universite de neuchatel faculte des sciences Institut de Géologie centre d'hydrogeologie (chyn) SPHINX: UN LOGICIEL DE SIMULATION EN HYDROGEOLOGIE APPLIQUEE. UN EXEMPLE DE CONFIGURATION, ORIENTEE VERS LA RECHERCHE D1EAU EN MILIEU A POROSITE DÌNTERSTICE. THESE présentée à la Faculté des Sciences de l'Université de Neuchàtel pour l'obtention du grade de docteur es Sciences. par Laurent TACHER Géologue Hydrogéologue originaire de Semur-en-Brionnais (France) Soutenue le 29 Mai 1992 devant le jury d'examen composé de MM: Prof. F. ZWAHLEN Directeur de thèse, professeur d'hydrogéologie, Directeur du Centre d'Hydrogéologie de Neuchàtel; Prof. L. KIRALY Directeur de recherche au Centre d'Hydrogéologie de Neuchàtel; Prof. O. BESSON Professeur de mathématiques à l'Institut de Mathématiques de l'Université de Neuchàtel; Dr Y. EMSELLEM Ingénieur en chef des mines, Directeur du GEOLAB, Sophia-Anti polis; Dr W. HURLIMANN Deputy Manager, COLENCO Ltd. IMPRIMATUR POUR LA THÈSE SPHINX;.......u.n...lo.g.lçieJ....de..sj'muJati.pn..en....................... bydrAgeologie..ap.p.l.i.quee........Un exemple.de................. configuration, orientée vers ........ d^eM...en..l[nil.le.u...À..pprp.5j^t.é„4^1ot.e.rslic.e............... de M.....La.u.r.en.t.Iacher. UNIVERSITÉ DE NEUCHÂTEL FACULTÉ DES SCIENCES * La Faculté des sciences de l'Université de Neuchâtel sur le rapport des membres du jury, MM.f...f......Zwa.hl.en.»...L.....Kir.a.ly.,...0.....B.es5.on.,........................ Y......Ifflsell.em....C.Ge.o.lab.,....Sjo.ph.ia-An.ti.p.olis.)....et........... W......H.ür.l..imann....(ßaden.)........................................................................... autorise l'impression de la présente thèse. Neuchâtel, le.....28..sep.temb.re...l992............................................. Le doyen : A. Robert RESUME SPHINX est un logiciel de simulation à vocation pédagogique, orienté dans sa configuration actuelle vers la prospection d'eau en milieu à porosité d'interstice. C'est un jeu; les joueurs sont des étudiants en hydrogéologie à qui on demande de poursuivre un but dans un milieu fictif et avec des outils de prospection fictifs. Par rapport à l'investigation des milieux réels, la différence fondamentale est que les règles du jeu sont fixées par les modèles que produit SPHINX; du point de vue de l'élève, ce sont les modèles qui font foi, quelques soient les hypothèses simplificatrices nécessaires a leur production. L'élève doit oublier la réalité et s'en tenir à la nature des modèles dont il dispose. Dans ces conditions, l'apport du logiciel à l'expérience pratique vaut l'aptitude des modèles à approcher le comportement des systèmes réels. Les paramètres constituant le domaine fictif permettent de produire, à la demande de l'élève, des modèles géophysiques, hydrauliques ou géologiques apparentés aux sondages et traînés électriques, à divers types de sondages mécaniques, aux essais de pompage ou de traçage, etc. Le déroulement des opérations est gouverné par des contraintes budgétaires; le joueur doit constituer une offre qui, une fois acceptée par le logiciel, devient son budget, auquel est retranché par la suite le prix des diverses manipulations effectuées. Un autre aspect de SPHINX tend à vérifier que l'élève ne commet pas d'erreur importante lors de son travail; une rubrique à part lui permet de consulter "l'œil du maître", c'est-à-dire demander l'avis du logiciel quant à une action qu'il souhaite engager. Pour concevoir un tel système d'appréciation, plusieurs approches ont été envisagées. Enfin, SPHINX est conçu de manière à ce qu'il soit facile de changer le domaine fictif et d'ajouter ou de modifier un outil. Cet ensemble modulaire fonctionne de manière autonome, sans nécessiter la présence d'un opérateur. ABSTRACT SPHINX is a pedagogical simulation software, related, in its current configuration, to water prospection in a porous medium. It is a game; players are students in hydrogeology wich are asked to reach a given goal in a fictive medium, with fictive prospecting tools. With respect to real médias investigation, the main difference consists in that the rules of the game are fixed by the models built by SPHINX; from the student's point of view, only models are credible, whatever simplifying hypothesis. The student must forget reality and keep to the nature of the models at his disposal. Under these conditions, the software's contribution to practice is worth the aptitude of models to approach real systems behaviour. Constitutive parameters of the fictive domain allow to build, on the student's request, geological, geophysical or hydraulical models related to boreholes, electrical sounding, resistivity profiling, pumping tests, flowmeter, etc. The sequence of operations is governed by financial constraints; each player must do an estimate of work to be done which, once accepted by SPHINX, becomes the budget. Later, each manipulation's price is substracted from this budget. An other aspect of SPHINX attempts to verify that the student does not make important mistakes during his work. A special item allows to ask the software about any provided action. To build such a system, different approaches have been envisaged. Finally, SPHINX is designed so that it is easy to exchange the fictive domain, modifying or adding a tool. This modular entirety is autonomous and works without the presence of any operator. 4 ndex Page Chapitre i introduction et definitions.........................................5 1.1 Motivation.............................................................5 1.2 Fonctionnement global..................................................5 1.3 Plan de 1 ' exposé.......................................................6 1.4 Définitions de base....................................................7 CHAPITRE I I CONSTRUCTION D' UN SYSTEME DE SIMULATION...............................9 2 .1 Principe...............................................................9 2 . 2 Personnel nécessaire...................................................9 2.3 Contenu du système de simulation......................................10 2.4 Modularité...............................'.............................11 2.5 Faut-il "faire vrai" ?................................................14 Chapitre II I EXEMPLE DE CONFIGURATION: PROSPECTION D1EAU EN MILIEU A POROSITE D'INTERSTICE.... 17 3.1 Choix de la configuration.............................................17 3.2 Domaine réaliste...................................................* . . 17 3.2.1 Géométrie du domaine..............................................19 3.2.2 Relations entre paramètres........................................20 3.2.3 Propriétés du champ Nature pétrographique et faciès...............22 3.2.4 Propriété du champ Age............................................23 3. 3 Modèles...............................................................24 3.3.1 Carte topographique..............................................24 3.3.2 Carte géologique.................................................25 3.3.3 ETP..............................................................26 3.3.4 Sondages électriques.............................................27 3.3.5 Traînés électriques..............................................30 3.3.6 Sondages mécaniques 2"...........................................31 3.3.7 Sondages destructifs 6"..........................................34 3.3.8 Sondages carottés 6" (sans surveillance).........................36 3.3.9 Sondages carottés 6" (avec surveillance).........................37 3.3.10 Perméamètre à charge variable....................................38 3.3.11 Essais de pompage longue durée...................................40 3.3.12 Essais de pompage de durée limitée...............................46 3.3.13 Flowmètre........................................................48 3.3.14 Vitesse réelle...................................................52 3.3.15 Utilitaires......................................................55 3.4 Données du problème ..................................................58 3. 5 But du prospecteur....................................................59 3.6 Déroulement de la prospection.........................................59 3.6.1 Aspect budgétaire.................................................59 3.6.2 Contrôle de l'efficacité de la démarche...........................61 CHAPITRE IV INSTALLATION DE LA CONFIGURATION DANS L' ORDINATEUR....................7 7 4 .1 Généralités sur le logiciel...........................................77 4.1.1 Structure de la mémoire de masse..................................78 4.1.2 Déroulement schématique d'une session. Procédure SPHINX.COM.......83 4.1.3 Besoin de l'utilisateur en mémoire centrale.......................84 4.1.4 Menus.............................................................85 4.1.5 Structure d'un programme SPHINX...................................88 4.2 Budget ...............................................................89 4.2.1 Etablissement du devis............................................89 4.2.2 Facturation.......................................................92 4.3 Stockage du domaine réaliste............-..............................92 4.4 But et données du problème............................................93 4.4.1 But...............................................................94 4.4.2 Carte topographique...............................................95 4.4.3 Carte géologique..................................................99 4.4.4 Données climatiques..............................................101 4.5 Modèles..............................................................102 4.5.1 Hydrologie......................................................102 4.5.2 Sondages électriques............................................102 4.5.3 Traînés électriques.............................................106 4.5.4 Sondages mécaniques 2"..........................................107 4.5.5 Sondages mécaniques 6" destructifs..............................108 4.5.6 Sondages mécaniques 6" carottés non surveillés..................109 4.5.7 Sondages mécaniques 6" carottés surveillés......................111 4.5.8 Perméamètre à charge variable...................................112 4.5.9 Essais de pompage longue durée..................................114 4.5.10 Essais de pompage durée limitée.................................125 4.5.11 Flowmètre.......................................................128 4.5.12 Vitesse réelle.................................................. 130 4.5.13 Ouvrage de captage..............................................132 4.5.14 Utilitaires.....................................................133 4.5.14.1 Carte des opérations........................................133 4.5.14.2 Log de forage...............................................134 4.5.14.3 Interpétation de sondage électrique.........................135 4.5.15 Routines........................................................136 4.6 Contrôle sur le déroulement de la prospection........................138 CHAPITRE V MODALITES DE TRANSFORMATION DO SYSTEME (GUIDE DE L'OPERATEUR).........139 5.1 Stockage de D3.......................................................139 5.1.1 Géométrie........................................................139 5.1.2 Valeur des paramètres............................................142 5.1.3 Données climatiques..............................................143 5.1.4 Contraintes budgétaires..........................................143 5.2 Modification/Ajout d'outil...........................................143 5.3 L'œil du maitre......................................................144 5.4 Directives de compilation............................................144 Chapitre vi guide de l'utilisateur...........................................147 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES 165 Glossaire bibliographie remerciements ANNEXES 1 Potentiels hydrauliques dans un piézomètre crépine sur toute sa hauteur. 2 Nature du modèle hydrodynamique et définition du niveau de la nappe. 3 Définition du rabattement 4 Flux hydraulique circulant dans un piézomètre crépine sur toute sa hauteur. 5 Bibliographie sur le domaine réaliste. 6 Fichiers constituant le domaine réaliste. 7 Coefficients et paramètres utilisés par "l'œil du maître". 8 Exemple complet d'exercice. 1. Introduction Chapitre premier Introduction et définitions 1.1 Motivation Bien que largement diversifiée et pluri-disciplinaire, il n'est pas d'aspect de la profession d'hydrogéologue qui ne trouve, directement ou indirectement, d'application sur le terrain. L'"hydrogéologie de terrain" constitue donc la finalité et le lien entre les nombreuses branches de la discipline. Quelque soit le problème précis qu'il se propose de résoudre, 1*hydrogéologue de terrain tend à se faire une image aussi juste que possible, sous l'aspect qui l'intéresse, du milieu naturel investigué. Pour cela, il dispose d'observations recueillies sur le terrain et d'outils de prospection, dont les enseignements sont autant de points d'ancrage. Or l'acquisition de ces données coûte cher, de sorte que la qualité de l'image créée dépend, pour un budget donné, du choix judicieux du lieu et de la nature des outils appliqués. C est sur ce point, entre autres, qu'interviennent le raisonnement et l'expérience; 1'hydrogéologue expérimenté parviendra fréquemment à son but en dépensant un budget limité. Il construira une image de qualité suffisante en sollicitant un effort financier minimum. Cela signifie que l'expérience est un outil de prospection, en optimisant l'utilisation des autres outils. Elle est personnelle, difficilement transmissible et d'acquisition lente. Un exercice sur un milieu et avec des outils simulés peut apporter aux étudiants en hydrogéologie une certaine expérience, acquise rapidement et sans dommage pour l'économie ou pour le milieu naturel. Un tel exercice tend donc à rendre meilleure et plus rapide la formation et prétend faire économiser de l'argent. 1.2 fonctionnement global On substitue au cadre naturel un cadre fictif et simplifié, stocké sur ordinateur, imposé à l'utilisateur. Afin de parvenir à un but imposé, des outils également simulés, sont à sa disposition. Il s'agit d'une représentation de ceux ordinairement utilisés dans la réalité (méthodes géoélectriques, forages, essais de pompage, etc). L'utilisateur applique les outils sur le domaine; une fois l'opération effectuée, le résultat lui est communiqué. Puisque le domaine et les outils sont simulés, les conséquences d'erreurs de prospection, d'interprétation de résultats ou de mauvaises gestion du budget sont nulles et le participant n'a pas à les redouter. Cela signifie que n'étant pas confronté aux conséquences réelles de ses actes, il peut, durant l'exercice, procéder de manière désordonnée ou irréfléchie, sans qu'aucune observation ne lui soit faite. Dans ces - 5 - 1. INTRODUCTION conditions, l'apport pédagogique est réduit, voire nul si l'élève a procédé de manière purement aléatoire. C'est pour cette raison que le système de simulation doit également contrôler en permanence le bien- fondé d'une action engagée. Il doit en outre entretenir un historique des manipulations effectuées par chaque utilisateur, qui a pour fonction de permettre une discussion avec des experts, en dehors du programme, pendant ou après l'exercice. Le rôle de l'utilisateur est le suivant: - Prendre connaissance du but des investigations, des conditions géographiques, géologiques de surface, climatiques,etc. - Etablir un devis des travaux. - Soumettre le devis au programme, qui l'analysera et éventuellement le refusera en réclamant des modifications. Une fois le devis établi, l'utilisateur doit s'y tenir. - Dépenser le budget ainsi constitué afin d'atteindre le but poursuivi. 1.3 Plan de l'exposé Les définitions relatives aux notions de schéma et de modèle, nécessaires à notre exposé, sont fournies dans ce même chapitre, au paragraphe suivant. Le chapitre II indique le principe d'un système de prospection hydrogéologique simulée, son contenu minimum et les propriétés, notamment de modularité, qu'il convient de lui donner. Au travers d'une configuration exemplaire, le chapitre III est une présentation du logiciel sous l'aspect conceptuel. Dans un premier temps, on expose la nature des modèles que peut produire le système. Par la suite, on s'intéresse au déroulement de la prospection, c'est à dire à la partie du logiciel qui tend à vérifier que l'utilisateur fait un bon usage de ces modèles. Des suggestions concernant les améliorations possibles, auxquelles nous n'avons pas eu le temps de procéder, apparaissent au fil des explications. Dans ce chapitre, une large utilisation de termes entre guillemets est faite; il font allusion à la terminologie des systèmes réels mais n'ont souvent pas de sens en termes de modèles. Leur utilisation permet toutefois d'expliquer simplement ce que le modèle tend à représenter. Un compromis acceptable est par exemple de parler de "forage" plutôt que de forage. Dans le chapitre IV, on indique la manière dont le système est installé dans l'ordinateur. C'est donc une adaptation du chapitre III au langage de la machine, qui impose certaines restrictions implicitement prises en compte par le concepteur du système au chapitre précédent. Programmes et procédures sont décrits en détail à l'intention de ceux qui voudraient modifier un point précis du logiciel. Le chapitre V constitue un guide destiné à toute personne souhaitant modifier ou échanger certaines parties du système, profitant de sa large modularité, dans les limites prévues de cette modularité. Il s'agit principalement des formalités de remplacement du domaine fictif et d'ajout d'outils de prospection. Si les modifications sont plus fondamentales, on se reportera au chapitre IV. - 6 - 1. INTRODUCTION Enfin, le chapitre VI est rédigé à l'intention des utilisateurs, qui y trouveront un "SPHINX: Mode d'emploi", lequel est d'ailleurs reproduit dans le logiciel. Les termes en caractère gras lors de leur première apparition dans le texte font l'objet d'une définition dans le glossaire. 1.4 Définitions de base De prés ou de loin, l'activité de 1 • hydrogéologue se rapporte à la connaissance de systèmes réels (e.g des aquifères), puisque ces systèmes contiennent l'eau qu'il recherche, qu'il veut gérer ou protéger. Dans ces systèmes réels, l1hydrogéologue de terrain poursuit un but précis et déploie pour y parvenir une certaine activité appelée prospection. Nous introduisons ici les notions de schéma et de modèle parce qu'elles sont commodes pour décrire la prospection réelle et parce qu'elles sont le fondement de la prospection simulée. Notions de schéma et de modèle Soit un hydrogéologue, mandaté pour étudier une vaste région. Les observations ponctuelles sur le terrain le renseignent quant au but poursuivi, mais il constate que ces informations ne prennent pas corps et sont inexploitables tant qu'elles ne figurent pas simultanément sur une entité représentative de toute la région: Il a besoin de dessiner une carte, de faire des coupes et des croquis, tous moyens permettant de ramener ce qui l'intéresse à l'échelle de ce qu'il peut percevoir simultanément. Définition: Carte, coupes et croquis constituent un schéma du système réel. Ne retenons que la carte. L'hydrogéologue a établi une correspondance schématique entre la région d'étude et la carte: - en représentant certains éléments du système réel par des symboles appropriés; Nature des roches affleurantes et perméabilités estimées. —> Figurés de couleur Cours d'eau. —> Traits continus etc. - en précisant certaines relations de la réalité; par exemple, en adoptant une loi physique décrivant convenablement la circulation de l'eau dans le système réel. Empruntons à [SUTER, 1966] les propriétés du schéma: Un schéma est établi dans une intention préalable. Dans cet exemple, supposons que l'intention préalable (ou but) soit d'alimenter une collectivité en eau potable. - 7 - 1. INTRODUCTION Un schéma est sommaire. Seuls certains éléments du système réel sont symbolisés et seuls certains aspects de ces éléments ou des relations entre ces éléments sont caractérisés par les symboles et les relations introduits dans le schéma. L'hydrogéologue portera dans le schéma la perméabilité associée à une roche davantage que sa composition minéralogique. Il portera probablement une loi décrivant la circulation des eaux souterraine. Dn schéma est toujours perfectible, sans jamais pouvoir être identifié au système réel. Une fois construit, le schéma est efficace dans la perspective de l'intention préalable initiale. Le schéma doit être capable de répondre à la question: Où trouver la quantité d'eau potable demandée ? Xe schéma acquière une certaine autonomie par rapport au système réel. Cette autonomie est telle qu'il est même possible, oubliant le système réel premier, d'imaginer un système réel tout différent. Définition: On appelle modèle d'un schéma toute concrétisation dont le schéma est la représentation symbolique. Le système réel ayant motivé l'établissement du schéma en est un modèle, mais on peut envisager de nombreux autres modèles d'un schéma donné. Figure 1.1;___Relations entre système réel, schéma {abstrait) et modèle. Illustration pour un usage fréquent en hydroçéoloçie. D'après L.Kiraly (Cours) SXSTEME REEL - Roche - Circulation d'eau ( Comparaisonj- ¦f Abstraction \ MODELE (numérique, analogique,etc. ) SCHEMA ABSTRAIT - Champ de perméabilité - Equation de diffusivité (incl, loi de Darcy) - Conditions aux limites, etc., Y _____f Réalisation A l (Concrétisation) J Le cycle de construction d'un modèle est toujours interrompu après l'étape de comparaison. A ce moment, on considère que le modèle peut remplacer le système réel sous l'aspect du but poursuivi et donc que les enseignements tirés du modèle sont transposables au système réel. - 8 - 2. Construction d' dm système de simulation Chapitre deuxième Construction d'un système de simulation On indique ici les caractéristiques générales d'un système de simulation de prospection hydrogéologique tendant à donner une expérience à celui qui l'utilise. Il s'agit du contenu conceptuel minimum d'un tel système, sans considération du formalisme adopté par la suite. Toutefois, dés ce stade, des choix doivent être faits; nous les énonçons et les justifions. 2.1 Principe La prospection hydrogéologique simulée demande à 1'hydrogéologue de travailler sur un modèle au lieu d'un système réel._____________________ Sur cette base, le processus est identique à la prospection d'un système réel : Libre au prospecteur d'établir un schéma et d'en construire un modèle. Du point de vue de l'acquisition d'expérience, les avantages de la prospection simulée sont les suivants, si le support du système est bien choisi: - Coût très nettement inférieur à celui de la prospection d'un système réel. - Rapidité. La plupart des tâches sont exécutées immédiatement, ce qui permet de comprimer sensiblement le laps de temps généralement nécessaire aux investigations. - Non conséquence des erreurs commises par 1'hydrogéologue, sur l'économie et sur les milieux naturels. • Option: L'ordinateur répond aux exigences formulées ci-dessus. Nous choisissons d'y construire le système, alors appelé aussi logiciel. 2.2 Personnel nécessaire 2 personnes au moins sont nécessaires au fonctionnement d'un système de simulation: - Un prospecteur, appelé aussi utilisateur, élève ou participant. C'est à lui que s'adresse le système et c'est pour lui qu'il est conçu. - Un opérateur, dont la tâche est de fabriquer le modèle, d'imposer un but à l'utilisateur et de donner à ce dernier les moyens d'y parvenir. L'opérateur, à la différence des autres hydrogéologues, ne construit pas un modèle pour résoudre un problème, mais pour en poser un à ses collègues. Nous jouons le rôle de l'opérateur. - 9 - 2. CONSTRUCTION D'UN SYSTEME DE SIMULATION « Option: Une fois son travail accompli, l'opérateur ne doit plus être nécessaire au fonctionnement du système. Celui-ci est conçu de manière à ce que, cLu__point__de__luas__de__l'utilisateur,__Is__système__remplace parfaitement l'opérateur. Autrement dit, nous choisissons de faire en sorte que, l'opérateur ayant joué son rôle à priori, seul le prospecteur soit nécessaire au fonctionnement du logiciel. L'avantage en économie de personnel est évident. 