Geólogo / Ante la tarea de proponer nuevas metodologías para la caracterización y modelación de reservorios fracturados se propone la implementación en el software FEFLOW 7.1 de un modelo de fractura simple que represente la inyección de soluto implementada en el sitio de experimentación de rocas fracturadas de Ploemeur, Francia y considerando un escenario de inyección de un pulso de calor para observar la respuesta del modelo en función de unas consideraciones experimentales propuestas para el sitio. La calibración del modelo se realizó ajustando las curvas numéricas entregadas por el software a la respuesta másica experimental en conjunto con una curva calórica propuesta (y posible de encontrar en la zona), por medio de iteraciones desde un resultado inicial, obtenido desde los parámetros default del software y de acuerdo con la ley cúbica. El modelo conceptual por representar corresponde a una discontinuidad horizontal que separa 2 grupos de capas (layers) sobre el cual se simularon dos pozos (inyección y recuperación) separados horizontalmente por 10.8m. Los tiempos de llegada de trazador bordean los 30 minutos mientras que la respuesta calórica propuesta ronda las 50 horas. Dentro de los grandes controladores de la llegada de masa y calor al pozo de recuperación se encontraron la conductividad hidráulica y no así el espesor de fractura, además de tener efectos más intensos en el transporte calórico que en el másico. Factores como reacciones de sorción o efectos difusivos a esta escala local no tienen efectos notorios, sin embargo, a la hora de estudiar circulación a escala regional deben ser cuantificados y revisitados. El ajuste propuesto es bueno, tanto estadística como visualmente. Los análisis de sensibilidad efectuados sobre el ajuste muestran la existencia de propiedades críticas como la porosidad de los elementos circundantes y la dirección de gradiente hidráulico utilizado. La determinación en terreno de este parámetro resulta fundamental para obtener una primera aproximación fidedigna de los parámetros del acuífero y su determinación no debiera revestir mayor dificultad, ya que puede aprovecharse la implementación de los pozos para obtener dichos valores. Como suele suceder en toda simulación, resulta de primera necesidad la corroboración de los datos experimentales en terreno. En caso de que la configuración experimental no entregue los resultados propuestos para la calibración del transporte de calor, deben revisitarse los supuestos del modelo y acotar mejor el problema, ya que se estaría llegando a configuraciones hidrogeológicas que no representen de la mejor forma la situación real del acuífero. Finalmente, al considerar la extrapolación de los resultados a zonas de interés tanto chilenas como extranjeras debe tenerse en consideración el cambio de escalas y lo que esto conlleva: distintos tamaños de bloque y mayores tiempos de cómputo con requerimientos computacionales superiores. Así, implementar esta metodología es una buena primera aproximación al desafío del flujo y transporte en rocas fracturadas. Dentro de sus ventajas está la de necesitar pocos parámetros de entrada y pruebas de campo, por lo que puede considerarse como una opción viable antes de realizar modelos más complejos y robustos pero que requieren de mayor cantidad de información base. / Este trabajo ha sido financiado por el Proyecto FONDECYT 1170569 y el Proyecto UNESCO IGCP636

The need of understanding transport processes of contaminants in groundwater has grownalong with the discovering of contamination of soil and groundwater due to industrialization.Mobility of an organic contaminant in the soil is affected by its partitioning to dissolvedorganic carbon, DOC. Partitioning of hydrophobic organic contaminants, HOCs, to DOC isdescribed by the contaminant’s KDOC value. The effects of DOC on transport processes oforganic contaminants with groundwater are still relatively unexplored even though somereviews have been carried out in this particular field of research. The aim of this thesis workwas to investigate transport processes for the PAH phenanthrene and the phthalate Di(2-ethylhexyl) phthalate, DEHP, with DOC by constructing a transport model with the computerprogram FEFLOW 6.1. The thesis work was performed as part of an ongoing Research &Development project investigating alternative remediation techniques at Domsjö industrialsite, located 2 km south of Örnsköldsvik. Generally, the groundwater at the site was characterized by low phenanthrene and DEHPcontent together with high DOC content. In the sampling points with highest reportedcontaminant concentration also DOC was present in highest concentrations. During theperformed literature study it was found that tabulated KDOC values for phenanthrene wasavailable but not for DEHP, which had to be calculated based on available KOC and KOWvalues. Five different modeling scenarios were developed: 1. Transport of phenanthrene with KDOC minimum value. 2. Transport of phenanthrene with KDOC maximum value. 3. Transport of phenanthrene with KDOC median value. 