RAPPORT SUR LA MODELISATION D’ECOULEMENT DES EAUX SOUTERRAINS. Réalisé par Mr. NAIT-SI Hassan

1. NAIT-SI HASSAN
RAPPORT SUR LA MODELISATION
D’ECOULEMENT DES EAUX
SOUTERRAINS.

2. NAIT-SI HASSAN 1
Contents
I. OBJECTIF..................................................................................................................................................2
II. MODELE CONCEPTUEL. ...........................................................................................................................2
1. Description de la zone d’étude...........................................................................................................2
• Situation géographique. .................................................................................................................2
• Situation géologique.......................................................................................................................2
• Situation Hydrologique et Hydrogéologique..................................................................................3
2. Extension et construction du modèle.................................................................................................3
• Délimitation de la zone d’étude. ....................................................................................................3
• Construire les sources locales et les puits......................................................................................3
• Délimiter les zones de recharge. ....................................................................................................4
• Définir la conductivité hydraulique. ...............................................................................................5
• Localisation du cadre de la grille. ...................................................................................................5
• Création de la grille.........................................................................................................................5
• Définir les zones actives et les zones inactives...............................................................................5
• Interpolation...................................................................................................................................5
• Convertir le modèle conceptuel. ....................................................................................................6
• Conclusion. .....................................................................................................................................6
III. Modélisation de l’emplacement du contaminant. .............................................................................6
1. Objectif. ..............................................................................................................................................6
2. Construction du MODPATH. ...............................................................................................................7
• Porosités.........................................................................................................................................7
• Ensembles de particules.................................................................................................................7
• Suivi des particules provenant de la décharge...............................................................................8
3. Synthèse..............................................................................................................................................8
IV. Conclusion.........................................................................................................................................10

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I. OBJECTIF.
Notre Objectif dans le TP est d’obtenir un outil permettant de simuler les écoulements du
système aquifère de la zone d’étude a l’aide de l’outil de modélisation MODFLOW, on utilisant
l’outil de modélisation MODPATH pour suivre le déplacement des particules de contaminant
dans la nappe en fonction du temps, et pour déterminer les zones de prévention autour des puits.
Pour cela, il est nécessaire de bien manipuler le Logiciel GMS.
II. MODELE CONCEPTUEL.
1. Description de la zone d’étude.
• Situation géographique.
La zone d’étude (Fig.1) est située à l’Est de Texas dans les Etats-Unis.
Figure 1 : Zone d’étude.
• Situation géologique.
On a le socle qui affleure dans la partie nord de notre zone d’étude (Fig.2) est de nature
Calcaire, au-dessus du socle on a deux couches sédimentaires, la couche sédimentaire inferieur
et la couche sédimentaire supérieur.

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Figure 2 : Une coupe oriente Nord-Sud de la zone d’étude
• Situation Hydrologique et Hydrogéologique.
Le socle calcaire qui affleure au nord est de nature imperméable, la couche sédimentaire
supérieur représente un aquifère non confiné donc l’eau s’infiltre depuis la surface du sol
directement au-dessus de l’aquifère, donc on a une nappe libre dans cette couche, la couche
sédimentaire inferieur représente un aquifère confiné donc on a une nappe captive dans cette
couche.
On a une rivière qui localisée dans le SUD de notre zone et qu’elle est alimenté par 3 drains,
et la deuxième qui est localisée en Sud, les deux rivières se convergentes vers le sud (Fig.1).
Nous allons supposer que la recharge se fait principalement par la recharge dû à la pluie.
2. Extension et construction du modèle.
• Délimitation de la zone d’étude.
La limite nord est positionnée sur un socle calcaire géologiquement imperméable, vers l’EST
la limite représentée par une rivière avec un affleurement de la couche sédimentaire supérieur
perméable, c’est la même chose pour la limite vers SUD-OUEST qui est limité par une autre
rivière, les deux rivières se convergentes vers le SUD. (Fig.1)
Toute cette information va aider pour construire un polygone autour de notre zone d’étude.
• Construire les sources locales et les puits.
Après la délimitation de notre zone d’étude, on entre les valeurs du niveau piézométrique
(Head-Stage) de 3 nœuds, le premier nœud est situé à l'extrémité ouest (gauche) de l'arc sur le
SUD est de valeur : 212m, le deuxième nœud est situé à la jonction des deux rivières est de

