3.4. Approche pluridisciplinaire pour définir la structure interne
4.4.1.1. Investigations de terrain par essais de pompage
la conductivité hydraulique (K en m².s‐1) et transmissivité (T en m².s‐1) ; la conductivité hydraulique à saturation (Ksat en m.s‐1) ;
la courbe de rétention hydrique.
De même, la teneur en eau à saturation, la densité apparente, la teneur en matière organique, la
teneur en eau volumique et en eau massique ont été déterminées sur les trente‐deux échantillons
prélevés afin de compléter les caractéristiques de ces matériaux.
4.4.1. Conductivité hydraulique et transmissivité de l’aquifère
4.4.1.1. Investigations de terrain par essais de pompage
a) Protocoles in situ
Les investigations de terrain ont été menées sur le versant afin d’identifier les variations spatiales
(verticales et latérales) et temporelles (influence climatique, biologique…) des propriétés hydriques des réservoirs (Ambroise, 1998 ; Fetter, 2001). Les résultats obtenus sont comparés aux résultats issus des
différentes études géotechniques et hydrogéologiques menées entre Trouville‐sur‐Mer et Villerville ces
dernières années.
Plusieurs essais de pompage ou de type ‘slug’ ont été menés dans les tubes piézométriques afin de
connaitre les variabilités de perméabilité (ou conductivité hydraulique) du terrain et mettre en évidence
l’anisotropie ou l’isotropie du réservoir aquifère. Ces essais directs et rapides se font par injection ou prélèvement d’eau dans le piézomètre de façon à provoquer un changement rapide de niveau de la nappe.
Cela permet donc de :
déterminer la transmissivité (T) et la perméabilité par la conductivité hydraulique (K) de l'aquifère
autour de la crépine du piézomètre ;
vérifier si le niveau d'eau statique mesuré dans le piézomètre avant l'essai correspond au réel niveau
piézométrique de la zone autour de la crépine du piézomètre (Chapuis, 1999) ; de définir le débit de la nappe à régime constant.
Trois campagnes de mesures ont été réalisées sur 15 piézomètres. Ces trois campagnes ont été menées
car la transmissivité de l’aquifère peut varier dans le temps, notamment s’il existe d’importantes
fluctuations saisonnières du niveau piézométrique de la nappe, ou si l’épaisseur de la zone saturée de
l’aquifère montre des variations latérales dues à la présence d’une couche semi‐perméable ou des
différences entre les zones de recharges et décharges pour un même aquifère (Hiscock, 2005). Les deux
premières campagnes ont été conduites en période de basses eaux, en mai et juillet 2010 (Lafenêtre,
2010) et la troisième en période de hautes eaux en mars 2011.
Les pompages d'essais consistent à mesurer le temps de remontée de nappe après un faible volume
d’eau extrait (Figure 4‐8). Cette technique permet parallèlement de mesurer le débit de la nappe (Q en m3/s) à régime permanent, dès lors qu’un état d’équilibre est atteint entre le prélèvement par la pompe et
l’arrivée d’eau par les flux souterrains (Banton, 1997). Le rabattement total de la nappe autour du
piézomètre se produit en cône plus ou moins rapidement ; celui‐ci dépend de la transmissivité du milieu et
de la porosité du matériau. Des essais ont été réalisés en 1986 (Maquaire, 1990) et en 2006 lors d'une étude
(A) 1ère extraction de la totalité de l’eau du piézomètre afin de vider les eaux stagnantes, (B) Pompe et sonde piézométrique, (C) Mesure de terrain du Ph et de la conductivité, (D) Echantillonnage des eaux souterraines pour analyses géochimiques.
Figure 4‐8. Dispositif de terrain permettant les essais de pompage ou essais de type slug et prélèvements.
Les essais de type slug (Cooper, 1967) sont réalisés par injection d'eau dans la pleine épaisseur du
piézomètre implanté dans l'aquifère (Tableau 4‐4). Ce type de test a été réalisé pour les tubes SD6 et SC7
pour lesquels un pompage d'essai n'a pu être réalisé. Après injection d'eau, ces essais mesurent le temps
nécessaire à la nappe à retrouver son niveau initial.
Sondage Nb d’essais T & K Méthode
A 3 P C2 2 S D 3 P E 3 P F 3 P SC1 3 P SC3 3 P SC7 2 P SD4 3 P SD5 2 S+P SD6 2 S+P DemA 1 S DemB 2 P Pz1Bis 3 S Pz moy 1 S Total 36
(P) Essai type pompage, (S) Essai type slug.
Tableau 4‐4. Récapitulatifs des essais réalisés dans des piézomètres au Cirque des Graves (Villerville).
La transmissivité T est interprétée à l’aide de la méthode de Theis (Theis, 1935 et 1941), couramment utilisée dans les conditions réelles de terrain en milieu poreux et nappe libre (Chapuis, 1999 ; Banton,
1976 ; Bouwer, 1989) qui est une généralisation de la méthode de Thiem (1906) développée initialement
pour les essais sur aquifère à nappe captive (Chapuis, 1999 ; Lafenêtre, 2010).
b) Résultats des pompages d'essai à débit constant
Dès que le pompage est stoppé, la surface de rabattement de la nappe remonte progressivement jusqu'à
retrouver sa position initiale (Figure 4‐9). Pendant la remontée, le rabattement (appelé rabattement
résiduel) est mesuré afin de calculer la transmissivité T et le coefficient de perméabilité de la (des)
couche(s) aquifère(s) (Chapuis, 1999). Ces paramètres sont variables dans le temps et l'espace (Figure 4‐9).
