Flow modeling in fractured aquifers, developement of a multi-continua model (direct and inverse problems) and application to the site of CEA/Cadarache
Modélisation des Ecoulements dans les Aquifères Fracturés, Développement d'un Modèle Multi-Continua (Problèmes Direct et Inverse) et Application au Site du CEA/Cadarache
Résumé
The purpose of this work is the flow modeling in the aquifer system of CEA/Cadarache (south of France). The site presents two aquifers, the first one is fractured and plays a major role on fluid flow under the site. The second one is hydraulically connected to the first one and can exchange with it. A review of geological and hydrogeological knowledge of the site allowed the derivation of a conceptual model based on a deterministic continuous approach: the multi-continua model. The approach is well suited to take into account fluid flow in the fractures network, the matrix and the exchange between both aquifers. On the basis of that model, a numerical code for direct and inverse modeling was implemented with the finite element method and the adjoint state procedure for parameters calibration. The numerical code was validated by several numerical tests.
The inverse approach of such a model requires the distinction of piezometric levels in the fractured medium and the rocky matrix. For that goal, several campains of slug tests were carried out on boreholes of the cretaceous aquifer. A classification of boreholes were done with the values of hydraulic conductivities. Several piezometric campains were also carried out for all boreholes of the site. With those data, the simulations showed the important role played by the source of “ Abéou ” and the sector of “ Ravin de la Bête ” on flows of cretaceous aquifer.
This work has developed all conceptual and methodological basis in order to characterize fluid flows under the site of CEA/Cadarache. A first flow modeling was carried out which could be improved in the future thank to the piezometers network set up in this study.
L'objet de ce travail concerne la modélisation des écoulements dans le système aquifère fracturé du site du CEA/Cadarache où deux aquifères ont été différenciés : un aquifère crétacé dans lequel les fractures jouent un rôle majeur dans les écoulements, et un aquifère miocène en relation hydraulique avec le premier. Une synthèse des connaissances géologique et hydrogéologique du site d'études a permis l'élaboration d'un modèle conceptuel basé sur une approche continue et déterministe. Il s'agit de l'approche multi-continua adaptée pour la prise en compte des écoulements dans le réseau de fractures, dans la matrice, mais aussi pour la prise en compte des échanges d'un aquifère à l'autre. Ces bases conceptuelles ont mené au développement d'un outil numérique de modélisation en problèmes direct et inverse, validé par plusieurs tests synthétiques.
L'approche inverse du multi-continua nécessite la distinction des charges piézométriques des différents milieux. Dans ce but, plusieurs campagnes d'essais de puits ont été réalisées sur de nombreux forages du crétacé. Les valeurs de conductivité hydraulique ont permis une classification des forages en fonction de leur représentativité. Plusieurs campagnes piézométriques couvrant la totalité des forages du site ont également été effectuées. Les données de ces campagnes ont permis de réaliser une première modélisation qui a mis en évidence les rôles importants joués par les sources de l'Abéou et le secteur du ravin de la Bête sur les écoulements de la nappe crétacée.
Ce travail a posé toutes les bases conceptuelles et méthodologiques pour la caractérisation des écoulements sous le site du CEA/Cadarache. Il a fourni une première modélisation des écoulements qui pourra être approfondie et finalisée grâce au réseau de piézomètres mis en place dans le cadre de cette étude.
