Programme Européen ALIANCE

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Programme Européen ALIANCE

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Sommaire

Contexte du projet- Les intrusions salines en

zone côtière- Exemple de Majorque

Le projet européen ALIANCE

- Approche- Sites expérimentaux- Nouveaux outils

d’investigation en forage- Surveillance du sous-sol par

suivi à long terme

DIST06

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L’intrusion saline

En zone côtière, l’exploitation des nappesphréatiques est souvent supérieure à la capacitéde recharge. La progression de l'eau salée qui enrésulte peut provoquer une salinisation partielle outotale du milieu poreux qui constitue le réservoird’eau douce. Cette situation est alors difficilementréversible à l'échelle de plusieurs décennies.

Ce phénomène est courant en Europe, du pourtourméditerranéen à la Grande-Bretagne et jusqu'enScandinavie. C'est aussi le cas à l'échelle mondiale,que ce soit à Jacksonville (Floride), Dakar(Sénégal), ou Dalian (Chine), par exemple.L'Espagne est tout particulièrement touchée par cephénomène puisque, pour 82 aquifères côtiers, 15présentent une intrusion saline généralisée, et 40souffrent d’une salinisation partielle. Cetteproblématique tend à s’accroître en situationinsulaire.

L'eau salée (1.025 g/cm3)déplace (ou se mélange avec)l’eau douce (1.00 g/cm3)

En Europe,les cas

d’intrusionsaline sontnombreuxcomme le

montrecette carte

(sourceRIZA)

Contexte du projet

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SIERRA

NORTE

PALMAES

RAIGUER

ES PLA

SIERR

A DE

LEVA

NTE

Campos Bassin

N

0 20km

Deformed Mesozoic rocks formingsubstantial mountains

Deformed Mesozoic rocks formingsmall hills and plains

Miocene - Pleistocene bassins

Tortonian - Messinianreef plateform

Exemple de Majorque

L'île de Majorque (Baléares) subit, pour des raisonstouristiques, agricoles et climatiques, ce phénomèned'intrusion saline des nappes côtières depuis plusieursdécennies. Il est plus développé près de la capitale,Palma, ainsi que dans la zone d'exploitation agricolede Campos, au sud-est. Au nord, près de Pollencaune source saline (S'Almadrava) est connue depuisl'époque romaine. Cette source est située à la fois àplusieurs km de la côte et à une altitude de 10 m.

A Majorque, le projet européen ALIANCE adéveloppé, près de Pollenca et de Campos, 2 sitesexpérimentaux illustrant la variabilité géologiquelocale. �Au nord, le site de Pollenca traverse descarbonates du Lias à la fois peu poreux et fracturés.Au sud, le site de Campos est localisé dans desdépôts péri-récifaux d'origine Miocène, très poreux etperméables. Comme le montrent les 2 cartes(page suivante), l'intrusion saline pénètre au sud-està plus de 15 kilomètres à l'intérieur de l'île.Cette caractéristique géologique permet une étudeexpérimentale de terrain des interactions eau/rocheen contexte d'intrusion saline.

Les structures récifales forées par ALIANCE près de Campossont représentées en orange sur la carte et complètementvisibles le long d’une falaise de 100 m de haut située au sudde l’île (Cap Blanc).

Contexte du projet

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Cartes isochores (desalinité constante)

illustrant la présencede l'intrusion salinedans la région de

Campos jusqu'à unedistance de plusieurskilomètres de la côte

vers l’intérieur desterres, au sud-est de

l’île de Majorque.Ces deux coupes

représentent, à 30 et60 m de profondeur

respectivement, larésistivité électrique

du sous-sol. La coupela plus profonde (à

60 m de profondeur)met particulièrement

bien en évidencel’intrusion d’eau de

mer sous la côte.

Mesures électriquesen forage montrantune interface entreeau douce et eau

salée à environ 24 m,dans le puits S2

(source: DireccioGeneral de Regim

Hidraulic(Gouverne-ment des Baléares).

Eau douce

Eau salée

Interface

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Le projet européen ALIANCE

L’objectif du projet européen ALIANCEest de développer de nouvelles

méthodes d’investigation des aquifèresà l’aide de nouveaux outils de mesureshydrogéophysiques en forage ainsi que

de surveillance à long terme du sous-sol. Ces outils et méthodes doiventpermettre d’élaborer des modèles

prédictifs d’évolution spatio-temporelledes intrusions salines dans les nappes

phréatiques côtières.

