D2 Caractérisation des sols et sous-sols

Topique

La caractérisation hydraulique des sols et du sous-sol vise à déterminer les propriétés qui régissent le stockage et le mouvement de l'eau dans le sol : la teneur en eau du sol, le potentiel matriciel qui retient cette eau dans ses pores, la conductivité hydraulique qui permet à l'eau de traverser le sol et le niveau de la nappe phréatique qui marque le début de la zone saturée. C'est précisément cette caractérisation qui rend ces quatre propriétés, auparavant invisibles sous terre, mesurables in situ.

La teneur en eau du sol est mesurée grâce à une technique basée sur la réflectométrie temporelle, qui consiste à mesurer la constante diélectrique apparente du sol. C'est précisément cette constante diélectrique, qui dépend fortement de la quantité d'eau contenue dans le sol, qui permet de convertir directement la vitesse de propagation d'un signal électromagnétique dans le sol en la teneur en eau à déterminer.

Le potentiel matriciel, quant à lui, est mesuré directement à l'aide de tensiomètres : un tube en céramique poreuse est mis en contact avec le sol, et la succion exercée par le sol sur l'eau contenue dans le tube induit une pression négative, équivalente au potentiel matriciel du sol environnant, qui est enregistrée au sein même du tensiomètre.

La conductivité hydraulique à saturation est déterminée in situ à l'aide de perméamètres, à charge constante ou variable, en appliquant la loi de Darcy. Cette loi permet de relier directement le débit d'eau mesuré à travers un échantillon de sol au gradient de pression qui le provoque.

Les essais de pompage réalisés en puits permettent, par ailleurs, de déterminer deux propriétés de l'aquifère : sa transmissivité et son coefficient d'emmagasinement. L'ajustement de la courbe de rabattement de la nappe phréatique, mesurée lors du pompage, à des solutions analytiques connues, telles que la solution de Theis, permet d'extraire ces deux propriétés à partir d'un seul essai de pompage. Enfin, la tomographie de résistivité électrique cartographie la distribution spatiale de la résistivité apparente de l'ensemble du sous-sol, une résistivité qui varie en fonction de la teneur en eau et de la salinité. C’est précisément cette variation de résistivité qui permet de générer des coupes bidimensionnelles du sous-sol sans forage.

Ainsi, de la teneur en eau et du potentiel matriciel présentés en introduction aux coupes bidimensionnelles de résistivité qui concluent ce document, incluant la conductivité hydraulique à saturation, la transmissivité et le coefficient d’emmagasinement, la caractérisation hydraulique du sol et du sous-sol permet enfin de mesurer, de quantifier et de comparer, d’un endroit à l’autre, les propriétés invisibles qui régissent les eaux souterraines.

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