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Une méthodologie d'approche itérative

 

Documentation

Modélisation géologique 3D

Le modèle géologique 3D est, tout comme la carte 1 « Synthèse hydrogéologique interprétée » de la fiche ID, un résultat direct et une illustration de l’application de la méthodologie KARSYS. Il permet une visualisation du modèle et une simplification de la compréhension du fonctionnement du système. Il est ainsi plus aisé de visualiser le cheminement potentiel des écoulements, et les déversements de nappes.

Le modèle géologique 3D s’avère être un outil intéressant dans le cadre d’une telle étude qui vise à caractériser un objet complexe (le karst) au sein d’un environnement géologique tout aussi complexe (plis, failles, chevauchements dans le Jura ; nappes de charriage dans les Alpes), l’aspect volumétrique étant difficilement représentable en 2D dans un tel contexte. Par ailleurs, le modèle 3D simplifie la visualisation et la conceptualisation de la géométrie du système et des écoulements. La compréhension tridimensionnelle du système est ainsi la clé de voûte de la caractérisation des phénomènes hydrogéologiques affectant les hydrosystèmes karstiques. Enfin, l’animation du modèle permet en outre une vulgarisation plus efficace des différents éléments constituant les systèmes karstiques et des processus les affectant.

La construction du modèle géologique tridimensionnel est réalisée à partir des données suivantes :

  • Les modèles numériques de terrain
  • Les textures (cartes géologiques, cartes topographiques, et cartes de différents auteurs) qui sont plaquées sur les modèles numériques de terrain
  • Les coupes géologiques
 

Le modèle géologique 3D est réalisé à l’aide d’un logiciel de modélisation géologique 3D (Geomodeller® développé par le BRGM et Intrepid Geophysic). Ensuite, les couches géologiques ayant un intérêt pour l’étude sont exportées vers le logiciel de dessin 3D (Cinéma4D®) afin d’en simplifier la visualisation. Les observations en grottes ainsi que la connaissance des spéléologues sur la localisation des conduits karstiques, les essais de traçages existants dans la littérature ou réalisés pour l'étude, le positionnement des sources, des nappes, et le tracé des limites du bassin d'alimentation complètent le modèle géologique 3D du système karstique.

 

step_step_geol

Construction du modèle géologique

 

Reproduire la circulation des eaux souterraines

Evaluer le potentiel hydroélectrique d'un aquifère perché ou prévoir le débordement d'une source temporaire nécessite l'emploi de modèles de simulation hydrologique.

La méthode KARSYS définit le modèle géologique utilisé pour simuler le comportement des eaux souterraines du systéme karstique, aussi bien en période de basses eaux qu'en période de hautes eaux et en fonction: (i) des processus de recharge opérés sur la surface du bassin d'alimentation, (ii) des interactions du systéme avec les nappes adjacentes en fonction des régimes hydrologiques.

Les chroniques de débit des sources principales, les données météorologiques et les modéles numériques de terrain sont les informations de base indispensables pour simuler l'hydrologie des systèmes karstiques. Des jeux de données complets et aussi précis que possible renforcent considérablement la compréhension hydrologique de ces systémes qui contribue elle même à une meilleure gestion de la ressource dans la démarche actuelle de développement durable.

Ces simulations ont un champ d'application assez large:

  • Caractérisation et quantification des ressources et des réserves en eau souterraine;
  • Evaluation des dangers naturels;
  • Evaluation du potentiel hydroélectrique des systémes karstiques;
  • Caractérisation des potentiels géothermiques;
  • Etc.

La fiabilité des modéles géologiques est testée à travers la simulation hydrologique. Les réponses des systémes karstiques aux évènements pluvieux doivent être compatibles avec les observations de débits à la source principale et les hauteurs de pic en périodes de crues.

A l'aide de ces modéles, en plus des applications citées plus haut, il est possible de simuler l'impact des scénarios de chamgement climatiques à venir sur le comportement de la ressource. Des mesures appropriées en termes de gestion et de protection des aquifères pourront alors être anticipées selon les résulats des simulations.

 

Exemple 1: le cas de Flims

Simuler le comportement des sources du Prau Pultè, du tunnel de Flims et du Lag Tiert qui contribuent à l'alimentation du lac Cauma dans le but de comprendre les fluctuations interannuelles du niveau du lac depuis le percement du tunnel.

L'objectif de la simulation étant de paramétrer ensuite les dispositifs de réalimentation artificielle du lac sur le mode d'alimentation existant avant le percement du tunnel.

 

site_flims

Aperçu de la complexité hydrologique du fonctionnement du lac Cauma (Flims, CH)

 

Les simulations du modéle hydrologique reproduisent assez fidélement les fluctuations du lac...

 

Exemple 2 : le projet HydroVaud.

Evaluer les potentiels énergétiques et géothermiques des 57 systémes karstiques du canton de Vaud (région du Jura et des Préalps). Les simulations tiennent compte du potentiel hydraulique des aquiféres perchés et les débits spécifiques des sources ou des conduits (quand ils sont connus) des systémes karstiques.

Les résultats sont transcris sous la forme d'unité de production électrique pour chaque système (en MW).

 

electric_production_HydroVaud

Potentiel hydroélectrique d'une sélection de systémes karstiques du canton de Vaud (en MW)