EXPLOITATION D’EAU SOUTERAINES PAR FORAGE MANUEL« MADRILL »

Cycle de l’eau

   L’eau s’évapore dans l’atmosphère grâce à des variations de température et est transportée sur des grandes distances grâce aux gradients thermiques. Quand cette vapeur se condense, elle forme des nuages. Dans ces nuages la taille des gouttelettes ou des cristaux croit lentement jusqu’à ce que les gouttes tombent par gravité sous forme de pluie, neige, grêle et c’est la précipitation. L’alimentation des eaux souterraines provient de l’infiltration à la surface du sol d’une fraction de l’eau provenant des précipitations, mais seule une partie des précipitations s’infiltre, une partie de cette eau va ruisseler et alimenter les cours d’eau superficiels, une partie de l’eau va retourner à l’atmosphère sous forme de vapeur : c’est l’évapotranspiration qui est le résultat des deux phénomènes :
– l’évaporation (phénomène physique) qui intervient à la surface des lacs, des cours d’eau mais aussi du sol
– la transpiration (phénomène biologique) qui est le fait de la couverture végétale.

Conditions d’existence de nappe

   Par définition, une nappe est un ensemble de l’eau contenue dans une fraction perméable de la croûte terrestre totalement imbibée, conséquence de l’infiltration de l’eau dans les moindres interstices du sous-sol et de son accumulation au-dessus d’une couche imperméable. Ces nappes ne forment de véritables rivières souterraines que dans les terrains karstiques. L’existence d’une nappe est conditionnée par la conjonction de trois facteurs :
– le facteur lithologique : il doit exister une roche réservoir à la fois poreuse et perméable. Cette roche doit avoir à sa base un mur imperméable pour soutenir la nappe
– le facteur d’alimentation : il faut que de l’eau puisse venir remplir les pores de l’aquifère
– le facteur de structure : il est nécessaire d’avoir une structure favorable à l’accumulation et écoulement ou drainage de l’eau.

Définition de l’essai par pompage

   Les essais par pompage sont des tests portant sur la modification du comportement hydrodynamique du complexe nappe aquifère-ouvrage de captage par impulsion provoquée à l’aide d’un pompage à débit constant. Débit : le débit c’est la quantité ou volume d’eau traversant une section donnée par unité de temps.

Exécution d’essai de puits

   On enlève d’abord l’effet de la capacité du puits c’est-à-dire on réalise un pompage d’une durée d’essai pour effacer l’effet du puits c’est-à-dire pour le vidange de l’ouvrage. En réalisant des paliers de débit, à débit constant pendant une courte durée déterminée de 1 à 3 heures, on mesure :
– le rabattement s en mètre mesuré en fin de palier
– le débit Q constant en m3/h.
Rabattement : c’est la différence qui existe dans les puits ou forage entre le niveau moyen de l’eau au repos, et celui mesuré pendant le pompage, au débit désiré en régime stabilisé. On arrête le pompage d’une durée égale permettant la remontée du niveau d’eau et la mesure du rabattement résiduel. En général, on utilise comme débit initial la puissance minimale de la pompe puis on augmente le débit suivant une progression de 2, 3, 4, 5, …. Le nombre de palier de débit est au minimum 4 pour la nappe libre et 3 paliers peuvent être suffisants pour la nappe captive.

FORAGE

   Une fois que la préparation est terminée, on entame le forage par l’intermédiaire de la tête de forage et des tiges de forage. L’eau de la fosse à boue est aspirée par la motopompe à l’aide d’un flexible puis refoulée vers la tige de forage par l’intermédiaire d’une connexion métallique. En même temps, les deux puisatiers font tourner la tête de forage à l’aide d’un poignet, un autre guide la tige de forage pour que le trou soit vertical. Les débris ou cuttings sont remontés jusqu’au niveau du sol par l’eau le long du trou de forage, et décantés dans le premier réservoir (décanteur). L’eau décantée passe dans le deuxième réservoir (fosse à boue) et réinjectée dans le trou du forage.

EQUIPEMENT DE FORAGE

   Après avoir fait le forage, on change l’eau de la fosse à boue, et on injecte encore de l’eau dans le trou du forage pour faire monter les restes de cutting (développement du trou). Ensuite, on doit récupérer les tiges et tête de forage. Puis, on fait descendre les PVC mais il faut bien les mettre en place. La mise en place de tous ces matériaux dans le trou dépend de la formation géologique du terrain. Les PVC crépines sont généralement placés au droit de l’aquifère. Au fond de la crépine, on a un décanteur de longueur environ 40 cm. Le plus important lors de l’opération est donc de déterminer la position et la longueur de la crépine pour un ouvrage. Pour la finition de forage, on doit mettre autour de la crépine du gravier filtrant de 3 mm à 4 mm de diamètre jusqu’à 1 m au dessus de la crépine. L’espace annulaire doit être remblayé par du sable jusqu’au niveau de l’aquifère et par de cutting de forage pour le reste. Et enfin, il faut laisser 3 m de cimentation, c’est-à-dire 3 m à partir de la surface du sol doit être protégée par de ciment pour la prévention contre la contamination. Notons que le gravier filtrant a un rôle important. Il empêche tout passage sableux après élimination des éléments plus fins de la formation. Les graviers filtrants doivent être durs et résistants. Les meilleurs graviers filtrants sont ceux du quartz roulé.