4. Transport of DEHP with KDOC calculated with KOC. 5. Transport of DEHP with KDOC calculated with KOW. Calculations of contaminant concentration in groundwater were made with an equation thatrequires both site and contaminant specific constants. These constants had to be estimatedduring this thesis work, which resulted in insecurities possibly affecting the model results.However, the minimum and the median value of KDOC showed best modeled phenanthreneconcentration after six years compared to measured values. Best result of modeledconcentrations of DEHP was obtained with KDOC calculated with KOC. Correlation analysis ofDOC and contaminants showed a significant correlation between DOC and phenanthrene at99% confidence level, and between DOC and DEHP at 90% confidence level. / I takt med ökad kännedom om industriellt förorenade områden har det också blivitbetydelsefullt att känna till de processer som påverkar transport av föroreningar medgrundvattnet. Rörligheten av en hydrofobisk organisk förorening, HOC, påverkas av dessfördelning till löst organiskt kol, DOC, och beskrivs med fördelningskoefficienten KDOC.Effekterna av DOC på föroreningstransporten är relativt okända trots att forskning harbedrivits inom området. Syftet med examensarbetet var att undersöka spridning av fenantren(ämnesklass PAH) och Di(2-etylhexyl)ftalat med DOC genom att konstruera enföroreningsspridningsmodell i datorprogrammet FEFLOW 6.1. Examensarbetet utfördes somdel i ett pågående Forsknings & Utvecklingsprojekt med syfte att utreda en alternativsaneringsteknik för Domsjö industriområde, 2 km söder om Örnsköldsvik. Generellt sett karaktäriserades grundvattnet på platsen av låg fenantren- och DEHP-halttillsammans med hög DOC-halt. På samma ställen där föroreningarna förekom i högstakoncentration var också DOC-koncentrationen som högst. Vid genomförd litteraturstudieåterfanns tabellerade KDOC-värden endast för fenantren. KDOC för DEHP saknades och fickberäknas med ekvationer baserat på förhållandet mellan KDOC och KOC respektive KOW. Femolika modelleringsscenarier utvecklades: 1. Spridning av fenantren med minsta tillgängliga KDOC-värde. 2. Spridning av fenantren med högsta tillgängliga KDOC-värde. 3. Spridning av fenantren med median KDOC-värde. 4. Spridning av DEHP med KDOC beräknat med KOC. 5. Spridning av DEHP med KDOC beräknat med KOW. Beräkning av föroreningarnas koncentration i grundvattnet gjordes med en ekvation somegentligen kräver både plats- och föroreningsspecifika konstanter. Då detta inte fanns att tillgågjordes uppskattning av värdena vilket resulterar i osäkerheter som kan ha påverkan påmodellerade resultat. De bästa modellerade koncentrationerna av fenantren efter sex årssimulering jämfört med uppmätta koncentrationer uppnåddes med minsta och median-värdeav KDOC. Bästa modellerade koncentrationerna av DEHP gavs av KDOC beräknat med KOC.Korrelationstest med DOC och respektive förorening visade en signifikant korrelation mellanDOC och fenantren vid 99% konfidensnivå, och mellan DOC och DEHP vid 90% konfidensnivå.

L’objectif est la construction numérique d’un modèle 3D régional de la plaine de Sidi Bouzid permettant la quantification du transfert hydrique et du rôle des crues sur le processus de recharge. Des simulations numériques de l’écoulement ont été réalisées à l’aide de Feflow et validées par des données mesurées in situ. Une conceptualisation des paramètres d’entrée a été réalisée afin de contourner l’absence de données mesurées. L'hétérogénéité de la zone non saturée a un impact significatif sur la variation du flux vertical et la propagation du front d’humidité. Les résultats obtenus en 1D ont été spatialisés à l’échelle de la plaine avec l’objectif de quantifier l’ensemble des flux d’écoulements. L’originalité réside, d’une part, dans la détermination des conditions aux limites appliquées à la surface du sol à partir des hydrogrammes des crues enregistrés et, d’autre part, au modèle conceptuel limitant l’évaporation. Le modèle hydrodynamique a mis en évidence que le bilan hydrique est fortement excédentaire. Les simulations de l’écoulement ont montré que l’approche des épandages de crues au niveau des périmètres surestime la recharge artificielle de la nappe. / The aim of this study is to set up a 3D regional model to quantify water flux in unsaturated-saturated zones and the role of floods on the recharge process. Therefore, numerical flow simulations were conducted using the finite element Feflow that will be validated by measured data. A conceptualization of input parameters was carried out to overcome the absence of measured data. The heterogeneity of the vadose zone have a significant impact on the variation of the vertical flow, the residence time and the propagation of wetting front in the unsaturated zone. The results obtained in 1D were then used to quantify groundwater recharge of the entire area of the study site. The original approach is to derive the time-dependent hydraulic boundary condition of water level at the soil surface of the spreading perimeters by measured flood hydrographs and to develop a limited conceptual model of water uptake by evaporation. The hydrodynamic model showed that the water balance is very important. Flow simulations have shown that the perimeter flooding approach overestimates the artificial recharge of the aquifer.

