Insights into hydrodynamic behaviour of karst aquifers
Contribution à l'étude hydrodynamique des aquifères karstiques
Résumé
The first section of the present work devote to the hydrodynamic study of the karstic aquifers deals with generalities on the karst and on the laws governing water flow commonly in use. It seems indeed necessary to determine the nature of that aquifer so as to bring out its originality and undertake the study of its operation.
The water-bearing rock is essentially a carbonate presenting specific chemical and physical properties. Where these have an influence on water circulation processes, they have been stated and analysed.
The karstification, a definition of which is given, is related to these properties. Then, relations between the karstification processes and the water circulation have been investigated. The above induces to define the notion of aquifer from a hydrogeological and speleological point of view.
The aws of water flow in common use have been established after works on porous media. Therefore, part of the present work is devoted to critical examination of these laws stressing the various assumptioin and approximation methods which have been applied. So it is that Darcy's law is thoroughly examined since it has been found to have very limited application in the karst.
Considering the saturated zone, the other points studied are the impulse propagation, the notion of confined flow which is sometimes difficult to define in the karst, the compressibility of the water-bearing rock in connection with an analysis of the earth tide frequently met in this type of aquifer, the heterogeneity due to the fractures and the validity of Dupuit's assumptions.
In the unsaturated zone, the flow appears in two modes, the first bebing diphasis (air-water), the second being an actual run-off. The problem of capillary barriers is also examined since it seems to bear an important part in the karst.
La première partie de ce travail sur l'étude hydrodynamique des aquifères karstiques est relative aux généralités sur le karst et sur les lois d'écoulement communément utilisées. Il parait en effet nécessaire de définir la nature de cet aquifère afin d'en dégager l'originalité avant d'aborder l'étude de son fonctionnement.
La roche magasin est essentiellement une roche carbonatée présentant des propriétés tant chimiques que physiques particulières qui, lorsqu'elles ont une influence sur le mécanisme de circulation des eaux, ont été énoncées et analysées.
La karstification, dont est donnée une définition, est liée à ces propriétés. Les relations entre karstification et circulation des eaux ont ensuite été recherchées. Ceci a conduit à définit la notion d'aquifère d'un point de vue à la fois hydrogéologique et spéléologique.
Les lois de circulation des eaux communément utilisées sont établies d'après des travaux sur le milieu poreux. Aussi une partie de cette étude est-elle consacrée à une revue critique de ces lois mettant en relief les différentes hypothèses et approximations réalisées. C'est ainsi que la Loi de Darcy est particulièrement discutée car elle se révèle d'application très limitée dans le cas du karst.
En milieu saturé les autres points envisagés se rapportent à la propagation des impulsions, à la notion d'écoulement en charge parfois difficile à définir en milieu karstique, à la compressibilité du réservoir avec une analyse de la marée très fréquente dans ce type d'aquifère, à l'hétérogénéité due à la fissuration et à la validité des hypothèses de Dupuit. En milieu non saturé l'écoulement présente deux modalités, l'une correspond à un écoulement diphasique : air-eau, l'eau à un véritable ruissellement. Le problème des barrières capillaires est également traité car il semble jouer un rôle important dans le cas des karsts.