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Table des matières

Introduction
PARTIE I : GENERALITES
I.1. CONTEXTE GENERAL
I.1.1. Contexte géographique
I.1.3. Climat
I.2. TECHNIQUE DE FORAGE MANUEL
I.2.1. Avantages
I.2.2. Méthode de forage
I.2.3. Principe de fonctionnement et utilisation
I.2.3.1. Type Rota Sludge
I.2.3.1.1. Principe de fonctionnement
I.2.3.1.2. Utilisation
I.2.3.2.Type Jetting ou Washbore
I.2.3.2.1. Principe de fonctionnement
I.2.3.2.2. Utilisation
I.2.3.3. Type Madrill
I.2.3.3.1. Principe et utilization
I.2.3.3.2. Utilisation
I.3. LES NOTIONS ESSENTIELLES EN HYDROGEOLOGIE
I.3.1. Cycle de l’eau
I.3.2. Eaux souterraines
I.3.2.1. Conditions d’existence de nappe
I.3.2.2. Classification de la nappe
I.3.2.2.1. Critère géologique
I.3.2.2.2. Critère hydrodynamique
I.3.2.2.2.1. Les nappes libres
I.3.2.2.2.2. Les nappes captives
I.3.2.3. Ecoulement de l’eau
I.3.2.3.1. Facteur d’écoulement
I.3.2.3.2. Type d’écoulement
I.4. THEORIE SIMPLIFIEE DE L’ESSAI PAR POMPAGE
I.4.2. Buts
I.4.3. Différents types d’essai par pompage
I.4.3.1. Essai de puits
I.4.3.1.1. Conditions de base
I.4.3.1.2. Exécution d’essai de puits
I.4.3.1.3. Interprétation d’un essai de puits
I.4.3.1.3.1. Perte de charge linéaire
I.4.3.1.3.2. Perte de charge quadratique
I.4.3.1.4. Interprétation graphique d’essai de puits
I.4.3.1.4.1. Graphe de la relation de rabattement et temps de pompage
I.4.3.1.5. Détermination de la productivité d’un puits ou d’un forage
I.4.3.2. Pompage d’essai
I.4.3.2.1. Définition
I.4.3.2.2. Condition de base
I.4.3.2.3. Buts
I.4.3.2.5. Modèles de pompage d’essai
I.4.3.2.5.1. Modèle de Theis
I.4.3.2.5.2. Modèle de Jacob
I.4.3.2.6. Equation de Theim pour une nappe captive
I.4.3.2.7. Equation de Dupuit pour une nappe libre
PARTIE II : LES DIFFERENTES ETAPES LORS D’UN FORAGE MANUEL MADRILL 
II.1. TRAVAUX PREPARATIFS
II.2. FORAGE
II.3. EQUIPEMENT DE FORAGE
II.4. DEVELOPPEMENT PAR METHODE ROTA SLUDGE
II.5. ESSAI PAR POMPAGE
II.5.1. Matériel d’essai par pompage
II.5.2. Observations à effectuer
II.6. CARACTERISTIQUES D’UNE EAU POTABLE
II.6.1. Caractéristiques chimiques de l’eau
II.6.1.1. Exemple
II.6.1.2. Electrolytes minéraux
II.6.1.2.1. Les éléments fondamentaux
II.6.1.2.2. Les éléments caractéristiques
II.6.2. Caractéristiques physiques
PARTIE III : RESULTATS ET INTERPRETATION
III.1. COUPE GEOLOGIQUE ET COUPE DE FORAGE OBTENUES A PARTIR DE L’ANALYSE DES CUTTINGS
III.2. VENUE D’EAU ET MESURE DU NIVEAU STATIQUE DE LA NAPPE 
III.3. RESULTATS SUR LA QUALITE ET LA QUANTITE DE L’EAU OBTENUE
III.4. RESULTATS ET INTERPRETATION DE L’ESSAI PAR POMPAGE 
III.4.1. Essai par pompage n°1
III.4.2. Essai par pompage n°2
III.4.2.1. Graphe de la relation de rabattement et temps de pompage
III.4.2.2. Graphe de la relation de rabattement et débit
III.4.2.3. Calcul de rabattement spécifique et représentation graphique
III.5. CALCUL DU COEFFICIENT DE PERMEABILITE (K), DE LA TRANSMISSIVITE (T) ET LEURS INTERPRETATIONS
III.5.1. Coefficient de perméabilité K
III.5.2. Transmissivité T
III.6. CALCUL DU COEFFICIENT D’EMMAGASINEMENT ET EVALUATION DU DEBIT POUR LE BESOIN DE LA POPULATION DANS 20 ANS
III.6.1. Calcul du coefficient d’emmagasinement S
III.6.2. Evaluation du débit pour le besoin de la population dans 20 ans
III.7. AUTRE MODE D’EXECUTION D’ESSAI PAR POMPAGE
Conclusion
Références bibliographiques et webographiques
Annexes

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