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OSUG - Terre Univers Environnement

La compréhension expérimentale et numérique des chemins de l’eau sur l’ensemble du champ captant de la Métropole de Lyon

Soutenance de thèse d’Aurore Refloch, 31 mai 2018

10 mai 2018, par Brice Boudevillain

Jury

- Olivier BOUR (Professeur – Rapporteur)
- Hervé JOURDE (Professeur – Rapporteur)
- Christian GEINDREAU (Professeur – Examinateur)
- Pierre PERROCHET (Professeur – Examinateur)
- Laurent OXARANGO (Professeur – Directeur de thèse)
- Yvan ROSSIER (Professeur associé – Co-encadrant de thèse)
- Anne PERRISSIN et Jean-Paul GAUDET (Membres de jury invités)

Résumé

L’alimentation en eau potable de la Métropole de Lyon provient essentiellement du site du champ captant de Crépieux-Charmy. Ce captage est un système complexe de par sa superficie (375 ha), le nombre d’ouvrages de pompage (111 puits et forages), le système de réalimentation artificielle (12 bassins d’infiltration), la présence de différents bras du Rhône en interaction avec l’eau souterraine, mais également du fait de la complexité lithologique naturelle du sous-sol. La compréhension des interactions entre les compartiments de ce système est nécessaire pour assurer la pérennisation quantitative et qualitative de la ressource.

La caractérisation des écoulements repose sur trois outils : l’observation, l’expérimentation et la modélisation numérique. L’observation, basée sur les nombreuses données acquises in-situ, met en évidence le rôle prépondérant de l’exploitation hydrique du site sur les écoulements (pompages et bassins). La réalimentation artificielle met en jeu, annuellement, un volume d’eau qui équivaut à la moitié du volume puisé sur l’ensemble du site, et entraîne un réchauffement non négligeable de la nappe en période estivale. Les cartes piézométriques et thermiques à l’échelle du champ captant permettent de visualiser les évolutions spatiales et temporelles des écoulements. D’après l’analyse de données, le dôme hydraulique créé par la réalimentation artificielle semble perdurer au maximum 1 à 2 jours après l’arrêt de l’alimentation des bassins. Un indice d’infiltrabilité est défini pour déterminer la capacité d’infiltration de chaque bassin : il reflète le colmatage progressif de la couche de sable de fond de bassin. Cet indice est de ce fait un outil d’aide à la décision pour la priorisation des bassins à réhabiliter.

Le volet expérimental se décline en deux points : la caractérisation des fonds de bassins par essais d’infiltration et la caractérisation des sens d’écoulement par traçage thermique à l’échelle d’un bassin. Un dispositif expérimental, créé de part et d’autre d’un des bassins permet de suivre l’évolution piézométrique et thermique lors des cycles de remplissage. La création des 31 ouvrages de ce dispositif expérimental a permis de mieux caractériser la lithologie en présence, de valider la présence de la zone non saturée règlementaire au droit du bassin, de confirmer l’existence d’écoulements sous le Vieux-Rhône mais aussi de mettre en évidence le fonctionnement 3D des écoulements.

Enfin, un modèle numérique a été créé pour simuler les transferts d’eau et de chaleur, sur l’ensemble du site de captage. Cet outil permet d’identifier et de quantifier les sources d’alimentation de la zone de captage, de mettre en évidence la protection partielle des ouvrages de pompage par les dômes hydrauliques créés par les bassins, et de montrer la complexité des relations nappe-rivière. D’ores et déjà opérationnel pour des temps longs (> 15 jours), l’outil numérique proposé est exploitable pour des scénarios d’évolutions climatiques ou d’évolutions de l’exploitation.

Mots clés

Hydrogéologie, réalimentation artificielle, traçages thermiques, modélisation hydro-thermique 3D.