BE1027945B1 - Méthode de modélisation d'impacts hydrogéologiques - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à une méthode de modélisation d’impacts hydrogéologiques d’évènements sur une zone géographique.
Description
Méthode de modélisation d'impacts hydrogéologiques L'hydrogéologie est une science interdisciplinaire qui étudie l'eau souterraine pour des applications telles que la gestion des pollutions de nappe, la gestion de la ressource en eau et la géothermie. L'hydrogéologie traite de la distribution et de la circulation de l’eau souterraine dans le sol, les roches, en tenant compte de leurs interactions avec les conditions géologiques et l'eau de surface.
La présente invention se rapporte à une méthode de modélisation d'impacts hydrogéologiques sur une zone géographique, les impacts hydrogéologiques faisant suite à des évènements.
De manière générale, de telles méthodes de modélisation d'impacts hydrogéologiques d'une zone géographique d'évènements sont connues de l'état de la technique.
Généralement, ce type de méthodes de modélisation utilise un nombre important de données préexistantes provenant de quelques points d'observation ponctuels disponibles. Ces points d'observation ponctuels sont par exemple les points de forage, les piézomètres d'observation, les affleurements rocheux, les émergences d'eau souterraine, etc.
De plus, elles se basent sur des hypothèses d'homogénéité du sous-sol de la zone géographique, l'homogénéité du sous-sol étant très rarement rencontrée dans la réalité et Ia zone géographique étant limitée à Un site sur lequel intervient l'évènement à Un instant « t ». Ces méthodes de modélisation ne prennent donc pas en compte les impacts hydrogéologiques d'une zone géographique des évènements qui varient au cours du temps.
| est donc important de comprendre et de prédire le comportement des eaux souterraines dans le temps et l'espace sous l'effet d'évènements anthropiques ou environnementaux interagissant avec le sol, les eaux souterraines et les eaux en surface en fournissant Un outil fiable et robuste pour comprendre et prédire les impacts hydrogéologiques à l'aide des points d'observation à l'échelle d'une zone géographique en fonction des évènements à prendre en compte ou à prédire.
Par les termes évènements anthropiques, on entend selon la présente invention, un captage d'eau souterraine, un approfondissement de carrières sous la nappe, une contamination, une construction de bâtiments avec fondation dans la nappe, une imperméabilisation des sols, un drainage/ une recharge artificielle, une géothermie sur nappe, un abaissement régional de niveau de nappe suite à une surexploitation des nappe, etc.
Par les termes évènements environnementaux, on entend selon la présente invention, des phénomènes pluvieux intenses et/ou extrêmes, sécheresses, modifications via les changements climatiques comme par exemple des inondations, des glissements de terrain, etc.
L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en procurant une méthode de modélisation d'impacts hydrogéologiques sur une zone géographique d'évènements comprenant les étapes de : a) Détermination de frontières de ladite zone géographique; b) Acquisition de données préexistantes de ladite zone géographique ; c) Elaboration d'un premier modèle au moins sur base des données préexistantes et fixation de conditions auxdites frontières de ladite zone géographique ;
d) Ajustement dudit premier modèle par les conditions auxdites frontières avec obtention d'un premier modèle ajusté ; e) Collecte de données additionnelles sur base de mesures de terrain sur Un site géographique ; fl Calilorage dudit premier modèle ajusté à l'aide des données additionnelles sur ledit site géographique avec obtention d'un modèle prédictif robuste de ladite zone géographique ; g) Simulation desdits impacts hydrogéologiques sur ladite zone géographique d'évènements par une introduction de paramètres caractéristiques desdits évènements dans ledit modèle prédictif robuste en ce compris l'isolation d'impacts incertains et obtention d'une visualisation desdits impacts hydrogéologiques desdits évènements.
Comme on peut le constater, une méthode de modélisation d'impacts hydrogéologiques sur une zone géographique d'évènements selon la présente invention comprend une étape de détermination de frontières de ladite zone géographique. Cette étape permet de cadrer Ia zone géographique dans laquelle les impacts hydrogéologiques d'évènements ont lieu, lesquels peuvent se produire dans la zone géographique ou non. En définissant un périmètre en fonction des évènements, la zone d'influence est déterminée.
