Eaux Souterraines
Allan Freeze et John Cherry (1979)
Préface
Chapitre 1 : Introduction
- 1.1 Eaux souterraines, la Terre et l’Homme
- L’eau souterraine et le cycle hydrologique
- L’eau souterraine en tant que ressource
- Contamination des eaux souterraines
- Les eaux souterraines en tant que problème géotechnique
- Processus souterrains et géologiques
- 1.2 Les fondements scientifiques pour l’étude des eaux souterraines
- 1.3 Les fondements techniques pour le développement des ressources en eaux souterraines
- Lectures suggérées
Chapitre 2 : Propriétés et principes physiques
- 2.1 La loi de Darcy
- 2.2 Charge hydraulique et potentiel de fluide
- L’analyse de Hubbert du potentiel de fluide
- Dimensions et unités
- Piézomètres et nids de piézomètres
- Flux couplé
- 2.3 Conductivité hydraulique et perméabilité
- 2.4 Homogénéité et isotropie de la conductivité hydraulique
- Homogénéité et Hétérogénéité
- Isotropie et anisotropie
- La loi de Darcy en trois dimensions
- L’ellipsoïde de conductivité hydraulique
- 2.5 Porosité et indice des vides
- 2.6 Écoulement non saturé et surface libre
- Teneur en eau
- Surface piézométrique ou surface de la nappe
- Pression négative et tensiomètre
- Courbes caractéristiques des paramètres hydrauliques en zone non saturée
- Nappe perchée et renversée
- Écoulement polyphasique
- 2.7 Aquifères et Aquitards
- Aquifères, aquitards et aquicludes
- Aquifères confinés et non confinés
- Surface piézométrique
- 2.8 Écoulement en régime permanent et en régime transitoire
- 2.9 Compressibilité et contrainte effective
- Compressibilité de l’eau
- Contrainte effective
- Compressibilité d’un aquifère
- Contrainte effective dans la zone non saturée
- 2.10 Transmissivité et emmagasinement
- Emmagasinement spécifique
- Transmissivité et emmagasinement d’une nappe captive
- Transmissivité et rendement spécifique dans les nappes libres
- Stockage dans la zone non saturée
- 2.11 Équations d’écoulement des eaux souterraines
- Débit saturé en régime permanent
- Débit saturé en régime transitoire
- Débit non saturé en régime transitoire
- Problèmes de valeur limite
- 2.12 Les limites de l’approche darcienne
- Continuum darcien et volume élémentaire représentatif
- Débit spécifique, vitesse macroscopique et vélocité microscopique
- Limites supérieures et inférieures de la loi de Darcy
- Débit dans les roches fracturées
- 2.13 Dispersion hydrodynamique
- Les Problèmes
Chapitre 3 : Propriétés chimiques et principes
- 3.1 Les eaux souterraines et leurs constituants chimiques
- Eaux et électrolytes
- Constituants organiques
- Gaz dissous
- Unités de concentration
- 3.2 Equilibres chimiques
- La loi d’action de masse
- Coefficient d’Activité
- Equilibre et Energie Libre
- Gaz dissous
- 3.3 Association et dissociation des espèces dissoutes
- Condition d’Électro-Neutralité
- Dissociation et Activité de l’Eau
- Acides Polyprotiques
- Complexes Ioniques
- Calcul des Espèces Dissoutes
- 3.4 Effet des gradients de concentration
- 3.5 Dissolution minérale et solubilité
- La solubilité et la constante d’équilibre
- Effet de la force ionique
- Les systèmes carbonatés
- L’effet d’ion commun
- Indice de déséquilibre et de saturation
- 3.6 Processus d’oxydation et de réduction
- États d’oxydation et réactions Redox
- Consommation d’oxygène et de matière organique
- Conditions d’équilibre Redox
- Facteurs microbiologiques
- Diagrammes pE-pH
- 3.7 Adsorption et échange d’ion
- Mécanismes
- Capacité d’échange cationique
- Equations d’Action de Masse
- 3.8 Les isotopes environnementaux
- Carbone 14
- Le Tritium
- Oxygène et Deutérium
- 3.9 Mesures de terrain des paramètres énonces
- Lectures suggérées
- Exercices
Chapitre 4 : Géologie des eaux souterraines
Chapitre 5 : Réseaux d’écoulement
- 5.1 Construction graphique des réseaux d’écoulement
- Les systèmes homogènes et isotropes
- Les systèmes hétérogènes et loi de la tangente