2.3 Contenu du système de simulation Le contenu minimum est: un but + un modèle. • Option: Dans le cas présent, décidons que le logiciel contient: - 1 but, fixé par l'opérateur, imposé à l'utilisateur. - 1 domaine réaliste, noté D3, conçu par l'opérateur, dans lequel l'utilisateur doit atteindre le but. Le domaine réaliste est constitué de champs de paramètres. - des outils applicables au domaine réaliste, permettant à l'utilisateur d'arriver au but. Les outils sont conçus par l'opérateur et sont en nombre fini. Explicitons ce qu'est le modèle par rapport à l'énoncé des constituants du système, en remarquant que d'une manière générale, les modèles réalisés sur ordinateur n'existent que pendant la durée de fonctionnement du programme qui les génère et qu'on contourne cette difficulté en demandant au programme de laisser une trace, généralement sous forme d'un fichier de résultat. - Dans notre cas, le modèle n'existe que pendant l'application d'un outil sur le domaine réaliste. - L'utilisation d'un outil par le prospecteur provoque la réalisation du modèle, qui utilise tout ou partie des informations contenues dans le domaine réaliste. - Le domaine réaliste n'est pas le modèle. - La trace laissée à l'utilisateur par le modèle est le résultat {fichier ou information à l'écran) de l'application de l'outil. - A l'état de repos {non fonctionnement), le logiciel ne fait que stocker un schéma abstrait. Ce dernier est concrétisé en modèle à la demande de l'utilisateur {fonctionnement). On conçoit alors que chaque outil, selon sa nature, génère un seul aspect de ce que nous avons jusqu'à présent appelé "le modèle". Autrement dit, étant donné la diversité des Sédiments fins —> K faible 2 approches permettent au prospecteur de connaître ces relations: - Détermination expérimentale. Un sondage électrique + un forage carotté au même endroit. En employant le perméamètre sur divers segments de la carotte, on peut établir une corrélation précise Rhov/K. - Emploi de relations empiriques. L'élève utilise des relations préétablies, généralement vraies. Nous qualifierons de réaliste une relation admise dans une grande partie des schémas abstraits disponibles dans la littérature concernant le type de système réel représenté. Ex: Sondage électrique seul. Rhov faible —> K probablement faible. - 20 - 3. Exemple de configuration Lors d'une prospection, les relations empiriques sont largement utilisées, "à défaut de mieux". Aussi, la qualité de 1'exercice de simulation (i.e son apport à l'expérience du participant) est largement conditionnée par le réalisme des relations entre paramètres. La figure 3.2 illustre la nature des relations existant dans D3; les valeurs associées à chaque classe d'équivalence sont données à la figure 3.3. Champs des caractères physiques K, Ss, me, RhOv, FR t Facteurs géologiques Nature pétrographique et faciès Age I I Facteurs géomorphologiques Relief 50%, ETP [mm/10 jours] = 0.13 * | T j * (Rg + 50) LT+15J Si Um < 50%, ETP [mm/10 jours] = 0.13 * LT+15J * (Rg + 50) * 1. + 50 - Un 70. Um = Humidité relative moyenne T *= Température moyenne sous abri à la période considérée [0C] Rg = Radiation solaire globale = Iga * (0.18 + 0.62(Hr/Hm)) Hr = Durée réelle d'insolation Hm = Durée astronomique du jour Iga ¦= Radiation solaire directe en l'absence d'atmosphère Le participant utilise les données climatiques fournies par la bibliographie inclue dans le logiciel. Les données pluviométriques sont en rapport étroit avec les valeurs du champ Débit distribué sur D2, mais sont stockées indépendamment. Utilisation non manipulations. facturée, non inscrite dans l'historique des 5.5.4 Sondages électriques Le modèle est produit par une solution analytique basée sur la méthode des filtres de Ghosh. Cette méthode est exposée en détail dans de nombreux ouvrages [Ghosh, 1971; Koefoed, 1982]; nous ne rappelons que les hypothèses de son application: Le sondage électrique représenté constitue la réponse du domaine réaliste si celui-ci avait une extension infinie et si les couches avaient partout l'épaisseur qu'elles ont au droit du point de surface où il est réalisé. En outre, les resistivités électriques vraies sont supposées constantes dans chaque couche. Le champ Résistivité électrique vraie est indépendant de celui de la variable Potentiel hydraulique. La variable produite (résistivité électrique apparente) ne reflète donc en aucun cas l'état de "saturation en eau de la roche". Suggestion - Puisque la hauteur de la nappe est définie (cf annexe 2), il est possible, pour chaque classe d'équivalence, de corriger la valeur de Rhov selon que l'élément est dessus ou dessous cette hauteur. Si le sommet de la nappe est à l'intérieur d'un élément, on rajoute une couche fictive. Fonctionnement L'utilisateur indique de manière interactive les coordonnées (x,y) du point où il souhaite effectuer le sondage. - 27 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION Le programme commence par vérifier que ce point n'est pas situé dans une zones urbaine. Il s'agit d'un ou plusieurs polygones définis dans une routine externe. En cas d'échec, l'opération est interrompue. Le vecteur des épaisseurs des couches au droit de (x,y) est construit de la manière suivante: - Recherche de l'élément de surface auquel appartient le point (x,y). Si (x,y) est en dehors de D2, le traitement est interrompu. - Recherche des coordonnées (s,t) de ce point dans l'espace local. Comme les éléments ont tous des arêtes verticales, ces coordonnées locales restent inchangées pour les éléments situés sous D2. On peut alors construire le vecteur des épaisseurs des couches rencontrées en appliquant les fonctions de transformation géométrique au coordonnées locales (s,t,-l.) pour chaque élément traversé.La construction du vecteur des numéros de classes d'équivalence des éléments traversés est simultanée. Ces tâches sont toutes exécutées par une routine externe. Les longueurs de ligne à disposition sont les suivantes: AB = 120 m AB = 200 m AB = 360 m AB = 500 m AB - 850 m AB » 1500 m Les résultats sont placés dans un fichier contenant pour chaque valeur intermédiaire de AB/2, celle de la résistivité apparente calculée. L'utilisateur ne peut pas changer les écartements intermédiaires auxquels sont faites les mesures. Quelque soit la longueur de ligne, le calcul est identique, mais 1'écriture des résultats est tronquée à la longueur voulue (interpolation linéaire pour la dernière valeur). Le tarif est indépendant de la longueur de ligne utilisée. Par contre, cette dernière est reportée dans l'historique des manipulations. - 28 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION SPHINX: Resultat du sondage électrique No 1 Coordonnée en X: 902325.0 [m] Coordonnée en Y: 220090.0 [m] OA= 1.0==> RHO app.= 259. OA= 1.3==> RHO app.= 259. OA= 1.8==> RHO app.= 258. OA= 2.4==> RHO app.= 256. OA= 3.2==> RHO app.= 253. OA= 4.2==> RHO app.= 246. OA= 5.6==> RHO app.= 233. OA= 7.5==> RHO app.= 209. OA= 10.0==> RHO app.= 173. OA= 13.3==> RHO app.= 129. OA= 17.8==> RHO app.= 91. OA= 23.7==> RHO app.= 66. OA= 31.6==> RHO app.= 59. OA= 42.2==> RHO app.= 64. OA= 56.2==> RHO app.= 77. Figure 3. 6: Exemple de modèle de sondage électrique (fichier de résultat) Les résultats peuvent être relus par un utilitaire d'interprétation graphique des sondages électriques. Le fonctionnement de ce dernier est absolument identique, mais lit les valeurs d'épaisseur et de résistivité vraie à l'écran (données par l'utilisateur) au lieu de les lire dans le domaine réaliste. Il trace alors les courbes' Rhoapp « f(AB/2) et l'interprétation se fait par superposition. Du fait de la similarité des programmes de production du modèle et de son interprétation, il est possible d'interpréter parfaitement un sondage électrique. Remargue: Se basant sur l'analogie entre les lois d'Ohm et de Darcy, nous avons envisagé la possibilité de construire des modèles numériques de sondages électriques. Dans ces conditions, les hypothèses simplificatrices des méthodes analytiques ne sont plus utiles et on pourrait réutiliser les programmes de modélisation des écoulements souterrains. Plusieurs difficultés apparaissent: a - L'imposition d'un débit n'est possible qu'à un nœud; on ne pourrait donc autoriser la manipulation qu'en certains points de D2. b - Un débit imposé à un nœud n'est pas ponctuel. Nous avons constaté que les valeurs calculées de potentiel sont inexactes pour des AB très petits. Cette difficulté est inhérente à la discrétisation par éléments finis: Un débit nodal représente en fait un débit sur toute la zone d'influence du nœud. c - Dans le cas du traine électrique, il faudrait faire fonctionner le programme autant de fois qu'il y a de stations, ce qui mènerait à des temps de calcul inacceptables. De plus, la raison évoquée sous a - rend impossible de reproduire un traine avec espacement régulier entre les stations. - 29 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION 3.5.5 Traînés électriques Le traîné est effectué selon un segment de droite dont il faut indiquer interactivement les extrémités. On spécifie également l'écartement entre les stations. Le programme vérifie qu'aucune des stations (maximum 500) n'est située dans une région interdite. Deux longueurs de ligne sont à disposition: AB >= 60 m AB = 200 m A chaque station, le modèle est identique à celui du sondage électrique; on n'inscrit cependant que la valeur (interpolée) correspondant au AB choisi. Resultat du traine électrique No 1 RAPPEL DES PARAMETRES: Xl= 902325.0 [m] Yl= 220090.0 [m] X2= 903100.0 [m] Y2= 221000.0 [m] Longueur de ligne : 60 [m] Longueur du pas : 150.00 [m] Longueur du traine : 1195.29 [m] Nombre de stations nécessaires: 9 RESULTATS: X= 902325.0 Y= 220090.0 Rho app: Coordonnées 60. Coordonnées X= 902422.3 Y= 220204.2 Rho app: 60. Coordonnées X= 902519.5 Y= 220318.4 Rho app: 57. Coordonnées X= 902616.8 Y= 220432.6 Rho app: 69. Coordonnées X= 902714.0 Y= 220546.8 Rho app: 107. Coordonnées X= 902811.3 Y= 220661.0 Rho app: 158. Coordonnées X= 902908.5 Y= 220775.2 Rho app: 116. Coordonnées X= 903005.8 Y= 220889.4 Rho app: 68. Coordonnées X= 903100.0 Y= 221000.0 Rho app: 68. Fioure 3. 7: Exempl e de modèle de i trair: ié électrique (fichier de résultat; Le tarif est indépendant de la longueur du dispositif et vaut le nombre de stations que multiplie le prix unitaire. Dans l'historique des manipulations, on écrit le détail des stations {coordonnées et longueur de ligne). - 30 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION 3.3.Ó Sondages mécaniques T La désignation exacte de ce type de modèle est: Sondage mécanique vertical destructif de diamètre 2", équipé d'un tube piézométrique crépine sur toute sa longueur, installé par battage. "Destructif" signifie que la valeur du champ Nature pétrographique & Faciès, entre le sommet et la base de "l'ouvrage" n'est pas communiquée à l'utilisateur. Le diamètre, 2", indique qu'il n'est pas possible, ultérieurement/ d'imposer une valeur à la variable Débit (pas d'essais de pompage possible). Par contre, ces sondages peuvent être implantés en tout point de D2. "Crépine sur toute sa hauteur" correspond à la manière dont le logiciel calcule le niveau d'eau dans le piézomètre. "Installé par battage" signifie que la profondeur maximum du sondage est contrôlée par le champ Résistance à l'avancement d'un piézomètre. La manipulation consiste à lire dans le modèle hydrodynamique à l'état de repos (stocké) les valeurs de potentiel appropriées, puis à calculer le niveau d'eau. PRELIMINAIRE Les notions suivantes sont à distinguer: - Le potentiel hydraulique, connu partout: • dans le système réel par un piézomètre ouvert uniquement à la base, • dans le modèle, par interpolation entre des valeurs nodales. - La hauteur de la nappe, dont la définition est donnée, pour SPHINX, à 1'annexe 2 . - Le niveau d'eau dans un piézomètre crépine sur toute sa hauteur. qui n'est dans le cas général comparable ni à la hauteur de la nappe (l'annexe 1 montre que dans le système réel, la seule présence de l'équipement modifie la distribution des potentiels), ni aux valeurs ponctuelles de potentiel à proximité de l'ouvrage. Remarquons que les seuls cas où le piézomètre crépine fournit la valeur exacte de la hauteur de la nappe sont: • Dans le système réel, lorsque la base de l'ouvrage affleure cette hauteur, • Dans le modèle, quand la profondeur de l'ouvrage est nulle, • Quand le piézomètre est inscrit dans une surface équipotentielle (système réel et modèle). Dans le système réel, la question suivante se pose: Comment interpréter le niveau d'eau dans un un piézomètre crépine en termes de potentiels ponctuels ? Dans SPHINX, le problème, pour l'opérateur, est inverse: Disposant de valeurs ponctuelles de potentiel (calculées), comment reconstituer un niveau d'eau dans un tel piézomètre ? - 31 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION Il faut choisir: • Définition: Dans SPHINX, le niveau d'eau dans un piézomètre crépine sur toute sa longueur est la moyenne des potentiels hydrauliques rencontrés entre la surface du domaine réaliste et la base de l'ouvrage, pondérée par l'épaiseur des niveaux traversés et par leur perméabilité (max(Kxx,Kyy,Kzz)ï. Exemple: 0 0 0 Profil des potentiels e-100 m e=2Û m e-30 m 5.0E-3 6 h=998 m K - 1.0E-5 Q h-1000 m K - 1.0E-3 h=999 m <99B x 5E-3 x 100) + (1000 x 1E-5 x 20) + (999 x 1E-3 x 30) (5E-3 x 100) + (1E-5 x 20) + (1E-3 x 30) = 998.057 m Cette pondération tend à donner plus de poids aux niveaux les plus transmissifs. Une valeur ponctuelle relativement forte (ou faible) de potentiel sera ainsi "absorbée" par un niveau épais ou perméable. Pour les forages 6", qui ne peuvent être installés qu'à la verticale des nœuds coins de surface, la valeur de potentiel utilisée pour chaque couche est celle du nœud milieu de l'arête verticale (cf illustration ci- dessus) . Pour les forages 2", on utilise la moyenne des potentiels aux interfaces supérieures et inférieures. La dernière couche étant généralement partiellement traversée, le potentiel au bas du forage est obtenu par interpolation. Bien que ne sachant pas reconstituer, dans le modèle, le niveau d'eau exact, il est possible de savoir, à coup sûr, si la nappe a été rencontrée par le sondage: Le cas défavorable est caractérisé par le fait que les potentiels hydrauliques rencontrés sont tous strictement inférieurs à la cote de la base du sondage. Il est alors cohérent que le logiciel produise le message: "FORAGE SEC: Nappe non rencontrée." - 32 - 3. EXEMPLE DE COHFIGDRRTIOH SPHINX: Resultat du sondage mécanique No 1 Coordonnée en X: 902235.0 [m] Coordonnée en Y: 221123.0 [m] Coordonnée en Z: 810.00 [m] Profondeur atteinte:- !metres. FORAGE SEC: Nappe non rencontrée. Fi gru re 3.8 Modèle de sondage mécanique 2", dans le cas où la nappe n'a pas été rencontrée. Dans le cas contraire le résultat de l'opération est de la forme: SPHINX: Resultat du sondage mécanique No 2 Coordonnée en X: 902800.0 [m] Coordonnée en Y: 221500.0 [m] Coordonnée en Z: 810.00 [m] Profondeur atteinte: 11 metres. Niveau d'eau: 808.03 metres. Figure 3.9 Modèle de sondage mécanique 2", dans le cas où la nappe a été rencontrée. Profondeur initiale demandée : 40 [m]. Le modèle peut être produit en n'importe quel point de D2 dont les coordonnées (x,y) sont indiquées par l'utilisateur. Fonctionnement - Demande interactive des coordonnées et de la profondeur (nombre entier) du sondage, - 33 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION - Construction du vecteur des épaisseurs des couches traversées et des numéros des classes d'équivalence correspondantes, comme pour les sondages électriques. Le sondage est considéré comme vertical parce que les arêtes des éléments finis sont verticales et qu'on utilise pour calculer la cote des interfaces toujours les mêmes coordonnées locales s et t; ces dernières sont recherchées une fois pour toutes, au début du sondage, dans la couche d'éléments 2D de surface. - Construction du vecteur des potentiels hydrauliques à la base de chaque élément (coordonnées locales (s,t,-l)). Le principe est le même que pour la recherche des côtes des interfaces entre éléments, en traitant cette fois les potentiels. On calcule ensuite la valeur de h au milieu du segment joignant 2 interfaces. - Calcul du niveau d'eau et écriture des résultats. Le programme représente l'installation d'un piézomètre par battage et il peut arriver que le sondage ne puisse pas atteindre la profondeur demandée: Le programme autorise un nombre maximum (1000) de "coups" pour installer le piézomètre et la valeur du champ Résistance à 1'avancement est donnée, pour chaque élément en nombres de coups pour descendre d'1 m. S'il faut plus de 1000 coups pour atteindre la profondeur voulue, le résultat est donné pour la profondeur qui a pu être atteinte. Dans ce cas, l'utilisateur est informé, mais ne peut pas renoncer à la manipulation. Il n'est pas permis d'effectuer, ultérieurement, d'essai de pompage dans les sondages 2". Cependant, ces derniers font l'objet d'un calcul de niveau d'eau lorsqu'un pompage est en cours dans un autre type d'équipement {"Tournée piézométrique"). La profondeur de l'ouvrage est donnée à priori par l'utilisateur. L'historique des manipulations est mis à jour. La facturation est spécifique; c'est une fonction linéaire de la profondeur et on ajoute éventuellement les "frais de déplacement de la machine", au cas où la manipulation effectuée juste avant n'est pas un sondage 2". 3.3.7 Sondages mécaniques Ó" destructifs. La désignation exacte de ce type de modèle est: Sondage mécanique vertical destructif de diamètre 6", équipé d'un tube piézométrique crépine sur toute sa longueur. Les différences principale entre les modèles de sondages 6" et ceux de sondage 2" sont: - de permettre ultérieurement l'imposition d'une valeur du champ de la variable Débit. - de ne pas faire intervenir le champ Résistance à l'avancement d'un piézomètre, de sorte que la profondeur du sondage est illimitée. - de ne pouvoir être installés qu'à la verticale des nœuds coins de D2. La niveau d'eau répond de la définition donnée au § 3.3.6. Le fichier de résultat est semblable à celui d'un piézomètre 2". - 34 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION 8056 SPHINX: Resultat du sondage mécanique No 3 Coordonnée en X: 902833.0 [m] Coordonnée en Y: 221549.9 [m] Coordonnée en Z: 810.00 [m] Profondeur atteinte: 40 metres. Niveau d'eau: 807.96 metres. Fipure 3.10 Modèle de sondage mécanique 6", dans le cas où la nappe a été rencontrée. Coordonnées initiales demandées: X = 902850 [m], Y = 221500 [m]. Profondeur initiale demandée: 40 [m]. PRELIMINAIRE Il faut tenir compte, dès "l'installation" d'un sondage 6", des essais de pompage qui pourront y être fait: Dans le programme utilisé pour générer les modèle hydrodynamiques, l'imposition d'un débit se fait à un nœud coin. Comme le lieu où l'utilisateur souhaite installer le forage ne correspond en général pas aux coordonnées en (x,y) d'un nœud du réseau, plusieurs approches sont possibles: - Déformer le réseau d'éléments finis afin de faire coïncider un nœud déjà existant avec le point choisi par 1*utilisateur pour installer le sondage. Il s'ensuit que l'on déforme le champ des paramètres hydrogéologiques (K, Ss, etc), ce qui est inacceptable. - Ajouter des nœuds et donc des éléments, à l'intérieur de l'élément préexistant dans lequel se trouve le point choisi. Dans les nouveaux éléments, les paramètres hydrogéologiques valent évidemment ce qu'ils sont dans l'élément initial. Cela est possible, mais selon les coordonnées choisies, le réseau modifié peut être mauvais en vue du calcul (valeurs nulles ou négatives du déterminant du Jacobien): Elément 2D initial Elément 2D modifié - 35 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION Il serait possible de définir les nouveaux éléments d'abord dans l'espace local pour éviter au moins les croisements d'arêtes, mais une autre difficulté apparaît: Lors d'un essai de pompage, le réseau est systématiquement affiné dans la région concernée. Le résultat de cette double modification est alors imprévisible. - Enfin, et c'est la solution retenue, l'installation d'un piézomètre 6" n'est permise qu'aux nœuds préexistant (nœuds coins de surcroit). L'affinage du réseau lors d'un pompage ne pose alors pas de difficulté. En pratique, le programme propose à l'utilisateur les coordonnées du nœud coin le plus proche du point voulu, à condition que ce nœud ni aucun de ceux placés à sa verticale ne soit l'objet d'une condition aux limites du modèle hydrodynamique. Fonctionnement - Demande interactive des coordonnées et de la profondeur {nombre entier) du sondage, - Recherche des coordonnées du nœud coin le plus proche, - Construction du vecteur des épaisseurs des couches traversées et des numéros des classes d'équivalence correspondantes. Ces informations sont disponibles directement, sans calcul, en lisant les fichiers décrivant D3. - Construction du vecteur des potentiels hydrauliques aux nœuds milieux de la verticale au droit du point retenu. Comme les arêtes des éléments sont verticales, le sondage est vertical. - Calcul du niveau d'eau et écriture des résultats. Remarque: L'affinage du réseau n'est pas entrepris lors de l'installation des sondages mécaniques, mais seulement lors d'une opération de pompage ou de flowmètre. La profondeur de l'ouvrage est donnée à priori par l'utilisateur. L'historique des manipulations est mis à jour. La facturation est spécifique; c'est une fonction linéaire de la profondeur et on ajoute éventuellement les "frais de déplacement de la machine", au cas où la manipulation effectuée juste avant n'est pas un sondage 6", quelque soit le genre exact de ce sondage (sondages 6" destructifs ou carottés, avec ou sans surveillance). • Suggestion: Calculer le prix selon un fonction non linéaire de la profondeur. Ü.Ö Sondages mécaniques Ó" carottés (sans surveillance). La désignation exacte de ce type de modèle est: Sondage mécanique vertical de diamètre 6", équipé d'un tube piézométrique crépine sur toute sa longueur. La valeur du champ Nature pétrographique & faciès est indiquée à l1utilisateur pour toute la profondeur du sondage, d'où le terme "carotté". "Sans surveillance" signifie que la profondeur du forage est donnée à priori par l'utilisateur, comme dans les cas précédents. Il n'y a donc pas moyen d'interrompre l'opération en cours. - 36 - fi 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION 8051 SPHINX: Resultat du sondage mécanique No 4 Coordonnée en X: 902704.4 [m] Coordonnée en Y: 221600.2 [m] Coordonnée en Z: 810.00 [m] Profondeur atteinte: 55 metres. De 810.00 metres a 794.70 metres ( 1): Graviers (fluvioglaciaire) De 794.70 metres a 755.00 metres ( 2): Argiles lacustres Niveau d'eau: 807.82 metres. riçuremm:3m..ll Modèle de sondage mécanique 6" carotté, non surveillé. 3.5.9 Sondages mécaniques Ó" carottés (avec surveillance), La surveillance du forage permet: - De ne pas fixer à priori la profondeur de l'ouvrage. Après chaque progression de 2 m, le programme demande à l'utilisateur s'il veut continuer ou arrêter. - A chaque "sortie du carottier", le programme indique la nature lithoïogique et le potentiel hydraulique au bas du tubage: En cours de forage, "l'équipement n'est pas crépine". Le modèle est constitué de 2 fichiers: Le premier est du même type que pour les sondages non surveillés: - 37 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION 8076 SPHINX: Resultat du sondage mécanique No 5 Coordonnée en X: 903029.0 [m] Coordonnée en Y: 221949.0 [m] Coordonnée en Z: 810.00 [m] Profondeur atteinte: 8 metres. De 810.00 metres a 804.55 metres ( 1): Graviers (fluvioglaciaire) De 804.55 metres a 802.00 metres ( 2): Argiles lacustres Niveau d'eau: 807.22 metres. Figure 3.12a Modèle de sondage mécanique 6" carotté/ avec surveillance. Lithologie et niveau d'eau. Le second contient les potentiels hydrauliques en cours de forage (calculés par interpolation entre les valeurs nodales): FORAGE SURVEILLE No 5 Potentiels hydrauliques mesures a chaque sortie du carottier. Se reporter au fichier FORAGE_5.RES pour la lithologie. De 810.00 metres a 808.00 metres : FORAGESEC. Fond du trou a 806.00 m: Potentiel hydraulique mesure: 807.22 [m] Fond du trou a 804.00 m: Potentiel hydraulique mesure: 807.22 [m] Fond du trou a 802.00 m: Potentiel hydraulique mesure: 807.16 [m] Figure 3.12h Modèle de sondage mécanique 6" carotté, avec surveillance. Potentiels hydrauliques à chaque sortie du carottier. La facturation au mètre est plus chère que dans le cas précédent. 