PISTES POUR UN FONCTIONNEMENT CONCEPTUEL
3.5 Régime pseudo-permanent : calage et exploitation
La définition du régime permanent correspond à un écoulement à un flux constant sous des conditions de potentiel invariable dans le temps [CASTANY et MARGAT (1977)]. Ce type de régime est peu probable dans ce système aquifère, le traitement est donc réalisé par le biais d’un régime "pseudo-permanent". Ainsi, ce régime correspondrait ici à un état pseudo-stationnaire ou virtuel de la nappe, sans prélève-ments ni variations, c’est pourquoi aucun pompage n’a été pris en compte dans ce premier modèle.
L’intérêt de la réalisation de cette étape réside dans la restitution du gradient géothermique local sans contrainte d’écoulement par la mise en place des valeurs de conductivité thermique permettant le cou-plage des équations hydrodynamiques et thermiques. Ainsi la perméabilité K, fonction de la masse vo-lumique ρ et de la viscosité dynamique µ, est recalculée en fonction de la température θ pour chaque noeud du maillage.
3.5.1 Les conditions aux limites
3.5.1.1 Hydrodynamique
Des potentiels imposés ont été disposés au droit des affleurements et zones de recharge connues et sup-posées des différents aquifères (Figure 3.19).
FIG. 3.19 – Potentiels imposés disposés sur le modèle en régime pseudo-permanent
Pour les Sables Infra-Molassiques, les conditions de potentiels constants se situent au droit des zones de mise en charge reconnues sur le front nord pyrénéen, au droit des affleurements du Béarn et de la Bigorre, le long des Petites Pyrénées ainsi que sur la bordure de la Montagne Noire. Les valeurs des potentiels correspondent aux charges hydrauliques déduites de l’esquisse piézométrique (Figure 3.10). Afin de simuler les conditions d’écoulement, une ligne de potentiels imposés a été disposée au nord de la zone d’étude.
Pour l’aquifère Paléocène, les potentiels ont été placés le long des affleurements des Petites Pyrénées (+300 m NG) et à l’extrême ouest de la zone étudiée (≈ +20 m NG), cette valeur correspond plus ou moins à la cote topographique. C’est en effet dans ce secteur qu’une partie des eaux de cette nappe semble être drainée par l’Adour et ses affluents [POUCHAN (1979)] et que de nombreuses sources exis-taient ou existent encore (Gamarde, Préchacq, Gousse et les Eschourdes en limite du modèle et plus à l’ouest, hors modèle, Dax).
Pour l’aquifère du Crétacé supérieur, il a été décidé d’imposer une charge constante de + 300 m NG au droit des affleurements des Petites Pyrénées et une ligne de potentiels imposés déduits de l’esquisse piézométrique au droit des affleurements de la Bigorre. A l’extrême ouest, dans le Bas-Adour, des va-leurs de charges hydrauliques déduites des charges résultantes de l’esquisse piézométrique au droit de cette zone ont été imposées.
Enfin, une ligne de potentiels imposés a été disposée sur le toit de la dernière couche au nord-est du secteur modélisé pour simuler le drainage de la nappe des Sables Infra-Molassiques par un aquifère sous-jacent probable (voir chapitre 3.3.2).
3.5.1.2 Thermique
La restitution du gradient vertical de température au sein du modèle est réalisée en imposant des valeurs de température au toit de la première couche (surface - température moyenne annuelle de l’air) et au mur de la dernière couche (toit du socle) (Figure 3.20).
3.5.2 Résultats du calage hydrodynamique et thermique
3.5.2.1 Hydrodynamique
Ce premier modèle hydrogéologique, même s’il ne reflète pas la réalité, permet de mettre en cohérence les différentes mesures effectuées sur la zone étudiée.
