FR2807079A1 - Procede et dispositif de retenue d'eau et de gavage en eau d'une zone de captage - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de retenue d'eau et de gavage en eau d'une zone de captage d'eau douce (24) imbibant une couche géologique alluvionnaire perméable, cette zone (24) étant sensiblement située dans le lit d'une rivière à débit variable. Selon l'invention, on détermine en amont de la zone de captage un réservoir constitué par la couche alluvionnaire (20) du lit et fermé au moyen d'un barrage souterrain (14) substantiellement étanche de rétention d'eau, et on détermine un moyen pour transférer l'eau retenue par le barrage souterrain (14) vers la zone de captage (24) en fonction du besoin en eau de cette dernière.

Description

La présente invention concerne un procédé retenue d'eau et un dispositif de gavage en eau d'une zone de captage d'eau douce imbibant une couche géologique alluvionnaire perméable alimentant, par exemple, nappe phréatique, une zone de captage d'eau potable, de captage d'eau d'irrigation, de captage en eau de refroidissement pour une centrale nucleaire à eau pressurisée, etc...

On sait que de telle zones alluvionnaires sont généralement situées dans le lit d'une rivière.

L'invention trouve son application première pour les rivières à débit variable ou très variable, telles qu'on les trouve dans les régions tropicales ou subtropicales où le débit peut passer en tres peu de temps entre moins de 1 m3 par heure à plus de quelques dizaines ou centaines de m3 par heure par exemple sous un effet cyclonique ou de pluies tropicales. Lors des débits élevés, même durables pendant quelques jours, les couches alluvionnaires n'ont pas normalement le temps d'être saturées en eau pendant crue. De ce fait, des eaux qui pourraient être utilisées, notamment eau potable pour les villes voisines, ruissellent et sont directement rejetées à la mer, ce qui laisse la région en état de sécheresse malgré pluies abondantes, mais pendant un temps réduit. On trouve de telles rivières, par exemple, mais non exclusivement, dans certaines îles de l'hémisphère sud, notamment de l'Océan Indien, telles Madagascar, la Réunion, Seychelles et Maurice, mais également dans certaines îles de l'hémisphère nord, telles Cuba, et dans les parties subtropicales continentales telles la Floride et le Texas.

L'invention a donc pour objet de proposer un procédé de retenue des eaux et un dispositif de gavage en eau de telles zones alluvionnaires pour alimenter les nappes phréatiques de captage d'eau, de façon permettre une utilisation rationnelle de l'eau avant son rejet en mer.

On connaît des dispositifs permettant de récupérer des eaux souterraines pour constituer une deuxième source d'eau de refroidissement d'un réacteur nucléaire, comme celui décrit dans le document US-A- 5,223,208. Un mur formant barrage souterrain est construit juste en aval d'un puits pratiqué dans une zone géologique perméable. Le puits dont les parois sont perméables, constitue alors une réserve d'eau de refroidissement d'un réacteur nucléaire enterré à eau pressurisée. Mais du fait des volumes d'eau pompés nécessaires au refroidissement d'une telle centrale nucléaire, un tel dispositif ne peut se satisfaire d'une situation climatique subtropicale dans laquelle le puits serait vite asséché en dehors de la saison des pluies et des crues, si tant est qu'il serait réellement alimenté en eau pendant la dite saison.

Le document US-A-5,758,991 décrit un systeme voisin mettant en oeuvre des vannes complexes.

La présente invention a pour but d'obvier à ces inconvénients en permettant d'emmagasiner une partie importante eaux des crues pour une régulation dans le temps du niveau de la source de captage des eaux. Selon un premier aspect, l'invention concerne donc un procédé de retenue d'eau et de gavage en eau d'une zone de captage d'eau douce dans une zone géologique alluvionnaire perméable, cette zone étant sensiblement située dans le lit d'une rivière à débit variable.

Selon le procédé de l'invention, on determine en amont de la zone de captage un réservoir constitué dans la couche alluvionnaire du lit de la rivière et fermé au moyen barrage étanche souterrain de rétention de l'eau, on determine un moyen pour transférer l'eau retenue par le barrage souterrain vers une zone de captage et de distribution d'eau en fonction besoin en eau de cette dernière.

De préférence, on favorise en aval du barrage le gavage naturel en profondeur de la zone géologique alluvionnaire perméable au moyen d'une pluralité de puits.