3.3.10 Perméamètre à charge variable. Le modèle permet la détermination indirecte de la composante verticale du champ de perméabilité. Ce n'est donc pas une observation. Le programme demande dans quel forage carotté doit être prélevé l'échantillon destiné à l'essai, ainsi que la position de celui-ci dans la carotte. La longueur prélevé est de 0.5 m. Si l'échantillon contient - 38 - 3.__EXEMPLE DE CONFIGURATION différents niveaux, la perméabilité du tout est obtenue par pondération. L'utilisateur indique la hauteur initiale de la colonne d'eau (maximum 3 m) et le programme calcule l'évolution de la hauteur d'eau en fonction du temps, qui constitue le résultat. Un plan d'échantillonage par défaut est proposé (de 5 à 240 s); il permet d'obtenir des variations significatives de hauteur d'eau pour une perméabilité moyenne. L'utilisateur peut en indiquer un autre. Le modèle apparaît à l'écran mais n'est pas stocké. Son interprétation en termes de perméabilité n'est pas soutenue par le logiciel. Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de Temps de la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s la mesure [s 5. H mesure: 2.99 [m] 10. H mesure: 2.99 [m] 15. H mesure: 2.98 [m] 20. H mesure: 2.97 [m] 30. H mesure: 2.96 [m] 40. H mesure: 2.94 [m] 50. H mesure: 2.93 [m] 60. H mesure: 2.92 [m] 70. H mesure: 2.90 [m] 80. H mesure: 2.89 [m] 90. H mesure: 2.88 [m] 120. H mesure: 2.84 [m] 150. H mesure: 2.80 [m] 180. H mesure: 2.76 [m] 240. H mesure: 2.68 [m] Figure 3.13 Modèle de pèrméamètre à charge variable (Kz = 1.0E-6 [m/s]). Le référentiel des hauteurs d'eau est l'éxutoire du "dispositif expérimental". On suppose une précision de lecture d'1 cm. - 39 — 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION ion du tube fin (0 = 1cm) ion de l'échantillon (0 = 6") Q = - a^ dT Q = KA-U L _dH = _£ K-^T dT a L Log _H_ - - AJS (T _ T0) HO a L .^(^'»•'-(JULirfJEÌ Fiyure 3.14 Dispositif expérimental simulé et solution utilisée pour le pèrméamètre é charge variable (d'après De Mazsily, 1981). La longueur de 1'échantillon est toujours L = 0.5 [m]. Remayque^ Puisque les arêtes des éléments sont verticales et donc que les forages sont verticaux, la composante de K selon z est obtenue par simple lecture du tenseur [K]. L'utilisation du pèrméamètre n'est pas facturée et ne figure pas dans l'historique des manipulations. 3.3.11 Essais de pompage de longue durée GENERALITES SUR LES ESSAIS DE POMPAGE Ce qu'est le modèle. Le champ de potentiel hydraulique à 1'état de repos est modifiable par l'utilisateur, qui peut imposer une condition de débit à un nœud de surface si un piézomètre de diamètre 6" est installé à ce nœud. Le modèle consiste en un calcul du rabattement dans tous les piézomètres existant (2" et 6"); L'annexe 3 donne la définition du rabattement utilisée dans SPHINX. Combien y a t-il de pompes disponibles ? Avant de construire le modèle hydrodynamique avec la condition de débit supplémentaire, le logiciel affine le réseau d'éléments finis dans la région du pompage. La modification du réseau autour de 2 nœuds, qui pourraient appartenir à un même élément, peut conduire à une géométrie incohérente du point de vue du calcul (enchevêtrement des éléments ajoutés). Pour cette raison, l'imposition d'un débit n'est permise qu'à un seul nœud à la fois; "Il n'y a qu'une pompe disponible". a = Sect: A = Sect: On a: /TÌ \ d'où: * - 40 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION $iqnification du diamètre des piézomètres. Le piézomètre dans lequel a lieu le pompage est représenté par des éléments ID verticaux à haute perméabilité. En principe, ces éléments ne peuvent tenir compte du diamètre du piézomètre, de sorte que ce diamètre ne sert qu'à fixer une valeur réaliste du débit maximum imposable. Il existe des pompes immergées de diamètre 6" dont le débit atteint 900 1/mn et varie peu avec la charge. Cette valeur maximum est retenue. Il est par ailleurs interdit d'imposer un débit positif (injection), parce que le modèle hydrodynamique ne traite pas le cas d'un aquifère qui "déborde": que faire de "l'eau en trop", où la réinfiltrer ? Pourquoi faut-il modifier le réseau d'éléments finis ? La taille des éléments finis est à priori quelconque. Lors de la construction d'un modèle hydrodynamique par l'action de l'utilisateur (Essais de pompage ou de flowmètre), la fonction quadratique décrivant la distribution du potentiel hydraulique peut différer sensiblement, selon la taille des éléments voisins du lieu de pompage, de l'allure "analytique" des équipotentielles. On résoud cette difficulté en affinant automatiquement le réseau d'éléments finis à proximité du nœud à débit imposé. Exemple: Soit le réseau d'éléments finis quadratiques 2D suivant: Réseau 2D initial et Réseav 2D modifié équipotentielles et équipotentielles Figura 3*15 Exemple de réseau 2D en plan, avant et après affinage autour du nœud à débit imposé. Caractéristiques du modèle: Longueur = Largeur = 400 m. T = 1.0E-04 [m/s2], Alimentation distribuée =0., Q au nœud milieu = 0.01 [m3/sj. Potentiel hydraulique imposé sur tout le contour = 1000 [m]. - 41 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION En coupe, les potentiels calculés selon A-A* sont représentés à la figure 3.16. 920 I------1------1------1------i------1------1------¦------1 0 100 200 300 400 x [m] Figure 3.16: Réprésentation des potentiels hydraulique sur le réseau 2D selon une coupe (A - A'), avec le réseau initial, puis après modification du réseau. La solution de Dupuit est considérée comme référence. Les piézomètres 2" peuvent être installés n'importe où dans le réseau et pas seulement aux nœuds majeurs. En imaginant que de tels piézomètres seront implantés à proximité des nœuds à débit imposé, cet exemple illustre la nécessité de procéder à l'affinage du réseau. L'utilisateur pourra alors interpréter l'essai de pompage avec des solutions analytiques, dans la mesure des restrictions données par D3 uniquement, sans que la nature "quadratique" des fonctions de potentiel soit une source d'erreur supplémentaire. Comment modifie» t.-on Iß réseau ? Le programme ajoute des éléments autour du nœud à débit imposé, sur toute l'épaisseur de D3, quelque soit la profondeur du piézomètre 6". Selon le type d'élément à modifier, on procède comme indiqué à la figure 3.15. Puis on ajoute des éléments ID au droit du piézomètre, jusqu'au nœud situé immédiatement sous le fond de celui-ci. Comme les arêtes sont initialement verticales, cette dernière modification n'entraine pas la création de nouveaux nœuds. Il faut voir ici la raison pour laquelle les arêtes doivent être verticales; l'ajout d'éléments ID qui devraient traverser des éléments 2 ou 3D à arêtes non verticales demanderait un effort de programmation qui ne nous a pas semblé prioritaire. De plus, il faudrait introduire des éléments pyramidaux dont la forme dans l'espace réel se prête parfois mal au calcul d'écoulement en régime transitoire. - 42 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION Les éléments 1,2 ou 3D ajoutés ailleurs que sur la verticale du piézomètre le sont sur toute l'épaisseur de D3. Deux possibilités s'offrent pour le choix des coordonnées en (x,y) des nœuds ajoutés: - En travaillant dans l'espace local (p.ex. 0.1 en partant du nœud à la verticale du piézomètre), mais dans le cas de grands éléments, les nouveaux nœuds seraient trop loin, et de plus irrégulièrement répartis selon la taille des éléments. - En fixant la distance dans 1'espace global, on est sûr d* avoir une taille raisonnable des éléments nouveaux: Cette distance vaut le l/6eme de la distance au nœud initial le plus proche et au maximum 20 [m]. On peut ainsi traiter des éléments initiaux de taille quelconque. Les éléments biscornus peuvent cependant avoir pour conséquence le calcul de coordonnées nouvelles menant à des éléments trop déformés, voire faux. L'opérateur doit en tenir compte dans la discrétisation initiale. Sur z, les coordonnées des nouveaux nœuds sont obtenues en moyennant celles des nœuds préexistant. Ot Nœuds de l'élément initial t Nœud à débit imposé © Nœud ajouté Si d > 120 m, d/6 = 20 m Segment linéaire d/6 Fiçrure 3.17 Principe d'affinage du réseau d'éléments finis au voisinage d'un nœud à débit imposé par l'utilisateur. Illustration pour un réseau 2D en plan; dans ce cas, on n'ajoute évidemment pas d'éléments ID. Valeur de K dans les éléments ID Pour que le potentiel soit constant dans le piézomètre, une très grande perméabilité doit être assignée aux éléments ID. Des essais systématiques ont montré que pour K = 100 [m/s] , le forage est toujours inscrit dans une surface équipotentielle. Le contraste Kéléments 3D/Kéléments ID est - 43 - 3. EXEMPLE DE COHFIGORATION une raison supplémentaire pour affiner le maillage à proximité de l'ouvrage. Si la cote de la base du sondage ne correspond pas à un nœud, la perméabilité de l'élément ID le plus bas est obtenue par pondération: Eléments ID Sommet Elément 3D K = 100.* hlll < 1 h210 ' h2ll h210 h211 ' ' Q310 <' Q311 Etat 1 Etat 2 Etat 3 Q21 Calcul du niveau d'eau (NI) Calcul du rabattement R Valeur imposée Cote base du forage z28-f- Valeur calculée hij Potentiel hydraulique à l'état i et au nœud j. Qij Débits nodaux. Q21 est le débit imposé par l'utilisateur. Fiçure 3.20 Processus de construction du modèle de flowmètre. Résultat du flowmètre S03i Transformation lQ3i Q21 - 50 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION SPHINX: Resultat de flowmetre. Les flux indiques sont des vitesses verticales. Les valeurs negatives indiquent des vitesses ascendantes. Piezometre No: 3 Cote du sommet du piezometre: 810.00 [m] Cote du fond du puits: 770.00 [m] Debit: -900. [1/mn] Altitude du point: 807.79 Altitude du point: 807.54 Altitude du point: 807.29 Altitude du point: 807.04 Altitude du point: 806.79 AÜitude du point: 770.18 Valeur du flux: 0.00000 [m3/s] figure 3.21a Exemple de modèle de flowmetre. Les résultats sont donnés directement en termes de flux. Moyennant un étalonnage, il serait possible de calculer la vitesse de rotation de 1'hélice. SPHINX: Resultat de flowmetre. Les flux indiques sont des vitesses verticales. Les valeurs negatives indiquent des vitesses ascendantes. Le piezometre a ete denoye pendant le pompage. OPERATION INTERROMPUE Essayez avec un debit plus faible. Figure 3.21b Exemple de modèle de flowmetre dans le cas où (niveau d'eau initial - rabattement) est plus petit que la cote du bas du piezometre. - 51 - Valeur du flux:-0.01498 [m3/s] <=> 900 [1/mn] Valeur du flux: -0.01465 [m3/s] Valeur du flux: -0.01432 [m3/s] Valeur du flux: -0.01400 [m3/s] Valeur du flux: -0.01367 [m3/s] 3. EXEMPLE___DE CONFIGURATION 3.3.14 Vitesse réelle. Pour connaître la circulation des eaux souterraines, les hydrogéologues utilisent fréquemment les essais de coloration. Un modèle de transport de matière pourrait être utilisé pour représenter de tels essais dans SPHINX. Cependant, les difficultés suivantes apparaissent: - les temps de calcul nécessaires sont trop importants pour obtenir de bons résultats; le pas de temps doit être petit en raison de la taille variable des éléments. - Les éléments finis de D3 ont une grande extension latérale en regard de leur épaisseur et il est difficile de garantir la stabilité du calcul. - Les valeurs obtenues dans les piézomètres 2" situés à proximité du point d'injection peuvent être trop élevées/ parce que les fonctions d'interpolation quadratiques "étalent" beaucoup trop les concentrations. Pour remplacer le modèle d'essai de traçage, il existe dans SPHINX un outil "Vitesse réelle", sans equivalence dans la réalité, dont l'objet est de communiquer à l'utilisateur les composantes en DEVIS VALIDE <— Acceptation le 18-JAN-1992 18:37 L'unité monétaire est le US $; le montant total optimum est de 52'5OO $. Pour que le devis soit acceptable, la proposition de l'utilisateur pour chaque rubrique doit être: 1 Bibliographie & reconnaissance 1000. ± 15 % 2 Traînes électriques 4000. ± 15 % 3 Sondages électriques 2000. ± 15 % 4 Piezometres 2" 7500. ± 15 % 5 Piezometres 6" 15000. ± 15 % 6 Essais de pompage 5000. ± 15 % 7 Essais de flowmetre 3000. ± 15 % 8 Outil Vitesse reelle 7000. ± 15 % 9 Redaction du rapport 3500. ± 15 % 10 Divers et imprévus 4500. ± 15 % Il n'y a validation que sur proposition du logiciel et confirmation du participant. Dés lors, l'offre n'est plus modifiable et le logiciel retient le total de l'offre comme étant le budget global et définitif de l'utilisateur. Celui-ci peut donc, par la suite, s'écarter du montant prévu pour chaque rubrique, mais pas dépasser ce total. Le budget, en début d'exercice est de la forme: - 60 - 3. EXEMPLE DE__CONFIGURATION Nom: GEHTACH Date de mise a jour: 18-JAN-1992 18:37 Montant total du devis : 54916 Traînes électriques (par station) Sondages électriques effectues Metres de sondage par battage 2" Metres de sondage carot. 6" (non surv.) Metres de sondage carot. 6" ( surv.) Metres de sondage destr. 6" (non surv.) Essais de pompage (forfait) Tournées pie^ometriques (par piezo.) Outil Vitesse relie Utilisation du flowmetre Nbre Prixunit. Total : 0 50 0 : ' 0 200 0 : 0 110 0 : 0 24Ö 0 : 0 310 0 : 0 200 0 : 0 1000 0 0 20 0 0 30 0 : 0 1500 0 TOTAL: 0 SOLDE: 54916 1x0.2 Contrôle de l'efficacité de la démarche Etant donné que l'enjeu économique réel de l'exercice est nul, l'utilisateur peut adopter sans conséquence une démarche mauvaise. Dans ces conditions, l'apport de l'exercice à son expérience est faible. L'historique des manipulations, et donc l'expert à qui il est présenté, est le moyen le plus efficace pour guider ou critiquer l'action du participant. Cependant, afin d'augmenter l'autonomie du logiciel, il importe que ce dernier puisse dans une certaine mesure remplacer l'expert. Ce chapitre a donc pour objet d'examiner les possibilités de concevoir, dans SPHINX, un système tendant à vérifier que l'élève utilise raisonnablement les outils et le budget dont il dispose. Deux objectifs peuvent être poursuivis par un tel système: - Donner des conseils à l'utilisateur; dans ce cas le système doit rechercher à tout instant l'action optimum qu'il convient d'engager, en utilisant notamment ie résultat des manipulations précédentes. - Empêcher que des erreurs soient commises. Il s'agit alors de vérifier que l'action proposée vérifie un certain nombre de contraintes. Les méthodes de contrôle envisagées présentent un point commun: plus elles sont sophistiquées et performantes, plus elles sont spécifiques au contexte naturel représenté par les modèles. Leur efficacité se mesure à leur "non-transportabilité". Du fait qu'il n'existe pas en hydrogéologie de loi à la fois générale et précise pour guider la prospection, un choix doit être fait: - Soit l'expertise est assez "fine" et supplée largement le rôle d'une tierce personne. Dans ce cas, le système n'est pas applicable à un autre domaine réaliste. Changer D3 impose de reconstruire le système de - 61 - 3. EXEMPLE DE CONFIGPRATION contrôle. Cela nous semble en contradiction avec la modularité du reste du logiciel. - Soit l'expertise est moins précise. On peut alors conserver le système d'appréciation quand on change D3, moyennant des adaptations minimes. PRELIMINAIRE Ce qui suit est spécifique a SPHINX; les propriétés utilisées n'ont cours que dans le cadre strict du logiciel. Il s'agit de "quantifier le raisonnement", afin de le rendre reproductible par l'ordinateur. A - NATURE DE CE QUE RECHERCHE LE PARTICIPANT Il y a de l'eau partout dans D3, mais certains endroits sont meilleurs que d'autres en regard du but poursuivi. Le problème "trouver de l'eau de qualité, en quantité ..." peut donc être ramené à la recherche d'un objet qui se comporte comme une variable. • Dans le cas d'un modèle purement aléatoire ("aiguille dans une botte de foin"), l'investigation d'un point: - Donne un connaissance complète quant au point lui-même (Objet présent ou absent). - Ne donne aucun enseignement sur les autres points (même les plus proches), dont le niveau de connaissance est laissé intact. • En prospection hydrogéologique, c'est exactement l'inverse: - La prospection par un outil quelconque renseigne sur le lieu lui-même ainsi que sur l'ensemble de D3. - L'application de l'outil renseigne partiellement sur la présence de l'objet: Car cet outil ne donne en général que des indices de la présence de l'objet (i.e résistivité vraie). Car cet outil correspond a une investigation locale (e.g selon une verticale), alors que l'objet fait appel a une extension latérale. Il n'existe pas de méthode permettant la découverte directe de cet objet. On doit redéfinir le but en raisonnant de la façon suivante: Les caractéristiques physiques de l'eau sont connues. Le comportement de l'eau vis à vis de la matrice rocheuse est connu (On se situe dans le domaine d'application de la loi de Darcy). La connaissance de la manière dont l'eau circule dans le sous-sol vaut donc exactement la connaissance des paramètres hydrogéologiques de ce sous-sol. (Si on connait parfaitement les paramètres hydrogéologiques en tout point, alors on connait parfaitement le système de circulation parce qu'aucune inconnue n'est liée aux paramètres décrivant l'eau elle-même, ni aux lois qui décrivent son comportement). Trouver l'objet revient donc à connaître la circulation de l'eau souterraine, c'est-à-dire connaître la distribution spatiale des paramètres hydrogéologiques ainsi que les conditions de potentiel ou de débit aux limites du domaine. Il est ainsi légitime d'établir une équivalence entre le but initial (recherche d'un objet) et le but tel qu'il est redéfini ci-dessus. - 62 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION (Recherche de l'objet "Eau..." A *______v (Pas d'outil de détermination) J S ——r Détermination des paramètres hydrogéologiques (D existe des outils) + Obtention de conditions aux limites (Il existe des outils) B-ON PEUT UTILISER LES PARAMETRES GEOLOGIQUES, GEOPHYSIQUES, ETC Par ailleurs, bien que la structure géologique soit sans rapport conceptuel avec le but poursuivi (Détermination spatiale des paramètres hydrogéologiques), il existe un rapport de fait puisque la distribution spatiale des paramètres hydrogéologiques est liée à celle des différentes formations rocheuses. C'est par ce biais que la géologie intervient en prospection hydrogéologique et que le prospecteur utilise les règles de la genèse des formations rocheuses comme valides sous l'aspect de la distribution spatiale des paramètres agissant sur la circulation de l'eau. C - COMMENT QUANTIFIER LA STRUCTURE GEOLOGIQUE On utilise ici les propriétés des champs Age et Nature pétrographique & faciès (cf § 3.2.3 et § 3.2.4): A la verticale de chaque point de D2, il y a un empilement de niveaux géologiques. Cet empilement est inconnu, mais en (x,y) le prospecteur sait: - les niveaux qu'il peut y avoir dessous, - les niveaux qu'il y a certainement dessous, - les niveaux qu'il n'y a certainement pas dessous. O T Vl La difficulté est double: - Les niveaux ont des épaisseurs variables (minimum = 0) - Certaines couches existent dans D3 mais sont invisibles sur D2 - 63 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION Dans l'exemple ci-dessus: - Au point a, il ne peut y avoir que 7, surmonté de 6. - Au point b, les niveaux 2 à 7 peuvent exister sous 1. Or il n'y a pas d'indice de la présence de 2, 3, 4 et 5 dans D2. Ces niveaux doivent être supposés. Considérons que 1'activité du géologue consiste à préciser en tout (x, y) 1'allure de la CSTM, c'est à dire déterminer 1'épaisseur de chaque niveau. Construction de la CSTM. Elle comporte tous les niveaux connus ou inconnus susceptibles d'être rencontrés au moins à 1 (x,y,z) de D3. L'épaisseur de chaque niveau est établie: - par hypothèse pour les niveaux n'affleurant pas. - par hypothèse, observation, étude cartographique ou bibliographie pour les niveaux affleurant. Du fait que cette colonne est valable pour l'ensemble de D3, la colonne stratigraphique réelle (CSR) au droit de tout (x,y) de D2 est une transformation géométrique de la CSTM, définie par le vecteur des cotes des interfaces entre niveaux et donc une variable régionalisée de la CSTM sur D2. Il en va de même pour la connaissanpp que l'on a de la CSR. Par exemple, la carte géologique permet la troncature en tout (x,y) de la partie allant du sommet de la CSTM jusqu'au niveau affleurant, ce dernier étant conservé. Par ailleurs, remarquons que chaque outil est caractérisé par: - Le point de surface (x,y) de son application. - Le/les paramètre(s) qu'il tend à déterminer. - La profondeur d'investigation, qui suffit à décrire l'extension verticale de la manipulation, puisqu'il n'existe pas dans SPHINX d'outil permettant d'investiguer la cote z sans investiguer toutes les cotes allant de la surface jusqu'à z. (Dans les systèmes réels, seule la spéléologie pourrait faire exception). - Les autres outils devant être utilisés auparavant pour permettre son application, (i.e forage pour essai de pompage). RESUME: - Trouver l'objet "Eau de qualité..." revient à déterminer le champ des paramètres hydrogéologiques, ainsi qu'un nombre maximum de conditions aux limites concernant la circulation des eaux. La validité de ceci est établie en considérant qu'il n'y a aucune inconnue sur les paramètres physiques de l'eau, ni sur son comportement dans le milieu si celui-ci est connu. - Déterminer le champ des paramètres hydrogéologiques revient à connaître la structure géologique ainsi que la valeur des paramètres hydrogéologiques associés à chaque formation. L'utilisateur sait qu'à un - 64 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION faciès donné correspond de manière injective une famille de paramètres hydrogéologiques. - Cette dernière équivalence autorise l'emploi d'outils révélant la structure et la nature géologique sans apporter d'information directe sur les paramètres hydrogéologiques. Remarque: Une prospection optimum consisterait en l'emploi en tout point de D2, de l'outil permettant l'appréciation directe de la présence de l'objet recherché. - Cet outil n'existe pas, le plus ressemblant étant le forage avec essai de pompage de longue durée. Le budget limité oblige en outre le prospecteur à ne pas utiliser un modèle purement aléatoire et à remplacer l'essai systématique par le raisonnement. L'utilisation de chaque outil correspond à un risque budgétaire double: - Soit l'outil n'apporte pas d'information nouvelle et il y a alors redondance d'information. - Soit le résultat de son application est décevant du point de vue de la recherche de l'objet. (Roches peu perméables, zone saturée peu épaisse...) Par conséquent, on procède avec prudence, en établissant pour chaque (x,y) de D2 une péréquation liant la connaissance que l'on a de la CSR, l'intérêt que présente cet état et le risque d'erreur admissible. Appelons performance d'un outil son aptitude à renseigner directement ou indirectement de manière univoque sur les paramètres hydrogéologiques et/ou sur les conditions aux limites de la quantité extensive transportée. Affirmons ensuite que, dans SPHINX, les outils les moins chers sont schématiquement les moins performants: Prix % Pompages ^mcl prix du forage) - ¦ - ' —-^^- Performance La bibliographie échappe à la règle mais présente un caractère systématique (Point de départ inévitable). - 65 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION La prudence se traduit par une préséance dans l'ordre des manipulations: On applique d'abord les outils les moins chers (les moins performants), ce qui revient à dire qu'on peut globalement calquer l'ordre des manipulations sur l'échelle des prix. Ces remarques permettent de formuler quelques approches possibles pour un système de contrôle des actions engagées par le participant, en remarquant que si le cycle de la prospection réelle est schématiquement: celui de la prospection simulée sous contrôle d'un système d'appréciation s'écrit: Action oui non Raisonnement rân}-------. itéau .y Conformité raisonnement du système Approche systématique, sans considération du contexte, sans contrainte budgétaire. Dans ce cas, le système vérifie que la CSR est connue jusqu'à sa base, de façon homogène sur D2 . La CSTM est construite à priori par l'opérateur. On définit un coefficient de connaissance (CC) qui vaut initialement en chaque (x,y) le numéro du niveau affleurant en ce point. 