Interprétation du pompage d’essai

COMMUNE D’UPAIX (05)

_____

DIAGNOSTIC AEP

________

Interprétation du pompage d’essai

2288 JJAANNVVIIEERR 22000099

COMMUNE D’UPAIX (05)

DIAGNOSTIC AEP ________

Interprétation du pompage d’essai

______ DOSSIER N°VLG108058

Ce dossier comprend :

� 1 rapport

� Annexes

Agence de Limoges Rédacteur : Vérificateur :

Le 28 janvier 2009

Stéphane OROFINO

Chargé d’études

Philippe MUET

Responsable d’agence

COORDONNEES

Adresse : GINGER Environnement et Infrastructures Agence de Limoges Route de Nexon BP88 587016 LIMOGES Cedex Tél : 05.55.30.16.16 Fax : 05.55.06.35.64 Mél : [email protected] Site Web : www.gingergroupe.com

VLG108058 Rapport Pompage Upaix.doc

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 3 -

GINGER Environnement & Infrastructures – Agence de Limoges pour la Commune d’Upaix

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 4 -


SOMMAIRE

1 CARACTERISTIQUES HYDRODYNAMIQUES DE LA NAPPE CAPTEE .................................................. 5 1.1 POMPAGE PAR PALIERS (ESSAI DE PUITS) ............................................................................................................... 5

1.1.1 Théorie de l’interprétation des pompages par paliers .................................................................................... 5 1.1.2 Essais sur le puits d’Upaix .............................................................................................................................. 6

1.2 POMPAGE LONGUE DUREE (ESSAI DE NAPPE) ....................................................................................................... 10 1.2.1 Interprétation qualitative............................................................................................................................... 10 1.2.2 Détermination du débit d’exploitation........................................................................................................... 14

2 CONCLUSIONS ................................................................................................................................................... 15

Liste des figures

FIGURE 1 : CAPTAGE D'UPAIX - POMPAGE PAR PALIERS SUCCESSIFS ENCHAINES DE 1 H..................... 8 FIGURE 2 : CAPTAGE D’UPAIX - PSEUDO COURBE CARACTERISTIQUE DE L'OUVRAGE ......................... 9 FIGURE 3 : RABATTEMENTS DANS LE PUITS ET LE PIEZOMETRE LORS DU POMPAGE LONGUE DUREE

LANCE LE 30/09/08 A 14H30.................................................................................................................. 11 FIGURE 4 : COURBES DE DESCENTES - ECHELLE SEMI-LOGARITHMIQUE ................................................. 13

Liste des tableaux

TABLEAU 2 : CARACTERISTIQUES DES ESSAIS PAR PALIERS.......................................................................... 6 TABLEAU 3 : CALCUL DES PERTES DE CHARGE POUR DIFFERENTS DEBITS D’EXPLOITATION............. 6 TABLEAU 4 : T ET S A PARTIR DES ESSAIS DE POMPAGE ............................................................................... 12 TABLEAU 5 : TEMPS DE POMPAGE........................................................................................................................ 14

Liste des annexes

ANNEXE 1 – POMPAGE LONGUE DUREE

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 5 -


1 CARACTERISTIQUES HYDRODYNAMIQUES DE LA NAPPE CAPTEE

1.1 Pompage par paliers (essai de puits)

1.1.1 Théorie de l’interprétation des pompages par paliers L’interprétation des essais se fait graphiquement en traçant le graphe représentant le rabattement en fin de chaque palier (en m) en fonction du débit de ces paliers (en m³/h). La courbe obtenue est la courbe caractéristique de l’ouvrage. L’expression de Jacob représente l’équation de la courbe caractéristique et permet de calculer les pertes de charges de l’ouvrage. Cette expression est de la forme :

s = BQ + CQ² Où : s est le rabattement dans le puits en m, Q est le débit de pompage en m³/h,

BQ représente les pertes de charges linéaires, provoquées par l’écoulement laminaire dans l’aquifère au voisinage du puits,

CQ² représente les pertes de charges quadratiques, provoquées par l’écoulement turbulent dans l’ouvrage, les crépines et le tubage.

Schématiquement, et d’une manière générale, les points représentant les premiers paliers s’alignent selon une droite, caractérisée par les pertes de charge linéaires (premier membre de l’équation). Lorsque les pertes de charges quadratiques deviennent plus importantes que ces dernières, on observe une brusque rupture de pente de la courbe (second membre de l’équation). Ce passage en régime d’écoulement turbulent est atteint pour un débit d’exploitation égal au débit critique. Le débit critique est caractéristique de l’ouvrage pour un niveau de nappe donné. Dans la littérature, Walton caractérise l’état du puits par la valeur de C (second membre) :

- C < 5,2.10-5 m/(m³/h)² : Bon puits, bien développé, - 5,2.10-5 < C < 1,04.10-4 m/(m³/h)² : Médiocre, - C > 1,04.10-4 m/(m³/h)² : Puits colmaté ou détérioré, - C > 4,17.10-4 m/(m³/h)² : Puits irrécupérable.

