COURS HYDROGEOL - YOHANN COUSQUER

Question 1

Quelle proportion de l’eau sur Terre est constituée d’eau douce et d’eau souterraine ?

Answer 1

o Environ 2,5 % de l’eau terrestre est douce.
o L’eau souterraine représente entre 8 200 000 et 12 000 000 km³, soit une part importante de l’eau douce.

Question 2

2. Quelles sont les composantes principales du cycle de l’eau ?

Answer 2

Le cycle de l’eau est résumé par l’équation :
P = R+I+ETR±ΔQP
Où :
o P : précipitation
o R : ruissellement
o I : infiltration
o ETR : évapotranspiration réelle
o ΔQ\Delta QΔQ : variation des stocks.

Question 3

3. Que représente la surface piézométrique dans un aquifère ?

Answer 3

C’est le niveau de l’eau dans un aquifère, exprimé comme la hauteur d’eau dans un puits en équilibre hydraulique.

Question 4

4. Quelle est la différence entre une zone saturée (ZS) et une zone non saturée (ZNS) dans un aquifère ?

Answer 4

o ZS : contient uniquement de l’eau dans les pores.
o ZNS : contient un mélange d’eau et d’air.

Question 5

5. Qu’est-ce qu’un aquifère et quels sont ses composants principaux ?

Answer 5

Un aquifère est une formation géologique perméable, comprenant :
o Zone saturée (ZS) : contient de l’eau.
o Zone non saturée (ZNS) : mélange eau/air/solide.
o Substratum : couche imperméable sous-jacente.

Question 6

1. Quelles sont les caractéristiques des nappes libres ?

Answer 6

o Toit = surface piézométrique.
o Présence d’une zone non saturée.
o Avantages : recharge rapide, facile d’accès.
o Inconvénients : vulnérabilité à la pollution.

Question 7

2. Quelles sont les caractéristiques des nappes captives ?

Answer 7

o Toit imperméable, pas de zone non saturée.
o Niveau piézométrique supérieur au toit.
o Avantages : moins vulnérable à la pollution.
o Inconvénients : recharge limitée, difficilement accessible.

Question 8

3. Comment différencier une nappe libre d’une nappe captive en termes de saturation et de surface piézométrique ?

Answer 8

o Nappe libre : surface piézométrique au toit.
o Nappe captive : totalement saturée avec une surface piézométrique au-dessus du toit.

Question 9

4. Comment l’équilibre hydrostatique est-il décrit dans un aquifère ?

Answer 9

o Pression en un point : P = P0 + ρgh , où :

P0 : pression initiale,
ρ: masse volumique,
g : gravité,
h : hauteur d’eau.

Question 10

1. Quelle est l’équation fondamentale de l’hydrostatique ?

Answer 10

P=P0+ρgh où P0 est la pression initiale, et ρgh la pression exercée par la colonne d’eau.

Question 11

2. Expliquez la charge hydraulique et ses composants.

Answer 11

La charge hydraulique (H) combine :
Pression P,
Altitude z,
Vitesse v (souvent négligeable dans les aquifères)
H=V^2/2g + z +P/ρg

Question 12

3. Qu’est-ce que la Loi de Darcy, et comment est-elle exprimée ?

Answer 12

Elle décrit l’écoulement de l’eau dans un milieu poreux :
Q=KA ∆h/L
Où :
Q : débit,
K : conductivité hydraulique,
A : section traversée,
Δh: différence de charge,
L : distance entre les points mesurés.

Question 13

Quelle est la différence entre vitesse de Darcy et vitesse effective dans un aquifère ?

Answer 13

o Vitesse de Darcy (U) : vitesse moyenne fictive (Q/A).
o Vitesse effective (uf) : vitesse réelle (u=Q/(ωA)), dépendant de la porosité efficace (ω).

Question 14

Comment la conductivité hydraulique est-elle calculée à partir de la Loi de Darcy ?

Answer 14

K=QL/∆hA

Question 15

1. Qu’est-ce que la porosité efficace et comment est-elle différente de la porosité totale ?

Answer 15

o Porosité totale (n) : proportion de vide dans le matériau.
o Porosité efficace (ne) : proportion de vide interconnecté permettant l’écoulement gravitaire.

