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Caractérisation des aquifères par Résonance Magnétique des Protons : un exemple au Niger

Congress: 2008
Author(s): Marie Boucher, Guillaume Favreau, Jean-Michel Vouillamoz, Sylvain Massuel, Yahaya Nazoumou, Anatoli Legchenko
Marie Boucher IRD, UMR Hydrosciences, Université de Montpellier II, MSE, 34095 Montpellier cedex 5, France. BRGM, ARN/RSC, BP 36009, 45060 Orléans cedex 2, France. Guillaume Favreau IRD, UMR Hydrosciences, Université de Montpellier II, MSE, 34095 Mo

Keyword(s): Géophysique, RMP, transmissivité, porosité, modélisation hydrodynamique
Article:
AbstractLa connaissance de la géométrie et des propriétés hydrodynamiques des milieux géologiques constitue un élément clef pour la compréhension du fonctionnement hydrologique des systèmes aquifères et, en particulier, pour la détermination de leurs modalités d’exploitation, de gestion et de protection durables. Cependant, la mise en œuvre des méthodes classiques de caractérisation des aquifères est souvent lourde et coûteuse, ce qui bien souvent n’ autorise pas une densité d’échantillonnage adaptée aux milieux hétérogènes. La mise en œuvre de méthodes géophysiques constitue alors un atout important pour améliorer l’efficacité des études hydrogéologiques. Parmi les différentes méthodes géophysiques non destructives, la méthode de Résonance Magnétique des Protons (RMP) est la seule dont le signal est directement lié à l’eau souterraine. Elle permet d’obtenir une estimation de la distribution verticale des teneurs en eau volumiques, et, après calibration avec essais de pompage, une estimation de la productivité locale de la formation aquifère investiguée (transmissivité en m2/s). Au sud-ouest Niger, l’aquifère sédimentaire du Continental Terminal constitue la principale ressource en eau potable pour une population rurale en forte croissance (+ 3 %.an-1, 30 hab.km-2). Dans ce contexte, des sondages RMP et TDEM (Time Domain Electromagnetism) ont été effectués en 2005 et 2006 sur une vingtaine de sites, répartis sur 4000 km2 et représentatifs de la variabilité de l’aquifère. L’objectif de ces mesures était double : (1) calibrer, dans le contexte géologique particulier du Continental Terminal 3, les relations empiriques qui permettent d’estimer les propriétés hydrodynamiques (porosités de drainage et transmissivité) à partir du signal RMP sur les sites bien documentés, et (2) améliorer la connaissance de la géométrie et des propriétés hydrodynamiques de l’aquifère pour la modélisation hydrodynamique. Les résultats ont montré que l’épaisseur saturée et le niveau piézométrique estimés par RMP sont en bonne cohérence avec les estimations antérieures par mesure invasives (forages), mais de précision moindre (incertitude de 15 % en moyenne). Les teneurs en eau déterminées par RMP sont en moyenne de 13 % (avec une gamme allant de 5 à 19%), comprises entre la porosité totale (25-36%) mesurée sur échantillons et la porosité de drainage (1-8%) estimées par essai de pompage. La formule empirique permettant d’estimer la transmissivité à partir des paramètres RMP a été calibrée et validée en comparant les résultats avec les essais de pompage. L’incertitude sur les transmissivités RMP (environ d’un facteur 2) est du même ordre de grandeur que l’incertitude sur l'interprétation des essais de pompage. L’interprétation des sondages RMP réalisés sur les nouveaux sites a permis d’élargir d’un ordre de grandeur la gamme de transmissivité de l’aquifère sédimentaire du Continental Terminal par rapport à la gamme obtenue uniquement avec les essais de pompages. Cet exemple d’application dans un aquifère sédimentaire bien connu illustre l’efficacité de la méthode RMP couplée avec des sondages TDEM pour : (1) évaluer les ressource en eau (grâce à la géométrie et la porosité) ; (2) estimer quantitativement les transmissivités pour l’implantation de forage ; (3) définir les gammes des paramètres hydrodynamiques pour la modélisation.
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