Une fois traitées, les données de pompage sont reportées sur un graphique sur lequel le temps t (minutes),
en abscisse est confronté au niveau de la nappe en ordonnée (profondeur en mètres).
À la fin de l’essai, le niveau d'eau est revenu progressivement au niveau initial, avant pompage, quelques
dizaines de minutes après l'essai (à quelques millimètres, ou centimètres près) (≈ 1 m pour 40 minutes). La
courbe caractéristique montre une pente régulière dans sa partie initiale et une partie terminale qui
s'incurve lentement. La partie incurvée révèle la lente progression de la mise à niveau liée aux flux
souterrains amont. La première partie de la remontée est quant à elle beaucoup plus rapide et s’explique
par :
la méthode d’essai qui ne nécessite l'injection ou le prélèvement que d'un faible volume d’eau dans
le réservoir souterrain ;
les connectivités latérales qui sont fortes.
Le volume d’eau pompé concerne une aire de drainage locale. Ainsi, à l'arrêt du pompage, les vides sont
rapidement remplis par les eaux les plus proches, et les circulations souterraines sont suffisamment denses.
Figure 4‐9. Courbes des remontées de nappes pour les piézomètres C2 et D en période ‘humide’ et en période
Pour chaque piézomètre testé, une colonne d’eau d’une hauteur de 2,50 m en moyenne a été pompée [minimum 1,16 m et maximum 3,86 m]. Les courbes de remontée de nappe des différentes
missions ont été comparées entre elles afin de déterminer des éventuelles variabilités spatio‐temporelles de
débit de nappe et de valeurs de transmissivité T. Les premiers essais confèrent aux formations présentes des
capacités hydrauliques moyennes car les valeurs de perméabilités restent faibles et variables en raison de l’hétérogénéité des matériaux.
Les essais réalisés au printemps 2010 indiquent des valeurs de transmissivité allant de 8.10‐5 m².s‐1 ‐et
5.10‐7 m².s‐1 (Lafenêtre, 2010), ceux de l’été 2010 des valeurs allant de 7.10‐4 m².s‐1 et 6.10‐7 m².s‐1 avec une forte
variabilité de réponse entre les piézomètres C2 et SD5. Enfin les derniers essais réalisés en mars 2011
fournissent des valeurs allant de 4.10‐6 m².s‐1 et 8.10‐7 m².s‐1 en considérant une épaisseur moyenne d’aquifère
de 15 m. Ces valeurs coïncident avec les résultats d’essais de pompage réalisés en avril 1987, en période de
nappe haute, pour lesquels est défini un coefficient de transmissivité moyen de 5.10‐5 m².s‐1 . Les essais
avaient été réalisés en amont du glissement du Cirque des Graves, dans le puits de la villa ‘Les Houx’.
Ces résultats sont comparés aux valeurs enregistrées par les essais LEFRANC et les essais de pompages
réalisés par le bureau d’étude Hydrogéotechnique en 2006 (Gress, 2006). Ces différents essais mettent
également en évidence des formations à capacités hydrauliques moyennes voire faibles (Tableau 4‐5)
avec des mesures de perméabilité proches des valeurs mesurées sur le terrain en juillet 2010 et mars 2011 et
avec autant de variabilités spatiales des résultats.
Comme le montre la figure 4‐9 pour un même piézomètre, le temps nécessaire à la nappe pour retrouver
son niveau initial entre deux missions est semblable mais varie fortement entre les différents sondages. Ces
variabilités s’expliquent par la transmissivité des matériaux qui varie très fortement en fonction du faciès du
matériau. Les formations de craies altérées ou fracturées peuvent être largement perturbées par des faciès
limoneux qui diminuent alors fortement la capacité de l'eau à circuler dans le matériau. Les vitesses les
plus faibles sont associées aux formations carbonatées sablo‐limoneuses à silex et formations superficielles des premières épaisseurs du versant et les valeurs les plus fortes aux formations de la craie (sans matrice limoneuse) ou aux sables qui les supportent.
Sondage Profondeur (m) K (m.s‐1) Litho‐faciès associé
I1 1,80‐4 5,1.10‐6 Niveau limono‐sableux
I1 7,80‐10 6,9.10‐6 Niveau limono‐sableux
I2 3,70‐6 4.10‐6 Niveau limono‐sableux
I3 3,50‐4,50 4,1.10‐6 Niveau limono‐sableux
I4 3,70‐5 2,9.10‐6 Niveau limono‐sableux
I5 5‐6 4,9.10‐6 Niveau limono‐sableux
Sd1 1,70‐3 4,7.10‐6 Niveau limono‐sableux
Sd2 4,70‐6 1,4.10‐6 Niveau limono‐sableux
I2 9,70‐12 1,3.10‐5 Niveau sable glauconieux et
argiles
Sd4 10‐11 1,5.10‐7 Niveau sable glauconieux et
argiles
I5 12‐13 7,5.10‐8 Niveau argiles grises marron
Tableau 4‐5. Valeurs de conductivité hydraulique K mesurées par essais d’eau de type LEFRANC en 2005 par
le bureau d’études Hydrogéotechnique.
Ces résultats sont comparés aux valeurs de perméabilité obtenues dans la craie saine du Bassin
Parisien. Les conductivités hydrauliques sont de l’ordre de 10‐8 m.s‐1 pour une perméabilité d’interstices, et
de 5.104 m.s‐1 pour une perméabilité de fissures (Souchet, 1992). Il s’agit donc globalement des mêmes ordres