1 INTRODUCTION À L’HYDROGÉOLOGIE
1.1 Les propriétés de l’eau
1.2 Distribution de l’eau sur la Terre
1.3 Le cycle hydrologique
1.3.1 Systèmes
1.3.2 Cycles
1.3.3 Vue d’ensemble du cycle hydrologique
1.4 Eaux souterraines
1.4.1 Distribution de l’eau dans le sous-sol
1.4.2 Recharge et décharge
1.4.3 Écoulement des eaux souterraines
1.4.4 Aquifères
2 ÉNERGIE POTENTIELLE ET CINÉTIQUE DANS LES FLUIDES SOUTERRAINS
2.1 Présentation
2.2 Énergie fluide
2.2.1 Qu’entendons-nous par énergie ?
2.2.2 L’équation de Bernoulli
2.2.3 Charge hydraulique et potentiel hydraulique
2.2.4 Description physique des composants de la tête
2.2.5 Distribution de la charge (c.-à-d. énergie fluide) dans un aquifère 3D
2.2.6 Pourquoi nous en soucions-nous ?
3 MILIEUX POREUX
3.1 Présentation
3.2 Porosité
3.2.1 Densité
3.2.2 Teneur en humidité
3.2.3 Matériaux géologiques et implications pour l’écoulement des fluides
3.3 Perméabilité
3.3.1 La loi de Darcy
3.3.2 Qu’est-ce que cela signifie ?
3.3.3 Perméabilité à d’autres fluides
3.3.4 Autres équations célèbres analogues à la loi de Darcy
3.3.5 Les limites de la loi de Darcy
3.3.6 Mesure de la perméabilité
3.3.7 Vitesse du fluide
3.3.8 Distributions de perméabilité dans les aquifères
3.3.9 Répartition statistique
4 ÉQUATIONS DE DÉBIT
4.1 Présentation
4.2 Équations : une discussion générale
4.3 La loi de Darcy
4.4 Équations d’écoulement des eaux souterraines
4.4.1 Équations différentielles
4.4.2 Qu’est-ce que cela signifie en termes conceptuels ?
4.4.3 Comment résoudre ces équations ?
5 PARAMÈTRES DE STOCKAGE ET CONDITIONS DE L’AQUIFÈRE
5.1 Présentation
5.2 Aquifères
5.3 Paramètres de stockage
5.3.1 Les aquifères captifs : une compréhension conceptuelle
5.3.2 Les aquifères captifs : une compréhension mathématique
5.3.3 Aquifères libres
6 EN SAVOIR PLUS SUR LES ÉQUATIONS D’ÉCOULEMENT
6.1 Présentation
6.2 Écoulement des eaux souterraines à l’état stationnaire et à l’écoulement transitoire
