Étude hydrogéophysique de l'infiltration dans un remblai hétérogène urbain

Mwamba, Tshibi-Tshiabu (2010). Étude hydrogéophysique de l'infiltration dans un remblai hétérogène urbain. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'objectif du projet est d'étudier l'apport des méthodes géophysiques couplées à une modélisation de l'écoulement à la compréhension de l'hydrodynamique des milieux fortement hétérogènes, en l'occurrence les remblais urbains, dans l'optique de la protection des nappes souterraines. Les remblais urbains sont généralement constitués d'un mélange hétérogène de sol et de différents matériaux (débris, matériaux de construction...). Ils sont fréquemment considérés comme des terrains contaminés dans la plupart des législations. En outre, la structure hétérogène de ces remblais, et donc leur influence sur l'écoulement de l'eau en leur sein, rend difficile sa caractérisation par des méthodes conventionnelles basées sur le forage de puits. Contrairement aux méthodes conventionnelles, les méthodes géophysiques peuvent échantillonner un plus grand volume de sol tout en produisant une forte densité de mesures. Elles comblent ainsi le manque de données laissé par les méthodes conventionnelles. Pour caractériser l'influence de ces structures hétérogènes sur la dynamique des flux, une infiltration contrôlée à grande échelle a été réalisée et suivie par tomographie de résistivité électrique (TRE). L'appareil utilisé pour la TRE était un résistivimétre Syscal Pro (IRIS instruments). La zone d'étude est un terrain de 5x4 m-. L'épaisseur du remblai sur la zone est de 2.5 à 3m. L'irrigation s'est faite à l'aide d'un simulateur de pluie à une intensité de 31 mm/h durant une heure. Des mesures de résistivité ont ensuite été effectuées. Un ensemble de 9x7 électrodes espacées de Im ont été implantés en surface et 30 autres dans des forages creusés aux quatre coins du site et au centre. Des mesures de teneur en eau ont été prises en 4 points et à différentes profondeurs pour confirmer les variations observées en résistivité. À la suite de l'infiltration, le site a été excavé pour vérifier l'interprétation géophysique. Des échantillons ont été prélevés dans les différents matériaux identifiés et leurs propriétés de rétention déterminées à l'aide du modèle d'Arya et Paris (1981) en vue d'une modélisation de la partie non saturée du remblai. L'inversion des données a été effectuée avec un algorithme d'inversion 4D. Les données sont considérées comme une fonction de l'espace (x, y, z) et du temps (t). L'ensemble des données est inversé simultanément afin d'obtenir des modèles de sous-sol en un seul processus d'inversion. Les résultats indiquent l'intérêt de la TRE pour caractériser l'infiltration dans ces milieux très hétérogènes. Les cartes de résistivité montrent que l'écoulement est contrôlé par la répartition des différents matériaux dans le remblai. Elles permettent ainsi l'identification des zones d'écoulement préférentiel. Une modélisation de résistivité a été faite avec le logiciel Res3dmod afin de valider les mesures de terrain et d'améliorer l'interprétation des données. Les résistivités du modèle ont été estimées à l'aide du modèle de Mualem et Friedman (1981 ). Sur la base des observations de terrain effectuées après l'excavation du site, le modèle hydrogéologique développé met en évidence un écoulement contrôlé par l'hétérogénéité.

Titre traduit

Hydrogeophysics study of infiltration in heterogeneous urban fill

Résumé traduit

The goal of this study is to assess the contribution of geophysical methods coupled with flow modeling to understand the hydrodynamics of highly heterogeneous anlhropogenic soils, namely urban fills, in the context of groundwater protection. Urban fiUs are generally made of a heterogeneous mixture of varions wastes and soil and they are usually considered as contaminated land in most législation. Moreover, the heterogeneous structure of these fills, and hence its influence on water flow inside them, is difficult to characterize using conventional methods based on borehole drilling. In contrast, geophysical methods can sample a larger volume while producing a high density of data, and bridge the data gaps left by conventional methods. To characterize the influence of structure heterogeneous on flow dynamics. a large-scale controUed infiltration experiment was conducted and monitored using electrical resistivity tomography (ERT). The ERT apparatus was a Syscal Pro (IRIS instruments).The study area was 5x4 m2 and the thickness of the fill at the site was 2.5 to 3m. A controUed irrigation of the test surface was performed with a rainfall Simulator at an intensity of 31 mm/h. Resistivity nieasurements were made by pushing in to the ground a set of 9x7 électrodes with a 1 ni spacing. Thirty others électrodes were installed in five boreholes drilled at the corners and the center of the test area. Measurements of water content were taken in 4 points at différent depths to confirm the observed variations in resistivity. Folowing the infiltration, the site was excavated to contlrm the geophysical model. Samples were taken from différent materials identified and their retention properties determined using the Arya and Paris (1981) model for modeling the unsaturated part of the fill. The inversion of the resistivity was performed with a four-dimensional imaging algorithm. Data are considered to be a function of x. y, z and time t. All data sets from monitoring are inverted simultaneously to obtain subsurface models in one inversion process. The results show the usefulness of the TRE to characterize the infiltration in thèse very heterogeneous environments. The resistivity maps show that the flow is controUed by the distribution of the différent materials in the fill allowing the identification of zones of preferential flow. A resistivity modeling was made with Res3dmod software in order to validate the field measurements and to improve data interprétation. The resistivities of the model were estimated using Mualem and Friedman's model (1991). Based on this model of resistivity and field observations made after the excavation, hydrogeologic model was developed to study the flow in the fill.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de l'environnement". Bibliogr. : f. 118-125.
Mots-clés libres:	Infiltration. Remblais. Hydrodynamique. Écoulement (Hydrologie) Eau souterraine Protection. Résistance électrique. Hétérogène, Hétérogénéité, Hydrogéophysique, Résistivité, TRE, Urbain
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dubé, Jean-Sébastien
Codirecteur:	Codirecteur Chouteau, Michel
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	21 mars 2011 15:00
Dernière modification:	08 févr. 2017 22:32
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/655

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