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:
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).
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).
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).
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:
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:
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).
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).