De la mesure au modèle numérique des eaux souterraines

Valeurs mesurées et paramètres du modèle

Après avoir décrit le modèle conceptuel hydrogéologique et le processus de modélisation, le guide aborde les méthodes de mesure les plus courantes pour la collecte de données hydrogéologiques et hydrologiques de base, ainsi que leur traitement en paramètres de modèle. Les différentes méthodes de collecte de données sont regroupées par catégorie, et leur pertinence pour les différents groupes de paramètres de modélisation est décrite et représentée graphiquement (cf. tab. 1). Les méthodes d’analyse correspondantes sont également expliquées, et les techniques de mesure font l’objet d’une évaluation finale. Les forages – principalement les carottages – permettent par exemple d’avoir un aperçu direct de la structure du sous-sol et fournissent des informations ponctuelles sur les unités hydrogéologiques pertinentes. À l’aide de mesures géophysiques en surface ou dans les forages, ces informations peuvent être étendues dans l’espace.

Les modèles hydrologiques des eaux souterraines recèlent un grand potentiel grâce à la corrélation empirique, au cas par cas, entre les données géophysiques et les paramètres hydrauliques tels que la transmissivité et le coefficient de stockage, qui sont déterminés à l’aide de mesures et d’essais hydrauliques réalisés dans les forages.

Les mesures du niveau des eaux souterraines revêtent une importance capitale et sont indispensables à l’élaboration et à l’étalonnage des modèles hydrologiques souterrains. Une grande précision de mesure est souhaitable pour la plupart des objectifs d’étude, car elle influe directement sur la qualité et la précision des modèles. Le choix de la méthode de mesure, de la résolution temporelle et de la durée de mesure dépend des questions posées au modèle des eaux souterraines ainsi que de la dynamique des eaux souterraines et des eaux de surface.

Les analyses de la qualité des eaux souterraines et les essais de traçage permettent d’améliorer la compréhension des processus hydrogéologiques ainsi que d’étalonner et de valider le modèle d’écoulement ou de transport des eaux souterraines. Des mesures continues faciles à mettre en œuvre sur le plan opérationnel (conductivité électrique, température) fournissent des données fiables et à bonne résolution temporelle, dont la pertinence peut être améliorée en les combinant avec des mesures du niveau des eaux souterraines et des analyses de ces eaux.

Traitement des données et études de cas

La plupart des données de mesure doivent être transformées en paramètres de modèle à l’aide de méthodes statistiques ou analytiques. Cette étape fondamentale constitue le lien direct entre la mesure et le modèle numérique et est déterminante pour la qualité des résultats de modélisation. Le guide consacre un chapitre spécifique aux méthodes d’agrégation des paramètres de modélisation et aborde également les connaissances a priori généralement disponibles. Celles-ci peuvent contribuer dès les premières phases du projet et de la planification, par exemple dans le cadre d’une offre, à l’élaboration d’un premier modèle conceptuel hydrogéologique.

De plus, le guide contient en annexe sept études de cas pratiques illustrant différentes applications de la modélisation numérique des eaux souterraines. Ils illustrent la démarche, de la collecte des données jusqu’à l’élaboration du modèle. Ces exemples pratiques ont été sélectionnés de manière à couvrir les domaines d’application les plus courants de la modélisation des eaux souterraines en Suisse. Ils abordent aussi bien les processus physiques que les exigences techniques relatives au modèle des eaux souterraines et s’appuient en partie les uns sur les autres.

Ainsi, les modèles d’écoulement régionaux constituent le plus souvent la base de simulations détaillées, telles que les calculs de transport de matières ou de chaleur, ou encore l’analyse de systèmes couplés comme l’interaction entre les eaux souterraines et les eaux de surface. Le processus itératif entre la collecte des données et la construction du modèle est notamment présenté, et les incertitudes liées à chaque modélisation sont abordées. Tous les exemples pratiques présentent la même structure textuelle afin de garantir une orientation aisée pour le lecteur. Le tableau 2 donne un aperçu des exemples pratiques contenus dans le guide et des thèmes abordés.

Conclusion

Le nouveau guide actualise entièrement, par rapport au manuel publié en 1984 [1], l’intégration des modèles numériques des eaux souterraines aux méthodes actuelles de collecte de données hydrogéologiques et hydrologiques. Il tient compte des méthodes de collecte éprouvées et des développements récents, tant en matière d’acquisition de données que de méthodes numériques et de capacité de calcul des systèmes informatiques couramment utilisés aujourd’hui. Le travail de grande envergure mené pendant plusieurs années par un groupe de travail de la SSH est désormais achevé et le guide sera disponible en allemand sur le site web de la SSH à partir de l’automne 2026.    

Bibliographie

[1] Blau, R.V. et al. (1984): Quantitative Erkundung von Lockergesteins-Grundwasserleitern am Beispiel Emmental, Handbuch. – Nationales Forschungsprogramm Nr. 2: Grundlegende Probleme des Schweizerischen Wasserhaushaltes, Sonderdruck Nr. 1056 aus Gas-Wasser-Abwasser 1984/5 des Schweizerischen Vereins des Gas- und Wasserfaches, Zürich

[2] Anderson, M. P. et al. (2015): Applied groundwater modeling: Simulation of flow and advective transport. – Academic Press, 2nd ed.

[3] FH-DGG (Hrsg.) (2002): Hydrogeologische Modelle – Ein Leitfaden mit Fallbeispielen. – Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften (SDGG), Hydrogeologische Beiträge der Fachsektion Hydrogeologie in der Deutschen Geologischen Gesellschaft, Heft 24, 120 S., 78 Abb., 5 Tab.; Hannover