Clogging processes in managed aquifer recharge facilities : Application to the aquifer system of Berrechid (Morocco)
Processus de colmatage dans les installations de la recharge artificielle : application au système d'aquifères du bassin hydrogéologique de Berrechid (Maroc)
Résumé
Clogging soil during infiltration is a major problem that reduces the performance of the active parts of Managed Aquifer Recharge (MAR) facilities. The objectives of this study consist: i) to evaluate the clogging of the MAR facilities in Berrechid aquifer (Morocco); ii) to study the effect of injections interruption (pause periods) on the physical clogging of porous media, and iii) to investigate the effect of the cracking and self-healing of the cake during the drying-wetting paths.Results from the field (El Himmer Wadi, Morocco) showed that, despite the low rainfall and the short period of in situ investigation, the clogging was important. Due to the retention of the particles, the estimated hydraulic conductivity declines over 90% in the immediate entrance of the columns implanted in situ. The presence of cracks drives the entire infiltration. Experiments of physical clogging conducted in the laboratory indicated that for the experiments with pause durations, the concentrations of the particles in the effluent showed an instant increase after the pause duration. The peaks were greater when the pause duration was important. The experiments with pauses allowed the transport and mobilization of the coarser particles in the porous medium. For all experiments carried out, the hydraulic conductivity, measured during injection, decreased with the number of pore volumes injected. This decrease is almost linear for the experiment without pauses. For injections with pauses, the hydraulic conductivity brutally decreased after each pause. This decrease is related to the desaturation of the porous medium during pause periods. Cracking cake investigations showed that the propagation of the cracks was developed in the saturated conditions of the soil. Two mechanisms were responsible for the cracking: evaporation and friction forces. The cracks tend to close progressively with the wetting time highlighting the self-healing phenomenon, probably due to the high plasticity index of the cake’s soil. Results showed that the cake swelling was mainly related to the increase of the void ratio. In this study, the use of the X-ray Computed Tomography was relevant to follow the cracking network during the drying-wetting processes.
Le colmatage des sols durant l’infiltration est un problème majeur qui réduit la performance des parties actives des ouvrages de la recharge artificielle des nappes (RAN). La présente étude a pour objectifs ; i) d’évaluer le colmatage in-situ dans les ouvrages de la RAN de Berrechid (Maroc) ; ii) de modéliser expérimentalement l’effet des interruptions d’injection (alternance injection-pause) des particules fines sur le colmatage physique en milieux poreux ; et iii) d’étudier l'effet de la propagation et l’auto-cicatrisation des fissures de dessiccation du cake (formé suite au colmatage) durant les chemins de séchage-mouillage.Les résultats ont montré que, malgré la faible pluviométrie en zone d’étude (oued El Himmer, Maroc) et la courte période d'investigation in-situ, le colmatage est important. La conductivité hydraulique estimée dans les colonnes remplies de sable implantées in-situ a diminuée de plus de 90%. La présence des fissures de dessiccation contrôle entièrement l’infiltration dans les sites de la RAN. Les résultats de la modélisation expérimentale du transport, la rétention et la remobilisation des particules fines dans le milieu poreux ont montrés des augmentations instantanées de concentration des effluents, liées à l’interruption des injections des particules. Les périodes de pause ont permis le transfert et la mobilisation des grosses particules dans le milieu poreux. La conductivité hydraulique diminue quasi-linéairement avec le volume de pores injecté. Pour les expériences avec pauses, une chute brutale de la conductivité hydraulique a été observée à chaque reprise d’injection après une pause. L’étude de la fissuration du cake pendant les chemins de séchage-mouillage (S-M) a montré que les fissures du cake se sont développées dans un état de saturation. Deux mécanismes ont été responsables de la fissuration : l’évaporation et les forces de frottement. Pendant la phase de mouillage, certaines fissures sont fermées tandis que d'autres sont apparues. Les fissures ont tendance à se refermer progressivement avec le temps de mouillage, ce qui met en évidence le phénomène d'auto-cicatrisation. La fermeture des fissures est probablement liée à l'indice de plasticité élevé du cake. En absence des minéraux gonflants, le gonflement du cake est lié principalement à l'augmentation de l’indice des vides. Dans cette étude, l’utilisation de la tomographie à rayons X était pertinente pour le suivi du réseau de fissuration durant les processus de séchage-mouillage.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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