Ces valeurs et leurs interprétations sont bien sur à modérer. Ainsi, un puits peut n’être ni colmaté, ni détérioré, mais seulement mal conçu. De même, un puits « médiocre » peut être « satisfaisant » au regard des besoins en production d’eau (volume journalier) de son exploitant. Nous préférerons donc parler de rendement médiocre d’un ouvrage. L’expression de Jacob reste vraie pour des rabattements relativement faibles, inférieurs au dixième de l’épaisseur de l’aquifère. L’interprétation des essais montrent que les rabattements atteints sur l’ouvrage sont supérieurs aux rabattements théoriques admissibles. Les résultats obtenus sont donc des ordres de grandeur mais permettent néanmoins de servir de point de départ au suivi qui sera réalisé sur l’ouvrage au cours des années futures.

Coupe Longitudinale Coupe Transversale

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 6 -


1.1.2 Essais sur le puits d’Upaix Un pompage par paliers enchaînés a été réalisé le 29/09/2008. Les caractéristiques de ces essais sont les suivantes :

N.S. (m / repère) Palier Durée

Débit pompé (m3/h)

Rabattement en fin de palier (non

stabilisé) (m)

Rabattement spécifique

(m par m3/h)

Débit spécifique (m³/h/m)

Palier n°1 1 heure 9.5 0.03 0.003 316.667

Palier n°2 1 heure 19.8 0.095 0.005 208.421

Palier n°3 1 heure 30 0.19 0.006 157.895

Palier n°4 1 heure 38 0.3 0.008 126.667

Palier n°5 1 heure 48.5 0.49 0.010 98.980

Palier n°6 1 heure 60.1 0.79 0.013 76.076

7.5

Palier n°7 1 heure 81.3 1.44 0.018 56.458

Tableau 1 : Caractéristiques des essais par paliers

La théorie veut que la courbe caractéristique soit obtenue en traçant le rabattement en fonction du débit pompé, pour différents paliers de débits de durée identique, et suffisamment longs pour atteindre une pseudo-stabilisation du niveau. Le problème rencontré lors de nos essais est qu’aucune pseudo stabilisation n’a pu être observée. On ne peut donc, en toute rigueur pas utiliser les résultats obtenus. Néanmoins, l’observation des courbes de rabattement de la Figure 1 montre une « rupture » entre le quatrième et le cinquième palier. Le débit critique déduit de cette « pseudo courbe caractéristique » serait de l’ordre de 39 m³/h. L’expression de Jacob, représentant l’équation de la courbe caractéristique de l’ouvrage, s’exprimerait ici sous la forme : s = 4.10-4 x Q + 2.10-4 x Q² Le second membre de l’équation caractériserait un ouvrage à pertes de charges quadratiques très importantes si les paliers avaient atteint une pseudo-stabilisation.

Le tableau suivant présente le calcul des différentes pertes de charges en fonction de différents débits d’exploitation de l’ouvrage.

Q (m³/h) 10 20 40 60 80

Pertes de charges linéaires BQ (m) 0.00 0.01 0.02 0.02 0.03

Pertes de charges quadratiques CQ² (m) 0.02 0.08 0.32 0.72 1.28

Rabattement théorique s (m) 0.02 0.09 0.34 0.74 1.31

Tableau 2 : Calcul des pertes de charge pour différents débits d’exploitation

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 7 -


Les pertes de charge quadratiques apparaissent très élevées et surpassent les pertes de charge linéaires quelque soit le débit. L’analyse plus détaillée de ces pertes de charge montre que l’on peut cependant distinguer 2 phases distinctes concernant les variations des pertes de charge quadratiques (liées à l’ouvrage).