Généralement, ladite zone géographique est différente dudit site géographique, par exemple, ladite zone géographique peut être bien plus large que ledit site géographique, telle que 3, 4, 5, voire même 20 à 100 fois plus large. Ceci est particulièrement utile dès lors que les conditions aux frontières de ladite zone géographiques sont fixées et ne doivent pas influencer les résultats au site géographique.
Au sens de la présente invention, lesdits évènements ayant un impact hydrogéologique sur ladite zone géographique et/ou ledit site géographique sont par exemple une pollution d'eaux souterraines, un rejet industriel, une construction de barrage, une construction de parking souterrain, une construction d'un bassin d'orage, capiage d'eau souterraine, approfondissement de carrières sous la nappe, contamination, construction de bâtiments avec fondation dans la nappe, imperméabilisation des sols, drainage/recharge artificielle, géothermie sur nappe, abaissement régional de niveau de nappe suite à une surexploitation, etc qui se produisent soit dans la zone géographique soit audit site géographique ou bien à proximité de ladite zone géographique ou dudit site géographique On peut ainsi au sens de la présente invention identifier de façon fiable les impacts au préalable, par exemple pour obtenir un permis d'exploitation, d'évènements qui peuvent survenir.
Par exemple, en fonction des cas, la méthode selon l'invention permet de sécuriser la ressource en eau souterraine et sa production, l'exploiter de façon durable, optimisée et respectueuse de l’environnement en modélsant les impacts hydrogéologiques d'évènements tels que des projets de carrières, d'ouvrages souterrains, de captages, de batteries de puits de captages d'eau, définition de périmètres de protection de captages d'eau potable ; de localiser, de comprendre, de confiner et d'assainir efficacement les impacts hydrogéologiques d'évènements tels que des pollutions d'eaux souterraines ; d'anticiper les problématiques de migration de pollutions d'eaux souterraines ; de minimiser les impacts en termes de rabattement de nappe, de tassement de sol, tarissement de sources et ruisseaux, de modéliser un système géothermique sur nappe (fabrication de chaud, froid et stockage).
Par les termes ouvrages, on entend selon la présente invention, des puits, des captages ou des piézomètres disponibles.
Les données préexistantes sont par exemple des données cartographiques Telles que des plans, cartes topographiques, 5 géotechniques, géologiques, pédologiques, hydrogéologiques ou des coupes.
Les données préexistantes sont aussi par exemple des données hydrogéologiques telles que des résultats d'essai de terrain, piézométrie, débit, analyses chimiques des eaux souterraines, etc AU sens de la présente invention, lesdites conditions aux frontières sont par exemple la position des crêtes hydrogéologiques, la position des crêtes topographiques, la position des cours d'eau majeurs comme par exemple la hauteur, le débit et le taux d'infiltration du cours d'eau dans la nappe, le débit et le taux de drainage de la nappe par le cours d'eau, la position de sources, des limites de formations géologiques peu perméables, des débits d'eau à travers les limites géologiques, etc.
La méthode de modélisation d'impacts hydrogéologiques sur une zone géographique d'évènements selon la présente invention comprend une étape d'acquisition de données préexistantes de ladite zone géographique. Cette étape permet de maîtriser le site d'un point de vue de l'hydrogéologie de la zone géographique et d'intégrer dans le modèle hydrogéologique de manière efficace la réalité du terrain, du contexte hydrogéologique, par exemple l'hétérogénéité du sous-sol. Cette étape d'acquisition des données préexistantes permet aussi d'identifier les interactions naturelles telles que des interactions entre la nappe et le réseau d'eau de surface, la recharge pluviométrique (par exemple, infiltration (ou drainage) d'un cours d'eau vers/depuis la nappe, réaction des nappes à un épisode pluvieux, influence de conduits karstiques, influence des différents types de formations géologiques présentes)et un potentiel besoin futur de planification des mesures de terrain.
Cette méthode de modélisation selon la présente invention comprend une étape d'élaboration d'un premier modèle au moins sur base des données préexistantes.
Cette étape permet une identification/interprétation et intégration mathématique des aquifères en présence (dont étendue, profondeur, hauteur), une préparation d'un maillage en éléments finis, une fixation des conditions aux frontières internes et externes de la zone géographique.
Cela permet l'obtention d'un premier modèle physiquement basé et transposé numériquement : les données sont représentées sous forme de modèle numérique 3D éléments finis et contraint mathématiquement par les conditions aux frontières prédéfinies.
