Les type des essais de pompage

Les type des essais de pompage
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Il existe de nombreux types d’essais parmi lesquels il faut choisir. Les essais les mieux adaptés aux situations dans lesquelles travaillent les ingénieurs WatHab sont les suivants :

  • Essai par paliers : conçu pour déterminer le rapport à court terme entre le rendement et le rabattement du forage testé. Il consiste à effectuer des pompages dans le forage, avec une série de paliers à débit différent, le débit augmentant habituellement à chaque palier. Le dernier palier devrait se rapprocher du rendement maximal estimé pour le forage.
  • Essai à débit constant : effectué en pompant à un débit constant beaucoup plus longtemps que dans l’essai par paliers, il est conçu avant tout pour fournir des informations sur les caractéristiques hydrauliques de l’aquifère. Il n’est possible de déduire des informations relatives au coefficient d’emmagasinement de l’aquifère que si les données proviennent de forages d’observation appropriés.
  • Essai de remontée : consiste à observer la remontée des niveaux d’eau après l’arrêt du pompage à la fin d’un essai à débit constant (et parfois après un essai par paliers). Il est utile pour vérifier les caractéristiques de l’aquifère déduites des autres essais, mais n’est valide que si une valve anti-retour (clapet de pied) est placée sur la colonne de refoulement, sinon l’eau est refoulée dans le forage.

Ces essais peuvent être réalisés individuellement ou combinés. En général, une suite complète d’essais commence par un essai par paliers, dont les résultats aident à déterminer le débit de pompage de l’essai à débit constant, et se termine par l’essai de remontée. Le concept de l’essai peut être adapté pour une utilisation dans des forages de tailles diverse (petite, moyenne ou grande), les différences principales étant le débit de pompage, la durée de l’essai et la complexité du système d’observation. (P.Dross.2011).

1 Essai de remontée :

L’essai de remontée n’est pas un essai de pompage au sens strict du terme, car il consiste à observer la remontée de l’eau après l’arrêt du pompage. Nous l’avons déjà rencontré dans les étapes finales des essais par paliers et des essais à débit constant. Néanmoins, nous lui consacrons un chapitre particulier, car les données de remontée ne reçoivent pas toujours l’attention qu’elles méritent.

Les essais de remontée sont dignes d’intérêt pour plusieurs raisons :

  • ils permettent de vérifier les caractéristiques de l’aquifère déduites des essais de pompage, avec un minimum d’effort – il suffit de prolonger l’observation après que la pompe a été débranchée.
  • Le début de l’essai est assez « net ». Normalement, en lançant un essai à débit constant, par exemple, on arrive rarement à passer d’un coup, par un saut net, au débit choisi. En général, il est beaucoup plus facile d’arrêter une pompe que de la faire démarrer, et le passage d’un débit de pompage constant à l’arrêt du pompage peut se faire assez nettement.
  • De plus, la remontée aplanit les petites différences de débit survenues durant la phase de pompage, et il n’y a pas de problème de pertes de charge dues à des turbulences.

Ceci permet une évaluation plus fiable des propriétés de l’aquifère lors de l’analyse des                 données de remontée.

  • Le niveau d’eau de l’aquifère est plus facile à mesurer précisément en l’absence des turbulences causées par le pompage (surtout dans les premières phases de l’essai où les niveaux d’eau varient rapidement). Certaines personnes trouvent qu’il est plus facile de faire des relevés rapides par sonde manuelle lorsque le niveau monte plutôt que lorsqu’il baisse.
  • L’essai de remontée est une option intéressante pour tester les forages opérationnels dans lesquels un pompage à débit constant a déjà été réalisé pendant de longues périodes. Dans ce cas, l’essai de remontée peut se faire lorsque les pompes sont arrêtées, puis on effectue un essai à débit constant lorsque les pompes sont rebranchées. (P.Dross.2011).

2 Essai à débit constant

L’essai à débit constant est l’essai de pompage le plus couramment pratiqué, et son concept est très simple : on effectue des pompages à débit constant sur une longue durée (de plusieurs heures à plusieurs jours, voire plusieurs semaines) en observant les niveaux d’eau et les débits de pompage. Pour que ces essais à débit constant aient une utilité maximale, il faudrait mesurer les niveaux d’eau à la fois dans un forage d’observation et dans le forage de pompage (ou mieux encore, dans plusieurs forages d’observation situés à des distances différentes du forage de pompage). L’analyse des données des essais à débit constant permet de déduire la transmissivité de l’aquifère. Le coefficient d’emmagasinement de l’aquifère ne peut être calculé que si l’on dispose de données provenant de forages d’observation. (P.Dross.2011).

2.1 Méthode d’interprétation des essais de pompage à débit constant

Pour interpréter les essais de pompage, on utilise des solutions analytiques décrivant le comportement de l’aquifère lorsqu’il est soumis au pompage. Les solutions peuvent être subdivisées selon qu’elles représentent des conditions en régime permanent ou en régime transitoire. (DUFOUR .M. A. 2009).