Les paramètres de calibration (voir chapitre 3.6.5) ont permis une bonne restitution des charges piézomé-triques mesurées (corrigées des effets de température) (Figure 3.21). Les graphiques de corrélation entre les charges calculées et mesurées pour l’aquifère Paléocène et l’aquifère des Sables Infra-Molassiques (Figure 3.22) montrent un calage préliminaire tout à fait acceptable. Un point, localisé sur la zone d’in-térêt, concernant les Sables Infra-Molassiques paraît aberrant, Polastron 101. Le mauvais calage de ce point réside dans le fait qu’il est situé en limite ouest de la lacune des Sables Infra-Molassiques localisée au sud de Toulouse.
D’après les résultats, il apparaît que les nappes du Paléocène et des Sables Infra-Molassiques sont effec-tivement en relation car les phénomènes d’échanges pressentis sont biens simulés. Ainsi, l’inflexion des isopièzes de la nappe des Sables Infra-Molassiques selon un axe de drainage est-ouest dans le secteur occidental n’est possible que par le drainage de cette nappe par celle du Paléocène. Il en est de même pour l’inflexion des isopièzes de la nappe Paléocène en direction du nord par drainage de la nappe des Sables Infra-Molassiques (secteur sud central). Ainsi, le calage de la piézométrie de ces aquifères ne peut se faire l’un sans l’autre (si ce n’est en imposant des paramètres hydrodynamiques aberrants).
FIG. 3.21 – Superposition des isopiézes esquissées/simulées en régime pseudo-permanent A - Aquifère des Sables Infra-Molassiques,
FIG. 3.22 – Comparaisons : charge observée/charge simulée
3.5.2.2 Thermique
La calibration des paramètres thermiques en régime purement conductif a permis une restitution satis-faisante des températures par le modèle au toit des différents aquifères comme l’atteste le graphique de comparaison entre les valeurs "observées" et simulées" pour l’aquifère des Sables Infra-Molassiques (Figure 3.23).
FIG. 3.23 – Comparaison : température observée/température simulée
Les cartes des températures restituées par le modèle pour chaque aquifère sont visibles sur la figure 3.24. Cette étape a permis de calculer un flux géothermique moyen de 76 mW.m−2pour l’ensemble de la zone
modélisée. Cette valeur moyenne est cohérente avec les valeurs mesurées pour le sud du Bassin Aquitain qui varient entre 60 mW.m−2et 100 mW.m−2[VASSEUR (1982)] .
3.5.3 Simulations le long de tubes de courant - confrontation avec l’âge apparent des eaux
Dans le but de comprendre le fonctionnement (mode et zones de recharges potentielles) de l’aquifère des Sables Infra-Molassiques, le modèle a été utilisé afin de simuler le cheminement de "particules d’eau" ("Particle Tracking") avec marqueurs isochrones [DOUEZ et al. (2006a)].
Cette méthode consiste à simuler la trajectoire de "particules d’eau" transportées par advection le long de tubes de courant.
Deux types d’approches sont utilisés :
– "Particle Backward" : les particules "remontent" le long de tubes de courant à partir d’un point ou d’une zone définie comme la zone d’arrivée.
– "Particle Forward" : les particules "descendent" le long de tubes de courant à partir d’un point ou d’une zone définie comme la zone de départ.
C’est le fonctionnement en circulation arrière "backward" qui a ici été utilisé, ainsi les particules montent les tubes de courant et ce sur plusieurs milliers d’années jusqu’aux zones potentielles de re-charge à partir d’ouvrage dont l’âge de l’eau est connu (transport par advection).
Les résultats (marqueurs isochrones) sont comparés avec ceux des âges apparents. L’étude étant réali-sée sur des tubes de courant, le mélange de l’eau n’est ici pas pris en compte.
Afin de permettre un meilleur fonctionnement de cet outil, le maillage du modèle a été raffiné dans la partie amont orientale de l’aquifère (Figure 3.25).
