Scale factor in the hierarchization of groundwater flow paths in karst aquifer
Facteurs d'échelle dans la hiérarchisation des écoulements au sein d'un aquifère karstique
Résumé
Karst aquifers represent an important groundwater resource, upon which a large portion of the population depends, particularly around the Mediterranean regions. Although heavily exploited, these aquifers remain poorly understood, particularly because of the difficulty to characterize their functioning due to flows heterogeneities. In order to improve knowledges of these systems, a multi-scale characterization of hydrodynamic and transport properties has been performed in the Lez karstic aquifer located in Northern Montpellier region. The study focuses on i) the identification of relevant hydrogeological structures and the spatial and temporal variabilities of hydrodynamic properties of the system, and ii) on transport properties of heterogeneities at different scales. The estimates hydrodynamic properties at several scales of investigation (borehole, local and regional) enabled to discuss the importance of the tested hydrogeological structures according to the used methods for parameter estimation. The increase of transmissivity with investigated scale and the variability of observed storativity are directly related to the major hydrogeological structures and overall system connectivity. Comparison of observations at different scales highlights the importance of the Jurassic-Berriasian stratigraphic interface which plays a main role on the connectivity of the system, and is a major structural and hydrodynamic link between karstic network at local (Terrieu Experimental Site) and regional scale. The study of mass transfer from local to regional scales gives informations about transport properties of the main drainage network between the injection and the recovery points. Tracer tests have shown flows channeling which depend of structures geometry. Moreover, a power law seems to fit the increasing of dispersivity with scale. All results provides a better knowledge of the hydrodynamic and hydrodispersives properties of these complex media at different scales, essential to model this kind of aquifers.
Les aquifères karstiques représentent une partie importante de la ressource en eau souterraine, dont dépend une grande partie de la population, notamment sur le pourtour méditerranéen. Ces aquifères, bien que fortement exploités, restent encore mal connus, notamment du fait de la difficulté à caractériser leur fonctionnement inhérent aux hétérogénéités des écoulements. Afin d’améliorer la connaissance de ces milieux, une caractérisation multi-échelles des propriétés hydrodynamiques et de transport a été réalisée sur l’aquifère karstique du Lez situé en région nord-montpelliéraine. L’étude porte à la fois sur i) l’identification des structures hydrogéologiques pertinentes et la variabilité spatiale et temporelle des propriétés hydrodynamiques du système, et ii) sur les propriétés de transport de solutés des hétérogénéités à différentes échelles. L’estimation des propriétés hydrodynamiques à plusieurs échelles d’investigation (forage, locale et régionale) a permis de discuter de l’importance des structures hydrogéologiques testées en fonction des méthodes utilisées pour l’estimation de paramètres. Ainsi l’augmentation des transmissivités en fonction de l’échelle d'investigation et la variabilité des emmagasinements observée sont directement liées aux structures hydrogéologiques majeures et à la connectivité globale du système. Le recoupement des observations aux différentes échelles met en évidence l’importance de l’interface stratigraphique Berriasien-Jurassique qui joue un rôle prépondérant sur la connectivité du milieu, et constitue un lien structural et hydrodynamique majeur entre le réseau karstique à l’échelle locale (site expérimental du Terrieu) et celui à l'échelle régionale. L’étude du transfert de masse aux échelles locale et régionale renseigne les propriétés de transport du réseau de drainage principal entre les points d'injection et de restitution. Les traçages réalisés ont mis en évidence la chenalisation des écoulements qui dépend de la géométrie des structures investiguées. Par ailleurs, une loi de puissance semble caractériser l'augmentation de la dispersivité en fonction de l'échelle d’investigation. L’ensemble de ces résultats fournit une meilleure connaissance des propriétés hydrodynamiques et hydrodispersives de ces milieux complexes à différentes échelles, base essentielle pour la modélisation de ce type d'aquifères.