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valeur : 208m et le dernier nœud au sommet de l'arc à l'EST de notre zone est de valeur : 214m.
On constate que le sens d’écoulement de la nappe est de NORD vers le SUD.
On commence de définir l’emplacement des 3 drains et les 2 puits, les 3 drains affect seulement
la couche sédimentaire supérieure, pour le puit qui situe à l’EST de notre zone, il affect la
couche sédimentaire inférieure, par contre le puit qui situe à l’OUEST, il affect la couche
sédimentaire supérieure.
Les 3 drains ayant une conductance de 555m3/j, après on va entre les valeurs des altitudes
pour les nœuds des drains (Fig.3).
Figure 3 : Altitudes pour les nœuds des drains.
On constate d’après les valeurs des altitudes que l’écoulement des drains se fait du NORD vers
le SUD.
Pour les puits on doit entre les valeurs de flow rate, le puit qui situé à l’OUEST a une valeur
de -680m3/j, pour l’autre puit qui se situe à l’EST a une valeur de -2830m3/j.
Les puits représentent des points de convergence des eaux souterraines. Afin de modéliser avec
précision le débit à proximité des puits, le grille est généralement raffiné dans le voisinage des
puits. Ce type de raffinement peut être effectuée automatiquement dans GMS en affectant des
données de raffinement directement aux puits dans le modèle conceptuel.
Ces données de raffinement sont Base size= 25m et le Max size= 150m.
• Délimiter les zones de recharge.
L'étape suivante de la construction du modèle conceptuel consiste à construire la couverture
définit les zones de recharge. Nous supposerons que la recharge sur la zone étant modélisé est
uniforme (égale à 0,00695m/j) à l'exception de la décharge. La recharge dans la zone de la
décharge sera réduite (égale à 0,00006m/j) en raison du système de ligne d'enfouissement.

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• Définir la conductivité hydraulique.
Ensuite, nous allons entrer la conductivité hydraulique pour chaque couche, nous allons utiliser
une valeur constante pour chaque couche.
Pour la première couche on lui donne Horizontal K=5,5m/j et Vertical anis. =4.
Pour la couche inferieure on lui donne Horizontal K=10m/j et Vertical anis. =4.
• Localisation du cadre de la grille.
Que les couvertures sont complètes, nous sommes prêts à créer la grille. Le premier pas dans
la création de la grille consiste à définir l'emplacement et l'orientation de la grille à l'aide du
cadre de grille. Le cadre de la grille représente le contour de la grille.
• Création de la grille.
Maintenant que les couvertures et le cadre de grille sont créés, on est prêts à créer la grille.
La grille est dimensionnée à l'aide des données du cadre de la grille. Le nombre de cellules
dans les dimensions x et y ne peut pas être modifié. Cela est dû au fait que le nombre de lignes
et de colonnes et les emplacements des limites des cellules seront contrôlés par les données du
point d'affinage saisies dans les puits. Dans Z-Dimension on change le Nombre de cellules à 2
car on a 2 couche.
• Définir les zones actives et les zones inactives.
Dans notre zone d’étude, Chacune des cellules à l'intérieur de n'importe quel polygone dans la
zone d’étude est désignée comme active et chaque cellule qui est en dehors de tous les
polygones est désignée comme inactive.
• Interpolation.
Dans cette étape, nous devons définir les élévations des couches et ‘The Starting Head’.
Pour un modèle à deux couches, nous devons définir un tableau d'élévation des couches, pour
le haut de la couche supérieure (la surface du sol), le bas de la couche supérieure et le bas de la
couche inférieure. On suppose que le haut de la couche inférieure est égal au bas de la couche
supérieure.
Une façon de définir les élévations de couche consiste à importer un ensemble de points de
dispersion définissant les élévations et à interpoler les élévations directement dans les matrices
de couches. Les points de dispersion ont déjà été lus parce qu'ils ont été inclus dans le fichier
de projet que nous avons lu au début.

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• Convertir le modèle conceptuel.
Dans cette étape, nous devons convertir le modèle conceptuel, de la définition basée sur les
objets caractéristiques en un modèle numérique MODFLOW basé sur une grille.
• Conclusion.
Figure 4 : schémas sur le modèle conceptuel (cours de Mr. A Jilali)
III. Modélisation de l’emplacement du contaminant.
1. Objectif.
MODPATH est un code de suivi des particules développé par la ‘US Geological Survey’.
MODPATH suit la trajectoire d'un ensemble de particules à partir d'emplacements de départ
définis par l'utilisateur en utilisant MODFLOW comme champ d'écoulement. Les particules
peuvent être suivies soit avant ou arrière dans le temps.
A la fin on peut déterminer les zones d’influence pour l’injection et l’extraction des puits.