Nordost om Uppsala finns sedan 1977 en av Uppsala Vatten och Avfall AB:s mindre grundvattentäkter, och inför en tillståndsansökan om ett ökat vattenuttag behöver den befintliga kunskapen om täkten utökas. Syftet med detta arbete är att ta fram en modell för att undersöka storleken på ett hållbart vattenuttag, om enskilda avlopp kan ligga bakom mikrobiella föroreningar i vattnet och om en alternativ placering av brunnen i så fall skulle åtgärda problemet. Sveriges Geologiska Undersökning har beräknat formen på grundvattenmagasinet och dess tillrinningsområde, ett område som består av en flack lertäckt dal omgiven av morän och berg. På 1960- och 1970-talen undersöktes området med slagsondering och rörsättning tillsammans med provpumpning, vilket lade grunden för detta examensarbete. I början av arbetet genomfördes ytterligare sonderingar och rördrivningar följt av en fyra veckor lång provpumpning vars resultat användes för att kalibrera modellen. Denna modell byggdes i programmet FEFLOW som använder sig av finita element för att lösa ekvationer som beskriver flöde i porösa media. Modellen byggdes upp av lager som motsvarade jordlagerföljden, där markytan baserades på Lantmäteriets nationella höjdmodell. Bergytan och gränsen mellan friktionsmaterial och lera togs fram genom interpolering av sonderingsdata. Ytterligare vertikal uppdelning skedde utifrån jordarter och magasinform. Värden på hydraulisk konduktivitet, vattenavgivningstal och grundvattenbildning i lagren togs fram genom en litteraturstudie. Dessa parametervärden kalibrerades sedan med hjälp av mätvärden från provpumpningen, följt av en känslighetsanalys. Ett tak för storleken på ett hållbart uttag beräknades utifrån grundvattenbildningen tillsammans med areorna för jordarterna i området. Påverkansområden modellerades för det nuvarande uttaget och två hypotetiska uttag. För det nuvarande uttaget undersöktes den kortaste transporttiden från det närmast liggande bostadsområdet till dricksvattenbrunnen. Med grundvattenbildningen från den kalibrerade modellen blev taket för vattenuttaget 3 L/s, med initialvärdena blev taket i stället 4 L/s. Dessa värden är sannolikt underskattningar då den verkliga grundvattenbildningen troligtvis är högre. De beräknade påverkansområdena indikerar platser för närmare undersökning i framtiden. Det befintliga uttaget på 1,3 L/s hade pågått under lång tid utan kända negativa konsekvenser, och ligger därför sannolikt under gränsen för ett hållbart uttag. I modellen var transporttiden mellan bostadsområde och brunn dubbelt så lång som Havs- och vattenmyndighetens rekommendation. Modellen kan därför inte styrka att de mikrobiella föroreningarna skulle komma från enskilda avlopp, och någon alternativ brunnsplacering undersöktes därför inte närmare. / The Lejsta well field, located northeast of Uppsala, has supplied public drinking water since 1977 and is managed today by Uppsala Water and Waste AB. Further investigation of the aquifer is needed in preparation for increasing withdrawal of groundwater and application for required permits. The purpose of this thesis is to develop a model for investigating the size of a sustainable water yield, whether individual sewage treatment may be the source of microbial contaminants in the water and if an alternative location of the well would solve that problem. The Geological Survey of Sweden previously delineated the aquifer and its catchment basin, the basin consisting of a flat clay-covered valley surrounded by till and bedrock. In the 1960s and 70s the area was surveyed using test drilling and installation of observation wells combined with pumping tests, which laid the groundwork for this thesis. At the beginning of the project, further test drillings and installations of observation wells were carried out followed by a four-week pumping test, the result of which was used to calibrate the model. This model was built in the program FEFLOW which uses finite element analysis to solve equations for flow in porous media. The model was constructed with layers corresponding to the soil layer sequence where the ground surface was based on the Swedish Mapping, Cadastral and Land Registration Authority’s national height model. The bedrock surface and the boundary between clay and coarser material were constructed by interpolating borehole data. The layers were further divided vertically based on soil types and the aquifer delineation. Values for hydraulic conductivity, specific yield, and groundwater recharge in the layers were decided based on a literature review. These parameter values were then calibrated using measurements retrieved from the pumping test, followed by a sensitivity analysis. A limit for the size of a sustainable yield was calculated based on groundwater recharge and the areas of the