Avantageusement, un modèle ajusté est alors obtenu et ce premier modèle ajusté est obtenu par la création d'un maillage d'éléments finis triangulaires en deux dimensions, la transposition du maillage d'éléments finis trangulaires en deux dimensions en un modèle hydrogéologique en trois dimensions multicouches qui représente ledit premier modèle ajusté.
Cette transposition permet une reproduction de manière fiable de la géologie dans ladite zone géographique ainsi que la paramétrisation dudit premier modèle ajusté et Ia validation de la stabilité dudit premier modèle ajusté par l'ajustement de la géométrie ou des données préexistantes.
Il est alors important d'effectuer une collection de données additionnelles sur base de mesures de terrain sur un site géographique pour permettre la caractérisation dudit site géographique.
Cela permet de compléter les données préexistantes avec des données additionnelles indispensables pour permettre le calibrage dudit premier modèle ajusté à l’aide des données additionnelles sur ledit site géographique avec obtention d'un modèle prédictif robuste de ladite zone géographique. Le caliorage est effectué par une adaptation de la paramétrisation dudit premier modèle ajusté pour que celui-ci puisse reproduire lesdits évènements et prédire de façon fiable lesdits impacts. Le calibrage est effectué sur base d'au moins un des régimes suivants : en régime permanent, en régime transitoire en flux souterrains, en transport de masse ou en transport de chaleur. Cela permet de comprendre lesdits impacts hydrogéologiques sur une zone géographique d'évènements pour renforcer et fiabiliser ledit premier modèle ajusté avec obtention d'un modèle prédictif robuste de ladite zone géographique.
Par régime permanent, on entend un régime statique selon la présente invention. Par régime transitoire, on entend un régime dynamique selon la présente invention.
Le régime sur lequel est opéré le caliorage dépend des données disponibles et dépend des objectifs recherchés par le modèle. Plus le calibrage est opéré sur un grand nombre de régimes, plus il est fiable et robuste.
L'étape de simulation desdits impacts hydrogéologiques sur ladite zone géographique d'évènements permet de prendre en compte les améliorations identifiées à l'étape précédente en introduisant des paramètres caractéristiques desdits évènements dans ledit modèle prédictif robuste en ce compris l'isolation d'impacts incertains et obtention d'une visualisation desdits impacts hydrogéologiques desdits évènements. Cela permet de répondre à toutes les contraintes dépendantes des évènements définis en fonction du problème à résoudre.
Par exemple, il est important de sécuriser la ressource en eau souterraine ainsi que sa production et d'en permettre l'exploitation de façon durable, optimisée et respectueuse de l'environnement. De plus, il est important de localiser, comprendre, confiner et assainir efficacement des pollutions d'eaux souterraines ; d'anticiper des problématiques de migration de pollutions d'eaux souterraines ; de minimiser les impacts en termes de rabattement de nappe, de tassement de sol, tarissement de sources et ruisseaux ; de pouvoir modéliser un système géothermique et la dissipation d'un panache d'énergie.
La méthode de modélisation selon la présente invention comprend une étape additionnelle d'évaluation de la sensibilité du modèle prédictif robuste de ladite zone géographique par comparaison de l'influence calculée d'une série de paramètres avec l'influence mesurée de la même série de paramètres. Cette étape permet de maitriser les résultats des simulations à réaliser en fonction des évènements ainsi que d'évaluer l'incertitude et les pistes d'améliorations du modèle prédictif robuste obtenu à l'étape précédente.
La finalité de l'étape d'évaluation de la sensibilité du modèle prédictif robuste selon la présente invention consiste à évaluer l’imprécision qui accompagne les résultats du modèle et, le cas échéant, elle permet l'identification d'améliorations. Cette étape permet aussi l’identifications de paramètres stratégiques.