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Approche

Développer les méthodes d'investigation des réservoirs du sous-solpar la construction de nouveaux outils, dans le but de :

Mettre en évidence les structures qui contrôlentles écoulements dans le sous-sol (par imagerie dela paroi des forages et des écoulements, etc... )

Déterminer les paramètres hydrodynamiques(coefficient de stockage, transmissivité,dispersivité, etc... )

Mettre en place une stratégie d’observationcontinue basée sur la détection en surface et enforage des courants électriques spontanés quicirculent dans l’aquifère, afin de suivre lescirculations souterraines de fluide et, enparticulier, les changements de salinité associés.

Tester ces nouveaux instruments et ces nouvellesméthodes sur deux sites expérimentauxreprésentatifs de conditions géologiques ethydrodynamiques extrêmes.

Sources

Récepteurs

Schéma descriptif duprincipe de mesureshydrogéophysiquesavec les sondes« sources » et dessondes « réceptrices »développées dans lecadre du projetALIANCE.

Récepteurs : MuSET, DopTV, ShyFTSources :CoFIS, H2E

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Sites d’observation

Conjointement au programme européen SALTRANS, les3 sites expérimentaux suivants ont été développés etétudiés dans le cadre d’ALIANCE.

Site instrumental de Ploemeur – Bretagne (France)

Ce site granitique permet d’analyser la réponse d'unmilieu fracturé peu réactif au contact de l'eau. Il estdédié aux expériences lors de l'évaluation desnouvelles méthodes.

Site côtier de Majorque – Baléares (Espagne)

Ce site calcaire permet de suivre une intrusion salined’origine agricole documentée dans un milieu deréactivité à l'eau potentiellement importante. Il estdédié aux expériences et au suivi à long terme desforçages externes et internes du réservoir.

Site lagunaire de Montpellier - Languedoc (France)

Site clastique constitué d’alternances argile/sable, situésur la frange littorale, entre plage et lagune. Ce site apermis le développement d’observatoires du sous-solpour un suivi permanent des intrusions salines.

Ces trois sites seront accessibles à l’ensemble de lacommunauté scientifique européenne, et les donnéesdisponibles sur le web dans le cadre de l’ORE* H+.

*ORE : Observatoire de Recherches Environnementales

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Site instrumental de PLOEMEUR (Bretagne)

Stang Er Brun

Le site expérimental de Stang-Er-Bruna été foré loin de la zone urbaine depompage dans le dessein de fournir àla communauté hydrogéologique unsite isolé bien documenté en milieufracturé peu poreux.

Un total de 6 nouveau puits a été foréà proximité du puits préexistant F22,atteignant 70 m dans le granit. Parmiles 6 puits, 3 sont des piézomètresatteignant seulement 10 m ettraversant les sols et le basementsupérieur constitué de schistes altérés.Les 3 autres puits ont été tubés dans lapartie traversant les schistes altérés etjusqu’à 25 mètres, puis sont ouvertssur la profondeur totale restante. Parmices derniers, 2 ont été forés jusqu’à100 m (B2 & B3) et un a été carottéjusqu’à 84 m (B1).

Ce site a été conçu pour pouvoirobserver les connexions possiblesentre les 3 principaux puits.

Courégant

Le site côtier de Courégant est dédié àl’étude de l’intrusion saline dans unmilieu granitique. Trois puits situés àquelques mètres les uns des autres ontété forés dans une carrière de granitabandonnée.

L’un d’entre eux (D2),d’une profondeurde 40m, a été carotté jusqu’à 17m.D3 a été foré jusqu’à 60 mètres deprofondeur, à seulement 5 mètres del’océan Atlantique, dans le but detraverser le biseau salé. Mais jusqu'àcette profondeur, seule de l’eau doucea été trouvée. Ce puits sera foréultérieurement plus profondément afinde pouvoir atteindre l’eau saléesupposée saturer le granit.

En haut:Situation du siteinstrumental dePloemeur sur le bordde la côteatlantique, dans lesroches du socle(orange) deBretagne (France).

En bas:Le site instrumentalde Stang-er-Brun(point rouge) estsitué à proximité dupoint de contactentre les schists (engris, au nord) et legranit (en voilet, ausud), loin des la zonemunicipale depompage (pointbleu) à Kermadoye.

Le site côtier deCourégant (pointnoir) est situé au sud,à quelques mètresseulement de labordure atlantique.