6.2.1 Écoulement en régime permanent
6.2.2 Écoulement transitoire
6.3 Calculs de débit et applications de l’équation de débit
6.3.1 Écoulement en régime permanent dans un aquifère captif
6.3.2 Écoulement en régime permanent dans un aquifère non confiné
6.3.3 Conduites d’écoulement et réseaux d’écoulement
7 HYDRAULIQUE PUITS
7.1 Présentation
7.2 Renseignements généraux sur les puits
7.2.1 Construction de base du puits
7.2.2 Mise en valeur des puits
7.3 Hydraulique de puits
7.3.1 Écoulement radial horizontal
7.4 L’équation de Theis
8 TEST DE L’AQUIFÈRE
8.1 Présentation
8.2 Hydraulique de puits – Un examen rapide
8.3 Tests d’aquifère et courbes de rabattement idéales
8.3.1 Essai de l’aquifère multipuits
8.3.2 Courbes de rabattement
8.4 Analyse des essais sur l’aquifère
8.4.1 Méthode d’appariement de la courbe de Theis pour les aquifères non étanches (c.-à-d. entièrement confinés)
8.4.2 Méthodes étanches et non confinées
8.5 Simplification de l’équation de Theis
8.5.1 Méthode de rabattement du temps
8.5.2 Méthode de rabattement de la distance
8.6 Essais sur un seul puits d’aquifère
8.6.1 Limites des essais sur puits unique
8.7 Perte de puits et efficacité du puits
8.7.1 Rabattement et énergie fluide
8.7.2 Essais de capacité spécifique et de taux de pas
8.7.3 Exemple d’essai de vitesse de pas avec analyse
8.8 Essais de limaces
8.8.1 Procédure d’essai
8.8.2 Problèmes potentiels liés aux essais à limaces
8.9 Puits multiples, limites et puits d’image
8.9.1 Superposition 96
8.9.2 Utilisation de puits d’image pour représenter les limites
9 SYSTÈMES D’ÉCOULEMENT DES EAUX SOUTERRAINES
9.1 Examen des articles 1 à 8
9.2 Caractéristiques des systèmes d’écoulement
9.2.1 Conditions limites
9.2.2 Recharge
9.2.3 Décharge
9.2.4 Hétérogénéité et anisotropie
9.2.5 Relation entre la topographie et les systèmes d’écoulement
10 MODÉLISATION DE L’ÉCOULEMENT
10.1 Présentation
10.2 Modèles : une définition générale et des détails spécifiques
10.2.1 Pourquoi utilisons-nous des modèles de processus ?
10.3 Types spécifiques de modèles d’écoulement des eaux souterraines
10.3.1 Modèles qualitatifs
10.3.2 Modèles hydrogéologiques conceptuels
10.3.3 Modèles physiques ou analogiques
10.3.4 Modèles mathématiques
10.4 La méthode des différences finies
10.5 Une introduction à Modflow
11 CHIMIE DES EAUX SOUTERRAINES
11.1 Présentation
11.2 Tout d’abord, un peu d’alchimie de fond
11.2.1 Concepts et définitions de base de la chimie
11.2.2 La masse atomique et la mole
11.2.3 Concentrations des solutions
11.3 Analyse de l’eau et espèces dissoutes naturelles
11.3.1 Paramètres chimiques de base
11.4 Un peu sur les réactions chimiques
11.5 Inférences sur les systèmes d’écoulement des eaux souterraines
11.6 Représentations graphiques des données géochimiques
11.6.1 Diagrammes de Piper
11.6.2 Diagrammes rigides
11.6.3 Étude de cas : Utilisation de diagrammes géochimiques pour identifier une source de contamination
11.6.4 Diagrammes de Schoeller
11.7 Évaluation des données sur la qualité de l’eau
11.8 Références supplémentaires
12 TRANSPORT DE MASSE
12.1 Présentation
12.2 Transport de masse dans les eaux souterraines
12.2.1 Advection
12.2.2 Dispersion
12.3 Réactions et retard
12.4 Équations de transport de masse
12.5 Gestion de la contamination des eaux souterraines
12.5.1 Analyse de la zone de capture
13 EAU DE SURFACE
13.1 Présentation
13.2 Principes de base de l’eau de surface
13.3 Évaporation, transpiration et précipitations
13.3.1 Évaporation
13.3.2 Transpiration
13.3.3 Évapotranspiration
13.3.4 Précipitations
13.4 Que se passe-t-il lorsqu’il pleut ?
13.5 Flux
13.5.1 Décharge
13.5.2 Équation de Manning
13.5.3 Hydrogrammes des cours d’eau
14 ZONE INSATURÉE
14.1 Présentation
14.2 Distribution de l’eau dans le sous-sol peu profond
14.2.1 Saturation
14.2.2 Forces capillaires
14.3 Mouvement de l’eau dans la zone vadose
14.3.1 Teneur en humidité
14.3.2 Tension entre les pores et l’eau
14.4 Théorie de l’écoulement dans un milieu poreux insaturé
14.5 Étude de la zone non saturée : instruments et techniques
15 CONSOLIDATION ET AFFAISSEMENT
15.1 Présentation
15.2 Examen de la réponse élastique dans un aquifère captif
15.3 États de stress dans la croûte terrestre
15.4 Paramètres de compressibilité et de stockage
15.5 Affaissement du sol
16 ÉCOULEMENT DANS UN MILIEU NON POREUX
16.1 Présentation
16.2 Conceptualisation des milieux fracturés
16.3 Propriétés de rupture
16.3.1 Orientation
16.3.2 Ouverture
16.3.3 Longueur, largeur et profondeur
16.3.4 Espacement et densité
16.3.5 Connectivité
16.4 Formation de fractures
16.5 Propriétés hydrauliques des fractures
16.5.1 Porosité
16.5.2 Perméabilité
16.6 Modélisation de l’écoulement des fluides dans les fractures
16.6.1 Modèle à plaque parallèle
16.6.2 Modèle de fracture discrète
16.6.3 Modèles stochastiques
16.6.4 Modèles à double porosité
16.6.5 Milieux poreux équivalents
16.6.6 Milieux poreux équivalents avec domaines de fracture
16.7 Influence des fractures sur l’écoulement des fluides et le transport de masse
17 LES EAUX SOUTERRAINES DANS DIVERS CONTEXTES GÉOLOGIQUES
17.1 Présentation
17.2 Classification de base des environnements hydrogéologiques
17.3 Alluvions
17.3.1 Cônes alluviaux
17.3.2 Deltas
17.3.3 Dépôts dans les plaines inondables et les vallées fluviales
17.4 Dépôts glaciaires
17.5 Roches sédimentaires clastiques – grès/schiste
17.6 Roches sédimentaires chimiques – carbonates et évaporites
17.7 Roches « dures »
18 CONCLUSION
18.1 PARTIE 1 : Principes fondamentaux
18.2 Partie 2 : Sujets connexes
19 EXERCICES
20 RÉFÉRENCES
21 BOITES
Encadré 1 – Dérivation de l’équation de l’écoulement radial
22 SOLUTIONS D’EXERCICE
23 RÉPONSES AUX QUESTIONS DE RÉFLEXION
24 NOTATIONS
25 À PROPOS DE L’AUTEUR
