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Thèse Année : 2008

Using electrical resistivity tomography for variable-density groundwater flow modeling in coastal aquifers

Apport de la tomographie électrique à la modélisation des écoulements densitaires dans les aquifères côtiers - Application à trois contextes climatiques contrastés (Canada, Nouvelle-Calédonie, Sénégal)

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Résumé

The density equilibrium between freshwater and saltwater in coastal aquifers is an unsteady phenomenon difficult to characterize. On the basis of borehole observation data only, the validation of 2D/3D groundwater models remains precarious. Therefore, electrical resistivity tomography (ERT) constitutes a relevant geophysical technique of investigation for the characterization with high resolution of the 2D/3D salt distribution into the aquifer.
A cross-validation methodology between geo-electrical and variable-density flow models is developed. First, the interpretation of ERT field data by inverse modeling provides relevant information for both the structuration and parameterization of groundwater models (reservoir geometry, flow velocities, etc.). Second, a qualitative validation is obtained by comparison between salinities interpreted from the geo-electrical inverse model and those simulated by the groundwater model. Third, a quantitative validation is obtained by the comparison between the calculated geo-electrical response of salinities simulated by the groundwater model (previously resistivity-transformed using a hydro-petrophysical model) and ERT field data.
The reliability of the cross-validation method has been tested through sensitivity analyses carried out on the different models used (geo-electrical, hydrogeological and hydro-petrophysical), as well as its applicability has been tried on three different hydrogeological and climatic contexts. Thus, in the Magdalen Islands (Canada), seawater upconings under water wells have been characterized. On M'Ba islet (New Caledonia), spatial variations of groundwater recharge that control freshwater lens development have been evaluated. Finally, on Pikine peninsula (Senegal), intense evapotranspiration and concentration that affect low-lying inter-dunar sectors have been quantified.
L'équilibre densitaire entre l'eau douce et l'eau salée dans les aquifères côtiers est un phénomène instable difficile à caractériser. La validation des modèles hydrogéologiques 2D/3D reste alors délicate sur la seule base de données ponctuelles d'observation en forages. Dans ce but, la tomographie de résistivité électrique (ERT) constitue une technique d'investigation pertinente pour la caractérisation haute résolution de la distribution 2D/3D du sel au sein de l'aquifère.
Une méthodologie de validation croisée entre les modèles géo-électriques et les modèles d'écoulement densitaire a été développée. Dans un premier temps, l'interprétation par modélisation inverse des mesures ERT fournit des informations pertinentes pour la structuration et le paramétrage des modèles hydrogéologiques (géométrie du réservoir, vitesses d'écoulement, etc.). Dans un deuxième temps, une validation qualitative est obtenue par comparaison entre la distribution des salinités interprétée d'après les résultats du modèle géo-électrique d'inversion et celle simulée par le modèle d'écoulement densitaire. Enfin, une validation quantitative est obtenue par comparaison entre la réponse géo-électrique théorique des salinités simulées par le modèle hydrogéologique (préalablement transformées en résistivité par application d'un modèle hydro-pétrophysique) et les mesures ERT acquises sur le terrain.
La fiabilité de la méthode a été précisée par des analyses de sensibilité conduites sur les différents modèles utilisés (géo-électrique, hydrogéologique et hydro-pétrophysique) et son applicabilité a été testée sur trois contextes hydrogéologiques et climatiques différents. Ainsi, aux Îles-de-la-Madeleine (Canada), les remontées salines sous les captages d'eau ont été caractérisées. Sur l'îlot M'Ba (Nouvelle-Calédonie), les variations spatiales de la recharge contrôlant le développement de la lentille d'eau douce ont été évaluées. Enfin, sur le tombolo de Pikine (Sénégal), les phénomènes évapotranspiratoires et concentrateurs intenses affectant les dépressions inter-dunaires ont été quantifiés.
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Dates et versions

tel-00381767 , version 1 (06-05-2009)
tel-00381767 , version 2 (06-05-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00381767 , version 2

Citer

Jean-Christophe Comte. Apport de la tomographie électrique à la modélisation des écoulements densitaires dans les aquifères côtiers - Application à trois contextes climatiques contrastés (Canada, Nouvelle-Calédonie, Sénégal). Hydrologie. Université d'Avignon, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00381767v2⟩

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