De façon avantageuse, on détermine éventuellement au moins un deuxième barrage étanche souterrain en aval de la zone de captage, de manière à éviter ou à ralentir substantiellement un écoulement des eaux vers une zone basse où elles seraient perdues pour un captage, telle mer.

Selon un deuxième aspect de l'invention, on détermine dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être succinctement décrit. Ce dispositif concerne essentiellement des variantes du barrage souterrain qui seront décrites ci-après en détails.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes préférés de réalisation donnés à titre non limitatif à laquelle deux planches de dessins sont annexées sur lesquelles: Figure 1 représente schématiquement vu de dessus le lit d'une rivière dans lequel le procédé et le dispositif selon l'invention sont mis en oeuvre Figure 2 représente schématiquement en coupe une mise en oeuvre préférée de l'invention ; et La Figure 3 illustre schématiquement vu de dessus un mode de réalisation d'un barrage susceptible d'être mis en oeuvre dans l'invention.

Le procédé selon l'invention est tout particulièrement utile dans les emplacements géographiques souffrant régulièrement de sécheresse, mais où une rivière est susceptible de présenter en amont des crues extrêmement importantes, mais limitées dans le temps, par exemple sous un effet cyclonique, de très fortes pluies locales ou équivalent.

Lors de telles crues, le débit des eaux est multiplié par plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines pendant quelques heures. Ainsi, l'embouchure forme généralement un delta déterminant une zone alluvionnaire très importante. Pendant la crue, l'eau pénètre peu terre du fait du courant et s'échappe vers la mer sans pouvoir être utilisée valablement.

Or, dans les emplacements souffrant de sécheresse, c'est dans les nappes phréatiques situées sous un tel delta et alimentees par ces crues que l'on pompe généralement l'eau pour l'alimentation en potable des villes voisines et, souvent, l'eau pour l'irrigation des terres fertilisées adjacentes. La zone alluvionnaire est généralement constituée d'une première couche de surface perméable, pouvant atteindre trente à quarante mètres de hauteur, et reposant sur une deuxième couche imperméable, par exemple rocheuse, sous laquelle on trouve généralement la nappe phréatique. Cette couche perméable présente une porosité élevée et, de ce fait, peut théoriquement absorber une grande quantité d'eau, par exemple entre 10 et 30 % de son volume.

On se référera maintenant aux Figures qui viennent d'être succinctement décrites. Pus particulièrement, sur les Figures 1 et 2, on a schématiquement representé le lit d'une telle rivière à fortes crues. La rivière en amont est naturellement canalisée de part et d'autre par les flancs rocheux 10 d'une montagne, de manière à former une vallée, le lit étant empli de galets reposants sur une couche alluvionnaire perméable 20, 24, elle-même reposant une couche rocheuse sensiblement imperméable 22.

En aval, les couches géologiques sont sensiblement identiques, mais les flancs de la montagne ne sont plus apparents, puisque enterrés sous les alluvions.

Au repos, la rivière présente un faible débit de l'ordre de quelques m3lheure et circule dans un lit très réduit 12 représenté en tirets sur la Figure 1. Mais lors des crues, la rivière sort très vite de ce petit lit 12 pour s'étendre sur substantiellement la totalité du large lit. Du fait du courant important, et du fait que l'eau charrie alors beaucoup de végétaux, il est impératif de laisser l'eau s'écouler librement vers la mer, d'autant plus qu'elle emmène avec elle tous les obstacles qu'elle rencontre. Un barrage ralentisseur en surface serait, dès lors, très dangereux et, en outre, totalement inefficace. Conformément au procédé et au dispositif de l'invention, il n'y a donc aucun obstacle en surface, des digues pouvant cependant être prévues pour canaliser l'eau vers des zones alluvionnaires perméables spécifiques et/ou pour éviter un ravinement ou un affouillement préjudiciable des berges 26 du lit.

Selon l'invention, on détermine tout d'abord en amont de la zone de captage de l'eau 24 un réservoir constitué par la couche alluvionnaire du lit 20 et fermé au moyen d'un barrage étanche souterrain 14 pour rétention de l'eau imbibant la couche alluvionnaire amont 20.

Un tel barrage prend favorablement appui à sa base sur la couche rocheuse imperméable 22 et s'élève jusqu'à un mètre ou deux au- dessous de la surface de la couche alluvionnaire 20, de façon ne pas présenter un obstacle au courant de l'eau lors des crues.

Latéralement, le barrage 14 prend favorablement appui de part et d'autre sur des parois 10 substantiellement imperméables du lit, constituées par les extrémités enterrées des flancs de la montagne.