Situation Géographique


Nouveaux outils

De nouveaux outils d’investigation hydrogéophysique en foragesont développés dans le cadre du programme ALIANCE.

2 sondes "sources"(fabriquées par le CNRS de Montpellier)pour l'évaluation hydrodynamique d'un aquifère à l'échelled'un site (depuis la surface jusqu'à environ 150 m)

CoFIS (Controlled Fluid Injection System)Cette sonde est destinée à injecter un fluide à pression etsalinité contrôlées afin de simuler, par exemple, uneintrusion d’eau douce dans un aquifère perméableaffecté par une intrusion saline.

H2E (Harmonic Hydraulic Endoscopy)Basée sur la méthode de la perturbation harmonique dela pression, cette sonde permet de déterminer laconductivité hydraulique et la connectivité à l'échelled'un site, principalement pour les réservoirs fracturés.

3 sondes "récepteurs"pour enregistrer la réponse d’un aquifère face à uneexcitation donnée (artificielle ou naturelle)

MuSET (Multi Sensor Electrical Tool)(fabriquée par ALT-Luxembourg)Permet de mesurer de façon simultanée le potentiel

Schémaprincipegéophyhydrodysondes «« réceptdans le program

Sources

Récepteurs

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spontané, la pression, la température, le pH et laconductivité électrique du fluide dans le forage.

SHyFT (Slim Hydraulic Formation Tester)(fabriquée par GEOENERGY-France)Destinée à mesurer la pression de pore dans des horizonsisolés artificiellement pour évaluer la perméabilité in situ,cette sonde permet de prélever des échantillons de fluidepour une analyse ultérieure physico-chimique , biologique oubactériologique.

DopTV (Doppler TeleViewer)(fabriquée par ALT-Luxembourg)Basée sur l’effet Doppler, elle doit permettre d’identifier lesfractures productrices lors de tests hydrogéologiques etde quantifier la vitesse d'écoulement des fracturesen paroi de forage.

descriptif du de mesuressiques etnamiques avec les sources » etrices » développéescadre dume ALIANCE.

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Nouvelles SondesSonde source

Sonde CoFISInjection contrôléede fluide monopuitou entre puits

L'évaluation de l'emmagasinement ou des propriétéstransmissives et dispersives d'un site à échelledécamétrique à hectométrique peut être réalisée àl'aide d'une sonde permettant de contrôler à la fois lanature et le taux d'injection d'un fluide "traceur" deconductivité fixée. L'influence de cette injection peutêtre analysée soit à partir du "puits source" parinjection et pompage successifs, soit à l'aide dedifférentes sondes "réceptrices" placées pendantl'expérience dans un puits voisin.

Sondes réceptrices

Sonde DopTVIdentification desécoulements enparoi de forage

Le contenu fréquentiel du signal traditionnellementutilisé en forage pour restituer des imagesacoustiques de paroi peut être analysé pour mettreen évidence le décalage lié à l'effet Doppler etvenant de circulations de fluide le long de niveauxperméables comme des fractures.

Sonde SHyFTEchantillonnage de fluide et perméabilité in situ

L'échantillonnage in situ de fluide poral peut êtreréalisé à l'aide d'une sonde équipée soit d'un patin(pour les roches perméables) soit d'obturateurs isolantun segment de forage (pour les milieux hétérogènes).Une mesure simultanée de pression et deconductivité électrique du fluide permet d'encontrôler la nature et d'évaluer la perméabilité dumilieu à échelle décimétrique à métrique.

Nouveaux outils

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Surveillance des intrusions salines

Après une évaluation détaillée d'un site par géophysiquede surface puis carottage, des mesures et des imagesgéophysiques en forage et enfin des essais de puitstraditionnels, on cherchera à décrire l'évolution à longterme de paramètres clés tels que pression,température, pH, conductivité électrique du fluide oupotentiel électrique spontané.

Ce suivi temporel et cette approche permettront àlong terme de :

Contribuer à l'évaluation des nouveaux outilsd'essais en forage,

- Produire une description de l'évolution dans letemps du biseau salé,

Permettre l'élaboration de recommandations surla gestion des nappes phréatiques en zone côtière,qu'elles soient envahies ou seulement menacées par une intrusion saline.

Mise en place dans lesous-sol, le long deforages, d’électrodesdestinées aux mesuresde résistivité répétéespour une observationet une surveillance dumilieu à long terme.

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