Dans un mode de réalisation préféré, la méthode de modélisation selon l'invention comprend une étape additionnelle qui est l’évaluation de la sensibilité du modèle prédictif robuste de ladite zone géographique par comparaison de l'influence calculée d'une série de paramètres avec l'influence mesurée de la même série de paramètres ; De préférence, lesdits impacts hydrogéologiques selon la présente invention sont choisis dans le groupe comprenant la modification ou la situation simulée du niveau d'eau dans des nappes souterraines et eaux de surface, Ia modification ou la situation simulée de la température des nappes souterraines et eaux de surface, la modification ou la situation simulée de la conductivité électrique dans des puits et les ouvrages, la modification ou la situation simulée du débit d'un cours d'eau, la modification ou la situation simulée du débit de sources, de carrières, la modification ou la situation simulée de l'étendue d'une pollution, Ia modification ou la situation simulée de la profondeur d'une position, Ia modification ou la situation simulée de la vitesse de migration de la pollution, Ia modification ou la situation simulée de la vitesse de migration d'un panache de chaleur, Lesdits impacts hydrogéologigues sont obtenus par différentes techniques de mesure de terrain effectuées dans ladite zone géographique telles que un forage de piézomètre ou de puits de pompage, une campagne piézométrique synchrone, un monitoring piézométrique automatique, un pompage d'essai, un échantillonnage et analyses chimiques, Un jaugeage des eaux de surfaces, un essai de traçage fluorescent ou Un essai de traçage thermique.
Par les termes campagne piézométrique, on entend selon la présente invention, une réalisation de mesures de niveaux d'eau dans les ouvrages et la création d'une cartographie de la piézométrie déterminent le sens et le gradient des écoulements souterrains à Un instant «it».
Par les termes monitoring piézométrique automatique, on entend selon la présente invention, un réseau de sondes de monitoring automatique permettant de suivre de manière continue l'évolution de la hauteur et de la température de la nappe ou de la conductivité électrique dans les puits et piézomètres jugés pertinents.
Par les termes pompage d'essai, on entend selon la présente invention, un pompage d'essai par palier, chaque pallier étant réalisé jusqu'à la stabilisation du niveau d’eau, un pompage d'essai de longue durée dans lequel le début de pompage est maintenu constant pendant plusieurs jours consécutifs.
L’échantilonnage des puits et des piézomètres et analyses chimiques permettent d'obtenir une photographie instantanée de l'état de contamination de l'eau souterraine en un certain nombre de points de mesure.
Par les termes de jaugeage du réseau d'eaux de surface, on entend selon la présente invention, la réalisation de mesures de débit dans les eaux de surface incluses dans ladite zone géographique afin d'estimer l'interaction avec les eaux souterraines. En effet, le jaugeage du réseau d'eaux de surface permet l'évaluation du potentiel de drainage ou d'infiltration des eaux souterraines par les eaux de surface, vérification des phénomènes de pertes ou infiltration.
Par les termes traçage fluorescent, on entend selon la présente invention, l'injection de traceurs dans les puits et dans le cas d'une restitution du ou des traceur(s), le monitoring de la spectrofluorométrie en aval dans d'autres puits, dans d'autres sources.
Par les termes essai de traçage thermique, on entend selon la présente invention, au chauffage de l'eau souterraine et à l'injection de cette eau souterraine dans un puits en monitorant l'évolution de la température dans les ouvrages.
Avantageusement, lesdits évènements sur un site géographique selon la présente invention, sont choisis dans le groupe comprenant un captage ou un relargage d'eau, un rejet industriel, une déviation d’un cours d'eau, une pollution d'eaux souterraines, une contamination, une imperméabilisation des sols, un drainage, une recharge artificielle, une construction, une exploitation d'une ressource naturelle de surface ou souterraine, une variation de température, Un abaissement régional de niveau de nappe suite à une surexploitation, des projets de carrière, des projets d'ouvrages souterrains, des projets de batteries de puits de captage d'eau, définition du périmètre de protection de captages d'eau potable, rabattement de nape, de tassement de sol, de tarissement de sources et ruisseaux.
Le captage ou le relargage d'eau peut intervenir par exemple dans la modélisation d'un système géothermique dépendant d'une nappe souterraine.
La pollution peut provenir par exemple d'une société IO relarguant des produits toxiques dans les eaux ou d'un accident de transport provoquant la pollution d'un site géographique par l’écoulement d'un carburant tel que du kérosène.
Par les termes construction, on entend selon la présente invention un parking, un bassin d'orage, un barrage, Ia construction d'un bâtiment avec fondation sur nappe, la construction d'un système géothermique sur nappe, un approfondissement de carrières sous la nappe ou toute autre construction réalisée par l'homme pouvant avoir Un effet sur les sols, sous-sols, eaux de surface et eaux souterraines.