different soil types. Areas of impact were modeled for the current yield and two hypothetical yields. For the current withdrawal, the shortest transport time from the nearest residential area to the drinking water well was examined. When applying the groundwater recharge of the calibrated model, the water yield limit was 3 L/s, for the initial values the limit was 4 L/s. These values are likely underestimations as the actual groundwater recharge is likely higher. The estimated areas of impact indicate locations for closer examination in the future. The current withdrawal of 1.3 L/s had been sustained without any apparent negative consequences and is therefore likely below the limit of a sustainable yield. According to the model, the shortest transport time from the residential area to the well was twice the minimum time recommended by the Swedish Agency for Marine and Water Management. The model therefore cannot support that individual sewage treatment is the source of microbial contaminants, and no alternative well location was investigated.

The raw water in some of Umeå's abstraction wells has shown high nickel levels for more than a decade. The cause has not been determined but there is an investigation from 2010 where the results indicate sulphide clay found adjacent to two basins used for artificial infiltration. The previous investigation further declares that the leaching occurs due to oxidation in an unsaturated state when the groundwater is lowered. However, the data points used for the investigation are limited and the source references are few. Today, over 10 years of data have been collected and the number of published scientific articles dealing with sulphide soils has increased, which motivates a follow-up on the subject. This degree project aims to contribute with further knowledge to the issue of high nickel concentrations in raw water with the purpose to strengthen or reject the hypothesis by: performing a literature review on sulphide soil; comparing nickel level with groundwater level; constructing a groundwater model and performing simulations. A large database is available from various investigations performed on the site from the 1940s until today. The literature review shows that the geological conditions exist for sulphide material to be present in the area, as well as several studies and investigations that confirm the suspicion of the presence of sulphide soil. Furthermore, the data points show a correlation between the groundwater level and the nickel concentration in raw water from extraction wells 17 and 20. The most obvious interpretation is the decrease in the nickel content as the groundwater level is raised, although a low groundwater level indicates high nickel levels. The modeling of the groundwater flow and mass transport shows how nickel can move from the area of suspected sulphide material to the extraction wells. An overall assessment of the project strengthens the thesis, however, more investigations are needed to exclude uncertainties inherent in the result. / Råvatten i vissa av Umeås uttagsbrunnar har uppvisat höga nickelhalter i mer än ett decennium. Orsaken är inte fastställd men det finns en tidig utredning från 2010 som misstänker sulfidlera som finns i anslutning till två bassänger som används för konstgjord infiltration. Den tidigare utredningen deklarerar vidare att urlakningen sker på grund av oxidation i omättat tillstånd när grundvattnet sänks. Dock var dataunderlaget till utredningen begränsad samt ett fåtal källhänvisningar. Idag finns över 10 års data samlat och antalet publicerade vetenskapliga artiklar som behandlar sulfidjord har ökat, vilket motiverar en uppföljning i ämnet. Detta examensarbete syftar till att bidra med ytterligare kunskap i syfte att stärka eller förkasta hypotesen genom att: utföra en litteraturstudie om sulfidjord; jämföra nickelnivå med grundvattennivå; konstruera en grundvattenmodell och utföra simuleringar. En stor databas finns tillgänglig från olika undersökningar som har gjorts på platsen från 1940-talet fram till idag.  Litteraturstudien visar att den geologiska förutsättningen finns för att sulfidjord ska finnas i området samt flera studier och undersökningar som stärker misstanken om närvaron av sulfidjord. Vidare visar resultatet av data punkter på en korrelation mellan grundvattennivån och nickelhalten i råvattnet till uttagsbrunn 17 och 20. Tydligast blir minskningen av nickelhalten när grundvattennivån höjs, även om en låg grundvattennivå indikerar höga nickelhalter. Modelleringen av grundvattenflödet och masstransporten visar hur nickel kan röra sig från området med misstänkt sulfidjord till uttagsbrunnarna. En helhetsbedömning av projektet stärker tesen, dock krävs fler undersökningar för att utesluta osäkerheter i resultatet.

