Quantité

Pour assurer la pérennité de l’eau souterraine dans une région, il est utile de connaître les quantités disponibles ainsi que le taux de renouvellement de l’eau souterraine qui correspond à la recharge.

 

Dans ce chapitre:

Les propriétés hydrauliques permettent d’analyser de façon quantitative l’aptitude d’une formation géologique à contenir de l’eau et à la laisser circuler. Elles dépendent à la fois des propriétés du fluide, en l’occurrence l’eau, et des propriétés physiques du milieu permettant l’emmagasinement et l’écoulement de l’eau. Les hydrogéologues effectuent des essais hydrauliques (par exemple, des essais de pompage dans des puits), pour mesurer plusieurs paramètres tels que la conductivité hydraulique (K), la transmissivité (T), le coefficient d’emmagasinement (S) et la capacité spécifique. Le suivi du rabattement et de la remontée du niveau piézométrique dans un puits de pompage et dans des puits d’observations pendant et après le pompage permet de caractériser l’aquifère. On doit notamment établir le temps nécessaire après l’arrêt du pompage pour que le système revienne à son équilibre, par exemple pour que le niveau piézométrique retourne à sa valeur initiale, que l’on appelle le niveau statique h0.

La mesure de la différence de charge hydraulique entre deux points alignés dans la direction de l’écoulement permet d’estimer les gradients de charge hydraulique (i), soit la différence de charge hydraulique divisée par la distance entre les deux points (Δx)  (Figure 19). Connaissant ce gradient et la conductivité hydraulique de l’aquifère, on peut alors estimer la quantité d’eau souterraine qui circule dans le sous-sol, c.à.d. le débit (Q: L3/t).

 

Figure 19. Gradient de charge hydraulique

 

Quelques formules…

i = (h1 – h2) / Δx

Q = KAi   (c’est la fameuse loi de Darcy)

T = Kb

 

Avec:

h = niveau piézométrique ou charge hydraulique {L}
i = gradient de charge hydraulique {sans unité}
Δx = distance entre les 2 puits {L}
Q = débit {L3/t}
K = conductivité hydraulique {L/t}
A = aire de la surface traversée {L2}
T = transmissivité {L2/t}
b = épaisseur de l’aquifère {L}

 

 LES PROPRIÉTÉS HYDRAULIQUES


L’eau souterraine remplit les porosités du milieu géologique, c’est-à-dire les fractures et les espaces entre les grains, que ce soit dans les dépôts meubles ou dans le roc. Plus la porosité du milieu géologique est élevée, plus il y a d’espace disponible pour emmagasiner de l’eau dans ce qui constitue l’aquifère. Pour qu’une unité géologique soit intéressante pour l’approvisionnement en eau souterraine, il faut aussi que cette eau se renouvelle, c’est-à-dire qu’il faut que les vides communiquent entre eux pour que l’eau puisse circuler d’un endroit à un autre. Pour évaluer si le contenant qu’est le milieu géologique constitue un bon aquifère, il faut connaître sa porosité et son degré de fracturation. Pour définir la capacité d’une formation géologique à transmettre l’eau rapidement d’un vide à l’autre, il faut mesurer sa conductivité hydraulique. Plus cette dernière est élevée et plus l’aquifère est productif. Il est possible de mesurer la conductivité hydraulique (K) du milieu par différents essais réalisés dans les trous de forages (obturateurs, injection, pompage, etc.).

(Source : PACES-BEC)

 

Afin d’utiliser l’eau, nous construisons des puits par lesquels nous pompons l’eau souterraine. Le pompage modifie le sens d’écoulement de l’eau souterraine, car il crée autour du puits une baisse de pression, ce qui appelle l’eau en direction du puits. Cet écoulement convergent vers le puits affectera l’écoulement souterrain jusqu’à une distance appelée le rayon d’influence; jusqu’à cette distance tout autour du puits le niveau de la nappe est influencé selon l’importance du pompage. Le toit de la nappe phréatique s’abaissera en prenant la forme d’un cône que l’on nomme cône de rabattement (Figure 20).

 

Figure 20. Cône de rabattement et rayon d’influence

 

Il y a différents types d’ouvrages de captage de l’eau souterraine :

  • Puits tubulaires : Ouvrage de captage généralement de petit diamètre (15,2 cm), de grande profondeur (45 m en moyenne au Québec) et aménagé avec une foreuse par une firme de puisatier ;
  • Puits de surface : Ouvrage de captage de diamètre relativement important (supérieur à 60 cm) et peu profond (au plus 9 m), dans un terrain où le toit de la nappe est près de la surface. ;
  • Pointe filtrante : Ouvrage de captage peu profond utilisant un tubage dont le diamètre intérieur est d’au plus 8 cm et dont la partie terminale crépinée et munie d’une pointe perforante. Ce type de captage est aménagé en enfonçant manuellement ou mécaniquement le tubage dans un dépôt meuble;
  • Captage de source : Aménagement d’une installation qui capte l’eau souterraine faisant résurgence naturellement à la surface du sol.

Les puits installés dans les aquifères granulaires ont généralement une capacité de production plus importante que les puits installés au roc.

 

 

Pour en savoir plus sur les différents types de puits et les règlements concernant les captages d’eau souterraine, consultez les documents guides du Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques (MDDELCC) :

Le puits
Entretien d’un ouvrage de captage
Obligations générales s’appliquant à tout type de captage
Outils de détermination d’aires d’alimentation et de protection de captage d’eau souterraine
Règlement sur le prélèvement des eaux et leur protection

La productivité d’un aquifère est sa capacité à fournir un débit d’eau souterraine important de manière soutenue. La notion de rendement potentiel des aquifères, telle que retenue ici, fait essentiellement référence au débit qu’il est physiquement possible d’extraire de façon continue d’un aquifère. Suivant cette désignation, le rendement potentiel des aquifères est estimé indirectement sur la base (1) des caractéristiques géométriques, (2) de la conductivité hydraulique et (3) du taux de recharge des aquifères. Ainsi, le rendement potentiel d’un système aquifère sera principalement fonction de sa taille, de l’aisance avec laquelle il laisse circuler l’eau souterraine et du taux auquel la ressource en eau peut s’y renouveler.

La cartographie de la transmissivité des aquifères à l’échelle régionale est utilisée comme point de départ pour l’évaluation comparative de leur rendement potentiel. Tel que défini préalablement, ce paramètre représente le produit de la conductivité hydraulique d’un aquifère par son épaisseur. Il est proposé que pour un taux de recharge donné, à l’échelle régionale, la transmissivité d’un environnement aquifère constituera un reflet indirect du débit extractible de la ressource. Essentiellement, les aquifères granulaires, caractérisés par une transmissivité plus élevée, sont jugés susceptibles de présenter un rendement potentiel plus important en comparaison des autres aquifères. Notons également que le rendement potentiel des aquifères pour un secteur donné sera fonction de la superficie pour laquelle sa transmissivité est considérée.

 

Sonde piézométrique dans un puits