De préférence, ledit site géographique selon la présente invention, est identique ou différent de ladite zone géographique comme par exemple éloigné ou inclus de ladite zone géographique.
En effet, ledit site géographique est par exemple compris dans ladite zone géographique, le périmètre dudit site géographique étant inférieur ou égal au périmètre défini de ladite zone géographique en fonction des évènements à prendre en compte. Il se peut que l'évènement ne nécessite qu'une petite surface de terrain mais que les conséquences d'un autre évènement fortuit ayant lieu en dehors de dudit site géographique mais toujours présent dans la zone géographique ait des conséquences sur ledit site géographique. Avantageusement, lesdites conditions aux frontières selon la présente invention, sont choisies dans le groupe de base de mesures composé de la position des crêtes hydrogéologiques, de la position des crêtes topographiques, la position des cours d'eau majeurs comme par exemple la hauteur, le débit et le taux d'infiltration du cours d'eau dans la nappe, le débit et le taux de drainage de la nappe par le cours d'eau, la position des sources, des limites de formations géologiques peu perméables, limite de formation géologique peu perméable, des interactions des nappes souterraines avec le réseau hydrographique ou le réseau d'égouttage, la situation piézométrique moyenne, de basses eaux ou de hautes eaux reproduites en régime permanent ou évolution piézométrique monitorée et reproduite en régime transitoire.
La détermination desdites conditions aux frontières adéquates permet d'obtenir un premier modèle physiquement basé.
Avantageusement, ladite série de paramètres selon la présente invention est choisie dans le groupe composé de la conductivité hydraulique des terrains, l'infiltration ou les conditions aux frontières.
La conductivité hydraulique est de préférence déduites de pompages d'essai ou de données bibliographiques associés à la nature des couches géologiques.
L’infiltration est de préférence calculée sur base des précipitations météorologiques, de la nature du sol, du revêtement, des pentes.
Les conditions aux frontières sont obtenus sur base de cartes piézométriques, de mesures piézométriques, de cartes hydrogéologiques et géologiques.
Ladite série de paramètres permet d'évaluer la sensibilité du premier modèle prédictif robuste aux différents évènements en faisant varier ces paramètres et en observant la variation des impacts hydrogéologiques.
A l'aide de ladite série de paramètres, il est possible de réaliser des simulations avec des sets de paramètres mesurés et calculés ce qui permet de valider ou non les résultats obtenus lors du calibrage.
Dans une forme de réalisation préférentielle, lesdites données préexistantes selon la présente invention sont choisies dans le groupe composé des données à l'échelle dudit site géographique et des données à l'échelle de la zone géographique, ou des mesures caractéristiques hydrogéologiques de ladite zone géographique.
Par les termes données à l'échelle dudit site géographique selon la présente invention, on entend par exemple les données cartographiques telles que les plans, cartes topographiques, géotechniques, géologies, pédologiques, hydrogéologiques, coupes, des données hydrogéologiques telles que les résultats des essais de terrain, piézométrie, débit, analyses chimiques des eaux souterraines, données historiques, etc.
Par les termes données à l'échelle de ladite zone géographique, on entend selon la présente invention, par exemple les données techniques existantes, les données utiles complémentaires.
Par les termes mesures caractéristiques hydrogéologiques, on entend selon la présente invention, les mesures de terrain effectuées dans ladite zone géographique telles que un forage de piézométrique ou de puits de pompage, une campagne piézométrique synchrone, un monitoring piézométrique automatique, un pompage d'essai , un échantillonnage et analyses chimiques, Un jaugeage du réseau d'eaux de surfaces, un essai de traçage fluorescent ou un essai de traçage thermique.
Dans un mode de réalisation particulièrement préférentiel, lesdites données additionnelles selon la présente invention sont choisies dans le groupe composé des mesures caractéristiques hydrogéologiques de ladite zone géographique.
Lesdites mesures = caractéristiques hydrogéologiques permettent d'obtenir des données indispensables pour la caractérisation des puits, pour le calibrage du premier modèle ajusté, en flux, en IO transport.
Le caliorage en flux permet d'obtenir une reproduction des situations piézométriques statiques ou dynamiques et d'intégrer l'interaction des eaux souterraines ou des eaux de surfaces dans ledit premier modèle ajusté dudit premier modèle ajusté.