Pertes de charge quadratique

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Phase 1

Phase 2

Phase 1 : les pertes de charge quadratique, bien que supérieures aux pertes de charge linéaire, augmentent progressivement (0,6 cm pour 1 m³/h). Phase 2 : au-delà de 40 m³/h, les pertes de charge quadratique augmentent très fortement en fonction du débit (2,9 cm pour 1 m³/h). La pente devient donc en moyenne 5 fois plus importante, ce qui signifie que le niveau de la nappe diminue 5 fois plus vite que pour les faibles débits. Afin de ne pas dénoyer le puits et maintenir le pompage longue durée pendant 72 h, nous avons choisi de pomper à un débit proche de 10 m3/h. Remarques sur la Figure 1 : D’une manière générale, aucune stabilisation du niveau n’est observée en fin de chaque palier. Cependant, dans le détail, nous pouvons remarquer que les rabattements mesurés sont très faibles pour les trois premiers paliers. Le quatrième palier tend à présenter une pseudo-stabilisation. Pour des paliers de débit supérieur, les rabattements deviennent beaucoup plus importants à chaque palier. Notre interprétation de ces observations est que les premiers paliers, compte tenu des grandes dimensions de l’ouvrage, présentent des rabattements perturbés par l’effet de puits.

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 8 -


Figure 1 : Captage d'Upaix - Pompage par paliers successifs enchaînés de 1 h

Figure 1 : Captage d'Upaix - Pompage par paliers successifs enchaînés de 1 h

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

00:00:00 01:00:00 02:00:00 03:00:00 04:00:00 05:00:00 06:00:00 07:00:00

Temps

Rab

atte

men

t (m

)

Q = 9.5 m3/h

Q = 19.8 m3/h

Q = 30 m3/h

Q = 38 m3/h

Q = 48.5 m3/h

Q = 60.1 m3/h

Q = 81.3 m3/h

Absence de stabilisationdu niveau en fin de chaque palier

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 9 -


Figure 2 : Captage d’Upaix - Pseudo courbe caractéristique de l'ouvrage

Figure 2 : Captage d'Upaix - Pseudo Courbe caractéristique de l'ouvrage

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Débit (m 3/h)

Rab

atte

men

t (m

)

Courbe caractéristique de l'ouvrage

Débit critique39 m³/h

Courbe non exploitableAbsence de stabilisation du niveau en fin de chaque palier

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1.2 Pompage longue durée (essai de nappe) GINGER Environnement & Infrastructures a réalisé un pompage longue durée du 30 septembre au 03 octobre 2008 au débit moyen de 10,15 m³/h. La remontée a ensuite été suivie jusqu’au 04 octobre 2008.

1.2.1 Interprétation qualitative L’analyse du graphique de la Figure 3 nous permet de mettre en évidence les éléments suivants :

- Le niveau de la nappe baisse régulièrement au cours des 37 premières heures de pompage. - L’oscillation observée le 01/10/08 est due à un léger réajustement du débit lors du

passage de notre technicien sur le terrain. - On observe une stabilisation du niveau passé la 37ème heure de pompage. - Le rabattement en fin de pompage est de l’ordre de 0,36 m dans le puits.

La stabilisation du niveau piézométrique dans le puits indique l’atteinte d’une limite d’alimentation. Cette limite d’alimentation pourrait être le canal.

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 11 -


Figure 3 : Rabattements dans le puits et le piézomètre lors du pompage longue durée lancé le 30/09/08 à 14h30

Figure 3 : Rabattements dans le puits lors du pompage longue durée lancé le 30/09/08 à 14 h30

7.3

7.4

7.5

7.6

7.7

7.8

7.9

30/09/2008 14:30 01/10/2008 14:30 02/10/2008 14:30 03/10/2008 14:30 04/10/2008 14:30

Niv

eau

piéz

omét

rique

(m

)

Puits

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 12 -


1.2.1.1 Interprétation quantitative Le débit a été maintenu à environ 10,15 m3/h pendant toute la durée de l'essai de pompage. Les variations du niveau dynamique ont été suivies en continu sur le puits pendant toute la durée du pompage. La Figure 4 montre le rabattement dans l’ouvrage. On peut y observer 2 phases distinctes :

− une première phase, linéaire ou le niveau baisse régulièrement, phase pendant laquelle il est possible de déterminer la transmissivité de la nappe (T),

− une rupture de pente après environ 37 h de pompage. Cette rupture provoque une horizontalisation de la courbe, signe de l’atteinte d’une limite d’alimentation.

L'interprétation de ces pompages a été effectuée graphiquement et à l'aide du logiciel AquiferTest sur la partie linéaire de la courbe du puits précédent cette rupture de pente. Le tableau suivant rassemble les valeurs des différents paramètres calculés lors du pompage longue durée réalisé du 30 septembre au 03 octobre 2008 sur le captage d’Upaix :

Points de mesure

T (en m2/s) pour la descente

S (en %)

T (en m2/s) pour la remontée

Puits 1,5.10-3

Nécessite un

piézomètre

d’observation

différent du puits

1,5.10-3

Tableau 3 : T et S à partir des essais de pompage

Au terme de l'interprétation des résultats, il apparaît que la nappe captée possède une transmissivité de l'ordre de 1,5.10-3 m2/s.

