Il est communément admis que les écoulements dans les aquifères karstiques sont particulièrement concentrés dans les conduits et les fractures principaux. Dans ce travail, on cherche à décrire le comportement du flux à différentes échelles. A l'échelle locale, on considère une modélisation des écoulements en milieu continu. A cela s'ajoute à l'échelle régionale l'inclusion de drains comme éléments discrets (approche hybride). Nous avons recours pour ceci à l'utilisation d'un modèle d'écoulement défini par des équations aux dérivées partielles qui décrivent l'écoulement dans un milieu à double-porosité. La solution analytique de ce modèle nous permet d'étudier les phases de transition des flux selon une condition à la limite de type charge imposée. Cela correspond à une perturbation hydraulique tel qu'un puits maintenu à charge constante. Afin d'inclure des conditions aux limites spécifiques (par exemple une limite imperméable) et une géométrie de domaine irrégulière, nous développons et employons un modèle numérique basée sur la méthode des éléments intégrales de frontière. Ceci permet de mettre en oeuvre l'approche hybride (milieu continu et discret) dans laquelle nous considérons les intersections entre conduits verticaux et horizontaux. Ce type de modélisation permet ainsi de considérer une échelle plus importante qu'un modèle continu seul.Par ailleurs, un modèle expérimental de laboratoire est conçu et réalisé afin d'étudier expérimentalement les phases de transition du flux issu de milieux hétérogènes. Cette approche est complémentaire de celle développée à l'aide de la solution analytique et du modèle numérique.Enfin, nous proposons le développement et les essais préliminaires d'un nouvel instrument de mesure. Il s'agit d'une sonde autonome qui a pour objectif de cartographier les conduits noyés dans les aquifères karstiques. Ainsi la géométrie des drains discrets pourra être représentée de façon plus réaliste dans le modèle numérique hybride.Les conclusions principales de ce travail sont les suivantes : à l'échelle locale et régionale, les phases de transition du flux dépendent des propriétés hydrauliques du milieu. La solution numérique permet d'étudier l'influence des géométries de domaine et de conditions aux limites complexes. Le modèle expérimental permet de reproduire qualitativement les phases de transition du flux analysées théoriquement. Enfin, la sonde permet de cartographier son parcours dans des conditions expérimentales contrôlées. Ces nouvelles méthodes contribuent à la caractérisation de l'hydrodynamique dans les aquifères karstiques. / Groundwater flow in karst aquifers is mainly concentrated into the principals hydraulic features such as conduits and fractures. This work is devoted to the description of the flow behavior at different scales. At the local scale, we model the groundwater flow with a continuum approach. At the regional scale however, we describe the groundwater flow by mean of a hybrid modeling approach that considers discret conduits and a multi continuum approach.We use in this work a groundwater flow model based on the double porosity approach. The analytical solution of this model allows to investigate the different flow transitions phases that are present when a constant head boundary condition is applied, for instance at a well.In order to include different boundary conditions as well as specific domain geometries, we apply in this work a boundary element method to solve the partial differential equations that describe our problem. This allows to further investigate the hybrid model (discret element and multi continuum) in which we consider discret intersections of vertical conduits with horizontal conduits. This modeling approach allows to consider a broader scale that the local scale to describe groundwater flow in karst aquifers.Asides, a physical experiment is developped in order to study experimentally the transition phases of the flow which comes from a heterogeneous reservoir. This approach is complementary to those developped with the analytical and the numerical studies. Finally, a new measuring instrument is developped and early field trials were carried out in this work. This new sensor is an autonomous underwater probe which aims to map unaccessible drowned karst conduits. With this tool, the geometry of the karst conduits will be more realisticly represented in the hybrid numerical model.The main conclusions of this work are the following : at the local and regional scales, the transition periods in the flux depend of the hydraulic properties of the reservoir. The numerical solution allow to study the influence of various complex domain geometries and boundary conditions. The physical experiment allows to reproduce qualitatively the transition periods in laboratory conditions. Finally, the autonomous sensor allows to map its path in controlled field conditions.These new approaches and methods contributes to the caracterisation of the hydrodynamical behavior of karst aquifers.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2013MON20122 |
| Date | 13 December 2013 |
| Creators | Hakoun, Vivien |
| Contributors | Montpellier 2, Pistre, Séverin, Falgayrettes, Pascal |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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