Le caliorage en transport permet de disposer d'une photographie des molécules recherchées, , de caractériser le transport de polluants, de caractériser le transport de chaleur.
Avantageusement, ladite sensibilité du modèle selon la présente invention est calculée par des paramètres choisis dans le groupe de la conductivité hydraulique des terrains et des perméabilités, de l’infiltration ou desdites conditions aux frontières.
Dans un mode de réalisation préférentiel, la méthode de modélisation selon la présente invention, comprend en outre une impression 3D dudit modèle prédictif robuste et/ou dudit modèle impocté.
D'autres formes de réalisation de la méthode de modélisation suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins et aux exemples.
L'invention a aussi pour objet un modèle comme produit mis en œuvre par un ordinateur, obtenu par la méthode de modélisation suivant l'invention.
D'autres formes de réalisation du modèle comme produit mis en œuvre par un ordinateur obtenu par la méthode de modélisation suivant l’invention sont indiquées dans les revendications annexées.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins et aux exemples.
L'invention a aussi pour objet UN programme informatique comprenant des instructions configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation suivant l'invention.
D'autres formes de réalisation du programme informatique comprenant des instructions configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins et aux exemples.
L'invention a aussi pour objet UN programme informatique comprenant des instructions configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation suivant l'invention.
D'autres formes de réalisation du programme informatique comprenant des instructions configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins et aux exemples.
L'invention a aussi pour objet un programme informatique en tant que produit stockant des instructions configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation suivant l'invention.
D'autres formes de réalisation du programme informatique en tant que produit stockant des instructions configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins et aux exemples.
L'invention a aussi pour objet un dispositif configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation suivant l'invention.
D'autres formes de réalisation du dispositif configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins et aux exemples.
Dans les dessins, Ia figure 1 est un graphique qui illustre le débit et le niveau d'eau d'un cours d'eau compris dans une section de ladite zone géographique .
La figure 2 est une représentation d'un modèle hydrogéologique 3D de la zone géographique définie.
La figure 3 est un graphique qui illustre la sensibilité du modèle hydrogéologique en comparant la piézométrie absolue mesurée par rapport à la piézométrie absolue simulée .
Les figures 40, 4b et 4c représentent chacune une vue en plan et une vue en coupe qui illustrent la propagation de la contamination due à Un accident après 1 jour, après 30 jours et après 250 jours.
Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références Exemples.- Accident d'’aéronefs et renouvellement du permis de l’aérodrome.
Nous avons développé. un modèle hydrogéologique impacté selon la présente invention pour évaluer les impacts hydrogéologiques sur la zone géographique déterminée, lesdits impacts hydrogéologiques étant dus à UN accident d'aéronefs et aussi en vue de renouveler le permis de l'aérodrome.
Selon la présente invention, les frontières de ladite zone géographique ont été délimitées à la région de Spa. Les données bibliographiques ont été collectées dans la région de Spa pour permettre l’élaboration d'un premier modèle hydrogéologique base sur des données préexistantes. Ce premier modèle hydrogéologique a permis de fixer les conditions aux frontières de la zone géographique.
Des données additionnelles ont ensuite été mesurées pour caractériser le site géographique et améliorer le premier modèle hydrogéologique à l'aide de campagnes piézométriques et de jaugeage représentées à la figure 1. Ces campagnes piézométriques illustrent le relevé de niveaux d'eau dans les puits de la zone (non illustré). Les campagnes de jaugeage représentent la mesure du débit et des nouveaux des ruisseaux et rivières. La figure 1 représente la vitesse en cm/s dudit cours d'eau en fonction de la profondeur en cm et de la largeur en cm dudit cours d'eau. Dans la figure 1, on peut voir que la largeur du cours d'eau impacté est de 4 m et que la profondeur dudit cours d'eau est d'environ 25cm. On peut aussi voir que la vitesse du cours d'eau varie en fonction de la profondeur et de la largeur du cours d'eau. La vitesse est nulle ou presque nulle aux abords du cours d'eau et elle est plus élevée entre 0.5 m et 1 M de largeur et entre 5 et 15 cm de profondeur et la plus élevée entre 1 m et 1.5 m de largeur et entre 5 et 15 cm de profondeur. Ces mesures additionnelles ont permis de corriger, affiner et adapter le premier modèle basé sur les données préexistantes aux réalités du site géographique. On obtient le premier modèle hydrogéologique qui est visualisé en 3 dimensions comme par exemple, le modèle hydrogéologique sur Ia figure 2.