Submitted by Roger Dias Gonçalves (rdgon@hotmail.com) on 2016-10-11T14:42:15Z No. of bitstreams: 1 Goncalves_Roger_2016_MestradoGeociencias_Modelagem Numérica e Avaliação Hidrogeológica do Aquífero Rio Claro.pdf: 14855876 bytes, checksum: 2f50cc1293a8252d613593e19e5e8dc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-10-17T19:40:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 goncalves_rg_me_rcla.pdf: 14855876 bytes, checksum: 2f50cc1293a8252d613593e19e5e8dc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-17T19:40:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 goncalves_rg_me_rcla.pdf: 14855876 bytes, checksum: 2f50cc1293a8252d613593e19e5e8dc9 (MD5) Previous issue date: 2016-10-04 / A gestão adequada dos recursos hídricos é peça-chave para o desenvolvimento de uma região, seja urbana ou agrícola. O conhecimento acerca do impacto das mudanças climáticas e as diferentes atividades humanas sobre os recursos hídricos, em especial as águas subterrâneas, tornou-se essencial para tomadas de decisão corretas e sustentáveis. O Aquífero Rio Claro, localizado no município homônimo, é um aquífero raso e livre, composto por um pacote pouco espesso e predominantemente arenoso da Formação Rio Claro. Possui água naturalmente de boa qualidade e grande parte deste reservatório estende-se sob a área urbana do município. Este estudo estima os impactos da seca de 2013/2014 e o potencial de explotação do aquífero através do uso de modelagem numérica. Para as simulações utilizou-se o método dos elementos finitos por meio do algoritmo Feflow. A porção norte da área, mais agrícola, compreende a principal área de recarga do aquífero, enquanto que a porção sul é mais urbanizada e apresenta um grau de impermeabilização maior, que impacta negativamente as taxas de recarga. O balanço de fluxo calculou uma perda de 5,3% da água do armazenamento do aquífero durante o período de seca, que representou, na região, uma precipitação quase 30% menor que a média histórica. A grande maioria dos poços cadastrados no município extrai água de aquíferos mais profundos, perfazendo cerca de 450 m³/h. Em um cenário no qual o Aquífero Rio Claro fosse responsável por toda essa demanda de água subterrânea durante todo o período de seca, o aquífero perderia cerca de 6,6% da água de seu armazenamento. O bombeamento dos poços atingiria aproximadamente 19% da recarga do aquífero, portanto, o aquífero tem potencial para comportar tal volume de explotação. No entanto, a concentração dos poços no distrito industrial e na área urbana do município representa um alto risco para o aquífero e para o abastecimento nestas áreas, com alteração da dinâmica de fluxo entre as porções norte e sul e interferência nas vazões dos poços. / Proper management of water resources is a key player in regional development, whether urban or agricultural. The knowledge about the impacts of climate changes and human activities on water resources, especially groundwater, it has become essential for making correct and sustainable decisions. The Rio Claro Aquifer, located in the homonymous city, is a shallow and unconfined aquifer, composed of a thin layer of Rio Claro Formation sandstones. It has good quality water in natural conditions and a significant part of this reservoir is located below the urban area. This study estimated the impacts of the drought of 2013-2014 and the potential exploitation of the aquifer using numerical modeling. Finite elements method by Feflow algorithm was used for the simulation. The northern portion, more agricultural, encompasses the main recharge area, while the southern portion is more urbanized and has a higher waterproofing coverage impacting negatively on the recharge rates. The water budget showed a loss of 5.3% of the aquifer storage during the dry season. The precipitation was almost 30% lower than the average in this region. The majority of registered wells in the city extracts water from deeper aquifers reaching about 450 m³/h. In a scenario in which the Rio Claro Aquifer is responsible for all groundwater demand throughout the dry season, the aquifer would lose about 6.6% of its water storage. The pumping wells reaches approximately 19% of the aquifer recharge, therefore the aquifer can support this exploitation volume. However, the spatial concentration of the wells in the industrial district and the urban area pose a high risk to the aquifer and the groundwater supply in these areas, by changing the water flow dynamics between the northern and southern portions and interference in the well rates.

