d’interprétation) les 3 points e, f, g de coordonnées respectives Q₁ et s₁/Q₁, Q₂ et s₂^*/Q₂, Q₃ et s3^*/Q3. Ils s’alignent généralement sur une droite qui est la

« caractéristique à 2 heures », dont la pente est A et qui se détermine par la formule :

A= (s₃^*/Q₃-s₁/Q₁)/ (Q₃-Q₁)

 Pour l’essai de Mitro-Gbémè on a:

Rédigé et soutenu par Micaël ADJOTIN 50

- Nous menons enfin par ce point h la parallèle à la droite caractéristique à 2 heures. Cette droite est la caractéristique s/Q=f(Q) à 8mois, elle

 Positionnement de la pompe d’exploitation

Notons essentiellement que la droite caractéristique à 8 mois fournit pour tout débit Q, prélevé 12 heures par jour, le rabattement spécifique s/Q qui sera atteint après 8 mois d’exploitation; on en déduit le rabattement s à 8 mois en multipliant s/Q par Q₁. pour le positionnement de la pompe d’exploitation :

- nous calculons d’abord le niveau dynamique ND= S8m+NSE et ensuite nous fixons la profondeur de la pompe sous ce niveau.

- Il est à noter que pour faire face au risque de baisse interannuelle, on ajoute une marge de sécurité ∆/A égale à :

 3 mètres dans les granites à altérites noyées sur plus de 5m ;

 5 mètres dans tous les autres cas

- Les valeurs du positionnement de la pompe d’exploitation que nous avons calculées pour quelques débits sont mentionnées à la partie 8 de la fiche d’interprétation.

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 Estimation du débit maximum des forages

A partir des coefficients A et B calculés, l’équation de la droite caractéristique s/Q = f(Q) à 8 mois est : s/Q = A.Q + B . Elle s’écrit aussi

s =A.Q²+B.Q

Cette équation du second degré en Q a pour solution réelle : A

Si nous nous fixons un rabattement maximum s_Max, le débit maximum Q_Max autorisé pour ne pas rabattre au-dessous de ND_Max s’écrit alors :

A

3.3.2. Interprétation des résultats de pompage d’essai de longue durée

L’interprétation des données de pompage d’essai de longue durée nous a permis de déterminer les deux paramètres hydrodynamiques majeurs à savoir la transmissivité (T) et le coefficient d’emmagasinement (S) des deux forages.

 La transmissivité (T)

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La transmissivité est le paramètre qui détermine le débit d’eau s’écoulant par unité de largeur de la zone saturée d’un aquifère continu, mesurée selon une direction orthogonale à celle de l’écoulement, et par unité de gradient hydraulique. Elle est égale au produit du coefficient de perméabilité moyenne K de la tranche saturée de l’aquifère par son épaisseur mouillée e. Elle est une caractéristique essentielle qui permet de prévoir les débits que l’on peut capter dans un forage.

T = K.e Où :

T (m2/s) = transmissivité ;

K (m/s) = le coefficient de perméabilité ; e (m) = épaisseur de la couche.

Elle est déduite de l’interprétation des pompages d’essai par la formule : d

d = la pente de la droite d’interprétation (droite de JACOB).

 Le coefficient d’emmagasinement (S)

Le coefficient d'emmagasinement traduit la capacité de stockage-déstockage d'un aquifère. Il est défini comme le rapport du volume d’eau libéré ou emmagasiné par unité de surface de l’aquifère à la variation de charge hydraulique correspondante. Il est déduit de l'interprétation des pompages d'essai par l’expression suivante :

r2

2,25Ttc S

Où :

S = Coefficient d’emmagasinement ; T (m²/s) = Transmissivité ;

tc (seconde) = temps mesuré sur le diagramme,

r (m) = distance entre le forage d’exploitation et le piézomètre d’observation.

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Au cours de notre stage au CANAL-EAU, nous avons bénéficié d’une formation d’une semaine sur l’interprétation des pompages d’essai de longue durée à l’aide du logiciel WINISAPE. Cette formation est organisée par notre maître de stage sous l’autorisation du Directeur de l’entreprise. Les valeurs de la transmissivité et du coefficient d’emmagasinement obtenues pour chacun des forages à l’aide du logiciel sont consignés dans le tableau ci-dessous :

Forage Transmissivité (m²/s) Coefficient d’emmagasinement (S)

Mitro-Gbémè 1,23.10^-2 2,42.10¹

Yokon-Sota 1,05.10^-2 1,61.10^-3

Les données des pompages d’essai ont été interprétées à l’aide de ce nouveau logiciel.

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 Interprétation des pompages d’essai de longue durée à l’aide du logiciel WINISAPE

Présentation et principe de fonctionnement du logiciel

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WINISAPE est un logiciel qui permet l'interprétation des essais de pompage dans des contextes hydrogéologiques variés. La procédure consiste à sélectionner un schéma d’écoulement et à en ajuster les paramètres hydrogéologiques jusqu’à obtenir une bonne adéquation entre rabattements mesurés en un point d’observation et rabattements

Rédigé et soutenu par Micaël ADJOTIN 56

simulés en ce point avec le schéma retenu. Pour le calcul des rabattements théoriques au point d’observation, WINISAPE permet de tenir compte d'effets perturbateurs tels que les effets de limites, les effets de capacité du puits, les effets de vidange, et les pertes de charge au puits de pompage.

La procédure de "calage" ou d'ajustement des paramètres hydrogéologiques peut être manuelle ou automatique et porter sur la transmissivité et/ou le coefficient d’emmagasinement.

