Apports de la géomatique dans l élaboration d une base de données hydrogéologique 2D en vue de la simulation sous Modflow des écoulements souterrains dans la basse vallée de la Dore (confluence avec l Allier) Djamel Mimoun Chargé de Recherche en évaluation environnementale Centre SITE École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne Conférence 1 er et 2 Octobre - Versailles
Domaine d application De nombreux hydrogéologues utilisent des modèles hydrodynamiques pour simuler le fonctionnement des aquifères. Ces modèles informatiques ont besoin d être renseigné par de nombreuses informations qui concernent la géométrie de l aquifère, les propriétés de l aquifère, les débits d échange entre le domaine de surface et le milieu souterrain. Ces données spatialisées doivent être mises en œuvre sur un découpage, en deux dimensions de l espace, en mailles pour une modélisation aux différences finies. Les fonctions d analyse spatiale contenues dans les SIG permettent de produire les données en entrée du modèle et de fournir en sortie les cartes de résultats.
Les besoins des hydrogéologues Démarche de l hydrogéologue : construction de scénarios d analyse qui permettent de représenter des situations types dans lequel se trouve le système : basses eaux, hautes eaux, crues ; une simulation complète en régime transitoire (sans discrétisation du temps) étant très coûteuse en temps et en données. Les étapes de la modélisation hydrogéologique des aquifères : - Développer un modèle conceptuel (géométrie et fonctionnement de l aquifère) - Création des différentes couvertures en format numérique (GRID) - Définition des paramètres hydrogéologiques et des conditions limites du modèle - Importation des données et calibration du modèle - Prédictions
Représentation des données sous Modflow Représentation du réservoir Monocouche & multicouche Conditions limites Rivières Plan d eau Recharges Paramètres du milieu poreux Perméabilité, coefficient d emmagasinement Séries temporelles
Cas d application La basse vallée alluviale de la Dore (affluent de l Allier)
Principes de la modélisation hydrogéologique Caractérisations de la zone d étude Mise à jour 1. Importation des jeux de données 2. Construction et assemblage des modèles numériqus d élévation MNE - Modèle numérique de terrain Carte des transmissivités Conditions Limites Transfert par interpolation section, rugosité TIN 3. Construction du maillage d analyse dans le modèle Simulation hydraulique hauteur, vitesse, débit Raster 4. Transfert de l information Mailles emboîtées Variantes d aménagement Reconstitution des surfaces des MNE vers ce maillage Tâches d analyse Surfaces inondées Simulation hydrodynamique Fréquence d inondation du lit majeur de la rivière Scénarios hydrodynamiques
1. Des sources de données très diverses avec différentes précisions Exemple : construction de la carte du toit du substratum Données ponctuelles en NGF ou en relatif BSS (infoterre BRGM) Sondages (carriers) Forages (profondeur des puits) Données sous forme d isovaleurs Carte géologique Études hydrogéologiques (Allier) Données sous forme de polygones Tranche d épaisseur des alluvions Limite des formations géologiques PROFIL P 0 Nappe alluviale de la Dore Fw b L Allier La Dore (269) (268) gs Fz Fy-z Substratum imperméable LES GRANDS BARDINS Rui. Le Vauziron Fxb-a gs
Base de données de la banque du sous sol (infoterre@brgm) Données à corriger par le MNT 50 m (précision i 1m)
Des sources de données diverses avec différentes précisions
2. Construction et assemblage des modèles numériques d élévation (MNE) Toit du substratum Fichier AML (ArcInfo/Station)
Mise à jour des données
3. Construction du maillage d analyse adapté à la représentation des données Transfert
Propriété des modèles numériques d élévation (MNE) -Un retour aux jeux de données initiales est nécessaire ce qui impose de les conserver intégralement et d avoir davoir accès facilement en tout temps afin de les transférer efficacement vers le maillage du modèle. -Le modèle numérique de données doit donc mettre l accent sur les données de base plutôt que sur l aspect transformé nécessairement dégradé après leur report sur le maillage. -L intégrité des données doit être conservé dans le sens ou deux campagnes de mesures différentes doivent être stockées dans des jeux de données différents
Simulations hydrodynamiques Les scénarios d analyse des écoulements superficiels et souterrains demandent, au début de chaque simulation, des changements fréquents et importants dans le maillage porteur des données par adaptation de la densité locale du maillage ou des transformations locales de la morphologie du domaine liés à des aménagements tels l installation d un nouveau plan d eau, de nouveaux puits Création d un plan d eau
En conclusion ArcGis 9.2 & Arc/info permet d accomplir toutes les étapes d intégration des données brutes pour la conception de modèle numérique d élévation MNE- complets supportés par la méthode des éléments finis, puis la mise en œuvre et le pilotage de simulations hydrodynamiques avec le logiciel MODFLOW. La base de données répond parfaitement aux objectifs d intégrité, d accessibilité, d efficacité et d homogénéité