La figure 2 illustre Ia zone géographique de Spa comprenant différentes couches géologiques du sous-sol et une série de cours d'eau mineurs et majeurs sur base des données qui ont été calculées et mesurées sur le site géographique et la zone géographique.
Ensuite, ce modèle hydrogéologique a été calioré par modification des paramètres pour que le modèle soit capable de reproduire les données additionnelles obtenues par les mesures sur la zone géographique avec obtention d’un modèle prédictif robuste.
On analyse la sensibilité du modèle prédictif robuste ajusté qui est validé par la reproduction des niveaux d'eau de la nappe sur la figure 3 comparant la piézométrie absolue mesurée par rapport à la piézométrie absolue simulée. On obtient une droite parfaite à 45°.
Le modèle prédictif robuste ajusté est utilisé pour prédire les conséquences d'un accident d'aéronefs sur les figures 4 a, 4b, 4c.
Plusieurs scénarios « worst-case » scénarios ont été identifiés et simulés par le modèle prédictif robuste hydrogéologique. Ces worst-cases étaient le cumul d'évènements défavorables tels qu'un accident 4 de deux plus grands avions décollant à l'aérodrome dans une zone d'accès particulièrement difficile et où les conditions d'infiltration d'hydrocarbures danse sol étaient les plus favorables.
Les figures 4a, 4b et 4c représentent les résultats en termes de vitesse de propagation des polluants, de volume d'eau contaminée et de direction de déplacement des polluants ont été présentés et analysés pour ces différents scénarios. La figure 4 a représente une vue en plan 1 au niveau du cœur de la contamination et une vue en coupe 2, 1 jour après l'accident 4. La direction de l'écoulement 3 de la pollution est indiquée. L'effet de mise en place de solutions d'urgence telles que de puits de confinement 5 a été mesuré. Les puits de confinements 5 sont, au jour 1, inactifs car ils ne sont pas encore atteints par Ia propagation de la pollution.
La figure 4 b représente une vue en plan 1 au niveau du cœur de la contamination et une vue en coupe 2 au jour 30 après l'accident 4 et le dernier jour avant le début des pompages. La direction de l'écoulement 3 de la pollution est indiquée. L'effet de mise en place de solutions d'urgence telles que de puits de confinement 5 a été mesuré. Les puits de confinements 5 sont, 30 jours après l'accident 4, inactifs car ils ne sont pas encore atteints par Ia propagation de Ia pollution.
La figure 4 c représente Une vue en plan 1 au niveau du cœur de la contamination et une vue en coupe 2, 250 jours après l'accident 4 lorsque les pompages sont effectués. La direction de l'écoulement 3 de la pollution est indiquée. L'effet de mise en place de solutions d'urgence telles que de puits de confinement 5 a été mesuré. Les puits de confinements 5 sont actifs depuis le début des pompages.
Un logigramme identifiant les principaux moyens d'intervention ou de gestion en cas d'accident d'avions a pu être finalement établi et présenté à la figure 4.
Il est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.
Claims (18)
1. Methode de modélisation d'impacts hydrogéologiques sur une zone géographique d'évènements comprenant les étapes de : a) Détermination de frontières de ladite zone géographique; b) Acquisition de données préexistantes de ladite zone géographique ; c) Elaboration d'un premier modèle au moins sur base des données préexistantes et fixation de conditions auxdites frontières de ladite zone géographique ; d) Ajustement dudit premier modèle par les conditions auxdites frontières avec obtention d'un premier modèle ajusté ; e) Collecte de données additionnelles sur base de mesures de terrain sur un site géographique ; f) Calilorage dudit premier modèle ajusté à l'aide des données additionnelles sur ledit site géographique avec obtention d’un modèle prédictif robuste de ladite zone géographique ; g) Simulation desdits impacts hydrogéologiques sur ladite zone géographique d'évènements par une introduction de paramètres caractéristiques desdits évènements dans ledit modèle prédictif robuste en ce compris l'isolation d'impacts incertains et obtention de résultats de simulations permettant une visualisation des impacts hydrogéologiques desdits évènements associés aux réponses des questions posées au départ du processus.