Ingeniero Civil / El trabajo de título se centró en la aplicación de la herramienta FEFLOW para la modelación y evaluación numérica de flujos de aguas subterráneas, en base a elementos finitos, en la zona saturada y no saturada del suelo. Se presenta un caso de estudio que fue analizado por la consultora de ingeniería ambiental Knight Piésold mediante la utilización, en conjunto, de otras herramientas de modelación como Visual Modflow y SEEP/W. Estos programas se complementan para analizar los flujos involucrados en la zona saturada y no saturada respectivamente, consignándose como una metodología a comparar frente a FEFLOW. Es así que se presenta como objetivo principal analizar la aplicabilidad, manejo y resultados numéricos de FEFLOW frente a lo realizado con Visual Modflow y SEEP/W. El desarrollo del trabajo consideró un análisis a las metodologías implementadas en la modelación de cada programa. De acuerdo a esto se presentan los resultados y pasos a seguir en la definición de la zona de modelación y sus condiciones de borde, interpolación topográfica y ajustes en la calibración de la zona saturada como de la no saturada de acuerdo a cada herramienta utilizada. Para complementar el estudio se realizó un análisis de sensibilidad del programa FEFLOW en función del número de elementos utilizados en la generación de la grilla de modelación y así conocer la influencia de esta variable en el modelo. Los resultados de ambas metodologías enfrentadas resultaron ser consistentes entre ellas y en línea a las consideraciones en la modelación. A su vez se analizaron las diferentes complejidades a enfrentar en la generación de un modelo con estas herramientas, por lo que la comparación no solo radica en elementos numéricos, si no también en las dificultades que el usuario debe hacer frente. Se concluye con un análisis a los objetivos y consideraciones más importantes observadas durante el estudio, tales como la utilización de programas basados en diferencias finitas y elementos finitos, la metodología en la caracterización de la zona no saturada, la modelación de una geometría compleja y la aplicabilidad del programa FEFLOW.

Utilisée depuis des milliers d’années sous ses manifestations naturelles par l’Homme, cette ressource fait l’objet d’une exploitation commerciale depuis seulement le XXe siècle, à destination du chauffage de bâtiments, de certains usages industriels ainsi que de la production d’électricité. La France compte parmi les pionniers concernant l’usage direct de la chaleur alors qu’aucune filière industrielle n’est véritablement effective pour la production d’électricité d’origine géothermique. Le projet sélectionné, intitulé FONGEOSEC, a pour objectif la conception et la réalisation d’un démonstrateur innovant préindustriel d’une centrale géothermique haute enthalpie exploité par cogénération d’électricité et de chaleur. Un travail de recherche et développement, conduit par un consortium composé de partenaires industriels et scientifiques, vise au lancement de la filière industrielle géothermique haute température en France. L’objectif général des travaux de thèse porte sur une meilleure compréhension globale des comportements hydrauliques, massiques et thermiques des formations profondes en réponse à une sollicitation anthropique de longue durée. Il s’agit d’identifier les paramètres clés régissant la réponse du complexe réservoir à la suite d’une exploitation géothermique. Un point particulier sera consacré à caractériser la part de chacun des modes de transport de chaleur en milieu poreux – conduction thermique, convection libre et forcée – dans l’établissement des performances thermiques de l’ouvrage considéré. Plusieurs dispositifs techniques d’exploitation seront proposés afin de réduire les incertitudes associées au système géothermique souterrain et garantir le succès du projet FONGEOSEC. L’impact des mécanismes thermo-convectifs au voisinage des forages d’exploitation géothermique de grande profondeur reste peu documenté, a fortiori dans le cas de dispositifs déviés adoptant une complétion particulière. L’outil retenu pour l’évaluation des performances du dispositif au contact de l’encaissant est la modélisation numérique distribuée. La variabilité des propriétés physiques de l’hydrosystème, de la conception et des modalités d’exploitation du dispositif sur le comportement hydraulique et thermique de l’exploitation est envisagée selon différentes approches développées à partir de modèles numériques 3D. / Used for thousands of years under its natural manifestations, this resource has been commercially exploited since the twentieth century, for the heating of buildings, certain industrial uses and the production of electricity. France is one of the pioneers in the direct use of heat, whereas no industrial cluster is truly effective for the production of geothermal electricity. The selected project, FONGEOSEC, aims to design and produce an innovative pre-industrial demonstrator of a high enthalpy geothermal power plant operated by cogeneration of electricity and heat. A research and development project, led by a consortium of industrial and scientific partners, aims to launch the high-temperature geothermal industrial sector in France. The general objective of this thesis is to improve the understanding of the hydraulic, mass and thermal behavior of deep porous formations in response to long-term anthropogenic stress. The aim is to identify the key parameters governing the response of the reservoir complex related to geothermal operation. A particular point will be devoted to characterize the part of each mode of transport of heat in porous medium – thermal conduction, free and forced convection – in the establishment of the thermal performances of the geothermal power plant. Several technical operating devices will be proposed to reduce the uncertainties associated with the underground geothermal system and guarantee the success of the FONGEOSEC project. The impact of thermo-convective mechanisms in the vicinity of deep geothermal borehole remains poorly documented, especially in the case of deviated wells with a complex inner geometry. The evaluation of the hydraulic and thermal performances of the device, based on 3D numerical modeling, is conducted according to different approaches.