L'homme du métier comprendra que la couche alluvionnaire 24 en aval du barrage 14 constitue en elle-même un renfort pour le barrage qui ne nécessite donc pas une épaisseur très importante. En tout état cause, une rupture du barrage, du fait qu'il est enfoui, n'engendrerait aucune catastrophe notable.

Toutefois, si les flancs imperméables 10 de la montagne sont trop eloignés l'un de l'autre ou bien absents, le barrage 14 peut affecter la forme d'un U, comme représenté sur la Figure 3, dont les bras latéraux peuvent se substituer à des parois peu imperméables du lit et déterminent un volume de rétention de l'eau. même, si la couche imperméable 22 est à une profondeur trop importante, on peut favorablement adjoindre au barrage 14 une semelle étanche 30 s'etendant en amont de manière à augmenter la capacité réservoir ainsi formé.

De préférence, la semelle 30 affecte alors une forme concave pour une meilleure rétention de l'eau.

Comme représenté sur les Figures 1 et 2, il est avantageux favoriser le gavage naturel en profondeur de la zone de captage d'eau en aval du barrage au moyen d'une pluralité de puits filtrants 28. Ces puits sont emplis d'un matériau laissant passer l'eau tel que des galets affleurant le niveau supérieur de la couche alluvionnaire, mais n'en faisant nullement saillie pour les raisons précédemment indiquées.

Ces puits filtrants 28 peuvent valablement être constitués un caisson sans fond d'une hauteur comprise entre deux et dix mètres, manière à constituer localement une réserve d'eau complémentaire susceptible de s'infiltrer lentement en profondeur dans la couche alluvionnaire et dans la nappe phréatique.

De préférence, mais non exclusivement, une partie au moins de cette pluralité de puits 28 est située dans le petit lit 12 au repos de rivière, de manière à favoriser la pénétration de l'eau même hors des crues.

De façon alternative, comme représenté sur la Figure 1, puits filtrants 28 peuvent être alimentés, en dehors des périodes de crues par des canalisations 29 prévues entre le petit lit 12 et les puits 28.

Bien évidemment, et de façon favorable, de tels puits 28 peuvent également, et de façon souhaitable, être prevus dans la zone alluvionnaire 20 en amont du barrage 14.

Comme on le comprendra, la couche alluvionnaire 24 est normalement gorgée d'eau et au moins une station pompage et de captage de l'eau 34 peut y être disposée. Une telle station comporte habituellement un drain de filtration et de pompage relié à un circuit de distribution.

Un moyen peut favorablement être prévu pour transférer l'eau retenue par le barrage souterrain 14 vers la zone de captage en fonction du besoin en eau de cette dernière.

Un tel moyen pour transférer l'eau peut favorablement être constitué par une canalisation 36 prévue entre le réservoir 20 et la zone de captage 24, et comportant une vanne commandée. On mesure alors le taux de saturation en eau de la zone de captage 24, et on commande l'ouverture la fermeture de la vanne en fonction du taux de saturation précité.

De façon alternative, un tel moyen pour transférer l'eau peut avantageusement être constitué par une fuite contrôlée. A cet effet, des orifices de petit diamètre 36 traversent le barrage souterrain 14 de manière déterminer une fuite contrôlée d'eau du réservoir vers la zone de captage 24 lorsque le taux de saturation en eau de la couche alluvionnaire de la zone de captage 24 est inférieur à celui de la zone alluvionnaire 20 en amont du barrage souterrain 14.

On contrôle généralement le niveau de l'eau dans la zone alluvionnaire au moyen de piézomètres judicieusement répartis dans la zone. On peut ainsi connaître à tout instant le besoin en eau de la zone de captage. De façon avantageuse, on détermine au moins un deuxième barrage étanche souterrain 38 en aval de la zone de captage 24, de manière éviter substantiellement un écoulement des eaux imbibant la zone de captage 24 vers une zone basse où elles seraient perdues pour un captage, telle que la mer, ou tout au moins pour ralentir cet écoulement.

L'homme du métier aura compris qu'en mettant en oeuvre l'invention qui vient d'être décrite, on augmente sensiblement, et de façon durable dans le temps, le taux de saturation en eau de la couche alluvionnaire de la zone de captage de l'eau et l'alimentation en eau de la nappe phréatique correspondante. Du fait que l'eau n'est pas en contact direct de l'air, il n'y a pas d'évaporation notable, même en période de grande sécheresse, et de plus grands volumes d'eau restent disponibles beaucoup plus longtemps.