2QE O CSTM (Etablie par l'opérateur). Géologie de surface Carte de connaissance initiale (après consultation biblio s.l.) - 66 - 3. Exemple_de configuration Chaque manipulation met à jour la valeur de CC au prorata du nombre de niveaux investigués. CC augmente de 1 chaque fois que le toit d'un niveau de la CSTM est précisé dans la CSR. Le système vérifie que la densité des manipulations n'est ni trop petite ni trop élevée, par interpolation et calcul d'écart-type de CC. Il peut en outre s'assurer que les opérations sont effectuées en respectant une préséance établie à priori (geoélectricité, piézomètres, forages, etc..) . CSTM a été louché. La prospection est terminée quand CC vaut en tout point le nombre de niveaux de la CSTM (ici 7) . Critique de la methods - Cette approche utilise la notion de connaissance (quantifiable), mais pas celle d'intérêt; le système sera donc amené à conseiller un investissement aussi là où il n'y a manifestement pas de ressources. - Si une méthode est inopérante en raison du contexte naturel, le système n'est pas en mesure de le remarquer. - Pour atteindre le but, il faut un budget illimité. Si ce n'est pas le cas, la prospection a peu de chances d'aboutir. - Si le but est atteint en cours de prospection, le système n'est pas capable de suggérer l'interruption des travaux. - Il faut entretenir une carte de connaissance aussi pour les conditions aux limites du modèle hydrodynamique (piézomètres). - La notion d'extension latérale ("validité latérale" d'une manipulation) intervient par le biais de la méthode d'interpolation de CC choisie. Cette interpolation est numérique et ne fait intervenir aucun critère géologique. Il faudrait modifier la méthode d'interpolation selon l'endroit de D2 et selon D2 lui-même. Une possibilité est de pondérer le coefficient de lissage par une fonction simple du numéro du niveau de surface: Sous 1 lissage faible, sous 7 lissage important; ainsi, plus il y a de niveaux pouvant se trouver sous (x,y) de D2, plus la variabilité de la structure est grande. On pourrait, de plus, associer à chaque niveau une variabilité latérale qui lui est propre. - 67 - 3. EXEMPLE DE COMFICORATION L'introduction de tels coefficients est gênante, sujette à discussion et interdit d'imaginer un programme où l'on puisse changer facilement le domaine réaliste. Approche faisant intervenir l'intérêt porté à chaque point. De nouveau, la connaissance en chaque (x,y) de D2 est estimée par le nombre de niveaux de la CSTM dont la cote du toit est connue. Définissons l'intérêt CI en (x,y) comme la transmissivité de la colonne stratigraphique supposée (CSS) en ce point. Par ce biais, on ramène de nouveau à D2 et sous forme d'une quantité une notion faisant intervenir l'ensemble de D3. Le calcul de CI est effectué par: - la somme de Kconnu ou bibliographique * econnu allant de la surface jusqu'à la profondeur maximum investiguée, plus - la somme de Kconnu ou bibliographique * ^bibliographique en dessous. CSTM (Etablie CSS initiale. Lc investigation par l'opérateur). niveau 2 affleure jusqu'au niveau 5. (CC=2) (CC=5) En procédant ainsi, on donne le même "poids" aux connaissances acquises qu'à ce qui est hypothétique. Il est donc souhaitable de pondérer la part de CI provenant de la CSTM. De plus, il convient d'abaisser le poids de la contribution des niveaux profonds pour représenter le fait qu'on s'intéresse d'abord aux ressources proches de la surface. En considérant D2 comme un ensemble de points, on peut représenter le déroulement de la prospection comme 1'évolution de ces points sur un graphe liant la connaissance que l'on a de chaque point et l'intérêt que présente ce point quant à l'objet recherché: - 68 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION Connaissance C=f(prix» 3 »0 .S t Ligne idéale Zone d'investissement Intérêt Distribution des points de D2 après consultation bibliographique s.l Le but à atteindre est la détermination du point (x,y) présentant un intérêt élevé. Comme on ne s'en remet pas au hasard, il importe que la connaissance de la CSR en ce point soit également élevée. En outre, l'intérêt ne peut pas être grand si la connaissance ne l'est pas. Choisissons arbitrairement la loi idéale pour parvenir au but: Connaissance = Intérêt. Le cheminement de quelques points de D2 illustre le déroulement de la prospection ainsi contrôlée: A - Après consultation bibliographique (y compris carte géologique), l'intérêt est petit et la connaissance élevée. Il peut donc s'agir d'un affleurement du substratum. Ce point étant hors de la zone d'investissement, on ne modifiera plus la connaissance le concernant. B-La position initiale est dans la zone d'investissement. On choisit donc d'appliquer en B un outil et on constate alors que l'intérêt a légèrement augmenté, mais pas suffisamment pour ramener B dans la zone d'investissement. Le cheminement de B est terminé. C - Chaque outil (de plus en plus chers) appliqué en C a augmenté l'intérêt de manière à maintenir le point dans la zone d'investissement. A l'issue de l'application du deuxième outil, le point se trouvait dans la zone à risque admissible, c'est à dire au dessus de la ligne idéale. Dans cette zone, les points présentent un intérêt faible en regard de la connaissance que l'on en a, mais on s'autorise à dépenser encore de - 69 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION 1 * argent en espérant que 1'intérêt augmentera encore. Finalement, il sera possible d'installer un ouvrage de captage en C. D-Le cheminement de D est incomplet. La connaissance est restée petite relativement à l'intérêt que présente D. Puisque le but a déjà été atteint en C, il est inutile de continuer a dépenser de l'argent. Critique de la méthode - Cette approche utilise la notion de connaissance (quantifiable) et celle d'intérêt (quantifiable). On peut donc espérer fabriquer un système vérifiant une bonne gestion du budget. Cependant, la ligne idéale étant arbitraire, il faut utiliser des coefficients lors du calcul de CC et de CI. Concernant CC, de tels coefficients ne dépendent pas seulement de l'outil, mais du milieu auquel ils s'appliquent. Par exemple, un traine électrique ne peut pas élever CC de la même quantité si des graviers ou de la moraine affleurent et on ne peut pas faire remarquer à l'utilisateur que la profondeur d'investigation de la manipulation est insuffisante pour espérer toucher un niveau aquifère. Cela signifie qu'il est impossible, par cette approche, de fixer des coefficients demeurant valides quelque soit le domaine investigué. - Si une méthode est inopérante en raison du contexte naturel, le système n'est pas en mesure de le remarquer. - Si le but est atteint en cours de prospection, le système est capable de suggérer l'interruption des travaux en détectant qu'un point se trouve à proximité du but idéal. - Il faut intégrer les conditions aux limites dans le calcul de CC et de CI. - La notion d'extension latérale ("validité latérale" d'une manipulation) n'intervient pas. On peut tout au plus faire migrer les voisins immédiats d'un point en utilisant de nouveau des coefficients dépendant du milieu. Approche faisant intervenir l'intérêt porté à chaque point avec interpolation physiquennent raisonnable. PRINCIPE: On injecte le montant (pondéré) de l'opération prévue dans le modèle numérique de la carte des transmissivités connues. Si le potentiel augmente fortement en regard du débit imposé, 1•opération est déconseillée. - 70 - 3. Exemple de configuration D2 Potentiel calculé Transmiss ivité connue par l'utilisateur (lissée) Vue en coupe selon AB L'état initial de Ia distribution spatiale des transmissivités est fourni par la CSTM tronquée au niveau affleurant. Le profil des transmissivités a ensuite été modifié en C par une manipulation quelconque. En injectant en I un débit fonction du prix de l'opération envisagée, on constate une forte élévation du potentiel hydraulique. L'opération est donc déconseillée. En I', elle aurait été autorisée. Pour faire respecter la préséance des manipulations, l'historique des opérations est reporté sur ime carte d'alimentation distribuée. On peut alors détecter et déconseiller une injection brutale. Pour donner un conseil (tel prix en tel endroit), il suffirait de calculer avec toutes les alimentations distribuées déjà investies et de chercher Ie point de plus bas potentiel. On se base sur les transmissivités connues ou supposées pour estimer le bien-fondé d'une action. En utilisant les transmissivités vraies (connues du programme), on pourrait déconseiller une action à priori justifiée, valide pour un état de connaissance donné. Critique de la méthode Cette méthode présente l'avantage de ne pas utiliser de coefficients pour 1 ' interpolation de CC ou CI et elle tient compte de 1 ' ensemble du domaine. La loi d'interpolation vaut la loi physique (Darcy), ce qui est idéal. CC est ici représenté par le débit injecté (alimentation distribuée) et CI par l'inverse de l'augmentation de potentiel sur tout le domaine. - On intègre la notion d'extension latérale, de manière optimum et sans coefficients. Cela permet de tenir compte, par exemple, de l'effet d'une lentille perméable dans une matrice peu perméable. Dans ce cas, l'approche précédente verrait un endroit favorable à l'exploitation alors qu'ici, le système donnera un avis négatif malgré une transmissivité locale élevée. L'intérêt est donc bien approximé par cette méthode, du point de vue de l'écoulement de l'eau dans le sous-sol. Mais deux difficultés apparaissent: Les contraintes techniques, topographiques et budgétaires n'interviennent pas sans un complément au système d'appréciation. - 71 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION - La transmissivité calculée doit être celle de la zone saturée: Comment interpoler entre les points d'ancrage de la surface piézométrique connue? - Par contre, des coefficients demeurent nécessaires pour convertir CC (Prix) en débit. Ces coefficients dépendent du milieu. Il faut en outre interpoler pour construire à chaque nouvelle manipulation la distribution spatiale des perméabilités connues. - Si une méthode est inopérante en raison du contexte naturel, le système n'est pas en mesure de le remarquer. - Si le but est atteint en cours de prospection, le système est capable de suggérer l'interruption des travaux en détectant que le potentiel hydraulique en un point est relativement bas tout en étant l'objet d'une alimentation distribuée élevée. - Comment choisir les conditions aux limites du modèle numérique ? - Il faut intégrer les conditions aux limites dans le calcul de CC et de CI. - Le contrôle global du budget peut être effectué en vérifiant, en fin de prospection, qu'une surface plus ou moins équipotentielle couvre D2. Approche par règles. Les solutions proposées ci-dessus présentent en commun de décrire la prospection par une loi unique, en définissant une quantité unique pour CC (ev. CI) . De telles approches sont conceptuellement valides. Cependant, il faut dans tous les cas introduire un jeu de coefficients qui dépendent du milieu d'investigation, parce que la performance des outils (donc leur apport à la connaissance) dépend de ce milieu. L'ajustement de ces coefficients est un travail délicat et il est difficile de garantir qu'aucun effet néfaste ne se manifeste. En voulant donner à SPHINX la propriété d'interchangeabilité aisée de D3, on doit condamner ce type d'approche. De plus, la quantité "intérêt" est liée à la transmissivité en (x,y): T (x, y) = TConnue + bibliographique = Tprouvée + hypothétique- Cette quantité est d'utilisation aisée mais ne permet pas une analyse assez précise de la CSR : Comment indiquer avec une quantité unique qu'il est inutile de faire un sondage électrique à AB court parce qu'il y a un résistant en surface ? Comment vérifier qu'un piézomètre a une chance de toucher l'aquifère ? On préférera une approche par règles. Il s'agit d'un mécanisme moins global, plus lourd dans son principe parce que manipulant plus de variables, mais"solide" dans le sens qu'aucun comportement imprévu du système d'appréciation n'est à redouter. PRINCIPE: On postule que chaque nouvelle manipulation est à priori judicieuse et on lui demande de vérifier un certain nombre de contraintes. Bien que ces contraintes soient établies séparément pour tout type d'opération, elles s'écrivent schématiquement: - 72 - 3. Exemple de configuration - Apport à la connaissance (Non redondance + validité de l'outil) - Intérêt du lieu tel qu'il est connu - Respect de la préséance des opérations - Equilibre du budget - Contraintes techniques (Distance au lieu d'exploitation, topographie, exclusion des zones urbaines, etc..) Chaque outil est couplé à son propre système d'appréciation: Il n'y a pas de système global, pas de loi unique, et le contrôle sur l'ensemble de la prospection est réalisé par l'historique et le budget. Si les notions d'intérêt et de connaissance sont implicitement prises en compte, on ne cherche pas ici à les quantifier. Elles sont traitées spécifiquement, de sorte qu'il est inutile d'établir une fonction les liant. On teste l'intérêt du lieu séparément de l'apport à la connaissance qu'apporte la manipulation prévue. DONC: Il demeure nécessaire d'introduire des coefficients pour décrire la validité latérale d'une manipulation, mais pas de coefficients liant les manipulations entre elles pour les ramener toutes à la quantité globale CC. De même, à la notion globale d'intérêt, on substitue le détail de la CSR. Remarque: Cette approche présente en outre 1'avantage de permettre l'ajout ou la modification d'un outil sans devoir modifier l'ensemble des coefficients intervenant dans CC, donc de recaler tout le programme. LISTE DES REGLES Traînés électriques - Sa distance au lieu d'exploitation est inférieure à une distance admissible (1'5OO m) fournie par le mandat. - A une altitude relativement basse (lecture de la courbe des %cumulés des altitudes des nœuds de surface; ici 550 m). - Ecartement entre stations raisonnable / longueur du traine => 10 < nombre de stations < 60 - Longueur du traine raisonnable / distance admissible => >l/20 - Préséance: Aucune clause, car cette manipulation est la première. - Non redondance: Moins de 20% des points du traine sont à (distance admissible / 50 ïde ceux d'un traine précédent. - Intérêt: Au moins 80% des stations peuvent toucher un niveau à Kbiblio > Kseuil« 0n procède par consultation de la partie de la CSTM sous le niveau affleurant. La profondeur d'investigation vaut 1/5 de la longueur de ligne. Le message est différent s'il est certain que la partie existante de la CSTM ne contient pas de niveau aquifère. Kseuil est calculé par le programme et vaut la perméabilité d'un milieu homogène minimum pour pomper le débit d'exploitation avec un rabattement < 2m. - Clause spéciale: Le traine présente un caractère systématique. Toutes les autres opérations sont déconseillées tant que la zone non- urbaine, contenant K > Kseuü dans la CSTM, à distance < distance - 73 - 3. EXEMPLE DE COHFICDRATIOH admissible, à altitude raisonnable, n'est pas couverte par une densité de traine suffisante {1 station par 1/10x1/10 de la distance admissible). On vérifie que tous les éléments d'un maillage couvrant cette zone contiennent au moins une station. Sondage électrique - Sa distance au lieu d'exploitation est inférieure à une constante (1500 m) fournie par le mandat. - Préséance: La densité de traine électrique doit vérifier la clause spéciale du paragraphe précédent. - Non redondance: Pas d'autre sondage ni forage destructif à moins de {1/20 de la distance admissible), dont la profondeur est > à la profondeur d'investigation (AB/5). - Intérêt: Peut toucher un niveau à KDiDii0 > Kseuil« Pj.ezomet.re 2". - Le forage n'est pas en zone urbaine. - Sa distance au lieu d'exploitation est inférieure à une constante (1*500 m). - Préséance: La densité de traine électrique doit vérifier la clause spéciale. - Non redondance: Pas d'autre piézomètre à moins de (1/20 de la distance admissible), sauf si un forage 6" existe dans ce rayon. - Intérêt: Peut toucher un niveau à K^i]0Ii0 > Kseuii. La CSTM ne présente pas de niveau dur entre la surface et la profondeur prévue. Forage 6" carotté, surveillé ou non. - Le forage n'est pas en zone urbaine. - Sa distance au lieu d'exploitation est inférieure à une constante (I'500 m) . - Préséance: La densité de traine électrique doitvérifier la clause spéciale. Il doit y avoir un sondage électrique dont la profondeur d'investigation est >= celle du forage prévu à moins de (1/20 de la distance admissible). L'interprétation du sondage électrique doit montrer quelque part une résistivité vraie > 200 ohm.m. * Non redondance: Pas d'autre forage 6" à moins de (1/20 de la distance admissible), dont la profondeur est > à la profondeur prévue. - Intérêt: Peut toucher un niveau â KDj.Dii.0 > Kseuil- Forage 6" destructif. - Le forage n'est pas en zone urbaine. - Sa distance au lieu d'exploitation est inférieure à une constante U'500 m) - Préséance: La densité de traîné électrique doit vérifier la clause spéciale. Il doit y avoir un sondage électrique dont la profondeur d'investigation est >= celle du forage prévu à moins de (1/20 de la distance admissible)L'interprétation du sondage électrique doit montrer quelque part une résistivité vraie > 200 ohm.m. - Non redondance: Pas d'autre forage 6" à moins de (1/20 de la distance - 74 - 3. EXEMPLE DE CONFIGURATION admissible), dont la profondeur est > à la profondeur prévue. - Intérêt: Peut toucher un niveau à Kbiblio > Kseuil* Flowmàtre. - Le forage n'est pas en zone urbaine. - Sa distance au lieu d'exploitation est inférieure à une constante (fournie par le mandat) - Préséance: Forcément dans un forage 6". - Non redondance: Pas déjà fait - Intérêt: Le forage doit permettre de pomper le débit d'exploitation avec un rabattement < 2m. (D ' après le log de forage et les K bibliographiques ) Pompage de durée limitée. - Le forage n'est pas en zone urbaine. - Sa distance au lieu d'exploitation est inférieure à une constante (fournie par le mandat) - Au moins 2 piézomètres ou forages se trouvent à moins de (1/20 de la distance admissible). - Non redondance: Pas déjà fait - Intérêt: Le forage doit permettre de pomper le débit d'exploitation avec un rabattement < 2m. (D'après le log de forage et les K bibliographiques). Vitesse réelle. - Non redondance: Pas déjà fait dans ce forage. L'utilisation de cet outil devrait présenter un caractère systématique; tous les forages sont concernés. Pompage de longue durée. - Le forage n'est pas en zone urbaine. - Sa distance au lieu d'exploitation est inférieure à une constante (fournie par le mandat) - Préséance : Forcément dans un forage 6". Au moins 2 piézomètres ou forages se trouvent à moins de (1/20 de la distance admissible). - Non redondance: Pas déjà fait - Intérêt: Le forage doit permettre de pomper le débit d'exploitation avec un rabattement < 2m. (D'après le log de forage et les K bibliographiques ou les résultats d'un pompage de durée limitée au même endroit). Ces règles supposent que le niveau phréatique est proche de la surface, relativement à la profondeur d'investigation usuelle des outils. Pour l'utilisateur, la consultation de ce que nous avons appelé "l'œil du maitre" est optionnelle et non facturée. C'est une rubrique séparée des autres dans le logiciel. - 75 - 4. Installation dans l' ordinateur Chapitre IV Installation de Ia configuration dans l'ordinateur 4.1 Généralités sur le logiciel. En raison de l'importance des calculs, SPHINX est installé sur un ordinateur VAX 8530 du département de calcul de l'Université de Neuchâtel. Les procédures de communication sont rédigées en langage DCL pour système VMS de DEC, les programmes en Vax Fortran 77. Les contraintes suivantes ont guidé sa réalisation: - Transportabilité. L'ensemble des programmes et procédures peut être installé sur une autre machine VAX, moyennant la redéfinition de quelques noms logiques. - Autonomie: La seule librairie externe nécessaire est PLOT 10/GKS; le mode graphique est TEKTRONIX 4014. Modularité: Chaque programme est une entité, modifiable ou interchangeable sans conséquence sur le reste du logiciel. - Cohérence: Les variables, dimensions, vecteurs et paramètres Fortran sont contenus dans un fichier externe, inclus dans chaque programme et sous programme. On réduit ainsi les risques d'erreur de programmation. La contrepartie est une consommation importante en mémoire centrale. Par ailleurs, tous les formats de lecture et d'écriture sur les unités physiques sont stockés dans une routine séparée. L'appel de cette routine pour les opérations d'entrée/sortie garantit notamment qu'un programme peut relire sans erreur un fichier créé par une autre partie du logiciel. Une librairie interne permet d'augmenter la cohérence et la.compacité de l'ensemble. Le programme communique avec l'utilisateur en langue française. Les formats Fortran contenant les messages étant réunis dans une routine unique (EDITION.FOR) , une traduction éventuelle est favorisée. Le texte est non accentué afin d'éviter les effets indésirables sur les environnements fonctionnant en mode 7 bits. Chaque utilisateur doit posséder un directory. Le logiciel y crée un sous-directory et y stocke les fichiers produits par le fonctionnement. Les directories des différents utilisateurs doivent résider sur le même disque. Toutes les opérations sont transparentes, les résultats de manipulations sont accessibles depuis le logiciel; aucune connaissance du système d'exploitation n'est nécessaire pour utiliser SPHINX. Les noms de fichiers sont choisis automatiquement, parfois sur la base d'un numéro donné par l'utilisateur. - 77 - 4 . INSTALLATION DAMS L ' ORDINATEUR Le nombre d'utilisateurs simultanés est illimité. L'opérateur possède un directory où est stocké le logiciel, qui n'est pas nécessairement sur le même disque que celui des utilisateurs. 4.1.1 Structure de la mémoire de masse Les procédures, programmes et fichiers, permanents ou temporaires, tant pour l'utilisateur que pour l'opérateur sont placés sur des unités désignées par des noms logiques. Dans tout ce qui suit, le terme ¦participant' désigne le directory principal d'un utilisateur donné. Unités physiques nécessaires et noms logiques correspondant: Uni-t-.