Le Projet EC2CO-Cytrix/ MACH : Modélisation des Aquifères Carbonatés Hétérogènes

1. Le Projet EC2CO-Cytrix/MACH : Modélisation des Aquifères Carbonatés Hétérogènes • durée : 3 ans [jan. 2007- dec. 2009] •  4 ETP/an • budget  90 K€ • production scientifique : 12 ACL, 3 TH, 2 INV, 3 COM • J. Bodin(1), J.-R. de Dreuzy(2), Ph. Ackerer(3), B. Bourbiaux(4), V. Mourzenko(5), D. Bruel(7), F. Delay(1), A. Boisson(2), H. Pourpak(4), J.-F. Thovert(5), C. Grenier(8), P.-M. Adler(6), G. Porel(1). • UMR 6269 HydrASA CNRS/INSU, Université de Poitiers • UMR 4661 Géosciences Rennes CNRS/INSU, Université de Rennes 1 • LHyGeS UMR 7517 CNRS/INSU, Université de Strasbourg • Institut français du pétrole, IFP, Direction Ingénierie de réservoir • LCD UPR 9028 CNRS, ENSMA • SiSyphe UMR 7619 CNRS, UPMC, ENSMP, EPHE • Centre de Géosciences UMR 7619 CNRS, UPMC, ENSMP, EPHE • LSCE UMR 1572 CNRS, CEA, Univ. Versailles St-Quentin

2. Formations géologiques (aquifères) carbonatées : ~ 25% des ressources mondiales en eau potable • La gestion de cette ressource doit pouvoir s’appuyer sur des outils numériques fiables, permettant de modéliser les transferts d’eau et de soluté dans le milieu naturel.

3. Massifs rocheux (aquifères) carbonatés : ~ 25% des ressources mondiales en eau potable • La gestion de cette ressource doit pouvoir s’appuyer sur des outils numériques fiables, permettant de modéliser les transferts d’eau et de soluté dans le milieu naturel.

4. …. Est-il plus pertinent de recourir à : Des modèles hydrogéologiques « simplifiés » faciles à paramétrer/calibrer … mais assez éloignés de la réalité physique du milieu ? Des modèles « élaborés » physiquement plus réalistes mais difficiles à paramétrer/calibrer en raison de données (très) souvent limitées ?

5. …. Est-il plus pertinent de recourir à : Des modèles hydrogéologiques « simplifiés » faciles à paramétrer/calibrer … mais assez éloignés de la réalité physique du milieu ? Des modèles « élaborés » physiquement plus réalistes mais difficiles à paramétrer/calibrer en raison de données (très) souvent limitées ?

6. …. Est-il plus pertinent de recourir à : Des modèles hydrogéologiques « simplifiés » faciles à paramétrer/calibrer … mais assez éloignés de la réalité physique du milieu ? Des modèles « élaborés » physiquement plus réalistes mais difficiles à paramétrer/calibrer en raison de données (très) souvent limitées ?

8. aquifère carbonaté captif, de 100 m d’épaisseur • 32 puits “complets” + 4 forages carottés • production des puits variable : 10 ~ 150 m3/h

9. Ecoulements préférentiels : • conduits karstiques subhorizontaux • fractures subverticales  1 m

10. Ecoulements préférentiels : • conduits karstiques subhorizontaux • fractures subverticales  1 m

11. Test hydrauliques / forages : essais de pompage …

12. Test hydrauliques / forages : chocs hydrauliques …

13. Projet MACH = confronter différentes approches de modélisation aux données du SEH • Principale question = la variabilité et la densité des données acquises sur le SEH depuis 2002 sont elles sont pertinentes et suffisantes en termes de contraintes / paramétrisation / calibration pour conférer aux modèles une certaine capacité de prédiction ? • Exercice = prédire (pour f1n 2008) la réponse de la nappe (calcul de rabattements au niveau de plusieurs piézomètres) lors de deux expériences de pompage en dipôle (injection-prélèvement). Q = 30 m3/h • Expériences réalisées a posteriori, au printemps 2009.

14. STK • Projet MACH1 = 7 équipes impliquées / 5 modèles / 6 jeux de simulations prédictives DSI SQI DFN FCM

15. Inter-comparaison des simulations STK DSI SQI DFN FCM

16. Inter-comparaison des simulations / amplitude des rabattements : données SEH2004 vs. SEH2005 STK DSI SQI DFN FCM

17. Test hydrauliques / forages : essais de pompage …

18. Inter-comparaison des simulations / dynamique des modèles aux temps “courts” STK DSI SQI DFN FCM

19. Inter-comparaison des simulations / dynamique des modèles aux temps “courts” : FCM clairement plus “rapide”, pas de différence significative entre les autres modèles STK DSI SQI DFN FCM

20. Inter-comparaison des simulations / dynamique aux temps “longs” : régime permanent ou transitoire … STK DSI SQI DFN FCM

21. STK Inter-comparaison des simulations : conclusions (i) Les différences sont principalement liées aux jeux de données utilisés pour paramétrer / calibrer les modèles DSI SQI • (ii) Aucune différence significative liée à : • l’approche conceptuelle (EPM vs. DFN) • la dimension du modèle (2D vs. 3D) • la méthode de paramétrisation (directe vs. inverse) DFN FCM

22. STK Comparaison prédictions / réalité (expériences SEH) DSI SQI DFN FCM

23. STK Comparaison prédictions / réalité (expériences SEH) DSI SQI DFN FCM

24. Conclusions (1/2) : Que faire pour améliorer la capacité prédictive des modèles ? • Affiner la caractérisation du mileu ? … Sismique 3D haute résolution (collaboration IFP) … Réalisation et interprétation d’essais de pompages “temps courts / haute fréquence”) • Incorporer dans les modèles certains processus physiques actuellement non pris en compte : … Effets inertiels aux temps courts … Ecoulements turbulents

25. Conclusions (2/2) : • Le degré de complexité des modèles n’apporte aucun bénéfice en terme de capacité prédictive … … il vaut donc mieux se limiter à des modèles conceptuellement simples (approche 2D continue), moins couteux en terme de données, et pouvant être optimisés par des approches “inverses”. • Mais ce qui est vrai pour un problème d’écoulement n’est en aucun cas transposable à un problème de transport (espèces chimiques dissoutes ), beaucoup plus sensible aux hétérogénéités du mileu … … projet MACH-2 : 2012-2013 ? Aprés acquisition de données “ad hoc” sur le SEH (expériences de traçages planifiées en 2011)