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2. Construction du MODPATH.
La première étape c’est d’importé notre projet EST TEXAS MODFLOW.
• Porosités.
Pour calculer le temps de suivi du contaminant, il faut d’abord définie les valeurs de porosités
pour chacune des cellules de la grille.
Par défaut, GMS affecte automatiquement une porosité de 0,3 à toutes les cellules dans la grille.
Cette valeur est acceptable, donc nous n'avons pas besoin de la changer.
On peut changer les valeurs de porosités mais cela va influencer sur la vitesse d’écoulement
du contaminant et aussi sur la zone de prévention des puits, on a la relation :
𝑉𝑠 =
𝑞
𝑁𝑒
Vs : vitesse d’écoulement des eaux souterrains.
q : Débits.
Ne : Porosité efficace.
Si la Porosité efficace est grande la vitesse d’écoulement serait faible, si la porosité efficace
est faible, plus la vitesse d’écoulement est importante.
• Ensembles de particules.
Dans cette étape, on doit spécifier les emplacements de départ pour les particules. On doit créer
un ensemble de point de départ des particules entourant la cellule contenant le puit de cote EST
de notre zone d’étude.
Le nombre de particules est définie sur 20 avec une option de l’extraction des puits.
On voit maintenant un ensemble des chemins qui convergent vers les puits, et que les lignes de
cheminement pour puit EST croisent presque la zone de décharge, indiquant un potentiel de
lixiviation de la décharge à apparaitre dans l’eau pompée du puit.
On peut modifier les propriétés de particules, compris la direction du suivi et la durée du suivi.

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Figure 5 : les zones de préventions de puit EST en fonction du temps par jours.
• Suivi des particules provenant de la décharge.
Dans cette étape, on va effectuer un suivi à partir un ensemble de d’emplacements de départ
qui coïncident avec le site de la décharge dans notre zone d’étude.
Les particules seront placées au-dessus de la nappe phréatique pour simuler le déplacement du
contaminant venant de la surface.
On voit que les chemins du contaminant commençant à la décharge et se terminant dans le puit
EST, et dans la rivière au bas du modèle (Fig.6).
Une des raisons de faire le suivi des particules est de savoir combien de temps il faudra pour
que les particules se déplacent d’un endroit a un autre.
3. Synthèse
Dans ce cas, nous voulons savoir combien de temps min. et max. il faudra aux particules pour
aller de la décharge au puits EST, et aussi de savoir la longueur min. et max. de déplacement
de chemins du contaminant.
On va sélection tous les chemins qui vont de la décharge au puits (Fig.7), GMS va
automatiquement nous donne les valeurs de min. et max de temps et de la longueur de chemins.
Langueur : min. : 534,636m et max. : 793,334m.
Temps : min. : 2331,05j et max. : 3918,36j.
On va faire la même chose mais on va sélectionne seulement les chemins qui vont de la
décharge vers la rivière, pour avoir le temps et la longueur des chemins.
Langueur : min. :570,5m et max. :1289,3m ; Temps : min. : 2554,3j et max : 8179,01j.

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Figure 6 : simulation de déplacement du contaminant de la zone de décharge vers le puit EST
et la rivière.
Figure 7 : Déplacement du contaminant vers puit EST.

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Le contaminant a besoin de 2331 jours POUR qu’il affecte le puit EST, donc on peut utiliser
le puit pour extraire l’eau avant atteindre 2330 jours, parce que après 2330 jours, le puit sera
contaminé.
Pour la rivière le contaminant a besoin de 2554 jours pour affecte la rivière.
Dans tous les cas, le contaminant va affecter la rivière et le puit EST, c’est une question de
temps. Donc la seule solution c’est d’arrêter l’écoulement du contaminant dans la nappe
phréatique.
Pour arrêter l’écoulement du contaminant, ont construit des puits autour la zone de décharge
(Fig.8) et de faire pomper tout le contaminant, et comme ça le contaminant ne peut pas atteindre
à la rivière, et à la zone de prévention de puit EST, ces puits vont jouer le rôle d’un barrage
pour piéger le contaminant et l’extraire avants qu’il atteindre le puit et la rivière.
Figure 8 : exemple de solution pour arrêter l’écoulement du contaminant.
IV. Conclusion.
Dans notre rapport on a créé un modèle conceptuel de notre zone d’étude « EST TEXAS », a
l’aide de MODFLOW dans le logiciel GMS, pour simuler notre zone d’étude, après on a utilisé
l’outil MODPATH pour le suivi du contaminant et de précisé le chemin et le temps pour que le
contaminant va affecter le puit EST et la rivière. A la fin on a proposé une solution pour arrêter
l’écoulement du contaminant par la construction des puits autour la zone de décharge qui vont
jouer un rôle de piège, pour pomper le contaminant.