Il existe plusieurs méthodes mais les plus utilisées sont :

2.1.1 Méthode bi-logarithmique  de THEIS

En 1935, THEIS fût le premier à proposer une  solution  pratique  pour l’écoulement  des  eaux vers les  ouvrages de captage  en régime transitoire. Le modèle de THEIS doit répondre aux  caractéristiques suivantes:

-aquifère à  nappe  captive,

-infinie,

– d’épaisseur constante,

– à  substratum et toit  imperméables.

Ces  conditions  ne se rencontrent  jamais ensemble  dans la nature. Toutefois, utilisées  et interprétées  correctement  ce  modèle  donne  habituellement  de  bons résultats.

Son  expression  générale applicable  à  tous les  dispositifs  de station d’essai est:

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w(u): fonction  exponentielle intégrale décroissante.

T: coefficient  de transmissivité  (m3.d-1.m-1).

S: coefficient  d’emmagasinement.

s: rabattement  (rn).

t: temps  écoulé depuis le début  du pompage. (J· LLAMAS,  1993).

Cette  méthode est  utilisée lorsque  le temps  t  est  petit ou que  la distance  x entre le  forage et le piézomètre d’observation est trop longue.  (M.  DETA Y, 1993).

Le calcul  des  paramètres hydrodynamiques T  et S  se fait  en utilisant  la courbe de THIEIS  et la courbe obtenue  à  partir  des  données  d’un pompage d’essai à  débit constant.

La méthode consiste  dans un premier  temps, à  représenter sur  un graphique  à l’échelle  bi-logarithmique  les  valeurs  observées  sur  l’ouvrage.  Il  convient d’utiliser l’échelle  verticale pour les  valeurs  de rabattement  s  et l’échelle  horizontale pour le temps  t.  Ceci doit être  fait  sur  du papier transparent  et de même  module que  le graphique  représentant  la courbe standard de THIEIS.

Dans  un  deuxième  temps,  on  superpose  les  deux  graphiques en  faisant coïncider la  plus grande partie  des  deux courbes  tout en conservant parallèle les  axes de ceux-ci.  (Voir figure 12).

Figure 12 : Exemple d'application de la méthode de THEIS (M. DETAY,  1993).
Figure 12 : Exemple d’application de la méthode de THEIS (M. DETAY,  1993).

Enfin,  la coïncidence des  deux graphiques permet de faire correspondre, à  un point  d’un graphique,  un point  de l’autre.  L’identification  des  coordonnées  de ce couple de point  (s,  t)  et [w(u),  1/u] permet de calculer  T  et S  par  les  formules: (J.LLAMAS,  1993).

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ΙΙΙ.4.2.1.2 Méthode semi-logarithmique de JACOB:

Cette méthode est utilisée lorsque  la  distance  x  entre le forage et le piézomètre d’observation est petite.  (M.  DETAY,  1993).

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Le calcul  des  paramètres T et S  par  l’approximation logarithmique  de-C.E.

Peut aussi se faire par  une méthode graphique.

Elle  consiste  tout d’abord,  à  reporter  les  données  du pompage sur  un papier graphique  semi-logarithmique  (les  rabattements  exprimés en rn étant  en ordonnées linéaire  tandis  qu’en  abscisses,  on a  les  temps  logarithmiques  de pompage).

Ensuite,  à  tracer  une  droite  moyenne représentative  de l’expression  de C.E JACOB  par  les  points  obtenus. On relève  alors  sur  le graphique,  la pente  de cette droite  s=  f(log  t),  numériquement égale  à  l’augmentation  de  s  par  cycle logarithmique.

t0=  temps  correspondant à  l’intersection de la droite  avec l’axe s=0.

Remarque: Généralement la courbe observée au début  du pompage traduit l’effet  de capacité  de l’ouvrage.

Enfin, de calculer  T et S  par  l’intermédiaire  des  formules suivantes:

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c: rabattement  de la nappe  dans un cycle  logarithmique  complet, soit  la valeur s=c comprise entre  103 et 104.

L’équation  de la remontée après  l’arrêt  du pompage est:

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t’: temps  écoulé depuis l’arrêt  du pompage.

Le calcul  des  paramètres hydrodynamiques se fait  comme précédemment.

Remarque: S  .de  calcule sur  les  piézomètres  et non  pas  sur  le forage où  est  réalisé le pompage.  (M.  DETAY, 1993).

Le  rayon  fictif  Rf,  est  la  distance  à  laquelle  le  rabattement,  calculée  par l’expression  de JACOB  est nul. Il est fonction  de T et de S.  (G. CASTANY,  1982).

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En  pratique, il  est  rare que  les  conditions  hydrogéologiques réelles  soient assimilables, sans restriction, aux  conditions  idéales  vues précédemment, ce qui  limite beaucoup les  possibilités d’application valable des  méthodes de THEIS et de JACOB.

Aussi  des  schémas  plus complexes  ont-ils été  conçus,  ainsi  que  les  méthodes correspondantes.  (M. DETAY, 1993).

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