Question 16

2. Quelle est l’importance du coefficient d’emmagasinement dans une nappe captive ?

Answer 16

Il exprime la capacité d’un aquifère captif à libérer de l’eau suite à une variation de charge (compression de l’eau et tassement du milieu).

Question 17

3. Comment calcule-t-on le volume d’eau produit par une nappe captive après un abaissement de la surface piézométrique ?

Answer 17

V=SA ∆h Où :
S : coefficient d’emmagasinement,
A : superficie,
Δh: abaissement.

Question 18

4. Quelle est la relation entre transmissivité, conductivité hydraulique, et épaisseur de l’aquifère ?

Answer 18

T=K*e
Où T : transmissivité, K : conductivité hydraulique, e : épaisseur.

Question 19

1. Quelles sont les trois lois fondamentales utilisées pour modéliser la circulation des fluides en milieu poreux ?

Answer 19

o Équation de continuité (conservation de la masse).
o Loi de Darcy (écoulement).
o Équation d’état (déformation due à la pression).

Question 20

2. Comment l’équation de la diffusivité est-elle dérivée et à quoi sert-elle ?

Answer 20

Elle combine les trois lois pour modéliser l’évolution de la charge hydraulique (h) dans un milieu poreux compressible.

Question 21

3. Quels sont les trois mécanismes de transport des solutés dans les milieux poreux ? Expliquez chaque mécanisme.

Answer 21

o Advection : transport par le mouvement du fluide.
o Diffusion moléculaire : agitation moléculaire (mouvement brownien).
o Dispersion cinématique : étalement dû aux variations microscopiques de vitesse.

Question 22

4. Qu’est-ce que la dispersion cinématique et comment diffère-t-elle de l’advection ?

Answer 22

La dispersion est liée à l’hétérogénéité des vitesses locales, tandis que l’advection est le mouvement global des solutés avec le fluide.

Question 23

1. Quels facteurs influencent la vulnérabilité d’un aquifère à la pollution ?

Answer 23

o Perméabilité du sol.
o Profondeur de la nappe.
o Présence d’une couche imperméable.

Question 24

2. Comment la dispersion longitudinale et transversale affectent-elles le transport des contaminants ?

Answer 24

o Dispersion longitudinale : le long du flux, allonge le panache.
o Dispersion transversale : élargit le panache perpendiculairement au flux.

Question 25

3. Donnez un exemple d’application pratique de la Loi de Darcy pour estimer un débit d’écoulement dans un aquifère.

Answer 25

En utilisant la formule Q=KAΔh/L, on peut calculer le débit d’eau extrait lors d’un pompage ou estimer la vitesse d’écoulement dans une nappe phréatique

Question 26

o Qu'est-ce qu'un aquifère ?

Answer 26

Un aquifère est une formation géologique perméable permettant l’écoulement significatif et le stockage d’une nappe d’eau souterraine. Exemple : calcaire, grès, sables.

Question 27

o Quelle est la différence entre porosité et perméabilité ?

Answer 27

 Porosité : capacité d’un matériau à contenir de l’eau, mesurée par la proportion de vide dans la roche.  Perméabilité : capacité d’un matériau à laisser circuler l’eau à travers lui.

Question 28

o Quels sont les principaux types d'aquifères ?

Answer 28

 Sédimentaires (alluviaux, captifs)  Karstiques  Volcaniques  Socle fissuré  Côtiers

Question 29

o Quels sont les principaux terrains aquifères et leurs débits respectifs ?

Answer 29

 Aquifères sédimentaires libres : débit moyen à élevé.  Alluvions des vallées : débit bon à élevé.  Roches dures fissurées : débit faible à moyen.  Karstiques : débit très variable.  Volcaniques : excellent débit dans les scories, faible dans les laves.

Question 30

o Comment les roches influencent-elles la perméabilité du réseau hydrographique ?

Answer 30

Les roches poreuses (ex. : graviers, sables) ont une perméabilité élevée permettant un bon écoulement. À l’inverse, les roches imperméables (ex. : argiles) bloquent le mouvement de l’eau.

Question 31

o Décrivez les nappes alluviales et leur vulnérabilité.

Answer 31

Milieu très hétérogène avec alternance de sables/graviers et d’argiles. Ces nappes sont vulnérables à la pollution due à leur perméabilité élevée et leur proximité de la surface.

Question 32

o Quels sont les avantages et inconvénients des aquifères karstiques ?