Le bassin hydrologique du Barada et de l’Awaj est le plus important et le plus intensément exploité de Syrie. Le sous bassin amont de la rivière Awaj occupe la partie sud-ouest de ce bassin. Dans cette région aride, l’eau souterraine représente la principale réserve et ressource de production d’eau. Dans l’optique de caractériser le fonctionnement du système hydrogéologique multicouche local et de calculer un bilan hydrologique pour l’aquifère superficiel, une méthodologie multi techniques couplant hydrochimie, isotopie et hydrodynamisme a été déployée. L’analyse détaillée des données hydrochimiques recueillies a mis en évidence la grande variabilité du fond géochimique local, directement fonction de la stratigraphie. Cette complexité stratigraphique induit une vision hydrogéologique complexe de nombreux corps aquifères. L’évolution de la chimie des eaux révèle la prépondérance du phénomène de dissolution/précipitation des roches carbonatées comme principal mécanisme de contrôle de l’hydrochimie, devant l’hydrolyse des silicates, la dissolution du gypse et l’échange ionique. En conséquence il n’a pas été possible de déduire de l’hydrochimie des eaux les preuves d’une recharge par drainance ascendante depuis l’aquifère du jurassique vers les aquifères superficiels, bien que la similarité des faciès hydrochimiques tend à consolider l’hypothèse d’une origine unique des eaux, sans toutefois permettre une identification des chemins d’écoulement. Les données isotopiques indiquent quant à elles, une infiltration importante et rapide des eaux météoritiques, avant qu’une importante phase d’évaporation n’ait lieu. Ainsi, l’important flux d’infiltration qui se produit essentiellement dans la partie montagneuse de la zone, représente la principale source de recharge du système aquifère multicouche régional. De ce fait la zone d’étude peut se subdiviser en deux sous régions : la première (A) se caractérise par une dissolution active et des flux de circulation d’eau souterraine fortement orientés verticalement vers la profondeur, alors que la seconde (B) est caractérisée par des écoulements peu profonds associés à des interactions hydrochimiques avec les roches encaissantes. Les résultats de la modélisation hydrodynamique du système mettent en évidence la connexion hydraulique entre l’aquifère profond du Jurassique et les aquifères surincombants par le biais d’une drainance ascendante. Le bilan hydrologique de l’aquifère se surface a ainsi pu être appréhendé : les principaux flux de recharge proviennent de l’infiltration des eaux météoritiques mais également de l’écoulement latéral du Jurassique dans la partie montagneuse. La drainance ascendante depuis le Jurassique dans la partie aval est également non négligeable. Du point de vue des sorties, le flux d’écoulement le plus important se situe en direction de l’est vers le centre du bassin. Ce constat permet de concevoir que La sous bassin amont de le rivière Awaj est la principale zone de recharge occidentale du bassin de Barada et Awaj. / Barada and Awaj basin is the most important and extensively used water basin in Syria. The upper part of Awaj River occupies the southwestern part of this basin. In this arid region, groundwater is considered to be as a main source of water supply. In order to assess the main features which characterize the hydrogeological system in this area and calculate the water budget of the first aquifer horizon, a multi approach methodology using hydrochemistry, environmental stable isotopes and groundwater modeling were used as integrated tools. The detailed description of hydrogeochemical conditions has underlined the very complex variability of the stratigraphic sequences and hence the numerous hydrogeological units within the study area. Hydrogeochemical evolution reveals the domination of dissolution/precipitation of carbonate rocks as a main mechanism controlling groundwater chemical composition and to less extend, the silicate hydrolysis, dissolution of gypsum and reverse ion exchange. Consequently, hydrochemical patterns did not give enough evidences for the expecting of huge feeding flow from the Jurassic aquifers towards the Neogene/Quaternary aquifer. The similarity in water type tends to express the existence of a unique hydrochemical system where the individualised groundwater flow paths are difficult to delineate. The isotope compositions