és physiques____________________________________NoTfls_logiques 1 disque permanent pour l'opérateur 1 disque temporaire pour l'opérateur 1 disque permanent pour l'utilisateur 1 disque temporaire pour l'utilisateur 1 imprimante graphique 1 queue de traitement batch DISK$SPHINX:[000000] SCRATCHSSPHINX:[000000] SPHINXÇDISK:[000000] SPHINX$SCRATCH:[000000] SPHINX$PRINT SPHINX$QUEUE Sur NEDCU0:: (Université de Neuchâtel), les unités physiques sont: Noms ipqjqufîS_________________________________Valeur sur NEDCUO: : DISK$SPHINX:[000000] SCRATCHSSPHINX: [000000] SPHINX$DISK:[000000] SPHINX$SCRATCH:[000000] SPHINX$PRINT SPHINXSQUEUE DISK$GEOL:[TACHER.SPHINX] SCRATCH:[TACHER] DISKSGEOL:[participant.SPHINX] SCRATCH:[participant] GEOL_l NEDCU4 BATCH Ces noms logiques sont à redéfinir en cas de déplacement du logiciel. - 78 - ( 4. Installation dans l' ordinateur Structure et contenu global des untteb physiques, destcnf.es par leur nom t.ogtouf. EUgglSEHIBms[666636] I.ACCESSOIRES] [.MODELE] Contenu global DISK$SPHINX:[BUDGET] contient les fichiers de budget (•participant*.BUD) et devis {'participant*-DEV) propres à chaque utilisateur. Il y a autant de fichiers DISK$SPHINX:[BUDGET]participant.BUD, et .DEV que d'utilisateurs. DISKSSPHINX:[FILES] contient les fichiers représentant le domaine réaliste: SPHINX.ELM, Topologie des éléments SPHINX.COR, Coordonnées des nœuds SPHINX.PAR, Valeurs des paramètres SPHINX.RES, Potentiels hydr. au repos SPHINX.CLIMAT, Données climatiques DISK$SPHINX:[FILES.RESERVE] n'est pas indispensable au fonctionnement du logiciel. Il est cependant commode pour stocker les fichiers représentant un domaine réaliste en cours de préparation par l'opérateur. DISKSSPHINX:[HISTORIQUE] contient le fichier 'participant'-HIST (historique des manipulations) de chaque utilisateur. contient les versions source des programmes destinés à contrôler l'action du participant, ainsi qu'une librairie spécifique (Routines objet) DISK$SPHINX:[IA]IALIB.OLB contient tous les fichiers texte destinés à l'information du participant. Le préfixe du nom du fichier renvoie au nom de la procédure concernée. Ex: 51.INFO renseigne sur l'action de la procédure 51.COM DISK$SPHINX:[OOOOOO; ,BUDGET] .FILES]---- ,HISTORIQUE] IA INFOS] PROCEDURES] PROGRAMMES]' LIA] [.RESERVE] "E [.CODES]« EXECUTIONS] LIBRAIRIE] DISK$SPHINX:[IA] DISKSSPHINX:[INFOS] - 79 - 4. INSTALLATION DANS L'ORDINATEDR DISKSSPHINX:[PROCEDURES] contient les procédures de communication, rédigées en langage VMS. Le préfixe du nom renvoie au numéro d'appel dans les menus emboîtés. Ex: 51.COM est activée quand l'utilisateur choisit la première rubrique du point 5 du menu principal. DISKSSPHINX:(PROGRAMMES.CODES] n'est pas indispensable au fonctionnement du logiciel. Il contient les versions source des programmes (Vax Fortran 77), que l'opérateur a intérêt à conserver en vue d'éventuelles modifications. Les programmes correspondent aux outils et utilisent parfois les routines stockées dans DISKSSPHINX:[PROGRAMMES.LIBRAIRIE] Contenu__Ûil__directory DISKSSPHINX: T PROGRAMME S . CODES!___e£ description___sommaire. BUILDF.FOR CAPTAGE.FOR DECLARATION.TXT DEVIS.FOR DRAWCLIMAT.FOR DRAWGEOL.FOR DRAWLOG.FOR DRAWOP.FOR DRAWTOPO.FOR FLOWMETRE.FOR F0RAGE_2DNS.FOR F0RAGE_6CAS.FOR F0RAGE_6CNS.FOR FORAGE_€DNS.FOR INTERPRET.FOR MKTRAN.FOR MODI_RESEAU.FOR PERMEAMETRE.FOR PREFLOWMETRE.FOR PREPOMPAGE.FOR SH0WQUEUE2.F0R SHOWQUOTA.FOR SONDAGE.FOR TEST MEMORY.FOR Crée, lors de la première utilisation, les fichiers participant.BUD, .DEV et .HIST. En fin d'exercice, écrit les coordonnées et la profondeur du captage définitif dans l'historique des manipulations. Par la suite, permet d'interdire l'accès au logiciel. Fichier de variables, inclus dans les programmes. Etablissement et validation de l'offre. Représentation graphique des données climatiques. Champ Nature pétrographique & faciès sur D2 (carte géologique). Réprésentation graphique de log de forage. Carte des opérations effectuées par l'utilisateur. Carte topographique. Calcul des débits verticaux dans un piézomètre. Installation de forage 2". Installation de forage 6" carotté avec surv. Installation de forage 6" carotté sans surv. Installation de forage 6" destructif. Interpretation graphique de sondage électrique. Axquisition de paramètres transitoires pour essais de pompage de durée limitée. Affinage du réseau d'éléments finis autour d'une arête verticale donnée. Reconstitution d'essai au perméamètre. Acquisition interactive des paramètres nécessaires au modèle de flowmètre. Acquisition interactive des paramètres nécessaires au modèles d'essais de pompage. Interdit l'accès au logiciel et provoque la sortie si un essai de pompage ou de flowmètre est en cours. Interdit l'accès au logiciel si la mémoire de masse de l'utilisateur est < 200 blocks. Modèle de sondege électrique. Interdit l'accès au logiciel si la mémoire paginée est < 50'000 blocks (dépend de D3; cf § 4.1.3). - 80 - 4 . INSTALLATION DANS L'ORDINATEUR THORNTHWAITE. FOR TOURNEE-HP. FOR TOURNEE_HT. FOR TRAINE. FOR TURC.FOR VITESSE.FOR Calcul d'ETP selon Thornthwaite. Calcul des rabattements et écriture aux piézomètres, après modèle de pompage longue durée. Idem pour pompage de durée limitée. Modèle de traine électrique. Calcul d'ETP selon Turc. Outil Vitesse réelle. DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.CODES.ACCESSOIRES] regroupe les versions source de programmes non indispensables, destinés à faciliter la tâche de l'opérateur qui construit un nouveau domaine réaliste. (Utilitaires de construction, tests). DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.CODES.MODELE] contient les versions sources des programmes de calcul des écoulements souterrains. Ces programmes n'utilisent pas les routines stockées dans DISKSSPHINX:[PROGRAMMES.LIBRAIRIE] Contenu du directory__DTSKSSPHINX: TPROGRAMMES.CODES.MODELE!---s£ description___sommaire. FENl.FOR FENlSl.FOR FENlS2.FOR FENlS3.FOR FEN2.FOR FEN2S1.F0R FEN2S2.F0R FEN2S3.FOR FEN2S4.FOR Modèle hydrodynamique, régime permanent. Calcul de l'état de l'aquifère au repos et sous l'effet d'un débit imposé, (pompages longue durée) Modèle hydrodynamique, régime non stationnaire (pompage de durée limitée) Note: Les programmes FENl et FEN2 sont stockés en plusieurs sections. DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.EXECUTIONS] contient toutes les versions exécutables des programmes. DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.LIBRAIRIE] contient les versions source des routines utilisés par les programmes stockés dans DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.CODES]. Les versions objet correspondantes à ces routines sont regroupées dans la librairie DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.LIBRAIRIE]SPHINXLIB.OLB Contenu du directory__DTSKSSPHINX: TPROGRAMMES.LTBRATRIE1___e£ description__sommaire__des routines. ACCES.FOR ALLOW_USE.FOR BIP.FOR Interdit l'accès .aux programmes "payants" si le budget est épuisé ou si le captage est déjà fait Interdit l'accès aux programmes "payants" tant que l'offre n'est pas validée. Signal sonore. - 81 - 4 . INSTALLATION DANS L ' ORDINATEUR CAROTTE.FOR Calcul du vecteur des épaisseurs des éléments à la verticale de tout point de surface et vecteur des classes d'équivalence. CHECKINT.FOR Gestion d'erreur à l'introduction interactive d'un nombre entier. CHECKREAL.FOR Idem pour les nombres réels. CORRESPONDANCE.FOR Valeur de tous les paramètres pour une classe d'équivallence donnée. De plus, contient les grandeurs nécessaires à l'établissement et au contrôle du devis, les coordonnées du polygone définissant la zone urbaine, etc. EDITION.FOR Formats Fortran utilisés par les autres programmes lors des opérations de lecture/écriture. FACTURATION.FOR Mise à jour du budget et de l'historique des manipulations, suite à une manipulation facturable. GKSEND.FOR Désactivation de PLOTlO GKS. GKSSTART.FOR Initialisation de PLOTlO GKS. HCAROTTE.FOR Idem CAROTTE.FOR, pour le vecteur des potentiels hydrauliques à l'interface entre éléments. L0KIRE2D Recherche des coordonnées locales correspondantes (gestion d'écran). - Vérifier que la mémoire de masse disponible de l'utilisateur est >= 200 blocks. - Vérifier que la mémoire paginée de l'utilisateur est >= 50'0OO blocks. - Interdire l'accès si un job SPHINX de l'utilisateur est en cours sur SPHINX$QUEUE. - En cas de première utilisation, créer le directory SPHINX$DISK:[participant.SPHINX], créer les fichiers DISK$SPHINX:[BUDGET]participant.BUD {fichier budget) DISK$SPHINX:[BUDGET]participant.DEV {fichier devis) DISKSSPHINX:[BUDGET]participant.HIST {fichier historique). - Afficher le menu principal et permettre le choix d'une action; il y a alors appel des procédures correspondantes. - Interrompre la session si une action en cours fait l'objet d'un traitement batch (pompages ou flowmètre); ceci afin de ne pas surcharger l'ordinateur. 4.1.3 Besoin de l'utilisateur en mémoire centrale. Le fonctionnement des programme nécessite une mémoire centrale minimum. TEST^MEMORY, appelé par la procédure principale SPHINX.COM vérifie qu'une telle mémoire est à disposition de l'utilisateur, sous forme de mémoire paginée. En cas d'échec, l'accès au logiciel est refusé. Estimation de la mémoire nécessaire. Les programmes Fortran SPHINX incluent à leur début un fichier externe (DECLARATION.TXT) qui contient la déclaration de toutes les variables et paramètres. Ce fichier, commun à presque tous les programmes du logiciel, garantit une homogénéité dans les notations et les dimensions des vecteurs; il limite donc sensiblement les risques d'erreur de programmation. En contre-partie, chaque programme n'utilise de fait qu'une partie des variables déclarées. Ce fichier est déterminant pour les besoins en mémoire centrale. Dans la configuration actuelle, pour un domaine réaliste pouvant contenir jusqu'à 4 couches G G G jj O» TJ G-H rH •-i •ö w CM VO VD VO O» o« o» O] E G (Q G 3GjJGGGGG G C -H G M io m -H O) E OGG TJ TJ (Q *0 TJ -H TJ TJ G (O O 3 Q) (D 0) Q) Q) (0 a a rH rH 0) ¦H JJ 4J JJ JJ JJ JJ M E JJ Cf nb TJ TJ TJ Tî .C E E (0 (0 G rH rH m MMM en CjJ GjJjJ CjJjJ ID ¦H U 0 O 3 -H TJ (O (Q G (Q (Q rO O G(OM(Q(OG(O(Q G P Ü> M -H Q) û) û) Q) a a JJ 4J 3 -H TJ OUO .H ËJJ ajJjJ4JjJ4J 0) TJ -H (D 4-> M M M M M (U (J -H G 4J 4J GrH MfHrH OrHrH 0) rH 4-» Ü 4-> 4-) JJ JJ JJ G G (0 G 3 0 ¦H G (Q (fl (0 C 33G33a33 G (D -O -H Ol U Q) G 0) Q) Q) TJ TJ •H CT (0 C 3 rH rH ^ 3 0* 0) Jj 0) 0) 0) 0) JJ M U O (0 n i-H (D EEEEW JJ -H ¦H O" -HGCGGQlGG ¦H G C — ï 0) 0) H O O 0 0 JJ ¦H -H G 0] M Jj ¦H MMM M J-M-HM MTJMM > -H JJ Oi -H 0 EEE E (TJMMMMMMM M 0 O) -H C •H Oi Q) •H -H -H -H (0 V) O) 3 G 0) TJ > JJ iH -H -H -H MGGGGGGG G -H ¦H > M O JJ (0 C ex a a a Q) G G J3 TJ ¦ri 3 G 0) MMM M Oi-H-H-H-H-H-H-H ¦H "M (0 Q) Q) O M (O TJ •H E J= J^ TJ TH a a a & J= JS J= J= J= JS X! J= C TJ -H J= 3 E C (0 CCCGM C G G G - J= EEE E MOOOOOOO O C G .G E-t H -H O IH 3 3 3 3 Q) 3 3 •-i <-l •-t G G •¦ ¦H -ri -H -H G-H-H-H-t-t-H-H-H -H 3 O O a H n 4-> rH <-t rH "1V ^ ^ -s. 4JlWU-IUHU-(1M1H1W >M (J rH m C C U HMMM MMG M M M MMM M G M M O O C C GGGGG ID G M G G G M M M GGG G MCCCCCGC C G g u D» ¦H ¦H 0) 3 3 JJ JJ 4J JJ Tî 3 3 4J JJ JJ JJ S G G CGC C a3333333 3 E M -H O (D (D (D CCCC jj jj G rH rH W E E E Tt -H -H -H M ¦H "° ^ ¦H 0} n (D (D Q) (0 (0 (Q (Q «H UOE 3 3 3 ¦H •H •H 0) 0) 0) m GMMMMMMM M M C J3 -H G M M i-t ^H rH rH fi] G G 3 0) 0) m M M M m « o) O) ±}T4T4-r4-rii4-rtrt -h a a rd A CU CU C ¦H -H a û, a a o) ttj Uh O C C C a a a GGG G COO0OO0O O E M 4-1 ¦H H Eh O «n ro EEEEM 1HM H 0 O O E E E QQQ O M>>>>>>> > m CU M 03 U h Q tu Pu M M f-l M W CJ W Iu CJ O U IH H M O rH CM CO T rH CM C) (H CM O T-H (N) rH (s) CO ^ tf) ri CM M rH CM m *r m VO rH CM CO »y inVOr-COOl-HrHrH rH rH T-H r-i rH CJ Ol CM (O n •T ^r v ^ w m m m CO CO CO CO CO 00 CTt Ol CfI COKREfP WIOAVCE. EXC - - \ S.COM Y- - -| Jl.CWp^glUgOlPMlE.ElU^T-JiU.COHl------(nOI)l REtEAU. CXt) ^1B .COM 1^M.EXx)(TMIRKEE-EP. EXe") '¦,""< V.l li.CWr-J~^"'E'^Wl'«CE.EX^(Ml(Tlt*lt.EXE^Tr| »A.COMfr-{HPOI BEtEAU.EX^ t. J ».CPap-tpBEPPtPACE-ExftT'l »*-COW|~CmOOI-REtEAO.EX^ -| ilB.COW^(FEWl.EXEXPMFLOM'ET!a: Elt^fiï-OWMETWE.EX^ Jl.CCW F-^-CC*PTACE. EKEJ I t. IHFO 1 H "-«"l -| «i.coh] ¦GïEl iti.iWg___________ -J «l.COn[—1—.(pha»MPO.EKe) ^DKAMCEOL .EXEj l»l. DEVIS VALIDE <----- Acceptation le 'DATE' Dès lors: Le programme DEVIS n'est plus accessible (l'offre n'est plus modifiable). Les outils dont l'utilisation est facturée deviennent disponibles. La routine *ALLOW_USE, placée au début des programmes correspondant vérifie que le mot clé "VALIDE" figure à la dernière ligne de DISK$SPHINX:[BUDGET]'participant'.DEV. Dans la négative, le programme appelant est arrêté. Les fonctions du fichier .DEV sont les suivantes: - Eviter à l'utilisateur de réintroduire tous les montants s'il procède en plusieurs sessions. - Servir dans une discussion avec un expert, pendant ou après l'exercice. - Conserver pour le logiciel, la preuve que le devis a été réalisé et accepté. - 69 - Programme DEVIS Fabrication du budget par l'utilisateur Appel par la procédure DISK$SPHINX:[PROCEDURES]12.COM Structure générale ( CALL CORRESPONDANCE J Définition du montant total optimum (SPHINXTOT) que préconise le programme. ( Définition du montant optimum réservé à chaque type d'opération (SPHINXETAT(n)Ì, en % du montant total. X SPHINXETAT(n) doit être 100. Définition de la marge (MARGE) en % du prix optimum des opérations, tolérée pour les montants proposés par l'utilisateur. MARGE=15% est le même pour toutes les opérations et donc pour le total. Définition des opérations nécessairement prises en compte dans le devis. Le vecteur ETATXT, comme SPHINXETAT, est de longueur NBITEM; chaque élément est une chaine de caractères (A40) dont l'indexage correspond à celui du vecteur SPHINXETAT. Arrêt du programme si le devis a déjà été validé. Recherche du mot clé "VALIDE" sur la dernière ligne de DISKSSPHINX:[BUDGET]'participant'.DEV CALL RDB J -(callask) G Lecture de l'état actuel du devis dans le fichier DISK$SPHINX:[BUDGET]'participant'.DEV Affichage de l'état actuel du devis, demande interactive de la rubrique à modifier (*0, sinon sortie) et enregistrement du montant. D CALL VALIDATION^Contrôle de la qualité du devis. DEVIS ACCEPTABLE pour le programme NON OUI (OUT-Oî VALIDER par l'utilisateur NON MODIFIER OUI NON C OUI CALL FIXER SAUVEGARDE de l'état ) Sauvegarde de l'état dans _ i DISKSSPHINX:[BUDGET]'participant'.DEV et écriture d'un ligne supplémentaire: ¦> DEVIS VALIDE <---- Acceptation 1« , 'DATE' Ecriture du montant total dans DISK$SPHINX:[BUDGET]'participant'.BUD SORTIE - 90 - Fonctionnement de la routine VALIDATION - Un premier contrôle est effectué sur le montant total du devis. 4 cas sont distingués, produisant chacun un message: OUT=I OUT=O OUT=I Nettement insuffisant Acceptable/faible Acceptable/cher Nettement trop cher SPHINXTOT*(100.-MARGE)/100. SPHINXTOT Ensuite, contrôle par rubrique 3 cas possibles, pour une rubrique n OUT=I OUT=O SPHINXTOT*(100.+MARGE)/100. TOTAL [$] OUT=I SPHINXETAT*(100.-MARGE)/100. SPHINXETAT(n) SPHINXETAT*(100.-MARGE)/100. ----? ETAT(n) [$) Rubrique suivante Il suffit d'une rubrique dont le montant soit inacceptable pour que OUT=I. - 91 - 4. INSTALLATION DANS__L'ORDINATEUR Les fichiers .DEV, .BUD et .HIST portent en première ligne le nom de l'utilisateur. 4.2.2 facturation La mise à jour du budget, suite à une manipulation facturable est effectuée par la routine FACTURATION.FOR de la librairie DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.LIBRAIRIE]SPHINXLIB.OLB. Chaque type d'Opération est repéré par un numéro d'ordre de 1 à 10 (NBITEM = 10); le programme appelant transmet ce numéro (NATURE) ainsi que la quantité (NOMBRE) par laquelle il faut multiplier le prix unitaire de l'opération: MANIPULATION NUMERO OUANTITE Sondage électrique 1 1 Traine électrique 2 Nombre de stations Forage 2" 3 Profondeur Forage 6" carotté non surv. 4 Profondeur Forage 6" carotté surv. 5 Profondeur Forage 6" destructif 6 Profondeur Forfait tournée piézo. 7 1 Tournée piézo. (modèle hydraulique) B Nombre de piézo. Vitesse réelle. 9 1 Flowmètre 10 1 Les prix unitaires sont lus dans 'participant'.BUD O Stockage du domaine réaliste 6 fichiers sont nécessaires à la construction des modèles. La forme du champ de paramètres constituant D3 est représentée par 2 fichiers : DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.ELM contient la topologie des éléments finis. DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.COR contient les coordonnées géométriques des nœuds. La valeur des paramètres est dans DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.PAR et D1SK$SPHINX:[PROGRAMMES.LIBRAIRIE]CORRESPONDANCE.FOR. DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.RES décrit les potentiels hydrauliques partout dans l'aquifère à l'état de repos. DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.CLIMAT contient les données climatiques. - 92 - 4. INSTALLATION DANS L'ORDINATEUR On trouvera au chapitre V les règles de construction de ces fichiers. Leur contenu actuel figure à 1'âWlfiXfî—fi.• 4.4 but et données du problème Les "règles du jeu" sont contenues dans le logiciel; l'utilisateur peut les consulter à tout moment, sans affecter son budget. Les informations générales affichées par la procédure DISK$SPHINX:[PROCEDURES]0.INFO, sont les suivantes: SPHINX: Informations générales. 1) Principe: SPHINX est un ensemble de procedures et de programmes destines a l'enseignement, orientes vers la prospection hydrogeologique. La prospection hydrogeologique simulée se pratique sur un domaine fictif qui constitue une simplification du milieu naturel represente. Par ailleurs, le comportement de ce domaine face aux diverses operations qu'il est possible d'effectuer correspond a la construction de modèles (hydrauliques, électriques,..). Dans la mesure du possible, les modèles reproduisent le comportement d'un système reel, mais ne sont pas le système reel: - Le domaine est une approximation de l'aquifere represente (formes simples), - Les modèles produits admettent des hypotheses simplificatrices qui éloignent encore le comportement de l'aquifere simule de celui de l'aquifere reel. De ce fait, du point de vue de l'utilisateur, les "règles du jeu" ne sont pas tout a fait celles de Ia prospection relie. Par exemple, un sondage électrique dans SPHINX reproduira Ia réponse de l'aquifere en supposant que les couches ont une extension laterale infinie. Les hypotheses de travail sont expliquées en detail au fil des operations; il faut en tenir compte. 2) Fonctionnement: Il suffit que chaque participant dispose d'un directory principal, dans lequel SPHINX créera automatiquement un sous-directory. (Ex: [partieipant-SPHINX]) Les fichiers crées lors de certaines operations y seront places. Ces fichiers sont parfois utilises après leur creation par d'autres fonctions de SPHINX: VOUS NE DEVEZ DONC EN AUCUN CAS TENTER DE LES MODIHER. ***************************************************** Pour les examiner, les utilitaires appropries sont contenus dans SPHINX. - 93 - 4 . INSTALLATION DANS L1 ORDINATEUR Dc même pour les imprimer. L'imprimante assignee a SPHINX est GEOL_l. La structure modulaire de SPHINX le rend facile a utiliser. Les menus sont organises de maniere hiérarchique. Les erreurs de manipulation ne portent pas a consequence. 3) Realisation: Implantation: VAX Procedures: VMS V5.4-2 Programmes: VAX FORTRAN77 Librairie graphique: PLOTlO GKS 4.4.1 but Le point 1.1 du menu fait apparaître un fichier texte, DISK$SPHINX:[PROCEDURES]11.INFO, dont le contenu est le suivant: Lc but est de trouver dans le domaine réaliste un point (x,y) où imposer un Débit de 10'0OO [m^/jour], sans provoquer un rabattement supérieur à 0.8 [m], ni en ce point ni en d'autres. La distance de ce point au lieu d'exploitation (X = 903'000, Y = 220'50O) doit ótre inférieure à 1'5OO [m]. Le champ des vitesses reelles doit permettre de prévoir qu'une pollution provenant de la zone urbaine ne gagnera pas (x,y) en moins de 10 jours. Pour y parvenir, une offre doit être constituée et validée par Ie logiciel. Par la suite, la plupart des opérations seront facturées; l'accès au logiciel sera interdit lorsque Ie budget ainsi constitué sera épuisé. - 94 - 4.4.2 Carte topographique. Programme DRflWÏOPO, Représentation graphique de la cote z sur D2 Appel par la procédure DISK$SPHINX:{PROCEDURES)91.COM Structure générale ( CALL *0PC0R3D J Lecture du fichier des coordonnées Les routines dont le nom est précédé d'un '*' font partie de la librairie SPHINXLIB. Recherche des extrêmes en (x,y,z) pour la couche d'éléments 2D de surface. Affichage de z mini et z maxi, Demande interactive de !'equidistance et de 1'isoligne minimum. \ Initialisation de la librairie graphique GKS, CALL *GKSSTARTJ Ouverture des stations (Ecran et/ou metafile) f CALL CADRE ) Dessin des divers cadres, titres et légendes C CALL CONTOUR D-G J CALL *0PELM3D J Tracé du contour de D2 (CALL ISOLIGNEs)-p^CALL LCZ3 )------(cALL INTER6J Triangles [CALL LCZ4}—\CALL INTERBJ Rectangles C Tracé des isolignes CALL *GKSEND 3 Fermeture des stations et de la librairie GKS Fonctionnement de la routine CONTOUR Lecture du fichier des éléments et chargement en mémoire centrale. Comptage du nombre d'apparitions (vecteur IOC) de chaque noeud dans tout le fichier des éléments. Pour chaque arête de chaque élément, le noeud milieu apparait-il une seule fois dans le fichier? Si oui, on dessine l'arête. Les noeuds du milieu des arêtes sont connus parce que !^numération des noeuds pour chaque élément commence par un coin. - 95 - Fonctionnement de la routine ISOLIGNES Pour un élément de surface donné K - Copie des coordonnées des nœuds le constituant dans CORCL; (Illustration dans le cas d'un rectangle) x y z Vide i-----------------<-----------------¦-----------------1--------------------------------------------------- KR2 - 8 (Rectangle) Découpage de l'élément de référence en INN*INN carrés (INN est fixé à 8, STO = 2/INN vaut 0.25 •= coté d'un petit carré, ce qui est un compromis favorable entre rapidité de calcul et finesse du tracé). On écrit: DO 3 I=I,INN A=I. 0-DFLOAT(1-1)*ST0 DO 2 J-I,INN B-DFLOAT(J-I)*ST0-1.0 CALL LCZ4(A,B,C0RCL,Nl,N2,ZLl,INN,STO) 2 CONTINUE 3 CONTINUE Appel de la routine LCZ4 pour chaque petit carré, repéré par les coordonnées de son coin inférieur droit dans l'espace local. Si KR2(K) = 6 (Triangle) La boucle d'appel de la routine LCZ3 permet de définir dans celle-ci les points suivants du triangle de référence. On écrit: DO 5 I-1,INN/2 DO 4 J=l,INN/2-I+l CALL LCZ3(I,J,CORCL,Nl,N2,ZLl,INN,STO) CONTINUE CONTINUE u Elément suivant - 96 - Fonctionnement de la routine LCZ4 Pour un petit carré dans l'élément de référence Pour chacun de ses 4 coins, dont les coordonnées locales sont connues Calcul des fonctions d'interpolation N (routine INTER8) Calcul de z (noté ZLC) : On écrit DO 1 J=I,8 ZLC(L+1,I+1)=ZLC(L+1,I+1)+N(J)*C0RCL(J+16) CONTINUE Pour une valeur possible-d'isoligne rPour un coté du carré Recherche du point d'intersection, par interpolation linéaire Si intersection et N3 - Olle point d'intersection est (YBATH(I)7YBATv(I)) In3 = 1 Si intersection et N3 * Olle point d'intersection est (YBATH(2),YBATV(2)) I N3 = 1 (YBATH(2);YBATV(2),XX) (A-ST0,B+ST0,ZLC(2,2)P (A-STO, B, TZLC(2, 1» 9(A,B+ST0,ZLC(1,2)) (YBATH(I),YBATV(I),XX) O(A,B,ZLC(I,I)) Coté suivant Si 1'isoligne xx traverse le carré (N3=l) Pour chacun des 2 points d'intersection YBATH,YBATV Calcul des fonctions d'interpolation Calcul des coordonnées correspondantes dans l'espace réel Tracé du segment Isoligne suivante - 97 - FoncfcionnPTTiPTih de la routine LCZ3 Pour chaque point (O) établi par ISOLIGNES dans le triangle de référence, on définit 2 triangles. (X (3), Y (3), LCL (3) ï (X (2), Y (2 J ,LCL (2)) (X (1) , Y (1) , LCL (1) ) puis (X(I),Y(I),LCL(I)) > (X (3) , Y (3) , LCL (3) > (X(1)-ST0*(I-1), Y(I)-STO* (J-I), LCL(I)) Sur l'élément de référence, chaque famille correspond aux triangles suivants Famille 1 Famille 2 Pour chaque point, les 2 triangles sont traités successivement, en testant que l'angle droit du triangle 2 ne dépasse pas 1'hypothénuse de l'élément de référence. On procède ensuite comme dans LCZ4, avec les fonctions d*interpolation correspondantes (INTER6). - 98 - AA.