Answer 32

 Avantages : forte capacité de drainage, stockage rapide de l’eau.  Inconvénients : vulnérabilité à la pollution, débit imprévisible.

Question 33

o Quels paramètres influencent la formation des aquifères côtiers ?

Answer 33

 Interaction eau douce/eau salée.  Gradient hydraulique lié à la proximité des zones côtières.

Question 34

o Quels sont les principaux aquifères en France, et leurs particularités ?

Answer 34

 Bassin Parisien : nappes dans les calcaires et sables, importante ressource en eau.  Bassin Aquitain : aquifères multicouches (grès, sables).  Aquifères karstiques : zones du Jura, Massif Central.

Question 35

o Quelles sont les différences entre aquifères sédimentaires libres et captifs ?

Answer 35

 Libres : proche de la surface, recharge directe par infiltration.  Captifs : piégés entre deux couches imperméables, recharge indirecte.

Question 36

o Quelles sont les caractéristiques des aquifères en environnement volcanique ?

Answer 36

 Constitués de laves, scories, cendres.  Forte perméabilité dans les scories, faible dans les laves massives.

Question 37

o Qu’est-ce qu’une nappe perchée et où peut-on en trouver ?

Answer 37

Une nappe perchée est une nappe localisée au-dessus de la nappe phréatique principale, maintenue par une couche imperméable. On les trouve dans les zones karstiques ou sur des plateaux.

Question 37

o Comment se forme l'épikarst et quelle est son importance hydrologique ?

Answer 37

L’épikarst se forme par décompression et altération à la surface d’un karst, créant une zone perméable qui stocke temporairement l’eau avant qu’elle ne s’infiltre en profondeur.

Question 38

o Quels sont les effets d’un pompage sur les écoulements des eaux souterraines ?

Answer 38

 Formation d’un cône de dépression.  Abaissement temporaire ou permanent du niveau piézométrique.

Question 39

o Quelle est la différence entre un cône de dépression et un rabattement ?

Answer 39

 Cône de dépression : zone de baisse du niveau piézométrique autour d’un point de pompage.  Rabattement : distance verticale entre le niveau initial et le niveau abaissé.

Question 40

o Quels sont les objectifs des essais de puits par paliers ?

Answer 40

 Déterminer le débit critique et le débit maximal d’exploitation.  Vérifier l’état de l’ouvrage (colmatage, détérioration).

Question 41

o Comment interprète-t-on les courbes caractéristiques d’un puits ?

Answer 41

On analyse la relation entre le débit pompé et le rabattement pour évaluer les pertes de charge dans l’ouvrage.

Question 42

o Quels sont les objectifs des essais de pompage de longue durée ?

Answer 42

 Déterminer les paramètres hydrodynamiques (transmissivité T, coefficient d’emmagasinement S).  Identifier les limites d’un aquifère et évaluer les ressources exploitables.

Question 43

o Expliquez l’équation de Theis et son importance dans l’interprétation des essais de nappe.

Answer 43

L’équation de Theis est une solution de l’équation de diffusivité permettant de modéliser le rabattement dans un aquifère homogène en régime transitoire.

Question 44

o Comment utilise-t-on l’approximation logarithmique de Jacob dans les essais de pompage ?

Answer 44

On simplifie l’équation de Theis pour de grands temps de pompage en utilisant une relation logarithmique. Cela permet d’extraire facilement T et S à partir des données expérimentales.

Question 45

o Comment dimensionne-t-on un forage pour captage d’eau ?

Answer 45

 Évaluer les besoins en eau.  Étudier le contexte hydrogéologique et environnemental.  Dimensionner selon la profondeur, diamètre et débit maximal requis.

Question 46

o Quels sont les facteurs à prendre en compte pour l’exploitation durable d’une nappe phréatique ?

Answer 46

 Recharge naturelle.  Prévenir le surpompage pour éviter le rabattement excessif ou l’intrusion saline.

Question 47

o Quels sont les défis spécifiques liés aux aquifères en zone urbaine ?

Answer 47

 Pollution liée à l’activité humaine.  Difficulté d’accès à des nappes profondes.

Question 48

o Comment le pompage influence-t-il le risque de contamination dans les zones côtières ?

Answer 48

Un pompage excessif peut abaisser la nappe phréatique, provoquant l’intrusion d’eau salée dans l’aquifère.