Toutes les données brutes sont fournies dans les annexes.

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 13 -


Figure 4 : Courbes de descentes - Echelle semi-logarithmique

Figure 4 : Courbe de descente - Echelle semi-logari thmique

0

0.5

100 1000 10000 100000 1000000

Temps (s)

Rab

atte

men

ts e

n m

ètre

s

Puits

Calcul de T et S

Atteinte probabled'une limite d'alimentation

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1.2.2 Détermination du débit d’exploitation La pseudo-courbe caractéristique obtenue lors des essais par paliers laisse supposer un débit critique de l’ouvrage de l’ordre de 39 m³/h. Le pompage longue durée nous a permis de déterminer la transmissivité de l’Aquifère : elle est de l’ordre de 1,5.10-3 m²/s. En utilisant la formule liant la transmissivité au débit de pompage et au rabattement, il est possible d’estimer le temps nécessaire à l’obtention d’un rabattement défini. Cette formule s’exprime de la forme :

CQ

T.183,0=

Où T est la transmissivité en m²/s Q est le débit de pompage en m³/s C est la pente de la droite de Jacob en m. En représentation semi-logarithmique, les courbes de rabattements s’alignent selon une droite de pente fixe dont C est le coefficient directeur. Lors des essais par palier, le rabattement maximum disponible avant dénoyage de la pompe était de 1,5 m. Dans le cadre de l’exploitation de puits, il est couramment admis de ne pas rabattre le niveau de la nappe de plus de 30% de la hauteur crépinée. Même si dans le cas d’un puits à drains rayonnants cette notion de hauteur crépinée est plus délicate à aborder, nous avons pris le parti de considérer une exploitation de l’ouvrage ne provoquant pas de rabattements supérieurs au tiers de la hauteur d’eau disponible, soit 0,5 m. Le tableau suivant récapitule le temps de pompage nécessaire pour l’obtention d’un rabattement de 50 cm dans le puits en fonction de différents débits :

T Transmissivité (m²/s) Q (m³/h) Temps pour atteindre 0,5 m de rabattement (h)

1.50E-03 10 36 1.50E-03 15 25 1.50E-03 20 18 1.50E-03 25 15 1.50E-03 30 12 1.50E-03 35 11

Tableau 4 : Temps de pompage

Ainsi, dans la phase linéaire du rabattement en représentation semi-logarithmique, il apparaît que 11h de pompage à 35 m³/h sont nécessaires pour atteindre 0,5 m de rabattement. Cette vision ne tient pas compte de l’effet de puits, ni de l’atteinte d’une limite d’alimentation.

Réf : VLG108058 – 28/01/2009 - Page 15 -


2 CONCLUSIONS A l’issu de ces pompages d’essai, nous retiendrons les éléments suivants :

− Au cours du pompage par paliers, aucune stabilisation du niveau n’a clairement été observée, l’effet de puits masquant une grande partie des rabattements mesurés lors des premiers paliers,

− Le débit critique de l’ouvrage est de l’ordre de 39 m³/h, − La transmissivité de l’aquifère autour du puits est de l’ordre de 1,5.10-3 m²/s.

Le débit d’exploitation de cet ouvrage ne devrait pas excéder 35 m³/h afin de ne pas dépasser le débit critique de l’ouvrage. En effet, exploiter le puits à un débit supérieur engendrerait une dégradation accélérée des capacités de production de l’ouvrage. De plus, il serait souhaitable de limiter le rabattement dans l’ouvrage de manière à ne pas dénoyer les drains et ainsi réduire au maximum les risques de précipitation de manganèse provoquant progressivement le colmatage des barbacanes. En nous fixant 50 cm de rabattement dans le puits, il est théoriquement possible de pomper à 35 m³/h pendant environ 10 h. Le niveau revient alors à son niveau initial en quelques heures. Cet approximation ne tient pas compte de l’effet de puits ni de l’atteinte d’une limite d’alimentation pouvant stabiliser le rabattement. Ces conditions d’exploitation permettent de capter 350 m³/j en 10 h, ce qui correspond à un débit d’exploitation horaire de l’ordre de 15 m³/h. Ces résultats sont très proches de ceux obtenus lors de l’étude précédente de GEI. Les pertes de charges quadratiques calculées sont très fortes. Elles peuvent être dues à un colmatage de l’ouvrage. Seule une inspection visuelle des drains à l’aide d’une caméra permettrait de juger directement du degré de colmatage, notamment des barbacanes réalisées dans les buses constituant les drains.