Ò Carte géologique. Programme DRflWöfOL. Représentation graphique du champ Nature pétrographique & Faciès sur D2 Appel par la procédure DISK$SPHINX:[PROCEDURES]92.COM Structure générale Les routines dont le nom est précédé d'un **' font partie de la librairie SPHINXLIB. C CALL *OPCOR3D ^ Lecture du fichier des coordonnées et --------------^ recherche des extrêmes en (x,y). C~\ Initialisation de la librairie graphique GKS, CALL *GKSSTARTJ Ouverture des stations (Ecran et/ou metafile) C CALL CADRE 3 Dessin des divers cadres, cartouches et titres, à l'exception de la légende (CALL CONTOUR)-----C CALL *0PELM3D ) Tracé du contour de D2 C CALL GEOLIM Q ) Tracé des limites de formations CALL REMPLISSAGE C K ) Remplissage par les figurés, CALL CORRESPONDANCE 1 de tous les éléments, sans contour. CALL LEGENDE C ¦(CALL CORRESPONDANCEJ Dessin de la légende k CALL ORI OBJECT ) CALL *GKSEND ) Fermeture des stations et de la librairie GKS Fonctionnement de la routine CONTOUR - Lecture du fichier des éléments et chargement en mémoire centrale. - Comptage du nombre d'apparitions de chaque noeud dans tout le fichier des éléments. Vecteur IOC. - Pour chaque arête de chaque élément, le noeud milieu apparait-il une seule fois dans le fichier? Si oui, on dessine l'arête. Rem: Les noeuds du milieu des arêtes sont connus parce que !'enumeration des noeuds pour chaque élément commence par un coin. Fonctionnement de la routine GEOLIM - En vue de sa réutilisation, le vecteur IOC est remis à O. - Pour le noeud milieu de chaque arête d'élément, on suppose que le nombre d'apparitions IOC vaut le numéro de la classe d'équivalence de l'élément. Si ce numéro change par la suite (lecture de la même arête, cette fois appartenant à un élément d'une autre classe d'équivalence), alors il y a limite et on trace . l'arête. - 99 - Schématiquement: ¦Pour chaque élément ""Pour chaque arête si IOC du noeud milieu « 0 (pas encore apparu) alors, IOC du noeud milieu = numéro de la classe d'équivalence sinon si IOC du noeud milieu ^ numéro de la classe d'équivalence de l'élément {ce noeud a déjà été lu et appartenait à un élément dont le numéro de classe d'équivalence n'était pas celui qui est lu maintenant) alors, on dessine l'arête. - Arête suivante Elément suivant On écrit: DO 3 I«1,NBELM2 DO 2 J=I,INT(KR2(ILM2(I))/2)-1 !Toutes aretes sauf dernière. IF(IOC(NIC2(ILM2(I),2*J)).EQ-O)THEN IOC(NIC2(ILM2(I),2*J))=NP(ILM2(I)) ELSE IF(I0C(NIC2(ILM2(I),2*J)).NE.NP(ILM2(I))JTHEN DO 1 K=O,2 TRY(K+l)=XR2(NIC2(ILM2(I),2*J+K-1)) TRZ(K+1)=YR2(NIC2(ILM2(I),2*J+K-1)) 1 CONTINUE CALL GPL(3,TRY,TRZ) ENDIF ENDIF 2 CONTINUE IF(IOC(NIC2(ILM2(I),KR2(ILM2(I)))).EQ-O)THEN !Dernier segment IOC(NIC2(ILM2(I),KR2(ILM2(I))))=NP(ILM2(I)J ELSE IF(IOC(NIC2(ILM2(I),KR2(ILM2(I)))) .NE.NP(ILM2(I))) THEN TRY(I)=XR2(NIC2(ILM2(I),KR2(ILM2(I))-1)) TRY(2)=XR2(NIC2(ILM2(I),KR2(ILM2(I)) ) ) TRY(3)=XR2(NIC2(ILM2(I), I)) TRZ(1)=YR2(NIC2(ILM2(I),KR2(ILM2(I))-1Î) TRZ(2)=YR2(NIC2(ILM2(I),KR2(ILM2(I) ) J) TRZ(3)=YR2(NIC2(ILM2(I), I)) CALL GPL(3,TRY,TRZ) ENDIF ENDIF 3 CONTINUE Suggestion- Le tracé des segment ou des éléments est un polygone défini par les noeuds. Entre eux, l'interpolation est linéaire. Pour reproduire la forme exacte des éléments, il conviendrait d'utiliser des fonctions quadratiques. Routine LEGENDE - Recherche de classes d'équivalence figurant dans D2. Il ne faut pas mentionner les classes d'équivalence "n'affleurant pas". - Tracé des figurés et des légendes correspondantes. La routine ORI_OBJECT choisit l'emplacement du figuré, évitant de laisser des trous là où il n'y a pas de figuré à mettre. - 100 - 4 . INSTALLATION DANS L* ORDINATEUR 4.4.4 Données climatiques Le programme dessine (cf figure 3.25) les courbes de température et précipitation sur un diagramme à 2 axes y, gradués respectivement en [0C] et en [mm/jour] . Sur x, les durées sont en jours. Le programme choisit automatiquement les extrémités des axes; le paramètre MXP régit le nombre de points pouvant être, représentés sur chaque courbe et vaut actuellement 500. Les données sont lues dans DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.CLIMAT, dont la description est au chapitre V. Le programme n'utilise pas la librairie DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.LIBRAIRIE]SPHINXLIB.OLB, n'inclue pas le fichier DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.CODES]DECLARATIOn.TXT et les formats d'écriture y sont contenus. Il est donc autonome du reste du logiciel • et peut être facilement utilisé à d'autres fins. - 101 - 4.5 Modèles 4.5.1 Hydrologie Modèles d'ETP. Appel par les procédures DISK$SPHINX:[PROCEDURES]21.COM ET 22.COM. Fonctionnement interactif. Les programmes THORTHWAITE et TURC n'incluent pas de fichier externe et n'appelent pas de routines contenues dans une librairie. Ils sont donc autonomes et peuvent être utilisés en dehors du cadre du logiciel. Les formules sont indiquées au § 3.3.3 et les coefficients nécessaires sont tabulés d'après [Brochet et Gerbier, 1968]. 4.5.2 Sondages électriques. Programme SONDAGE. Modèle de sondages électriques. Appel par la procédure DISK$SPHINX:[PROCEDURES]31.COM. Fonctionnement interactif. Structure générale Demande interactive des coordonnées (x,y) du lieu du sondage Les routines dont le nom est précédé d'un '** font partie de la librairie SPHINXLIB. ( CALL *0PELM3D J Lecture du fichier des éléments (call *0PC0R3D J Lecture du fichier des coordonnées (CALL *CAR0TTE J---(^CALL *L0KIRE2d) Cote des interfaces entre éléments à la verticale de à TOUS les x nodaux pour un élément donné (routine NEAR_X). (x,yï Si ce n'est pas le cas, on effectue le même contrôle sur les coordonnées y (routine NEAR_Y): y < y nodaux ou y > y nodaux. Dans la négative, il est possible que (x,y) se trouve dans l'élément, mais ce n'est pas sûr: ^-*^*\0 (x,y) On écrit donc le numéro de l'élément dans la liste des éléments possibles (vecteur MAYBE), et on y ajoute les éléments voisins par une arête (routine NEIGHBOUR): (x,y) ne peut pas se trouver dans un élément adjacent par un coin. ~~ Elément suivant A la fin, MAYBE comporte plusieurs fois les mêmes numéros d'éléments. Le vecteur est trié et compacté (routine COMPRESSLIST). En procédant ainsi, il est impossible de manquer l'élément dans lequel se trouve (x,y). Le traitement est rapide parce que les fichiers d'éléments et de coordonnées sont déjà en mémoire centrale et que MAYBE, une fois compacté, est en général court. De plus, cette méthode évite de manipuler les fichiers annexes nécessaires à la technique du boxing. - 104 - Après WHEREQ, la routine LOKIRE2D calcule pour chaque élément dont le numéro figure dans MAYBE, les coordonnées locales (s,t) correspondant à (x,y). L0KIRE2D [Kiraly, 1990] est basée sur le calcul tensoriel. Connaissant (s,t), on peut regarder, selon le type d'élément, si (x,y) se trouve à l'intérieur: Pour les triangles, si 0 -< s -< 1 et 0 «=< t =< 1 et s+t »< 1 Pour les rectangles, si -1 =< s =< 1 et -1 ¦=< t =< 1 - 105 - 45.3 Traînés électriques. Programme TRfllNf. Modèle de trainés électriques. Appel par la procédure DISK$SPHINX:[PROCEDURES]32.COM. Fonctionnement interactif. Structure générale Les routines dont le nom est précédé d'un *** font partie de la librairie SPHINXLIB. C CALL EXTREMES J Demande interactive des coordonnées (x,y) des extrémités du traine et de l'espacement entre stations. Calcul des coordonnées des stations (max. 500) situés sur la droite où il y aura calcul. I CALL *ZONE_URBAINE J pour chaque station. Si une seule est dans le polygone représentant la zone urbaine, le profil est -------------------- refusé. Demande interactive du numéro du traine et construction du nom du fichier de résultats: DISK$SPHINX:[000000]TRAINE_AB060_'numéro¦.RES ou DISK$SPHINX:[000000]TRAINE_AB200_'numéro'.RES selon la longueur de ligne. Contrôle de la non-préexistence de ce fichier. ICALL *OPELM3pJ Lecture du fichier des éléments fcALL_*OPCOR3D J Lecture du fichier des coordonnées ^ Pour chaque station ^CALL *CAROTTE J—(call *LOKIRE2Dj Cote des interfaces entre éléments à la verticale de (x,y) et vecteur des numéros de classes d'équivalence ¦Pour chaque couche déterminée par *CAROTTE: ( CALL *C0RRESPONDANCE ) Recherche de la valeur de Rhov C CALL SOND ) Calcul de Rho app (méthode de Ghosh) et écriture - 106 - 4.5.4 forage destructif T. Programme fORfiGf._2DNS Modèle de piézomètre d'observation pouvant être installé en tout (x,y) de D2. Appel par la procédure DISK$SPHINX:[PROCEDURES]41.COM. Fonctionnement interactif. Structure générale Les routines dont-le nom est précédé d'un '*' font partie de la librairie SPHINXLIB. Demande interactive des coordonnées (x,y) du.lieu du sondage ainsi que de sa profondeur. Demande interactive du numéro du sondage, Sur cette base, construction du nom du fichier de résultats SPHINXSDISK:[000000]FORAGE_'numéro'.2INCH Contrôle de la non-préexistence du fichier. (^ CALL *OPELM3D J Lecture du fichier des éléments CcALL *OPCOR3D J Lecture du fichier des coordonnées )Cote des interfaces entre éléments à la verticale de 0 <0 <0 >0 >0 <0 B >0 >0 >0 <0 <0 <0 ZAC >0 >0 <0 I >0 <0 >0 ï -B- fl- ----- l D et vaut: ZAC = XIMP - A avec A=O si A<0, B=O si B<0, ZAC-O Si ZAC<0 - B (XIMP est l'épaisseur du niveau) - 112 - : On écrit: DO 10 I=I,NBCOUCHES A-ZZF(I)-CREMENT B=(CREMENT-ZZ)-ZZF(1+1) XIMP=ZZF(I)-ZZF(1+1) IF (A-LT.0.)A=0. IF(B.LT.0.)B=0. ZAC=XIMP-A-B IF(ZAC.LT.0.JZAC=O. CALL CORRESPONDANCE (IRHO(I),LEGTXT,PERM,STO, VALRHO,FROTT, & ISTYL,INTS) PERPUITS=PERPUITS+(ZAC/ZZ)*PERM(6) 10 CONTINUE Illustration du fait que le tenseur de perméabilité [K] donne directement la valeur de K sur les axes du référentiel géométrique. Soit , en 2 dimensions, les perméabilités directionnelles 9 0 0 2 K1 0 0 K2 Ce sont les perméabilités principales, orthogonales entre elles. Choisissons un angle de 30° entre la droite portant Kl et l'axe X perméabilité [K] vaut alors: K W K M ^xy K yx K yy On peut montrer [Neuman, 1984] que le tenseur de 7.25 3.03 3.03 3.75 Relations entre perméabilité directionnelle et flux pour un gradient donné. y 10 8. Perméabilité dans chaque direction Flux pour un gradient unitaire (unitaire 10 La diagonale de [K] donne les valeurs de K sur les axes x et y, soit 7.25 et 3.75. On peut lire ces valeurs sur le graphique ci-contre. Dans SPHINX, c'est le tenseur qui est stocké. En 3D, il se présente comme suit: Kxx^-xyKxz Kyx"yyKyZ KzxKïyKzz PERM(I) PERM(2) PERM(4) PERM(3) PERM(5) PERM(6) Donc: Puisque les échantillons du perméamètre sont recueillis dans des forages qui sont verticaux, le programme ne fait que lire la valeur de K selon z. Kzz, et aucun calcul n'est nécessaire. - 113 - 4 . INSTALLATION DANS L' ORDINATEUR 4.5.9 Essais de pompage longue durée Plusieurs procédures et programmes sont utilisés. Le fonctionnement est globalement le suivant: Procédure appelante: DISKSSPHINX:fPROCEDURESI51.COM {Traitement interactif) - Contrôle préliminaire de l'heure; l'accès est réfusé après 12 h, chaque jour, pour éviter les perturbations éventuelles liées à l'effacement du disque temporaire SCRATCHSSPHINX:[000000], à 06 h sur NEDCUO : :. - Choix du piézomètre 6" dans lequel l'essai doit avoir lieu. - RUN DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.EXECUTIONS]PREPOMPAGE. Rappel des paramètres du forage, demande du débit à imposer et écriture éventuelle (cf PREPOMPAGE) de ces informations dans SCRATCH$SPHINX:[000000]'participant'.INQ, si le niveau d'eau est > à la cote du fond de l'ouvrage. - Tentative d'ouverture du fichier SCRATCH$SPHINX:[000000]'participant*.INQ. En cas d'échec, interruption du traitement. - Construction du nom du fichier des résultats: SPHINX$DISK:[000000]'participant'-'date'.TPZ_'i' (ième essai de la journée) Affichage de ce nom. - Soumission des procédures DISKSSPHINX:[PROCEDURES]51A.COM puis DISKSSPHINX:[PROCEDURES]51B.COM - Sortie forcée du logiciel Procédure DISKSSPHINX:fPROCEDURES151A.COM (Traitement par lots). - Redéfinition des noms logiques: Noms des disques et de l'utilisateur. - RUN DISKSSPHINX:[PROGRAMMES.EXECUTIONS]MODI_RESEAU Affinage du réseau EF autour du forage choisi: création des fichiers SCRATCHSSPHINX:[000000]'participant'-ELM SCRATCHSSPHINX:[000000]'participant'-COR création du fichier de paramètres incluant la condition de débit imposée par l'utilisateur: SCRATCHSSPHINX:[000000]'participant'.PAR - Sortie - 114 - 4. Installation dans l'ordinateur Procédure DISKSSPHINX:rPROCEDURES151B.COM (Traitement par lots). - Assignation des fichiers en vue de la construction du modèle hydraulique à l'état 1 (Réseau EF modifié, fichier de paramètres standard DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.PAR). - RUN DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.EXECUTIONSJFENI Construction du modèle hydraulique à l'état 1 - Assignation des fichiers en vue de la construction du modèle hydraulique à l'état 2 (Le fichier de paramètres est SCRATCH$SPHINX:[000000]'participant'-PAR - RUN DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.EXECUTIONSJFEN1 Construction du modèle hydraulique à l'état 2. - Ecriture de la liste des piézomètres où il faudra calculer le rabattement (nom des fichier résultat de forage) dans SCRATCHSSPHINX:[000000]FORAGE_*participant'.LIS - RUN DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.ÉXECUTIONS]TOURNEE_HP A partir des états 1 et 2 calcul des rabattements dans tous les piézomètres et écriture des résultats. - Sortie On décrit ci-dessous les programmes PREPOMPAGE, MODI_RESEAU et TOURNEE HP. > - 115 - Programme PREPOMPAGE Acquisition des paramètres nécessaires au programme MODI^RESEAU. Utilisé pour toutes opérations de pompage et flowmètre. Appel par les procédures DISKÇSPHINX:[PROCEDURES]51.COM, 52.COM et 53.COM. Fonctionnement interactif. Structure générale Les routines dont le nom est précédé d'un ¦*' font partie de la librairie SPHINXLIB. QcALL READMEC J Lecture du fichier résultat de sondage mécanique 6" (Unité 021). Si le mot clé 'FORAGE* est rencontré sur la dernière ligne, le sondage est "sec" et le programme est interrompu. Dans ce cas, le fichier SCRATCH$SPHINX:[OQOQOO]'participant'.INQ n'est pas ouvert. Q CALL *0PC0R3D ) Lecture du fichier des coordonnées Ouverture du fichier (nouveau) SCRATCH$SPHINX:[000000J'participant'.INQ (Unité 030) et écriture des paramètres: Coordonnées (x,y) Numéro du nœud majeur situé immédiatement sous le fond du sondage (NICOPT) Profondeur du sondage (IREPPROF) Vecteur des cotes de tous les nœuds à la verticale de (x,y) (ZZF) Demande interactive du débit à imposer (maximum - 900 1/mn) Ecriture du débit dans SCRATCH$SPHINX:[000000]'participant'.INQ - 116 - Programme MODI_RESEAU Affinage du réseau d'éléments finis au voisinage d'un nœud à débit imposé par l'utilisateur et ajout d'éléments ID verticaux. Utilisé pour toutes opérations de pompage et flowmètre. Appel par les procédures DISK$SPHINX:[PROCEDURES]51A.COM, 52A.COM et 53A.COM. Traité par lots. Structure générale Les routines dont le nom est précédé d'un ' ** font partie de la librairie SPHINXLIB, C CALL LECTURE J Lecture du fichier SCRATCH$SPHINX:[000000]'participant'.INQ, créé par PREPOMPAGE et dans lequel figurent les coordonnées du nœud de surface, le numéro du nœud situé immédiatement sous la base de l'ouvrage, la profondeur de celui-ci et le débit voulu. Ouverture des fichiers de coordonnées et d'éléments, anciens et nouveaux. Copie de l'ancien fichier de coordonnées dans le nouveau. C CALL FINDITER ; Recherche du nombre destiné à la numérotation des nouveaux éléments. Copie de l'entête de l'ancien fichier d'éléments dans le nouveau. G CALL VOISINS > ( CALL MODIPAR ; c CALL M0DIPAR2 J (call modulo_2d } (call modulo_3d ) (call ele3) AAA (CALL ELE6 AATT (CALL ELE8J aa1?a (CALL ELE15J (CALL ELE20J X AAA AAAA Sortie - 117 - fonctionnement de la routine VOISINS Lecture d'un élément dans DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.ELM ISTAT - 0 Pointeur pour entreprendre éventuellement les modifications. rPour chacun des nœuds LVB(i) constituant cet élément [-Pour tous les nœuds NIC0PS+MAXELM2D*j situés à la verticale du piézomètre Si LVB(i) = NIC0PS+MAXELM2D*j (L'élément possède un nœud sur le piézomètre) ISTAT - 1 II faudra modifier cet élément INDE est la position du nœud dans le vecteur LVB INDE vaut i pour les éléments 2D INDE vaut la position du premier multiple rencontré de NICOPS+MAXELM2D dans LVB pour les éléments 3D. Ce nœud est ainsi situé sur la face inférieure de l'élément. Sens de lecture de /^ / i Ct 5 , 5 nœud« y A la fin de la boucle, INDE vaut la position de ce nœud dans LVB On ramène cette position dans LVB à celle de ce nœud. (MODULO 2D ou MODULO 3D) uNœud suivant i-Nœud suivant Si il faut modifier l'élément (ISTAT * 0) Si c'est le premier élément de tout le fichier qu'il faut modifier (ITT=O) Ecriture de tous les éléments ID représentant le piézomètre. Les classes de K et S pour ces éléments sont : MAXCOUCHES pour les nouveaux éléments ID, à l'exception du plus bas, MAXCOUCHES-1 pour le plus bas (K et S obtenus par pondération (cf xxx). CALL MODIPAR Calcul de K et S pour la classe MAXCOUCHES-1 et écriture dans le nouveau fichier des paramètres SCRATCH$SPHINX:[000000]'Pl'.PAR CALL M0DIPAR2 Idem pour cas particulier où le fond du piézo coincide avec un nœud majeur. La classe MAXCOUCHES-1 est alors inutile. ITT-I Fin de Si Modifications des éléments, selon leur type: CALL MODULO_2D, CALL ELE3 CALL M0DUL0_2D, CALL ELE6 CALL MODULO_2D, CALL ELE8 CALL MODULO_3D, CALL ELE15 CALL MODULO 3D, CALL ELE20 Segments ID Triangles 2D Rectangles 2D Prisme triangulaires 3D Parallépipèdes 3D Sinon Ecriture de l'élément, non modifié Fin de Si Elément suivant - 118 - Les routines MODULO_2D et MODULO_3D réécrivent le vecteur LVB en mettant en première position le nœud repéré par la variable INDE Exemple: INDE = 5 Nombre de nceouds = KR = 15 LVB input : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 0 0 0 0 LVB output: 5 6 1 2 3 4 9 7 8 14 15 10 11 12 13 0 0 0 0 0 fonctionnement de la routine fINDITER Préliminaire: Pour chaque niveau i de nœuds, les numéros peuvent être compris entre 2000*i +là 2000* (i+U Pour chaque niveau j d'éléments 3D (incluant 3 niveaux de nœuds), les numéros vont de 2000Mj-D à 2000*j; (2000=MAXELM2D) . Exemple : 4028 €028 8028 o •0) C W •ö 1000 3 (U O C ^8+8+100Ô Si le nœud autour duquel on modifie le réseau n'appartient pas à plus de 20 éléments (en projection 2D sur (x,y)), alors INCR est < 21 et on est sûr que les numéros d'éléments, anciens et nouveaux, sont tous différents entre eux et sont < 2000. Chaque nœud de surface du réseau appartient au plus à 20 éléments 2D en plan. C'est une condition de fonctionnement du logiciel INCR est utilisée aussi pour les autres niveaux. Les éléments riverains du forage où l'utilisateur impose un débit sont modifiés comme suit ( résultat du traitement par MODI_RESEAU): - 121 - MXNN = MAXCOUCHES*2*MÄXELM2D+MAXELM2D ; MXE = 1000 ; INCR = [1,20] 2+MXNN 3+MXNN LM+MXE 6+MXNN 7+MXNN 8+MXNN, '2+MXNN 2 3+MXNN LM 15+MXNN 2+MXNN 19+MXN 20+MXNN1 2+MXNN 2 3+MXNN Programme MODI_RESEAU: Principe de numérotation des nœuds et des éléments. LM : Numéro initial de l'élément. O :Nœud initialement présent et numéro. # :Nœud ajouté et numéro. - 122 - Programme TOURNfEJP Calcul du rabattement dans les piézomètres 2" et 6" lors d'un essai de pompage de longue durée. Appel par la procédure DISK$SPHINX:[PROCEDURES]51B.COM Structure générale Ouverture du fichier de résultats: SPHINXSDISK:[000000]'participant'-'date'.TPZ_*i' (le nom est défini par la procédure appelante) Les routines dont le nom est précédé d'un **' font partie de la librairie SPHINXLIB. (^ CALL *0PELM3D J Lecture du fichier des éléments (modifié; ^CALL *OPCOR3D 7 Lecture du fichier des coordonnées (modifié) Lecture du fichier de résultat du modèle hydraulique sans condition de débit (Etat 1). SCRATCHSSPHINX:[000000]'participant'.RES Lecture du fichier de résultat du modèle hydraulique avec condition de débit (Etat 2). SCRATCH$SPHINX:[000000]'participant'.RES_P -Lecture d'une ligne de la liste des forages dans SCRATCHSSPHINX:[000000]FORAGE_'participant'.LIS Lecture du fichier forage correspondant (numéro, coordonnées (x,y), profondeur) Cas du forage 2" (La première ligne du fichier est vide) (^CALL *CAROTTe) Vecteur des cotes des interfaces entre éléments au droit de (x,y) ICALL LOC CAR J Vecteur des potentiels hydrauliques aux interfaces entre éléments à la verticale de (x,y) pour l'état initial (sans pompage) (^CALL LOC_CAR J Idem pour l'état avec pompage.- Calcul du niveau d'eau pour les 2 états et soustraction -> rabattement Cas du forage 6" (La première ligne du fichier comporte le numéro du nœud situé immédiatement sous la base du forage) Calcul du niveau d'eau pour les 2 états, directement d'après les potentiels nodaux, et soustraction -> rabattement. Ecriture du rabattement dans le fichier résultat Forage suivant - 123 - Fonctionnement de la routine LOCCfIR La seule différence avec HCAROTTE est de ne pas ouvrir et lire le fichier résultat du modèle hydrodynamique {état initial ou final). Cela doit être fait avant d'appeler la routine. En utilsant HCAROTTE, il faudrait ainsi ouvrir et lire les fichiers autant de fois qu'il y a de piézomètres, ce qui est inutile. Les fonctions de cette routine sont globalement les suivantes: - Rechercher à quel élément 2D de surface appartient un point (x,y) quelconque, - Rechercher les coordonnées locales correspondant à à la cote du fond de l'ouvrage. - Tentative d'ouverture du fichier SCRATCH$SPHINX:[000000]'participant'.INQ. En cas d'échec, interruption du traitement. - RUN DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.EXECUTIONSJMKTRAN Introduction du plan d'échantillonagè -* - Construction du nom du fichier des résultats: SPHINX$DISK:[000000]'participant'-'date'.TPZ_'i' (ième essai de la journéê)- Affichage de ce nom. * - Soumission des procédures DISK$SPHINX:[PROCEDURES]52A.COM ßuia DISKSSPHINX:[PROCEDURES]52B.COM - Sortie forcée du logiciel. Procédure DISKSSPHTNXt rPROCEDUREST52A.COM (Traitement par lots). - Redéfinition des noms logiques: Noms des disques et de l'utilisateur. - RUN DISKSSPHINX:[PROGRAMMES.EXECUfIONS]MODI_RESEAU Affinage du réseau EF autour du forage choisi, création du fichier de paramètres en incluant la condition de débit imposée par l'utilisateur: SCRATCHSSPHINX:[0000001'participant'.PAR - Sortie - 125 - 4. INSTALLATION DANS L'ORDINATEUR Procédure DISKSSPHINX:rPROCEDURES152B.COM (Traitement par lots). - Assignation des fichiers en vue de la construction du modèle hydraulique avec le réseau EF modifié et le fichier de paramètres standard DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.PAR. - RUN DISKSSPHINX:[PROGRAMMES.EXECUTI0NS]FEN1 Construction du modèle hydraulique qui constitue les conditions initiales pour la première période transitoire. SAl: - RUN DISKSSPHINX:[PROGRAMMES.EXECUTIONS]FEN2 Pour la premère période transitoire: Fichier de paramètres: SCRATCH$SPHINX:[000000]'participant'.PAR Fichier de conditions initiales: calculé ci -dessus par FENl SPHINXSSCRATCH:[000000]'participant'.RES_P Fichier des paramètres transitoires: SPHINXSSCRATCH:[000000]FOR100.TRA_'participant' Pour les périodes suivantes: Fichier de paramètres identique, Fichier de conditions initiales: Résultat de la période transitoire précédente: SPHINXSSCRATCH:[000000]'participant'_'x'.RES_T Fichier des paramètres transitoires: SPHINXSSCRATCH:[000000]FOR10'x*.TRA_'participant' ou x est le numéro de la période simulée. - RUN DISKSSPHINX: [000000] TOURNEE__HT Calcul des rabattements et écriture dans le fichier résultat SPHINXSDISK:[Û00000]'participant'-'date'.TPZ_'i' (ième essai de la journée) - GOTO Al - Sortie TOURNEE_HT est une adaptation de TOURNEE_HP au cas du régime transitoire. On décrit ci-dessous le programme MKTRAN. - 126 - 4. INSTALLATION DANS L'ORDINATEOR Programme MKTRAN Acquisition du plan d'échantillonage {temps auxquels on calcule et écrit le rabattement dans les piézomètres). Le nombre de périodes est au minimum 7 et au maximum 20. Pour chacune, un fichier nouveau est créé, qui contient le temps [s] initial et final. Ces fichiers sont utilisés ultérieurement par le modèle hydraulique. 4 Du point de vue de l'utilisateur, les unités admises sont seconde, minute, heure et jour. Les valeurs introduites 'sont contrôlées et triées. Le nom des fichiers créés est le suivant: SPHINX$SCRATCH:[000000]FOR'x'.TRA_'participant' où x = 100 + "numéro de la période - 1 Exemple: SPHINX$SCRATCH:[000000]FOR103.TRA_'participant' pour la 4ème période. - 127 - 4 . INSTALLATION DANS L'ORDINATEUR 4.5.11 Flowmètre Le modèle de flowmètre est élaboré par plusieurs procédures et programmes. Procédure appelante: DISKSSPHINX:TPROCEDURESI53.COM (Traitement interactif) - Contrôle préliminaire de l'heure; l'accès est réfusé après 12 h,- chaque jour, pour éviter les perturbations éventuelles liées à l'effacement du disque temporaire SCRATCHSSPHINX:[000000], à 06 h sur NEDCUO::. - Choix du piézomètre 4" dans lequel l'essai doit avoir lieu. - RUN DISK$SPHINX:[EXECUTIONS]PREPOMPAGE. Rappel des paramètres du forage, demande du débit à imposer et écriture de ces informations dans SCRATCH$SPHINX:[000000]'participant'.INQ Vérifie que le potentiel hydraulique au nœud sommet est > à la cote du fond de 1'ouvrage. - Construction du nom du fichier des résultats: SPHINX$DISK:[000000]'participant'-'date'.FLW_'i' (ième essai de la journée) Affichage de ce nom. - Appel des procédures DISK$SPHINX:[PROCEDURES]53A.COM puis DISK$SPHINX:[PROCEDURES]53B.COM - Sortie Procédure DISKSSPHINX:fPROCEDURESÌ53A.COM (Traitement par lots). - Redéfinition des noms logiques: Noms des disques et de l'utilisateur. - RUN DISK$SPHINX:[EXECUTIONS]MODI_RESEAU - Sortie Procédure DISKSSPHINX:FPROCEDURES153B.COM (Traitement par lots). - Assignation des fichiers en vue de la construction du modèle hydraulique à l'état 1 (cf § 3.3.13). - RUN DISKSSPHINX:[EXECUTIONS]FENl Construction du modèle hydraulique à l'état 1 - 128 - 4 . INSTALLATION DANS L' ORDINATEUR - Assignation des fichiers en vue de la construction du modèle hydraulique à l'état 2 - RUN DISK$SPHINX:[EXECUTIONS]FENl Construction du modèle hydraulique à l'état 2. - RUN DISK$SPHINX:[EXECUTI0NS]PREFLOWMETRE Lecture dans l'état 2 du potentiel dans le piézomètre et modification du fichier de paramètres en imposant ce potentiel à tous les noeuds du puits, suppression de la condition de debit en NICOPT (nœud supérieur). - Assignation des fichiers issus de PREFLOWMETRE en vue de la construction du modèle hydraulique à l'état 3. - RUN DISKSSPHINX:[EXECUTIÓNS]FEN1 Construction du modèle hydraulique à l'état 3. - RUN DISK$SPHINX:[EXECUTIONS]FLOWMETRE Calcul du rabattement à partir des états 1 et 3, Interpolation et sommation des flux selon la verticale. - 129 - 4.5.12 Outil Vitesse réelle. Programme VITESSE Vitesse réelle de l'eau à la verticale d'un forage 2" ou 6" Appel par la procédure DISK$SPHINX:[PROCEDURES]6.COM. Fonctionnement interactif. Conditions générales - L'aquifère est au repos; il n*y a pas de condition de débit imposée par l'utilisateur. Les fichiers d'éléments et de coordonnées non modifiés sont utilisés (SPHINX.ELM et SPHINX.COR). - Les potentiels hydrauliques étant lus dans SPHINX.RES, la vitesse réelle est calculée comme si le forage n'existait pas (on suppose donc ici que la présence des forages ne modifie pas le système d'écoulement). Structure Les routines dont le nom est précédé d'un **' font partie de la librairie SPHINXLIB. f CALL WRITENTETE ) Lecture du fichier résultat de sondage mécanique (2" ou 6"). ( CALL *OP£LM3D J Lecture du fichier des éléments DISK$SPHINX:[FILESJSPHINX.ELM. C CALL *0PC0R3DJ Lecture du fichier des coordonnées DISK$SPHINX:[FILESJ SPHINX.COR et ---------------' recherche des extrêmes en (x,y). Lecture du fichier des potentiels hydrauliques DISKSSPHINX:IFILESJSPHINX.RES (Etat de repcfs I CAS DU SONDAGE 2" ( CALL LOCAL ^D------C CALL LOKIRE2D ì> Recherche des coordonnées locales (s,t) correspondant à (x,y). Construction du vecteur des cotes des interfaces entre éléments et et du vecteur des classes d'équivalence. r- Pour une couche d'éléments donnée i—Pour u = 1 - n * 0.2 (n-0,9) (coordonnée verticale dans l'espace local) C T CALL FD915 ou FD122Q C C C ) CALL JACOBIEN CALL INVJAC CALL GRADIENT C 0 :> > Selon le type d'élément, calcul des dérivées des fon

