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

Séminaire “Eaux, Transferts, Territoires” 14-15 octobre 2010 Paris – Projet EC2CO-Cytrix/MACH

Le Projet EC2CO-Cytrix/MACH :

Modélisation des Aquifères Carbonatés

Hétérogènes

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).

(1)UMR 6269 HydrASA CNRS/INSU, Université de Poitiers(2)UMR 4661 Géosciences Rennes CNRS/INSU, Université de Rennes 1(3)LHyGeS UMR 7517 CNRS/INSU, Université de Strasbourg(4)Institut français du pétrole, IFP, Direction Ingénierie de réservoir(5)LCD UPR 9028 CNRS, ENSMA(6)SiSyphe UMR 7619 CNRS, UPMC, ENSMP, EPHE(7)Centre de Géosciences UMR 7619 CNRS, UPMC, ENSMP, EPHE(8)LSCE UMR 1572 CNRS, CEA, Univ. Versailles St-Quentin

• durée : 3 ans [jan. 2007- dec. 2009]• 4 ETP/an• budget 90 K€• production scientifique : 12 ACL, 3 TH, 2 INV, 3 COM


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.


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.


…. Est-il plus pertinent de recourir à :

1. Des modèles hydrogéologiques « simplifiés » faciles à paramétrer/calibrer … mais assez éloignés de la réalité physique du milieu ?

2. Des modèles « élaborés » physiquement plus réalistes mais difficiles à paramétrer/calibrer en raison de données (très) souvent limitées ?











• aquifère carbonaté captif, de 100 m

d’épaisseur• 32 puits “complets” + 4 forages carottés

• production des puits variable : 10 ~

150 m3/h


Ecoulements préférentiels :• conduits karstiques subhorizontaux• fractures subverticales

1 m


1 m

Ecoulements préférentiels :• conduits karstiques subhorizontaux• fractures subverticales


Test hydrauliques / forages : essais de pompage …


Test hydrauliques / forages : chocs hydrauliques …


• 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).

• Expériences réalisées a posteriori, au printemps 2009.

Q = 30 m3/h


4.518 4.5185 4.519 4.5195 4.52 4.5205 4.521 4.5215

x 105

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x 106

M03

M06 M11M04M04

M24

M17

M07M20

MP5MP4MP4

M01M08

M15M12

M13M13

M18MP6MP6M09

M05M05

M10

M14

M21M21MP7M16M16

M02M02

M22M22M19M19

M23

1

2

3

4

5

6

7

x 10-4

• Projet MACH1 = 7 équipes impliquées / 5 modèles / 6 jeux de simulations prédictives

STK

DSI

SQI

FCMDFN


4.518 4.5185 4.519 4.5195 4.52 4.5205 4.521 4.5215

x 105

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x 106

M03

M06 M11M04M04

M24

M17

M07M20

MP5MP4MP4

M01M08

M15M12

M13M13

M18MP6MP6M09

M05M05

M10

M14

M21M21MP7M16M16

M02M02

M22M22M19M19

M23

1

2

3

4

5

6

7

x 10-4

STK

DSI

SQI

FCMDFN

Inter-comparaison des simulations


4.518 4.5185 4.519 4.5195 4.52 4.5205 4.521 4.5215

x 105

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x 106

M03

M06 M11M04M04

M24

M17

M07M20

MP5MP4MP4

M01M08

M15M12

M13M13

M18MP6MP6M09

M05M05

M10

M14

M21M21MP7M16M16

M02M02

M22M22M19M19

M23

1

2

3

4

5

6

7

x 10-4

STK

DSI

SQI

FCMDFN

Inter-comparaison des simulations / amplitude des rabattements : données SEH2004 vs. SEH2005


Test hydrauliques / forages : essais de pompage …


4.518 4.5185 4.519 4.5195 4.52 4.5205 4.521 4.5215

x 105

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2.1747

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x 106

M03

M06 M11M04M04

M24

M17

M07M20

MP5MP4MP4

M01M08

M15M12

M13M13

M18MP6MP6M09

M05M05

M10

M14

M21M21MP7M16M16

M02M02

M22M22M19M19

M23

1

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3

4

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x 10-4

STK

DSI

SQI

FCMDFN

Inter-comparaison des simulations / dynamique des modèles aux temps “courts”


4.518 4.5185 4.519 4.5195 4.52 4.5205 4.521 4.5215

x 105

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x 106

M03

M06 M11M04M04

M24

M17

M07M20

MP5MP4MP4

M01M08

M15M12

M13M13

M18MP6MP6M09

M05M05

M10

M14

M21M21MP7M16M16

M02M02

M22M22M19M19

M23

1

2

3

4

5

6

7

x 10-4

STK

DSI

SQI

FCMDFN

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


4.518 4.5185 4.519 4.5195 4.52 4.5205 4.521 4.5215

x 105

2.1746

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x 106

M03

M06 M11M04M04

M24

M17

M07M20

MP5MP4MP4

M01M08

M15M12

M13M13

M18MP6MP6M09

M05M05

M10

M14

M21M21MP7M16M16

M02M02

M22M22M19M19

M23

1

2

3

4

5

6

7

x 10-4

STK

DSI

SQI

FCMDFN

Inter-comparaison des simulations / dynamique aux temps “longs” : régime permanent ou transitoire …


4.518 4.5185 4.519 4.5195 4.52 4.5205 4.521 4.5215

x 105

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x 106

M03

M06 M11M04M04

M24

M17

M07M20

MP5MP4MP4

M01M08

M15M12

M13M13

M18MP6MP6M09

M05M05

M10

M14

M21M21MP7M16M16

M02M02

M22M22M19M19

M23

1

2

3

4

5

6

7

x 10-4

STK

DSI

SQI

FCMDFN

Inter-comparaison des simulations : conclusions

(i) Les différences sont principalement liées aux jeux de données utilisés pour paramétrer / calibrer les modèles

(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)


4.518 4.5185 4.519 4.5195 4.52 4.5205 4.521 4.5215

x 105

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2.1746

2.1747

2.1747

2.1748

2.1748

2.1749

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x 106

M03

M06 M11M04M04

M24

M17

M07M20

MP5MP4MP4

M01M08

M15M12

M13M13

M18MP6MP6M09

M05M05

M10

M14

M21M21MP7M16M16

M02M02

M22M22M19M19

M23

1

2

3

4

5

6

7

x 10-4

STK

DSI

SQI

FCMDFN

Comparaison prédictions / réalité (expériences SEH)


4.518 4.5185 4.519 4.5195 4.52 4.5205 4.521 4.5215

x 105

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x 106

M03

M06 M11M04M04

M24

M17

M07M20

MP5MP4MP4

M01M08

M15M12

M13M13

M18MP6MP6M09

M05M05

M10

M14

M21M21MP7M16M16

M02M02

M22M22M19M19

M23

1

2

3

4

5

6

7

x 10-4

STK

DSI

SQI

FCMDFN

Comparaison prédictions / réalité (expériences SEH)


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


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)

Documents

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