ANNEXES

LISTE DES ANNEXES



Pumping Test Analysis Report

Project: Pompage Upaix

Number: VLG108058

Client: Commune d'Upaix

GINGER Environnement et InfrastructuresAgence de Limoges117 Route de NexonBP 88587016 Limoges cedex

Location: 05 Pumping Test: Pompage Upaix Pumping well: Puits

Test conducted by: NRI Test date: 30/09/2008

Analysis performed by: SOR RemonteePuits Date: 29/01/2009

Aquifer Thickness: 3.00 m Discharge: variable, average rate 10.15 [m³/h]

10 100 1000 10000 100000Time [s]

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

[m]

Calculation after AGARWAL + Theis with Jacob Correction

Observation well Transmissivity

[m²/s]

K

[m/s]

Storage coefficient Radial distance to PW

[m]

Puits 1.50 × 10-3 5.00 × 10-4 Indéterminable 1.0

Pumping Test Analysis Report


Number: VLG108058




Test conducted by: NRI Test date: 30/09/2008

Analysis performed by: SOR DescentePuits Date: 29/01/2009

Aquifer Thickness: 3.00 m Discharge: variable, average rate 10.15 [m³/h]

1000 10000 100000 1000000Time [s]

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

[m]

Calculation after Theis with Jacob Correction

Observation well Transmissivity

[m²/s]

K

[m/s]

Storage coefficient Radial distance to PW

[m]

Puits 1.50 × 10-3 5.00 × 10-4 Indéterminable 1.0


Test conducted by: NRI Test date: 30/09/2008 Discharge: variable, average rate 10.15 [m³/h]

Observation well: Puits Static water level [m]: 7.45 Radial distance to PW [m]: -

Pumping Test - Water Level Data Page 1 of 2


Number: VLG108058



Time[s]

Water Level[m]

Drawdown[m]

1 1 7.45 0.00

2 60 7.453 0.003

3 120 7.456 0.006

4 180 7.452 0.002

5 240 7.455 0.005

6 300 7.452 0.002

7 360 7.455 0.005

8 420 7.457 0.007

9 480 7.457 0.007

10 540 7.456 0.006

11 600 7.4555 0.0055

12 900 7.459 0.009

13 1200 7.46 0.01

14 1500 7.46 0.01

15 1800 7.46 0.01

16 2100 7.46 0.01

17 2400 7.463 0.013

18 2700 7.466 0.016

19 3000 7.469 0.019

20 3600 7.473 0.023

21 4200 7.476 0.026

22 4800 7.479 0.029

23 5400 7.485 0.035

24 6000 7.485 0.035

25 9000 7.507 0.057

26 12000 7.52 0.07

27 15000 7.536 0.086

28 18000 7.545 0.095

29 21000 7.561 0.111

30 24000 7.574 0.124

31 27000 7.586 0.136

32 30000 7.596 0.146

33 36000 7.615 0.165

34 42000 7.631 0.181

35 48000 7.644 0.194

36 54000 7.651 0.201

37 60000 7.652 0.202

38 90000 7.737 0.287

39 120000 7.811 0.361

40 150000 7.811 0.361

41 180000 7.802 0.352

42 210000 7.827 0.377

43 240000 7.813 0.363

44 266460 7.80 0.35

45 266520 7.796 0.346

46 266580 7.799 0.349

47 266640 7.799 0.349

48 266700 7.795 0.345

49 266760 7.793 0.343

50 266820 7.793 0.343

51 266880 7.797 0.347

Pumping Test - Water Level Data Page 2 of 2


Number: VLG108058



Time[s]

Water Level[m]

Drawdown[m]

52 266940 7.794 0.344

53 267000 7.795 0.345

54 267060 7.789 0.339

55 267360 7.792 0.342

56 267660 7.779 0.329

57 267960 7.781 0.331

58 268260 7.78 0.33

59 268560 7.78 0.33

60 268860 7.771 0.321

61 269160 7.768 0.318

62 269460 7.765 0.315

63 270060 7.758 0.308

64 270660 7.749 0.299

65 271260 7.743 0.293

66 271860 7.737 0.287

67 272460 7.734 0.284

68 275460 7.703 0.253

69 278460 7.675 0.225

70 281460 7.656 0.206

71 284460 7.638 0.188

72 287460 7.62 0.17

73 290460 7.595 0.145

74 293460 7.576 0.126

75 296460 7.561 0.111

76 302460 7.533 0.083

77 308460 7.502 0.052

78 314460 7.474 0.024

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Interprétation du pompage d’essai