En considérant que la couche alluvionnaire retient 20 environ de son volume en eau, une couche alluvionnaire de 1 km de long sur 50 m de large et 20 m de profondeur peut théoriquement retenir de l'ordre de 2x106 m3 d'eau. En mettant en oeuvre l'invention, on peut facilement atteindre une rétention d'eau de l'ordre de 50 % de cette valeur, c'est à dire 1 Mm3, tandis que, dans les systèmes de l'art antérieur, la rétention d'eau est nettement inférieure à 10 % de cette valeur.

Bien que l'on ait représenté et décrit ce que l'on considère actuellement être les modes de réalisation préférés de la présente invention, il est évident que l'Homme de l'Art pourra y apporter differents changements et modifications sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini ci-après.

Par exemple, lorsque l'eau ainsi retenue utilisée pour le refroidissement d'un appareil tel qu'un réacteur nucléaire ou équivalent, il est très facile de recycler l'eau de refroidissement, de manière à ce qu'elle revienne vers la nappe phréatique, sans qu'il y ait perte substantielle d'eau pour la nappe phréatique. L'eau chaude est alors naturellement refroidie en terre, ce qui n'interdit nullement son utilisation au passage pour une pisciculture où de l'eau chaude douce est souhaitée (par exemple pour l'élevage des anguilles ou équivalents).

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1 - Procédé de retenue d'eau et de gavage en eau d'une zone de captage d'eau douce (24) imbibant une couche géologique alluvionnaire perméable, la dite zone (24) étant sensiblement située dans le lit d'une rivière à débit variable, caractérisé en ce que on détermine en amont de la dite zone de captage un réservoir constitué par la couche alluvionnaire (20) du dit lit et fermé au moyen d'un barrage souterrain (14) substantiellement étanche de rétention d'eau, on détermine un moyen pour transférer l'eau retenue par le dit barrage souterrain (14) vers la dite zone de captage (24) en fonction du besoin en eau de cette dernière. 2 - Procédé de gavage en eau selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le dit moyen pour transférer l'eau comprenant une canalisation (36) à vanne commandée entre le dit réservoir (20) et la dite zone de captage (24), on mesure taux de saturation en eau de la dite zone de captage (24), on commande l'ouverture ou la fermeture des dites vannes en fonction du dit taux de saturation. 3 - Procédé de gavage en eau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit moyen pour transférer l'eau est une fuite contrôlée (36). 4 - Procède de gavage en eau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on favorise, en outre, le gavage naturel en profondeur de la dite zone géologique alluvionnaire (20, 24) au moyen d'une pluralite de puits filtrants (28). 5 - Procédé de gavage en eau selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une partie au moins de la dite pluralité de puits (28) est située dans le lit au repos (12) de la dite rivière. 6 - Procédé de gavage en eau selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les dits puits filtrants (28) sont emplis d'un matériau laissant passer l'eau tel que des galets. 7 - Procède de gavage en eau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine au moins un deuxième barrage étanche souterrain (38) en aval de la dite zone de captage (24), de manière à eviter substantiellement un écoulement des eaux imbibant la dite zone de captage (24) vers une zone basse où elles seraient perdues pour un captage, telle que la mer. 8 - Dispositif de gavage en eau pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le barrage souterrain (14, 38) prend appui de part et d'autre sur des parois substantiellement imperméables du dit lit. 9 - Dispositif de gavage en eau pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dit barrage souterrain (14, 38) affecte vu de dessus, une forme en U dont les bras latéraux se substituent à parois peu imperméables du dit lit. 10 - Dispositif de gavage en eau selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le dit barrage souterrain (14, 34) présente une semelle étanche (30) s'étendant en amont dans la dite couche alluvionnaire. 11 - Dispositif de gavage en eau selon la revendication 10, caractérisé en ce que la dite semelle (30) affecte une forme concave. 12 - Dispositif de gavage en eau selon l'une quelconque des revendications 8 11, caractérisé en ce que des orifices de petit diamètre (36) traversent le dit barrage souterrain de manière à déterminer une fuite contrôlée d'eau du réservoir vers la zone de captage (24) lorsque le taux de saturation en eau de la couche alluvionnaire de la zone de captage (24) est inférieur à celui de la couche alluvionnaire (20) en amont du dit barrage souterrain (14).