imply an important rapid infiltration of atmospheric precipitation before significant evaporation takes place. Hence the infiltrated precipitation provides the main source of groundwater recharge all over the study area and mainly throughout the mountainous parts. The study area can be dividing into two main sub-regions. The sub-region (A) which characterizes by active dissolution phenomena and deep vertical groundwater flow. And sub-region (B) which characterizes by a shallow horizontal flow component associated with active interaction between groundwater and hosting rocks. The result of groundwater model indicates a hydraulic connection between the deep aquifers and the overlying first aquifer through the upward leakage of groundwater. The components of the water budget of the first aquifer had determined. The lateral discharge from the Jurassic aquifer as well as the meteoric recharge is the most important recharging component of this budget. The upward leakage of groundwater from deeper aquifers also plays an important role. However, the lateral discharge from the eastern boundary is the largest discharge component which indicates that the study area can be considered as a main recharge region of the western side of the Barada and Awaj Basin.

La modélisation hydraulique avec modèle déterministe est une méthode largement utilisée. Cependant,lamodélisation est un ptocessus complexe, notamrnent pour les aquifères où la quantité et la qualité desdonnées ne sont pas satisfaisantes. Etantune des sources pdncipales de I'eau douce dans la basse valléedu Var, Côte d',{.zur,Frarrce,la nappe libre de lavallée est menacée parla pénurie et la pollution. Maþéle grand nombre d'études effectuées dans cette zone, la dynamique des écoulements souterrains esttoujours patiellement inconnue. Par conséquent, la métropole Nice Côte d'Azur a besoin de développerun système d'aide à la décision (SÂD) à base des modèles numériques afin d'assurer une gestion plusefficace de l'eau souteraine. Un modèle numérique est développé avec FEFLO\ø en tenant compte desprécipitations, de l'é:vapoftanspiration, du pompage de l'eau souterraine, et des échanges nappe-rivière.Le volume d'eau pompée pour l'usage agdcole et le taux d'échange du lit mineur du Var ont été calibrés.Le modèle a été. vabdé. par une simulation de '1.266 jours. Le modèle est utilisé pour simuler les scénatüdes événements d'inondation et de sécheresse, les scénadi de pollution et l'intrusion d'eau de mer dans lavallée. Une première conception du système d'aide à la décision est présentée comme le demier exemplede l'application du modèle. Une interface de couplage est développée en Java et sert à échanger lesdonnées entre le modèle souterrain et le modèle à surface libre élaboré avec MIKE21FM. / Groundwater modeling with deterministic model is a complicated process, especially in complex aquiferswhere the quantity and the quality of the measuted data arc not satisfying. The unconfined alluvialaquifet is the main water resource in the lower valley of Vat river, Ftench Riviera, but it faces a thteat ofshortage and pollution. Despite numerous previous studies, the dynamics of the gtoundwater flow in thealluvial aquifer and the characteristics of the rivet-aquifer exchanges ¿re s':ll partially unknown.Therefore the local u/ater management service requires a decision support system PSS) based onnumerical models to ensure a better groundwater management. A hydraulic model is set up withFEFLO!ø software by considedng ptecþitation, evâpotranspiration, gtoundwatet exftacdon and rivetaquiferexchanges. The non-documented groundwater exttaction fot agticultural use and the transferrates in the dverbed along the river have been calibtated. The model has been validated with asimulation of 7266 days. The model is applied to simulate the scenarios of flood and drought events, thepollution events in the unconfined aquifer in the valley and the seawater inrusion in the estuary of Yarriver. These case studies contributes to increase the knowledge of the aquifet. A fust conception of theDSS tool is presented as the last example of model application. A coupling interface is developed thanksto aJava which enables an automatic exchange of data between the groundwater flow model and thesurface wâter flow model built with MII(E2ltr}'/. More tests should be done to validate the couplinginterface