Dans un premier temps, l’aquifère des Sables Infra-Molassiques a été considéré comme un monocouche, l’écoulement dans les aquifères sous-jacents étant bloqué et la recharge prenant place seulement sur les zones d’affleurements ou à leur proximité. L’écoulement est alors représenté par un simple effet piston.
Ensuite, l’aquifère des Sables Infra-Molassiques a été intégré dans son ensemble multicouche. Le mo-dèle utilisé est celui qui a été calé précédemment. Seule la partie orientale est étudiée. A l’extrême est, des potentiels imposés ont été appliqués sur une partie du toit de la première couche pour simuler une recharge sur l’éponte molassique. Ces potentiels imposés sont équivalents aux valeurs topographiques.
Une porosité efficace moyenne a été intégrée pour chaque couche ; pour les aquifères, elle correspond à une moyenne des valeurs de porosité présentées au chapitre 1.2.
3.5.3.1 Résultats en configuration monocouche
Dans la partie est, le temps calculé pour que les particules atteignent les zones de recharge (affleure-ments) est supérieur à 40000 ans pour deux points alors que l’âge observé sur ces derniers est inférieur à 30000 ans (Figure 3.26). Ces résultats sont incompatibles avec un modèle par simple effet piston dans cette zone de l’aquifère.
FIG. 3.26 – Tubes de courant avec marqueurs isochrones sur la partie est de l’emprise modèle La zone centrale de la partie ouest, dont l’âge des eaux se situe entre 18000 et 30000 ans, a été analysée. Le temps de trajet pour atteindre les zones de recharge est également incompatible avec l’âge apparent observé des eaux (Figure 3.27). Effectivement, les marqueurs isochrones donnent des âges simulés
supé-rieurs à 30000 ans voire 40000 ans avant même de rejoindre les secteurs d’alimentation.
Les âges des eaux sur les différentes zones de l’aquifère n’ont pas pu être ajustés par l’utilisation des tubes de courant avec marqueurs isochrones. Ce premier résultat montre que le fonctionnement de l’aquifère des Sables Infra-Molassiques est plus complexe qu’un simple effet piston avec une recharge se produisant uniquement au droit des affleurements.
FIG. 3.27 – Tubes de courant avec marqueurs isochrones sur la partie ouest de l’emprise modèle
3.5.3.2 Résultats sur le modèle multicouche
Pour les trois points étudiés de la zone est, l’aire d’origine de l’eau, déterminée à l’aide des tubes de cou-rant, ne correspond pas aux zones d’affleurements (Figures 3.28, 3.29 et 3.30). Les lignes d’écoulement qui arrivent à ces différents ouvrages sont issues de la formation molassique sus-jacente. Les marqueurs isochrones simulés ont permis de retrouver les âges apparents observés avec une erreur maximale de 2000 à 3000 ans.
Une partie de l’eau de la nappe des Sables Infra-Molassiques transiterait donc par la molasse. Ces résul-tats semblent montrer un mode de recharge, du moins sur la partie est, par drainance verticale descendante sur un long régime transitoire à travers la couverture molassique aquitard.
Ces données viennent consolider les résultats obtenus par l’étude des paramètres géochimiques des eaux dans cette zone (la minéralisation dans la partie est ne peut en effet être expliquée que par la contribution
de solutions venant de la formation molassique sus-jacente [ANDRE (2002)]).
Afin de prendre en compte ces résultats, le modèle transitoire devra comporter une recharge en surface sur l’ensemble de la zone d’étude permettant d’expliquer l’âge des eaux et la minéralisation importante de l’eau de la nappe des Sables Infra-Molassiques dans certains secteurs.
FIG. 3.28 – Simulation d’un tube de courant avec marqueurs isochrones, âge apparent de l’eau ≈ 19500 ans
FIG. 3.29 – Simulation d’un tube de courant avec marqueurs isochrones, âge apparent de l’eau ≈ 28000 ans
FIG. 3.30 – Simulation d’un tube de courant avec marqueurs isochrones, âge apparent de l’eau ≈ 31000 ans