Dans le sillage des réseaux karstiques

L’objectif de cette étude est de déterminer si nous pouvons contraindre les simulations de réseaux de conduits karstiques avec des données issues de traçages artificiels. Pour ce faire, nous proposons une procédure de recherche systématique utilisant un algorithme pseudo-génétique (Stochastic Karst Simulator) couplée à une routine de simulation d’écoulement et de transport de masse en soluté (Storm Water Managment Model).

Les tests de traceurs artificiels constituent l’un des outils les plus puissants pour étudier le transport des solutés dans les aquifères karstiques aux comportements induits par la présence de conduits. Il est en effet possible d’inférer des informations sur la structure interne de l’aquifère directement par une analyse minutieuse de la distribution du temps de séjour (DTS). De plus, des études récentes ont montré la forte dépendance du transport des solutés dans les aquifères karstiques vis-à-vis des conditions aux limites. Les informations issues des tests de traçages artificiels nous amènent à émettre une ou des hypothèse(s) sur la structure interne de l’aquifère et sur l’effet des conditions aux limites (principalement le niveau moyen de l’eau au sein de l’aquifère). Ainsi, un étalonnage de test multi-traceurs semble être plus cohérent pour identifier les effets des changements aux conditions aux limites et pour prendre en compte in-fine leurs effets sur le transport des solutés. 

Dans cette étude, nous avons proposé de résoudre ce problème inverse en se basant sur des tests de traceurs artificiels à l’aide d’une procédure numérique composée des trois étapes principales suivantes: (1) les géométries des réseaux de conduits ont été simulées à l’aide d’un algorithme pseudo-génétique; (2) une hypothèse sur les conditions aux limites a été imposée dans les réseaux de conduits simulés; et (3) l’écoulement et le transport des solutés ont été simulés de manière couplée. Ensuite, en utilisant une procédure d’essai et d’erreur, les DTS simulées ont été comparées aux DTS observées sur une large gamme de simulations, permettant l’identification des géométries des conduits et des conditions aux limites qui respectent au mieux les observations de terrain. Ceci constitue une nouvelle approche pour mieux contraindre les problèmes inverses en hydrogéologie karstique en utilisant un étalonnage de test multi-traceurs comprenant un écoulement transitoire.

Cet article fait partie du numéro spécial de « Water » intitulé « Recent Advances in Karstic Hydrogeology » et édité par D. Labat et a été possible grâce à l’aide financière de l’UPS ayant permis un séjour scientifique d’un mois de V. Sivelle au sein du Centre d’hydrogéologie de Neuchatel (Ph. RENARD).

Contacts GET: David Labat et Vianney Sivelle

Sources :

Sivelle, V., Renard, P. & LAbat, D. 2020. Coupling SKS and SWMM to Solve the Inverse Problem Based on Artificial Tracer Tests in Karstic Aquifers. Water 2020, 12(4), 1139; https://doi.org/10.3390/w12041139

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