2. Méthode de modélisation selon la revendication 1, comprenant une étape additionnelle d'évaluation de la sensibilité du modèle prédictif robuste de ladite zone géographique par comparaison de l'influence calculée d'une série de paramètres avec l'influence mesurée de la même série de paramètres ;
3. Méthode de modélisation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle, lesdits impacts hydrogéologiques sont choisis dans le groupe comprenant la modification ou la situation simulée du niveau d'eau dans des nappes souterraines et eaux de surface, la modification ou la situation simulée de la température des nappes souterraines et eaux de surface, la modification ou la situation simulée de la conductivité électrique dans des puits et les ouvrages, la modification ou la situation simulée du débit d'un cours d’eau, la modification ou la situation simulée du débit de sources, de carrières, la modification ou la situation simulée de l'étendue d'une pollution, Ia modification ou la situation simulée de la profondeur d'une position, Ia modification ou la situation simulée de la vitesse de migration de la pollution, la modification ou la situation simulée de la vitesse de migration d'un panache de chaleur.
4. Méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdits évènements sur un site géographique sont choisis dans le groupe comprenant un captage ou un relargage d'eau, un rejet industriel, une déviation d'un cours d'eau, une pollution d'eaux souterraines, une contamination, une imperméabilisation des sols, UN drainage, une recharge artificielle, une construction, une exploitation d'une ressource naturelle de surface ou souterraine, une variation de température, un abaissement régional de niveau de nappe suite à une surexploitation, des projets de carrière, des projets d'ouvrages souterrains, des projets de batteries de puits de captage d'eau, définition du périmètre de protection de captages d'eau potable, rabattement de nape, de tassement de sol, de tarissement de sources et ruisseaux.
5. Methode de modélisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit site géographique est identique ou différent de ladite zone géographique comme par exemple éloigné ou inclus de ladite zone géographique.
6. Méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdites conditions aux frontières sont choisies dans le groupe composé de la position des crêtes hydrogéologiques, la position des crêtes topographiques, la position des cours d'eau majeurs comme par exemple la hauteur, le débit et le taux d'infiltration du cours d'eau dans la nappe, le débit et le taux de drainage dans la nappe par le cours d'eau, la position des sources des limites de formations géologiques peu perméables, les débits d'eau à travers les limites géologiques, des interactions des nappes souterraines avec le réseau hydrographique ou le réseau d'égouttage, la situation piézométrique moyenne, de basses eaux ou de hautes eaux reproduites en régime permanent ou évolution piézométrique monitorée et reproduite en régime transitoire.
7. Méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite série de paramètres sont choisis dans le groupe composé de la conductivité hydraulique des terrains et, l'infiltration ou les conditions aux frontières.
8. Méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications, dans laquelle lesdites données préexistantes sont choisies dans le groupe composé des données à l'échelle dudit site géographique, des données à l'échelle de la zone géographique, ou des mesures caractéristiques hydrogéologigues de ladite zone géographique.
9. Méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdites données additionnelles sont choisies dans le groupe composé des mesures caractéristiques hydrogéologiques de ladite zone géographique.
10. Méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 9 lorsqu'elles dépendent de la revendication 2, dans laquelle ladite sensibilité du modèle est calculée par des paramètres, dans laquelle ladite sensibilité du modèle est calculée par des paramètres choisis dans le groupe de la conductivité hydraulique des terrains et des perméabilités, de l'infiltration ou desdites conditions aux frontières.
11. Méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une impression 3D dudit modèle prédictif robuste et/ou dudit modèle impacté.
12. Méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdites évènements sont des évènements anthropiques.
13. Méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdites évènements sont des évènements sur le site géographique.
14. Méthode de modélisation selon la revendication 13, dans laquelle ladite zone géographique est plus large que ledit site géographique.
15. Modèle comme produit mis en œuvre par un ordinateur, obtenu par la méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.
16. Programme informatique comprenant des instructions configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, quand exécuté en tant qu'un processeur.
17. Programme informatique en tant que produit stockant des instructions configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation selon l'une quelconques des revendications 1 à 14, quand exécuté en tant qu'un processeur.
18. Dispositif configuré pour exécuter les étapes de la méthode de modélisation selon l'une quelconque des revendications 1 à
14.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1027945A1 (fr) | 2021-07-28 |
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