Recherche du nœud coin le plus proche d'un définie dans les procédures DISKSSPHINX:[PROCEDURES]VTnnn.COM. • LOKIRE2D calcule les coordonnées locales correspondant à un point donné de l'espace global [KIRALY, 1992]. Cette routine peut travailler en 3D mais n'est utilisée que'en 2D dans SPHINX; elle est appelée apr les routines CAROTTE et HCAROTTE. • NOEUD_MAJ recherche les coordonnées globales du nœud coin le plus proche et n'étant pas l'objet d'une condition aux limites du modèle hydrodynamique d* un (x,y) de surface indiqué par 1 * utilisateur. Cette routine est utilisée pour l'installation des forages 6" et du captage définitif. • OLDFILE vérifie qu'un fichier de forage mécanique, dont le nom est basé sur un numéro donné par l'utilisateur, n'existe pas déjà. En cas d'échec, le programme appelant demande un nouveau numéro. La procédure appelante doit avoir construit la liste des fichiers résultats de forage mécanique du directory SPHINX$DISK:[000000] (directory SPHINX du participant). • OPELM3D & OPCOR3D lisent les fichiers d'éléments et de coordonnées respectivement 9999 ou s'il a déjà ete attribue. Ce fichier (ou tout autre fichier de sondage électrique) peut être consulte a la fin de la manipulation ou par l'utilitaire 9.6. Il peut aussi faire l'objet d'une interpretation graphique, permettant de definir les resistivites électriques vraies des terrains rencontres. N'EDITEZ EN AUCUN CAS UN FICHIER SONDAGE_XX.RES, CAR TOUTE MODIFICATION DE SON CONTENU LE RENDRAIT IMPROPRE A L'UTILISATION PAR LE PROGRAMME D'INTERPRETATION (9.5). Un sondage électrique SPHINX se presente comme suit: Rappel du numero du sondage, Rappel des coordonnées (x,y) du lieu du sondage. (x,y) aura ete refuse par le programme s'il est en zone urbaine ou s'il est en dehors du domaine. OA = ... Rhoapp = ... OA « ... Rhoapp = ... OA- ... Rhoapp = ... ou OA [m] est la demi longueur du dispositif, Rhoapp [ohm.mj est la resistivite apparente. - 152 - 6. GOIDE DE L' UTILISATEUR IdISKSSPHINX:[INFOS)32.INFO I INFORMATIONS : Traine électrique Comme pour les sondages, les traînes électriques sont simules en utilisant la méthode des filtres de Ghosh; Un traine est en fait une serie de sondages realises sur une droite que l'utilisateur définit par ses extrémités; il indique en outre l'espacement entre 2 stations successives sur cette droite. Les hypotheses simplificatrices sont les suivantes: - Extension laterale infinie. A chaque station le modele est produit comme si les couches conductrices ne variaient pas latéralement, ni en épaisseur ni resistivite électrique vraie. Autrement dit, il n'y a pas d'effets latéraux - Le potentiel hydraulique n'influe pas les resistivites vraies. Cela signifi qu'un traine électrique SPHINX ne rend pas compte de l'état de saturation de la roche et qu'il ne peut pas être utilise pour determiner le niveau de la nappe. Par contre, il renseigne indirectement sur la nature geologiqu des terrains et donc sur les paramètres hydrogeologiques. Plusieurs longueurs de ligne sont a disposition, que l'on choisira en fonction de la profondeur d'investigation souhaitée. La facturation est indépendante de la longueur de ligne et vaut un prix unitaire (visible dans le budget (8.1)) que multiplie le nombre de stations. L'historique des manipulations comporte la longueur de ligne et le detail des stations." Le résultat d'un sondage électrique est stocke dans un fichier TRAINE_ABnnn_xx.RES, ou xx est un numero qui vous est demande par le programme le numero xx sera refuse par le programme s'il est < 0 , > 9999 ou s'il a déjà ete attribue, nnn est la longueur de ligne et vaut 060 ou 200. Exemple: TRAINE_AB060_3.RES Ce fichier (ou tout autre fichier de traine électrique) peut être consulte a la fin de la manipulation ou par l'utilitaire 9.8. Le programme refusera l'opération.si un seul des points est en zone urbaine. S certaines stations se trouvent en dehors du domaine, il n'y a pas interruption les résultats et là facturation concerneront seulement les points situes dans le domaine. Un sondage électrique SPHINX se presente comme suit: Rappel du numero du traine, Rappel des coordonnées des extrémités de la droite sur laquelle est realis le traine, de l'espacement entre stations, du nombre de stations nécessaires et de la longueur du dispositif (60 ou 200 [m]). Coordonnées x= .... y= .... Rhoapp= .... Coordonnées x= :... y= .... Rhoapp= .... Coordonnées x= .... y= .i .. Rhoapp= .... Rhoapp [ohm.m] est la resistivite apparente a la station (x,y). - 153 - 6. Guide de l'utilisateur IdISKSSPHINX:[INFOS]4.INFO INFORMATIONS : Piezometres. Généralités Dans SPHINX, les definitions suivantes sont toujours vraies: POTENTIEL HYDRAULIQUE: Dans SPHINX, le potentiel hydraulique est exprime en [m] P et vaut : h = z + --- r.g ou : z- cote [m] p = pression [kg/m.s2] r «= densité de l'eau [kg/m3] g = acceleration de la pesanteur [m/s2] Il existe partout dans le domaine d'investigation, un potentiel hydraulique. Lors d'un forage, l'aquifere est au repos; le potentiel hydraulique vérifie en tout point l'équation: ---> div( -[K] . Grad . h) + Q = 0 ou : [K] = perméabilité [m/s] h = potentiel hydraulique [m] Q = debit injecte ou preleve [m3/s.m3] Les hypotheses suivantes sont inhérentes a cette equation: - Le milieu est partout sature (modele type nappe captive), - La perméabilité ne depend pas du potentiel hydraulique. Les divers types de forages (piezometres) sont crépines sur toute leur hauteur. Les niveaux d'eau dans ces forages ne sont donc pas des valeurs ponctuelles du potentiel hydraulique (cas des forages ouverts uniquement a leur base): NIVEAU D'EAU: Dans SPHINX, le niveau d'eau [m] dans un piezometre crepine sur toute sa longeur est la moyenne des potentiels hydrauliques rencontres entre la surface du domaine et la base de l'ouvrage, pondérée par l'épaisseur des niveaux traverses et par leur perméabilité {max(Kxx,Kyy,Kzz)). Les piezometres sont toujours verticaux. - 154 - 6. Guide de l'utilisateur IdISKSSPHINX:[INFOS]41.INFO I INFORMATIONS : Sondage 2 " Les sondages de diamètre 2" présentent la particularité de pouvoir être installes a partir de n'importe quel point de surface. La profondeur maximum de ces piezometres est contrôlée par la resistance a l'avancement (frottement). Selon les terrains, il peut donc arriver que le sondage "butte" et ne puisse plus progresser. Cela constitue la seule source d'information concernant la nature géologique du sous-sol (pas de carotte). Le niveau d'eau est communique. ATTENTION: Les piezometres 2" sont des piezometres d'observation. Il n'est pas possible d'y effectuer par la suite des essais de pompage ou de flowmetre. Par contre, l'outil Vitesse reelle est disponible. Déroulement: Le programme demande les coordonnées (x,y) du point de surface du sondage et vérifie que ce point est a l'intérieur du domaine. (il peut être en zone urbaine). Ensuite, il faut indiquer la profondeur voulue (nombre entier). Le résultat est affiche a l'écran et écrit dans un fichier S0NDAGE_xx.2lNGH ou xx est un numero qui vous est également demande. Ce fichier est visible a tout moment avec l'utilitaire 9.9. ,f La facturation est proportionnelle a la profondeur. Le prix au metre est visible dans le budget (8.1). L'historique des manipulations enregistre la manipulation. Un supplement de prix (500 $) est perçu si la manipulation effectuée immédiatement auparavant n'est pas un sondage 2". Le motif est "la foreuse 2" a due être ramenée sur le terrain". Il est donc dans l'intérêt de l'utilisateur de grouper dans le temps les sondages 2". - 155 - 6. GUIDE DE L' UTILISATEUR |PISK$SPHINX:[INFOS]42.INFO INFOS : Sondage 6" destructif Les sondages de diamètre 6" destructifs ne peuvent être installes qu'en certains points de surface. Ils sont verticaux et leur profondeur est illimitée. Aucune information n'est fournie sur la nature géologique des terrains rencontres (pas de carrotte et pas de resistance a l'avancement). Seul le niveau d'eau est indique dans le résultat. Par contre, il est possible d'y effectuer par la suite des essais de pompage, de flowmetre et d'utiliser l'outil Vitesse reelle. Déroulement: Le programme demande les coordonnées (x,y) du point de surface du sondage et recherche le point disponible le plus proche. Ce point {il peut être en zone urbaine) vous est propose, comme "solution de rechange". On peut le refuser et quitter le programme. Ensuite, il faut indiquer la profondeur voulue. Le résultat est affiche a l'écran et écrit dans un fichier SONDAGE_xx.DES ou xx est un numero qui vous est également demande. Ce fichier est visible a tout moment avec l'utilitaire 9.9. La facturation est proportionnelle a la profondeur. Le prix au metre est visible dans le budget (8.1). L'historique des manipulations enregistre la manipulation. Un supplement de prix (1000 $) est perçu si la manipulation effectuée immédiatement auparavant n'est pas un sondage 6" (quelqu'en soit le type exact (cf 4.3 et 4.4). Le motif est "la foreuse 6" a due être ramenée sur le terrain", il est donc dans l'intérêt de l'utilisateur de grouper dans le temps les sondages 6". |DISK$SPHINX:[INFOS]43.INFO________________________________________________ INFOS: Sondage 6" carotte non surveille Les sondages de diamètre 6" carottes non surveilles ne peuvent être installes qu'en certains points de surface. Ils sont verticaux et leur profondeur est illimitée. Outre le niveau d'eau, le log stratigraphique des terrains rencontres fait partie du résultat. Il est possible d'y effectuer par la suite des essais de pompage, de flowmetre et d'utiliser l'outil Vitesse reelle, Le fait d'etre "non surveille" signifie que la profondeur de l'ouvrage est fixée a priori. Cela signifie que l'utilisateur demande un forage de n metres - 156 - 6. Guide de l' utilisateur et ne peut pas interrompre l'opération en cours. Déroulement: Le programme demande les coordonnées (x,y) du point de surface du sondage et recherche le point disponible le plus proche. Ce point (il peut être en zone urbaine) vous est propose, comme "solution de rechange". On peut le refuser et quitter le programme. Ensuite, il faut indiquer la profondeur voulue. Le résultat est affiche a l'écran et écrit dans un fichier SONDAGE_xx.RES ou xx est un numero qui vous est également demande. Ce fichier est visible a tout moment avec l'utilitaire 9.9. La facturation ,est proportionnelle a la profondeur. Le prix au metre est visible dans le budget (8.1). L'historique des manipulations enregistre la manipulation. Un supplement de prix (1000 $) est perçu si la manipulation effectuée immédiatement auparavant n'est pas un sondage 6" (quelqu'en soit le type exact (cf 4.2 et 4.4). Le motif est "la foreuse 6" a due être ramenée sur le terrain". Il est donc dans l'intérêt de l'utilisateur de grouper dans le temps les sondages 6". L'utilitaire 9.4 permet ultérieurement de représenter graphiquement (et gratuitement) le log de forage. |PISK$SPHINX:[INFOS]44.INFO I INFOS : Sondage 6" carotte surveille Les sondages de diamètre 6" carottes non surveilles ne peuvent être installes qu'en certains points de surface. Ils sont verticaux et leur profondeur est illimitée. Outre le niveau d'eau, le log stratigraphique des terrains rencontres fait partie du résultat. Il est possible d'y effectuer par la suite des essais de pompage, de.flowmetre et d'utiliser l'outil Vitesse reelle Le fait d'etre "surveille" signifie que l'utilisateur est "present" lors des travaux. Le forage avance par tranche de 2 metres. A l'issue de chaque tranche le programme écrit a l'écran le POTENTIEL HYDRAULIQUE (en cours de forage le tubage n'est pas crepine) et la nature géologique des terrains traverses. L'utilisateur peut alors choisir de continuer ou d'arrêter le sondage. ATTENTION: Si un forage 6" carotte surveille est interrompu, il n'est pas possible de le prolonger ultérieurement (a moins de le refaire en entier). Déroulement: Le programme demande les coordonnées (x,y) du point de surface du sondage et recherche le point disponible le plus proche. Ce point (il peut être en zone urbaine) vous est propose, comme - 157 - 6. Guide de l' utilisateur "solution de rechange". On peut le refuser et quitter le programme. Pour chaque tranche de 2 [m], affichage de la nature géologique et du potentiel hydraulique au fond de l'ouvrage. L'utilisateur choisit de continuer ou d'arrêter, etc. Deux fichiers résultats sont crées: - Comme pour les autres types de sondage mécanique, un fichier SONDAGE_xx.RES, visible a tout moment avec l'utilitaire 9.9. Ce fichier contient le log stratigraphique et le NIVEAU D'EAU. - Un fichier POTENTIEL_xx.RES, contenant les POTENTIELS HYDRAULIQUES en cours de forage. Ce fichier est visible par l'utilitaire 9.10. La facturation est proportionnelle a la profondeur. Le prix au metre est visible dans le budget (8.1). L'historique des manipulations enregistre la manipulation. Un supplement de prix (1000 $) est perçu si la manipulation effectuée immédiatement auparavant n'est pas un sondage 6" (quelqu'en soit le type exact (cf 4.3 et 4.4). Le motif est "la foreuse 6" a due être ramenée sur le terrain". Il est donc dans l'intérêt de l'utilisateur de grouper dans le temps les sondages 6". L'utilitaire 9.4 permet ultérieurement de représenter graphiquement (et gratuitement) le log de forage. 1dISK$SPHINX:[INFOS]45.INFO INFORMATIONS : Permeametre Le permeametre a charge variable est utilise sur des carottes provenant des forages carottes 6" avec ou sans surveillance. Il permet la determination indirecte de la perméabilité verticale de l'échantillon preleve dans la carotte. La longueur de l'échantillon est de 0.5 [m]. Le programme demande le numero de la carotte (- numero du forage) ainsi que la cote du sommet de l'échantillon a prélever. Ensuite, un plan de mesure est propose; il s'agit des temps auquels on mesurera la hauteur d'eau dans le tube fin. L'utilisateur peut imposer un autre plan. La precision de la mesure est du [cm]. Le niveau d'eau initial (au temps 0) dans le tube fin est a choix mais ne peut dépasser 3 [m]; le referentiel (hauteur 0) est l'exutoire du dispositif. Le résultat consiste en l'affichage de couples temps/hauteur d'eau. Aucun fichier n'est crée: l'utilisateur doit relever les résultats a l'écran; leur interpretation n'est pas soutenue par le logiciel. - 158 - 6 . GUIDE DE L' OTILISATEDR L'essai au permeametre est non destructif. Il est donc possible de le refaire avec tout ou partie de l'échantillon. L'utilisation du permeametre est gratuite et non inscrite dans l'historique des manipulations. DISK$SPHINX: [INFOS] 51 . INFO________________________________________________| INFORMATIONS: Pompage longue durée L'essai de pompage de longue durée permet de prélever un debit choisi par l'utilisateur dans un piezometre 6" (destructif ou carotte) et de connaître le rabattement dans tout les piezometres installes, après une période consideree comme infiniment longue. L'opération est immédiatement interrompue si le piezometre ou l'on pompe est initialement sec. RABATTEMENT: Le rabattement est la difference de niveau d'eau entre 2 états successifs de l'aquifere. Le niveau d'eau repond de la definition donnée au point 4 du menu. Le niveau d'eau initial correspond a l'aquifere a l'état de repos. Une seule pompe est disponible; on ne peut donc pas pomper simultanément dans plusieurs piezometres. Cette pompe a un debit maximum de 900 [1/mn]. Le debit reste constant durant chaque essai; les essais d'injection sont interdits. Pour des raisons techniques, le logiciel refusera de faire un essai de pompage après 12 heures chaque jour. Il faut donc, pour cette operation, travailler le matin; les résultats ne sont en general pas disponible avant le lendemain et sont places dans le fichier utilisateur-date.TP2_n ou n est un numero d'ordre correspondant au n ieme essai de la journée (en general 1). Exemple: GEHDUBOIS-9-JAN-I992.TPZ_1 L'utilitaire 9.11 permet de voir les fichiers de tournées piezometriques. Il peut arriver qu'un piezometre soit denoye en cours de pompage; dans ce cas le résultat le concernant est "piezometre sec". La facturation comprend un prix forfaitaire plus le nombre de piezometres que multiplie un prix unitaire. Les prix unitaires sont visibles dans le budget actualise (8.1). L'opération est inscrite dans l'historique des manipulations. ************************************************************************ ATTENTION: Une fois que l'essai est commence, l'utilisateur est "éjecte" du logiciel et ne peut plus y revenir tant que cet essai n'est pas termine. Cela signifie que cette manipulation sera en general la dernière de la journée (en l'occurence, de la matinee). ****************************************************************************** - 159 - 6. GUIDE DE L'UTILISATEUR IdISKSSPHINX:[INFOS]52.INFO | INFORMATIONS: Pompage de durée limitée L'essai de pompage de durée limitée permet de prélever un debit choisi par l'utilisateur dans un piezometre 6" (destructif ou carotte) et de connaître le rabattement dans tout les piezometres installes, après une serie de durées également choisies (plan d'echantillonage). L'opération est immédiatement interrompue si le piezometre ou l'on pompe est initialement sec. RABATTEMENT: Le rabattement est la difference de niveau d'eau entre 2 états successifs de l'aquifere. Le niveau d'eau repond de la definition donnée au point 4 du menu. Le niveau d'eau initial correspond a l'aquifere a l'état de repos. Une seule pompe est disponible; on ne peut donc pas pomper simultanément dans plusieurs piezometres. Cette pompe a un debit maximum de 900 [1/mn]. Le debit reste constant durant chaque essai; les essais d'injection sont interdits. Outre le piezometre et le debit, l'utilisateur doit choisir les temps après tO ou il souhaite connaître les rabattements. Pour ce faire, on se conformera aux instructions données par le programme. Pour des raisons techniques, le logiciel refusera de faire un essai de pompage après 12 heures chaque jour. Il faut donc, pour cette operation, travailler le matin; les résultats ne sont en general pas disponible avant le lendemain et sont places dans le fichier utilisateur-date.TPZ_n ou n est un numero d'ordre correspondant au n ieme essai de la journée (en general 1). Exemple : GEHDUBOIS-9-JAN-1992.TPz_l L'utilitaire 9.11 permet de voir les fichiers de tournées piezometriques* Il peut arriver qu'un piezometre soit denoye en cours de pompage; dans ce cas le résultat le concernant est "piezometre sec". La facturation comprend un prix forfaitaire plus le nombre de piezometres que multiplie un prix unitaire, fois le nombre de périodes d'echantillonage. Les prix unitaires sont visibles dans le budget actualise (8.1). L'opération est inscrite dans l'historique des manipulations. ******************************************************************************* ATTENTION: Une fois que l'essai est commence, l'utilisateur est "éjecte" du logiciel et ne peut plus y revenir tant que cet essai n'est pas termine. Cela signifie que cette manipulation sera en general la dernière de la journée (en l'occurence, de la matinee). ******************************************************************************* - 160 - 6 .__Guide de l* utilisateur |PISK$SPHINX:[INFOS]53.INFO INFORMATIONS : Flowmetre (moulinet) L'essai de flowmetre (ou moulinet) permet de prélever un debit choisi par l'utilisateur dans un piezometre 6" (destructif ou carotte) et de connaître le flux hydraulique vertical dans le piezometre après une période consideree comme infiniment longue. Le profil des debits ainsi obtenu renseign sur la productivité des différents niveaux. La pompe est toujours installée a la cote du niveau d'eau. L'opération est immédiatement interrompue si le piezometre ou l'on pompe est initialement sec. Cette pompe a un debit maximum de 900 [1/mn]. Le debit reste constant durant chaque essai. Pour des raisons techniques, le logiciel refusera de faire un essai de flowmetre après 12 heures chaque jour. Il faut donc, pour cette operation, travailler le matin; les résultats ne sont en general pas disponible avant le lendemain et sont places dans le fichier utilisateur-date.FLW_n ou n est un numero d'ordre correspondant au n ieme essai de la journée (en general I). Exemple: GEHDUBOIS-9-JAN-1992.FLW_1 L'utilitaire 9.12 permet de voir les fichiers résultat de flowmetre. Il peut arriver que le piezometre se denoye en cours d'essai; dans ce cas le résultat est "piezometre sec, essai interrompu". On peut alors recommencer avec un debit plus faible, mais l'opération qui a échoue est facturée. La facturation est forfaitaire. Le prix unitaire est visible dans le budget actualise (8.1). L'opération est inscrite dans l'historique des manipulations. ************************************************************************* ATTENTION: Une fois que l'essai est commence, l'utilisateur est "éjecte" du logiciel et ne peut plus y revenir tant que cet essai n'est pas termine. Cela signifie que cette manipulation sera en general la dernière de la journée (en 1'occurence, de la matinee). *******************.