Paramètres hydrogéologiques

Avant même de parler de contaminant, une simulation repose sur la représentation de l'écoulement : d'où vient l'eau, où va-t-elle, à quelle vitesse, avec quelles recharges et quelles sorties. Cette page détaille comment configurer ces paramètres dans IsoFind, en lien avec les couches stratigraphiques déjà définies et les conditions aux limites du domaine.

Le gradient hydraulique

La force motrice de l'écoulement est le gradient hydraulique, c'est-à-dire la pente de la surface piézométrique. IsoFind propose trois modes pour le renseigner, du plus simple au plus fidèle à la réalité.

Mode	Mode	Champs attendus dans la requête
Mode A : saisie directe	flow_direction_deg et flow_velocity_m_j	Vitesse de Darcy et direction déjà estimées par ailleurs
Mode B : calcul Darcy	hydraulic_gradient, K_ms, porosity	Gradient et perméabilité connus, vitesse dérivée par la loi de Darcy
Fallback automatique	Aucun champ renseigné	Estimation à partir des gradients piézométriques des échantillons (estimate_flow_velocity)

Les deux modes ne peuvent pas être combinés : si les champs du Mode A sont fournis, ils priment et les champs de B sont ignorés. Le fallback automatique n'est utilisé que lorsque aucun des deux modes n'est configuré, ce qui est le cas typique d'une première exécution exploratoire sur un site bien instrumenté.

Pour un premier jet, laisser les champs hydrogéologiques vides et se reposer sur le fallback automatique donne un résultat exploitable si les échantillons portent des mesures piézométriques. Passer ensuite en Mode B avec un K et une porosité issus de la lithologie dominante améliore la précision. Le Mode A est pertinent quand une étude hydrogéologique antérieure a déjà fourni une vitesse de Darcy validée.

Vitesse de Darcy et vitesse effective

La vitesse calculée par la loi de Darcy est une vitesse apparente : le volume d'eau par unité de surface et par unité de temps. La vitesse effective du contaminant, elle, est obtenue en divisant par la porosité effective. Cette distinction est cruciale parce que le contaminant circule en réalité beaucoup plus vite qu'une lecture naïve de la perméabilité le suggère.

            v_Darcy = −K · ∂h/∂x     v_effective = v_Darcy / θ
        

Avec K la conductivité hydraulique de la couche, h la charge hydraulique, et θ la porosité effective. IsoFind affiche les deux vitesses dans les sorties de simulation pour permettre une lecture correcte.

Conditions aux limites de l'écoulement

Au-delà du champ de vitesses interne, le comportement aux bords du domaine doit être spécifié. Les mêmes types de conditions (Dirichlet, Neumann, Cauchy) que pour le transport s'appliquent à l'écoulement, avec des significations adaptées.

Type	Signification pour l'écoulement	Cas d'usage
Charge imposée (Dirichlet)	Niveau piézométrique fixé	Plan d'eau, rivière drainante
Flux imposé (Neumann)	Débit entrant ou sortant fixé	Recharge météorique, pompage
Frontière étanche (Neumann nul)	Aucun flux à travers le bord	Substratum imperméable, limite tectonique
Drainage (Cauchy)	Flux proportionnel à l'écart de charge	Contact nappe-rivière partiellement colmaté

Recharge météorique

La recharge par infiltration des pluies peut être représentée comme un flux vertical entrant au toit de la nappe. IsoFind propose soit une valeur uniforme en mm/an (utile pour les estimations moyennes), soit un champ variable par zone (utile en contexte où occupation du sol change la recharge, par exemple toitures et voiries contre sols agricoles).

Occupation du sol	Recharge indicative (mm/an)
Sol nu perméable	150 à 300
Prairie permanente	100 à 250
Culture annuelle	100 à 200
Forêt tempérée	50 à 150
Zone urbaine perméable	50 à 100
Zone urbaine imperméabilisée	0 à 50

Ces valeurs varient fortement selon le climat régional et le type de sol sous-jacent. Elles sont fournies à titre indicatif et doivent être ajustées sur les données locales si disponibles (bilan hydrologique, chroniques piézométriques).

Sources et puits internes

En plus des conditions aux limites, la simulation peut contenir des points d'injection ou d'extraction internes au domaine. Trois types sont gérés.

Type	Représentation	Paramètres
Source ponctuelle continue	Point 3D avec débit constant	Coordonnées, débit, concentration injectée, durée
Source instantanée	Point 3D avec masse totale à t=0	Coordonnées, masse, signature isotopique initiale
Source surfacique ou volumique	Zone 2D ou 3D avec flux par unité d'aire	Polygone ou volume, flux, durée
Puits de pompage	Point 3D avec débit négatif	Coordonnées, débit de pompage

Les sources peuvent être activées et désactivées temporellement pour simuler des fuites intermittentes, des campagnes de remédiation ou des arrêts d'exploitation. Chaque source porte une signature isotopique propre, ce qui permet de simuler le cas où plusieurs sources coexistent avec des origines différentes.

Hétérogénéité intra-couche

Une couche stratigraphique est rarement parfaitement homogène. IsoFind permet d'introduire une hétérogénéité interne par deux mécanismes.

Mécanisme	Principe	Usage
Champ stochastique	Perméabilité tirée d'une loi log-normale avec corrélation spatiale	Sédiments alluviaux, représenter la variabilité naturelle
Zones imposées	Sous-régions avec valeurs spécifiques	Chenaux enfouis, lentilles argileuses connues

Introduire de l'hétérogénéité augmente significativement la complexité et le temps de calcul. C'est justifié quand l'homogénéité prédit un résultat manifestement contredit par les observations. Sinon, rester simple est presque toujours préférable.

Parcours type de paramétrage hydrogéologique

Simulation > Paramètres hydrogéologiques > Mode de gradient > Conditions aux limites > Recharge > Sources et puits > Valider

Une fois ces paramètres fixés, IsoFind calcule le champ d'écoulement et affiche une prévisualisation avec les lignes de courant. Cette prévisualisation est à vérifier avant de lancer la simulation de transport proprement dite : une cohérence visuelle entre les lignes de courant et le contexte hydrogéologique connu évite beaucoup de mauvaises surprises plus tard.

Pour aller plus loin

Principe du moteur : comment ces paramètres sont intégrés aux équations.
Spéciation et propagation : couplage entre écoulement et réactions.
Couches stratigraphiques : d'où viennent les perméabilités et porosités utilisées.