 Manuelle : nous ajustons progressivement la transmissivité (T) et le coefficient d'emmagasinement (S) du milieu aquifère, au cours d'un processus guidé par la comparaison graphique entre rabattements mesurés in situ et rabattements simulés par WINISAPE.

 Automatique : WINISAPE détermine itérativement le couple (T, S) qui minimise les écarts entre rabattements mesurés et simulés.

Tout au long de l'interprétation d'un pompage d'essai, nous devons : - Veiller à ce que la méthode d'interprétation sélectionnée soit

compatible avec le contexte hydrogéologique considéré.

- S'assurer de la cohérence des paramètres hydrogéologiques avec les caractéristiques connues du milieu aquifère (lithologie, granulométrie, épaisseur, etc.).

WINISAPE est interfacé avec Excel pour offrir une flexibilité maximale lors des phases de préparation des données et d'élaboration du rapport d'interprétation. Toutes les commandes sont accessibles

depuis une page écran unique permettant de

saisir/importer/corriger/filtrer/reporter graphiquement les données, lancer l'interprétation du test, éditer un compte rendu d'interprétation, et sauvegarder l'ensemble des données et résultats d'interprétation.

WINISAPE est structuré autour de 9 options principales :

 Saisir / Importer / Corriger / Filtrer des données

 Interpréter un pompage d'essai

 Méthodes d'interprétation

 Effets de puits

 Effets de limites

 Calcul des Pertes de charge quadratiques

 Simulations prévisionnelles

 Éditer un rapport d'interprétation

Rédigé et soutenu par Micaël ADJOTIN 57

 Enregistrer un jeu de données / une interprétation

Figure8 : Rapport d’interprétation des données de longue durée du

Opération : Essai de pompage Diamètre ouvrage (mm) : 140

Localisation : MITRO GBEME Rayon d'observation (m) : 0.07

Aquifère testé : Sables Niveau d'eau initial (m/rep.) : 37.22

Résultats d'interprétation

Plage de calage (min) : valeur minimale = 0, valeur maximale = 3703

Résultats d'interprétation : Transmissivité (m2/s) = 1.23E-02, Emmagasinement (-) = 2.42E+01 Coefficient de pertes de charge quadratiques (m/(m3/h)2) = 1.23E-02

0.00

0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 3500.00

35.00

0.00E+00 5.00E+02 1.00E+03 1.50E+03 2.00E+03 2.50E+03 3.00E+03 3.50E+03

Niveau dynam. (m)

Temps (min)

Niveau dynam. obs. Niveau dynam. cal. Plage de calage Débit (retenu)

RAPPORT D'INTERPRÉTATION D'UN ESSAI DE POMPAGE RÉALISÉ PAR LA MÉTHODE THEIS

Lin/ log

Valeurs en mode inverse

Test réalisé dans le PUITS MITRO-GBEME le 30/07-03/08/2014 par la société CANAL EAU

Rédigé et soutenu par Micaël ADJOTIN 58 coefficient de perte de charge quadratique de 9,26.10^-3 m/(m³/h)².

Après la détermination des deux paramètres hydrodynamiques majeurs, nous avons poursuivi l’interprétation par l’évaluation des pertes de charge en vue de la détermination des conditions d’exploitation des

Opération : Essai de pompage Diamètre ouvrage (mm) : 140

Localisation : YOKON SOTA Rayon d'observation (m) : 0.07

Aquifère testé : SABLES Niveau d'eau initial (m/rep.) : 18.55

0.00

0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 3500.00 4000.00

18.00

0.00E+00 5.00E+02 1.00E+03 1.50E+03 2.00E+03 2.50E+03 3.00E+03 3.50E+03 4.00E+03

Niveau dynam. (m)

Temps (min)

Niveau dynam. obs. Niveau dynam. cal. Plage de calage Débit (retenu)

RAPPORT D'INTERPRÉTATION D'UN ESSAI DE POMPAGE RÉALISÉ PAR LA MÉTHODE THEIS

Lin/ log

Valeurs en mode inverse

Test réalisé dans le PUITS YOKON-SOTA le 03-06/08/2014 par la société CANAL EAU

Résultats d'interprétation

Plage de calage (min) : valeur minimale = 0, valeur maximale = 3703

Résultats d'interprétation : Transmissivité (m2/s) = 1.11E-02, Emmagasinement (-) = 1.61E-03 Coefficient de pertes de charge quadratiques (m/(m3/h)2) = 9.26E-03

Rédigé et soutenu par Micaël ADJOTIN 59

ouvrages. Deux pertes de charges ont été déterminées dans le cadre de la présente interprétation à savoir :

 Les pertes de charges linéaires notées BQ provoquées par l’écoulement laminaire dans l’aquifère au voisinage des forages ;

 les pertes de charges quadratiques notées AQ² provoquées par l’écoulement turbulent dans les ouvrages, crépines et tubage.

L’évaluation des pertes de charges nous a permis de déterminer le rabattement total noté S dans les forages en un instant t par l’expression de C.E. Jacob:

S= AQ² + BQ

Les résultats de l’évaluation des pertes de charges à l’aide du logiciel et les limites hydraulique d’exploitation des ouvrages sont consignés sur les fiches ci-dessous :

Figure 10 : Fiche des pertes de charges linéaire et quadratique de MITRO-GBEME

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Figure 11 : Fiche des pertes de charges linéaire et quadratique de YOKON-SOTA

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Dans le document REALISATION D’ESSAI DE POMPAGE ET INTERPRETATION DES RESULTATS : (Page 41-61)