- Les systèmes anisotropes et la section transformée
- 5.2 Les réseaux d’écoulement par simulation analogue
- Papiers conducteurs analogues
- 5.3 Réseaux d’écoulement par simulation numérique
- 5.4 Réseaux d’écoulement saturés – non saturés
- 5.5 La surface d’exfiltration et l’écoulement de Dupuit
- Surface d’exfiltration, point d’exfiltration et surface libre
- La théorie de Dupuit-Forchheimer sur l’écoulement à la surface libre
- Lectures suggérées
- Problèmes
Chapitre 6 : L’eau souterraine et le cycle hydrologique
- 6.1 Écoulement régional des eaux souterraines en régime permanent
- Zones de recharge, zones d’émergences et zones de partage des eaux souterraines
- Effet de la topographie sur les systèmes d’écoulement régionaux
- Effet de la géologie sur les systèmes de débit régionaux
- Puits artésien jaillissant
- Cartographie du système de flux
- 6.2 Bilans hydriques à l’état stationnaire
- Interprétation quantitative des systèmes de débit
- Recharge et émergence des eaux souterraines en tant que composantes d’un bilan hydrique
- 6.3 Flux d’eaux souterraines régionales transitoires
- 6.4 Infiltration et recharge de l’eau souterraine
- La théorie de l’infiltration
- Mesures des sites de terrain
- 6.5 Hydrologie des bassins versants et débits en rivière
- Ruissellement
- Écoulement hypodermique
- Indicateurs chimiques et isotopiques
- 6.6 Tarissement et emmagasinement dans les berges
- 6.7 Interactions eaux souterraines-lacs
- 6.8 Variations des niveaux d’eau souterraine
- Évaporation et prélèvement d’eau par les plantes
- Emprisonnement d’air au moment de la recharge
- Effets de la pression atmosphérique
- Charges externes
- Décalage temporel dans les piézomètres
- Lectures suggérées
- Exercices
Chapitre 7 : Évolution chimique des eaux souterraines naturelles
- 7.1 Séquences et faciès hydrochimiques
- Chimie des précipitations
- Dioxyde de carbone dans la zone du sol
- Séquence d’évolution des ions majeurs
- Séquence d’évolution électrochimique
- 7.2 Méthodes graphiques et faciès hydrochimiques
- 7.3 Eau souterraine en terrain carbonaté
- Dissolution en système ouvert
- Conditions en système fermé
- Dissolution incongruente
- Autres facteurs
- Interprétation des analyses chimiques
- 7.4 Eau souterraine des roches cristallines
- Considérations théoriques
- Expériences de laboratoire
- Interprétation des données terrain
- 7.5 L’eau souterraine dans les systèmes sédimentaires complexes
- Ordre de rencontre
- Composition de l’eau dans les dépôts glaciaires
- Eau souterraine dans les roches sédimentaires stratifiées
- 7.6 Interprétation géochimique des dates 14C
- 7.7 Effets de membrane dans les bassins sédimentaires profonds
- 7.8 Taux des processus et diffusion moléculaire
- Problèmes
Chapitre 8 : Évaluation des Ressources en Eau Souterraine
- 8.1 Développement des ressources en eau souterraine
- Exploration, évaluation et exploitation
- Le rendement d’un puits, d’un aquifère et d’un bassin versant
- 8.2 L’exploration des aquifères
- Méthodes géologiques de surface
- Méthodes géologiques de sous-surface
- Méthodes géophysiques de surface
- Méthodes géophysiques de sous-surface
- Forage et installation de puits et de piézomètres
- 8.3 La réponse d’aquifères idéaux au pompage
- L’écoulement radial vers un puits
- La solution de Theis
- Aquifères semi-confinés
- Aquifères non confinés
- Système de puits multiples, pompage à paliers de débit, remontée après pompage et pénétration partielle
- Aquifères avec frontière
- La réponse des aquitards idéaux
- Le monde réel
- 8.4 Mesure des paramètres : essais de laboratoire
- La conductivité hydraulique
- La porosité
- La compressibilité
- Courbes caractéristiques des conditions non-saturées
- 8.5 Mesure des paramètres : essais de piézomètre
- 8.6 Mesure des paramètres : essais de pompage
- Méthode de superposition log-log avec des courbes-type
- Courbes en échelle semi-logarithmique
- Avantages et inconvénients des essais de pompage
