I.2.2. IMPLICATIONS DE LA
STRUCTURE DES ROCHES ET DES SOLS SUR LEUR PERMEABILITE
Dans le cas des roches
meubles, l'expérience de Darcy consiste à mesurer un
débit etun gradient de charge qui permettent de calculer une
perméabilité grâce à la formule . Cette expérience a été développée
au départ pour des sables ou des matériaux peu
cohérents.
L'échantillon est dans un tube de rayon R, et soumis
à un gradient de charge dû à la différence de
hauteur d'eau dans les deux réservoirs amont et aval, dont les niveaux
sont maintenus constants. Le sens d'écoulement est inverse au gradient
de charge. Ce gradient de charge peut également être
déterminé grâce à la mesure de la différence
de hauteur d'eau (ÄH) dans deux tubes piézométriques
distants de L.
Dans le cas des matériaux consolidés et
moins perméables, l'essai consiste à injecter un fluide
sous pression (P1) et à mesurer la pression (P2) et le débit (Q)
à la sortie de l'éprouvette.
Le gradient de pression est (P1-P2)/L. Connaissant le rayon de
l'éprouvette, il est facile de calculer la
perméabilité.
Dans le cas de matériau très peu
perméable, la mesure d'un débit devient très
difficile.
La technique du pulse est alors utilisée. Il s'agit de
mesurer la décroissance en fonction du temps de la pression
appliquée en tête de l'échantillon, au prix de certaines
suppositions sur la morphologie du réseau poreux il est possible d'en
déduire une valeur de perméabilité.
Sur le terrain, à l'échelle de
l'aquifère à partir d'essai d'injection en puits, une
section du puits est rendue étanche grâce à la mise en
place de "bouchons" gonflables, les packers,
qui obturent le puits à deux profondeurs
différentes définissant la zone d'injection de longueur L et de
rayon R. Un fluide est injecté sous pression entre les deux packers. Le
centre du dispositif se situe à une distance H de la surface du
réservoir d'injection.
Le débit mesuré correspond au fluide (Q) qui
s'écoule dans le massif entre les deux packers. Au cours de ces essais
la perméabilité est calculée :
À partir d'essais, le dispositif
utilise des piézomètres qui permettent de mesurer la profondeur
de la surface libre de la nappe (dans le cas d'une nappe libre).
Au cours d'un essai de pompage, une
déformation de la surface libre de la nappe est observée autour
du puits de pompage : c'est le rabattement. L'importance du rabattement
dépend, entre autres paramètres, de la perméabilité
de l'aquifère. La perméabilité s'exprime par :
Résultats d'enregistrement de la
perméabilité, dans le cas des aquifères
formés par des matériaux non consolidés (graviers,
sables), la perméabilité peut être très
supérieure au Darcy et atteindre 103 D (soit 10-9 m/s). Dans
les matériaux consolidés, les roches les plus poreuses sont les
grès. Certains grès peu ou pas cimentés ont des
perméabilités de l'ordre du Darcy (10-12 m/s). Les
matériaux les moins perméables sont les argilites avec des
perméabilités de 10-22 à 10-23 m/s
(figure 12) ( Mirsily.G cours d'hydrogéologie,
université de Paris VI septembre 2004).
Figure10 :Perméabilité des
roches naturelles.Source : Mirsily.G op cit
À partir de données de laboratoire sur
échantillons, le domaine de variation de la perméabilité
pour un même matériau est large, cette variabilité illustre
le fait que la perméabilité dépend d'un certain nombre de
caractéristiques de la porosité (volume, dimensions, forme,
connectivité) qui sont eux-mêmes variables pour un
matériau. Cette variabilité est maximale pour les carbonates.
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