- 8.7 Estimation de la conductivité hydraulique en conditions saturées
- 8.8 Prévision du potentiel aquifère par simulation numérique
- Méthodes de différences finies
- Méthodes des éléments finis
- Calage d’un modèle et problème inverse
- 8.9 Prévision du potentiel aquifère par simulation analogique
- Analogie entre courant électrique et écoulement des eaux souterraines
- Réseau de Résistance-Capacité
- Comparaison entre simulation analogique et numérique
- 8.10 Rendement d’un bassin hydrogéologique
- Rendement sécuritaire et rendement optimal d’un bassin hydrogéologique
- Bilan hydrologique transitoire et rendement d’un bassin
- 8.11 Recharge artificielle et infiltration induite
- 8.12 Subsidence des terrains
- Mécanisme de subsidence des terrains
- Mesure sur le terrain de la subsidence
- 8.13 Intrusion d’eau de mer
- Lectures suggérées
Chapitre 9 : Contamination des eaux souterraines
- 9.1 Les Normes de Qualité de l’Eau
- 9.2 Processus de transport
- Constituants Non Réactifs en Milieux Homogènes
- Constituants Non réactifs dans les Milieux Hétérogènes
- Transport des composants réactifs
- Transport en milieux fracturés
- 9.3 Comportement hydrochimique des polluants
- L’Azote
- Métaux Trace
- Eléments traces non métalliques
- Substances organiques
- 9.4 Mesures des paramètres
- Détermination de la vitesse
- Dispersivité
- Partage Chimique
- 9.5 Les Sources de contamination
- Rejet des déchets solides dans le milieu terrestre
- Élimination des eaux usées
- Activités agricoles
- Fuite de pétrole et déversements
- Élimination des déchets radioactifs
- Les rejets liquides dans les puits profonds
- Autres sources
- Lectures suggérées
- Les problèmes
Chapitre 10 : Eaux souterraines et problèmes géotechniques
- 10.1 Pression de pores, Glissements de terrain et stabilité des pentes
- Théorie de la rupture de Mohr-Coulomb
- Limites des méthodes d’équilibre de l’analyse de la stabilité des pentes
- Effet des conditions des eaux souterraines sur la stabilité des pentes dans les sols
- Effet des conditions en eau souterraine sur la stabilité de la pente dans les roches
- 10.2 Eaux souterraines et barrages
- Types de barrages et ruptures des barrages
- Suintement sous les barrages en béton
- Etanchéification et drainage des fondations de barrage
- Infiltrations en régime permanent dans les barrages de terre
- Infiltrations en régime transitoire dans les barrages de terre
- Impacts hydrogéologiques des réservoirs
- 10.3 La circulation des eaux souterraines dans les tunnels
- Un tunnel en eau statique ou en écoulement transitoire
- Dangers hydrogéologiques du tunnellage
- Analyse prédictive des débits d’eaux souterraines dans les tunnels
- 10.4 L’eau souterraine débouche dans les excavations
- Drainage et retrait des eaux des excavations
- L’analyse prédictive des venues d’eau souterraine dans les excavations
- Lectures suggérées
Chapitre 11 : L’eau souterraine et les processus géologiques
- 11.1 L’eau Souterraine et la Géologie Structurale
- La Théorie de Hubbert-Rubey sur les Failles de Chevauchement
- Prédiction et Contrôle des Tremblements de Terre
- 11.2 L’eau Souterraine et le Pétrole
- Migration et Accumulation du Pétrole
- Piégeage Hydrodynamique du Pétrole
- Les Systèmes d’Écoulement Régionaux et les Accumulations de Pétrole
- Implications pour l’Exploration du Pétrole
- 11.3 L’eau Souterraine et les Processus Thermiques
- Régimes Thermiques des Systèmes Naturels d’Écoulement de l’Eau Souterraine
- Systèmes Géothermaux
- Mise en Place de Pluton
- 11.4 L’eau Souterraine et la géomorphologie
- Karsts et grottes
- Développement des pentes naturelles
- Processus fluviaux
- Processus glaciaires
- 11.5. L’eau souterraine et les minéralisations économiques
- Genèse des minéralisations à valeur économique
- Implications pour l’Exploration géochimique
- Lectures suggérées
Annexes
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