*********************************************************** |PI$K$SPHINX:[INFOS]6.INFO INFORMATIONS: Vitesse reelle L'outil Vitesse reelle que propose SPHINX ne trouve pas d'équivalent dans la realite. Il permet de connaître les composantes en (x,y,z) de la vitesse reelle de l'eau (vitesse de pore) dans l'aquifere suau ros, sur une serie de points le long d'un forage 2" et 6". - 161 - 6. GUIDE DE L* UTILISATEUR Durant cet essai, on considère que la presence du piezometre n'influence pas le champ des vitesses. Cela signife que les vitesses obtenues sont les vitesses de l'eau comme si le tubage n'existait pas; le résultat est donc une indication quant a la circulation (intensité et direction) dans l'aquifere. A cet égard, l'outil vitesse reelle tend a remplacer l'essai de traçage, qui ne figure pas dans le logiciel. Pour l'utilisateur, il suffit d'indiquer le numero du forage sur le lieu duquel (mais pas DANS lequel) l'essai doit avoir lieu. Le fichier résultat porte le nom: F_n.FLX ou n est le numero du forage choisi. Ce fichier est visible par l'utilitaire 9.13; il est de la forme: Rappel des paramètres du forage Altitude Vitesse sur x Vitesse sur y Vitesse sur z Altitude Vitesse sur x Vitesse sur y Vitesse sur z Altitude Vitesse sur x Vitesse sur y Vitesse sur z L'altitude est comprise entre le niveau d'eau et le fond de l'ouvrage. Le nombre de résultats intermédiaires varie selon la complexité de la lithologie. La facturation est forfaitaire. Le prix unitaire est visible dans le budget actualise (8.1). L'opération est inscrite dans l'historique des manipulations. |PISK$SPHINX:[INFOS]7.INFO I INFORMATIONS: Ouvrage de captage Cette operation est la dernière que doit effectuer l'utilisateur de SPHINX; elle constitue la fin de l'exercice. Une fois réalisée, l'accès au outils de prospection sera interdit définitivement. Il s'agit simplement d'indiquer les coordonnées (x,y) du lieu ou devra être installe le captage d'exploitation, ainsi que sa profondeur. Comme pour les forages 6", le programme recherchera les coordonnées du point disponible le plus proche de celui choisi par l'utilisateur et les proposera. En cas d'acceptation, l'exercice est termine. Il s'agit alors de se presenter avec les listings de devis, de budget, d'historique des manipulations et des résultats des diverses operations auprès d'une personne "experte". - 162 - 6. GOIDE DE L'UTILISATEUR IdISKSSPHINX:[INFOS]8.INFO . | INFORMATIONS : Budget Les utilitaires de consultation ou d'impression du budget actualise* du devis ou de l'historique des manipulations sont gratuits. Rappel: Un representation graphique de l'historique des manipulations est disponible par l'utilitaire 9.3. |PISK$SPHINX:[INFOS]91.INFO I INFORMATIONS : Carte topographique La carte topographique est un document de base de l'exercice. Sa visualisation ou impression est gratuite. Meme si vous ne disposez pas d'une station de travail graphique (type TEKTRONIX 4014), vous pouvez imprimer le document sans le visualiser a l'écran. |DISK$SPHINX:[INFOS]92.INFO ~~ INFORMATIONS: Carte géologique La carte géologique est un document de base de l'exercice. Sa visualisation ou impression est gratuite. Meme si vous ne disposez pas d'une station de travail graphique (type TEKTRONIX 4014), vous pouvez imprimer le document sans le visualiser a l'écran. |PISK$SPHINX:[INFOS]93.INFO INFOS: Carte des operations Cette utilitaire permet de représenter sur une carte le lieu de certaines operations effectuées par vous lors de l'exercice. La visualisation ou impression est gratuite. Meme si vous ne disposez pas d'une station de travail graphique (type TEKTRONIX 4014), vous pouvez imprimer le document sans le visualiser a l'écran. - 163 - 6. Guide de l' utilisateur |PISK$SPHINX:[INFOS}94.INFO INFORMATIONS: Log de forage Cet utilitaire permet de représenter graphiquement un log de forage 6". Son utilisation est gratuite. Meme si vous ne disposez pas d'une station de travail graphique (type TEKTRONIX 4014), vous pouvez imprimer le document sans le visualiser a l'écran. 1dISK$SPHINX:[INFOS]95.INFO INFORMATIONS : Interpretation s. elee. L'interprétation d'un sondage électrique concerne les fichiers crées au point 3.1 du menu. L'utilisation de ce programme n'est pas facturée. Il est indispensable de travailler sur un terminal ou station GRAPHIQUE. Pour interpreter le sondage en question, le programme demande des valeurs de resistivite et d'épaisseur. Apres calcul, il vous restera a comparer le sondage experimental au sondage d'essai et éventuellement a recommencer jusqu'à obtention d'un calage satisfaisant. Le programme conserve en permanence les paramètres de l'interprétation la plus recente dans un fichier SONDAGE_n.INT ou n est le numero du sondage. Les fichiers d'interprétation sont des aide-memoire et sont visibles en (9.7). - 164 - Conclusions Conclusions Ce travail présente la particularité de ne pas être une contribution à la connaissance de telle ou telle région, ni à un aspect méthodologique. En matière de simulation, les conclusions consistent en des perspectives de développement. Cependant, l'expérience de la simulation permet, sous forme des remarques suivantes, d'apporter un éclairage peut-être différent sur l'activité "normale" des hydrogéoiogues et des naturalistes. Généralement, les hydrogéologues fabriquent des modèles pour représenter et prévoir le comportement des systèmes réels qu'ils étudient. La qualité des modèles construits vaut alors leur aptitude à décrire' avec une précision suffisante et fixée à 1'avance le système réel sous 1'aspect envisagé (circulation d'eau, de matière dissoute ou en suspension, de chaleur,...). D'une manière plus générale, il n'est pas de profession naturaliste qui ne consiste à fabriquer des modèles; toute donnée nouvelle fait immanquablement l'objet d'une interprétation, c'est-à-dire qu'elle participe à l'élaboration du modèle que construit le naturaliste. Ce modèle est déclaré valide lorsqu'il acquiert une autonomie suffisante en regard du but poursuivi, c'est-à-dire lorsqu'on peut lui prêter la qualité d'être prévisionnnel. Dans SPHINX, le processus Observation dans le Contexte naturel Hydrogéologue Modèle est remplacé par: Observation dans le B contexte naturel Opérateur Observation dans le Utilisateur modèle ^^^^^^^^^ Modèle Modèle L'opérateur a la tâche délicate de substituer des modèles à la nature; heureusement pour lui, il a toujours raison aux yeux de l'utilisateur, c'est-à-dire que les modèles construits font foi pour ce dernier. L'apport pédagogique de SPHINX vaut donc très exactement la capacité des modèles de l'opérateur à reproduire le comportement de la nature sous les aspects concernés. Dans le cas favorable, nous admettons l'équivalence des processus A et B, ce qui mène à conclure que: - 165 - CONCLUSIONS - L1interprétation (la modélisation) ne se base pas forcément sur des observations mais plus généralement sur des acquis, lesquels peuvent provenir d'une phase antérieur de modélisation; l'enchaînement acquis - interprétation peut se répéter indéfiniment, chaque interprétation nouvelle constituant l'acquis d'une interprétation ultérieure. Il faut y voir un genre de problème d'échelle. - Dans cette perspective l'observation naturaliste n'est que l'acquis à l'échelle la plus généralement traitée. Nous pouvons la définir comme suit: L'observation naturaliste est un modèle considéré comme bon, a tel point qu'on peut l'utiliser pour fabriquer un modèle d'un "ordre supérieur". Cette remarque permet de soulager la conscience des opérateurs qui nous succéderons. Elle a aussi pour corollaire d'attirer l'attention des hydrogéologues travaillant avec des observations sur le fait que ces observations ne sont généralement exemptes d'une composante interprétative. Il est nécessaire de décider que cette composante est nulle; ce n'est pas pour autant qu'elle l'est. Les perspectives de développement de SPHINX concernent le nombre, la nature et la qualité des modèles qu'a introduit l'opérateur. Les améliorations {"faire en sorte que les observations et les données issues des modèles ressemblent davantage aux observations et données issues d'un système réel") prioritaires nous semblent être les suivantes: - Introduire plusieurs domaines réalistes. - Sondages et trainés électriques tenant compte des variations latérales du champ Résistivité électrique vraie. - Remplacer les programmes de modélisation hydrodynamique {nappe captive) par des programmes permettant la modélisation de nappes libres, plus appropriés au domaine réaliste actuel. Dans ce cas redéfinir le niveau d'eau. - Introduire l'essai de traçage dans la panoplie des outils. Une solution peu gourmande en temps de calcul est souhaitable. - Facturation non linéaire des forages. - Forages destructifs donnant des indices de la nature géologique des terrains rencontrés. - Les paramètres hydrogéologiques pourraient varier dans chaque élément selon une fonction quelconque. Il s'agirait de définir des "macro- éléments" à l'intérieur desquels une fonction fixerait la valeur des paramètres. Notamment, la perméabilité pourrait être calculée aux nœuds ou en tout pointa partir d'une fonction décrivant K sur telle ou telle région du domaine réaliste. K serait calculée de même aux points de Gauss lors de la construction des modèles hydrodynamiques; les fichiers décrivant D3 ne s'en trouveraient pas allourdis. - En rapport avec la remarque précédente, il existe dans la version actuelle de SPHINX une disparité entre la forme quadratique des éléments et la valeur constante des paramètres dans chaque élément. - A l'heure actuelle, les nœuds du milieu des arêtes verticales ne servent à rien; leur integration dans le système favorise une amélioration dans le sens d'arêtes non verticales. - 166 - GLOSSAIRE OLOSSfIIRE Les définitions données ci-dessous sont spécifiques à l'usage qui en est fait dans cet exposé. On ne doit y voir aucune portée dépassant le cadre du logiciel. Champ Partie de l'espace sans substance propre et ne se manifestant que par des effets. Les champs de paramètres constituent le domaine réaliste. Configuration But pour l'utilisateur, contraintes et moyens d'y parvenir. En pratique, but + ensemble de modèles. CC Coefficient de connaissance valant le nombre de niveaux de la CSTM dont l'épaisseur est connue. CI Coefficient d'intérêt relatif à un point de D2, valant la transmissivité de la CSS. CSS Colonne stratigraphique supposée. Vecteur des faciès géologiques et des épaisseurs en tout (x,y) de D2, tel qu'il est connu à un moment donné. Au contraire de la CSR et de la CSTM, la CSC évolue en cours de prospection. CSR Colonne stratigraphique réelle. Vecteur des faciès géologiques et des épaisseurs au droit d'un (x,y) quelconque de D2. C'est une transformation géométrique de la CSTM. CSTM Colonne stratigraphique théorique maximale. Vecteur de tous les faciès géologiques et des épaisseurs correspondantes pouvant (prouvés ou raisonnablement supposés) se rencontrer dans D3. Domaine Ensemble de champs de paramètres. C'est un élément des schémas réaliste abstraits fabriqués par l'opérateur. Chaque modèle en utilise (D3) tout ou partie. La face supérieure de D3 est appelée D2. Loi Elément d'un schéma abstrait, utilisant des paramètres afin de physique produire des variables, par le calcul, lorsque le modèle est réalisé. Les paramètres sont lus dans le domaine réaliste. Logiciel Formalisme de stockage dans l'ordinateur, d'un but et de divers schémas abstraits. Lorsqu'il fonctionne, il produit des modèles. C'est un cas particulier de système de simulation. Modèle Concrétisation, même temporaire, d'un schéma abstrait donné. Glossaire Niveau d'eau Dans un forage SPHINX crépine sur toute sa hauteur, le niveau d'eau vaut la moyenne arithmétique des potentiels hydrauliques calculés entre le sommet et la base de l'ouvrage, pondérée par l'épaisseur des niveaux traversés et par leurs perméabilités respectives. Niveau de la nappe Le niveau de la nappe est le potentiel hydraulique calculé au sommet du domaine réaliste. L'utilisateur ne dispose d'aucun moyen pour déterminer le niveau de la nappe; il ne peut connaître que le niveau d'eau. Observation Catégorie d'outils et donc de modèles résultant de la concrétisation d'un schéma abstrait ne comportant pas de loi physique. Opérateur Personne dont le rôle est, du point de vue de l'utilisateur, de substituer au système réel un ensemble de modèles. Outil Modèle. La trace laissée par un modèle constitue le résultat de l'application de l'outil correspondant. Paramètre Qualité ou grandeur scalaire, vectorielle ou tensorielle, désignée ou quantifiée en tout point d'un champ dont la forme correspond à celle du domaine réaliste. Les paramètres ne varient ni dans le temps ni sous l'action de l'utilisateur, à la différence des variables. Prospecteur Personne participant à l'exercice de simulation. Il fait fonctionner le logiciel. Participant, élève, utilisateur. Rabattement Différence de niveau d'eau dans un piézomètre entre 2 états de l'aquifère. Schéma abstrait SPHINX Système de simulation Champs de paramètres, lois physiques et conditions aux limites pouvant être transformés en modèle. Nom du logiciel. Toute concrétisation du schéma abstrait construit par l'opérateur qui n'est pas le système réel dont il s'inspire. Prend le nom de logiciel si la concrétisation est réalisée par l'ordinateur. Variable Grandeur scalaire ou vectorielle constitutive d'un modèle. L'action de l'utilisateur assigne une valeur aux variables, BIBLIOGRAPHIE BIBLIOGRAPHIE Barrios LA., Tacher L. (1986): Etude gravimétrìque et électrique du système fluvio- glaciaire de Pontarlier. Dipl. Université de Lausanne, non publié. Ciarlet P. (1978): The finite element method for elliptic problems - Studies in mathematics and its applications, North Holland Publishing. Chauve P., Charles G., Leonetti A. (1982): A propos des pertes du Doubs. - Annales scientifiques de l'Université de Franche-Comté, fase. 4, 4ème série, pp. 13-25 Chauve P., Jacquemin Ph., Mania J. (1986): Représentation des écoulements en milieu karstique de zone plissée: exemple des hauts bassins du Doubs et de la Loue. - Bull. Soc. géol. France (8), t. Il, n° 4, pp.645-652. Claudon G. (1977): Etude hydrogéologique de la plaine de Pontarlier. Thèse Université de Franche-Comté. DeMarsily G. (1981): Hydrogéologie quantitative. Masson, Paris, 215 p. Detay M., Poyet P. (1989): La place de l'informatique dans les géosciences, évolution et perspectives. - Géologues, 91 (1989.4), pp.37-49 DHATT G., Touzot G. (1984): Une présentation de la méthode des éléments finis. Collection Université de Compiègne, Malôine SA ed., Paris, 543 p. Duraffourg, Palagio (1981): Etude géologique, géophysique et hydrogéologique du synclinal de Frasnes- Bonnevaux. Thèse, Université de Franche-Comté. Georges P.L. (1991): Génération automatique de maillages. Application aux méthode d'éléments finis. Masson et Cie, Paris. Ghosh D. P. (1971): Inverse fitter coefficients for the computation of apparent resistivity standard curves for a horizontally stratified earth. - Geophys. Prospect., 19, pp. 769- 775 Harr M. E. (1962): Correspondence between Seepage and Flow of Electric Current. Groundwater and seepage. Mac Graw Hill, p.142 Jaeckli H. (1970): La Suisse durant la dernière période glaciaire. Carte au 1/500'00O Kelly W. E. Fröhlich R. K., (1985): Relations between aquifer electrical and hydraulic properties. - Ground Water, 23, 2, pp. 182-189 KiRALY L. (1985): FEM301 - A Three Dimensional Model for Groundwater Flow Simulation. CEDRA, Société coopérative nationale pour l'entreposage de déchets radioactifs. Technical report 84-49, 95 p. Kiraly L. (1977): La notion d'unité hydrogéologique. Essai de définition. Thèse, Université de Neuchâtêl. - Bulletin du Centre d'Hydrogéologie 1977, n° 2 Kiraly L. (1992): An efficient technique to calculate the local coordinates for given global coordinates in higher order finite elements. - Bull. Centre d'Hydrogéologie n° 11 Koefoed O. (1982): Geosounding principles, 1. Resistivity sounding measurements. Elsevier, Amsterdam, 276 p. Laffitte P. et al. (1972): Traité d'informatique géologique. Masson et Cie, Paris, 282 p. Liakopoulos A.C. (1964): Theoretical aspects of the flow of water through anisotropic unsatured soils. - Bull, des Sc. Hydr., vol. 1, pp 62-70 Meyer de Stadelhoffen C. (1983): L'interprétation graphique des sondages électriques. - Bull Inst. Geophys. Univ. Lausanne n°4, 40 p. Neuman S.P. (1984): Determination of horizontal aquifer anisotropy with trhee wells. - Ground water, Vol. 22, N0 1, p 66. Nougier J. P. (1983): Méthodes de calcul numérique. Masson ed., Paris, 314 p. Olivier R. (1971): Digitalisation du relief de la Suisse romande. - Bull Société Vaudoise des Sciences Naturelles 70, p. 334 Poyet P., Detay M. (1988): Un système expert d'aide à l'implantation de forages en hydraulique villageoise. Rapport de recherche INRIA, n° 936, 36 p. BIBLIOGRAPHIE PoYET P., Detay M. (1989): HYDROLAB®: An example of a new generation of compact expert systems. - Computers & Geosciences, Vol. 15, n° 3, pp. 255-267 Raviart P.A., Thomas J.M. (1988): Introduction à l'analyse numérique des équations aux dérivées partielles. Masson et Cie, Paris. Robert A., Gex P. (1985): Interprétation géophysique rapide. - Bull Inst. Geophys. Univ. Lausanne n°6, 72 p. Rousselot D. (1976): Proposition pour une loi de distribution des perméabilités ou transmissivités. Rapport BRGM, Service géologique Jura-Alpes Steels L (1990): Components of expertise. - Al magazine, American Association for Artificial Intelligence. Summer 1990 Surany A. P. (1985): A simple algorithm for determining whether a point resides whithin an arbitrarily shaped polygon. NATO ASI series. Vol F17. Fundamental algorithms for computer graphics. Springer-Verlag, Berlin. Tacher L (1990): SPHINX: Un programme de simulation, d'acquisition et de stockage des connaissances en hydrogéologie appliquée. - Géologues n° 93. Tacher L (1990): Calcul de potentiels hydrauliques dans un piézomètre crépine sur toute sa hauteur. Cas d'un aquifère multicouches. - Bull. Centre d'Hydrogéologie n°9, pp. 47-50 Tacher L. (1992): Recherche de l'élément fini contenant un point de coordonnées glogales connues. - Bull. Centre d'Hydrogéologie n° 11 U.S.G.S (1978): Development of the PROSPECTOR consultation system for mineral exploration. SRI Projects n0 5821 & 6415. Final report, 193 p. Vannier M., Woodtli R. (1977): Teaching prospecting for minerals by simulation techniques assisted by computer. Communication présentée au 25^me Congrès Géologique International, Sydney, 1976, sect. 17 A Vannier M., Woodtli R. (1977): La simulation assistée par ordinateur dans l'enseignement de Ia recherche minière (Esquisse d'une théorie). Communication présentée au symposium international de Montreux, 1977 Remerciements En hydrogéologie, il est rare qu'un travail n'ait pas pour objet un approfondissement de la connaissance d'un système aquifère ou une contribution à un aspect théorique ou méthodologique. C'est le cas ici et je remercie chaleureusement le Prof F. Zwahlen, Directeur du Centre d'Hydrogéologie de l'Université de Neuchâtel, d'avoir permis, encouragé et soutenu l'expérience de la simulation. Outre les modèles hydrodynamiques FENl et FEN2 qu'il a mis à ma disposition, le Prof. L. Kiraly, directeur de recherche du Centre d'Hydrogéologie, a suivi l'évolution de mes recherches depuis le début. Chacune des nombreuses discussions que nous avons eu a été un élargissement des perspectives de ce que pouvait être SPHINX. Je vois dans l'éclaircissement permanent qu'il a apporté à mon travail la forme la plus active de l'encouragement et du soutien. MM le Prof. O. Besson, professeur à l'Institut de Mathématiques de l'Université de Neuchâtel, le Dr Y. Emsellem, directeur du GEOLAB à Sophia-Antipolis et le Dr W. Hürlimann, deputy manager à ÇOLENCO Ltd ont accepté d'être membres du jury de thèse. Les entretiens que j'ai eu avec eux ont été autant d'éclairages différents sur SPHINX, dont la forme actuelle est empreinte de leurs observations ou conseils précieux. Je leur exprime ici toute ma reconnaissance. Le développement de "l'œil du maître" a commencé par recueillir le savoir de plusieurs personnes expertes en matière de prospection d'eau; je remercie chaleureusement les prof. I. Muller et A. Parriaux d'avoir bien voulu être longuement questionnés à ce propos. Le formalisme de stockage des connaissances m'a été présenté par J. P. Müller, professeur à l'Institut d'Informatique de l'Université de Neuchâtel; je le remercie vivement du temps consenti. Au cours de ces années, j'ai largement usé ou abusé du savoir des mathématiciens. Parmi eux, j'ai plaisir à remercier le prof. O. Besson et le Dr E. Zuur. Les informaticiens n'ont pas non plus été épargnés par les multiples problèmes inhérents à la fabrication d'un logiciel. A cet égard, le département de calcul de l'Université de Neuchâtel, par les personnes de MM F. Burri, R. Choffat et J.P. Maradan, à qui va ma gratitude, a été d'un grand secours. Last but not least, parents, amis et collègues dont la seule présence est un encouragement. A tous, un grand merci. ANNEXE 1 ANNfXf 1 Potentiels hydrauliques dans un piézomètre crépine sur toute sa hauteur. Cas d'un aquifère multicouches. Dans le cas¦où le référentiel de mesure piézométrique coïncide avec le réfèrentiel topographique, la mesure d'une hauteur piézométrique représente le potentiel hydraulique au lieu géométrique du crépinage. Dans le cas où le piézomètre n'est ouvert qu'à sa base, on mesure donc le potentiel en cet endroit. Dans les autres cas, la valeur mesurée est une composition des " potentiels existant en tout point du domaine, puisque la présence du piézomètre permet des écoulements qui modifient l'ensemble de la répartition spatiale des potentiels. A l'exception du cas où le piézomètre crépine traverse des ,régions à potentiels égaux, la détermination du potentiel à l'intérieur du tubage n'admet tpas de solution analytique simple. En considérant qu'un piézomètre est installé verticalement, le problème concerne principalement les régions d'exutoires ainsi que les aquifères superposés. On a procédé ici à une série de simulations sur ordinateur, qui illustrent sur un exemple simple les difficultés rencontrées lorsqu'on veut estimer un potentiel ponctuel par une mesure dans ce type d'équipement. Les calculs ont été effectués par la méthode des éléments finis dans un espace tridimensionnel; les résultats calculés peuvent être assimilés à des résultats expérimentaux (FENl: Programme de calcul par éléments finis des écoulements souterrains en 1, 2 et 3 dimensions - Régime permanent - Nappes captives). Description du modèle La géométrie et la discrétisation (éléments finis quadratiques 3D) du domaine d'étude sont données à la figure 1. Deux aquifères captifs sont séparés par un niveau imperméable. En partant du haut, les caractéristiques sont les suivantes: Aquifère 1: Kl= 10E-03 [m/s] el= 30 [m] Niveau imperméable: K2= 10E-20 [m/s] e2= 10 [m] Aquifère 2: K3= 10E-03 [m/s] e3= 50 [m] Un piézomètre crépine sur toute sa hauteur est implanté au centre du domaine. Il est représenté par des éléments finis unidimensionnels à très haute perméabilité (Kp = 100 [m/s]; des essais systématiques ont indiqué que cette valeur, ou plus, permet d'obtenir un potentiel pratiquement constant dans le tubage). Les conditions aux limites sont de type Dirichlet: Un potentiel des 999,00 m est imposé à tous les nœuds des limites latérales de l'aquifère supérieur. L'aquifère inférieur est légèrement en charge, avec un potentiel imposé de 1000,00 m en tout nœud de ses limites latérales. Les nœuds situés aux limites et à mi-hauteur de la rangée d'éléments constituant le niveau imperméable ont un potentiel imposé de 999,50 m. Le toit et la base du domaine sont imperméables- Le modèle fonctionne en régime permanent. ANNEXE 1 400 m Figure 1 : Géométrie et discrétisation par éléments finis du domaine d'étude. Résultats On procède à une série d'essais en faisant varier uniquement la profondeur du piézomètre. On relève ensuite les valeurs calculées en tout point du piézomètre ainsi que sous lui, jusqu'à la base du domaine. L'ensemble des résultats est donné par la figure 2. Dans la figure 3, on a extrait les valeurs calculées uniquement à l'intérieur du piézomètre (constantes). ANNEXE 1 999.00 Piézomètre jusqu'à 0. m. Piézomètre jusqu'à 30. m. Piézomètre jusqu'à 40. m. Piézomètre jusqu'à 50. m. Piézomètre jusqu'à 60. m. Piézomètre jusqu'à 70. m. Piézomètre jusqu'à 80. m. Piézomètre jusqu'à 90. m. 999.25 . 999.50 999.75 Potentiel calculé, (m) 1000.00 figure 2: Potentiel hydraulique calculé dans et sous un piézomètre en fonction de sa profondeur. Observations - Quelque soit la profondeur du piézomètre, la valeur de potentiel calculée à l'intérieur de celui-ci est toujours comprise entre les valeurs extrêmes du domaine en son absence. (900 < Hp < 1000). - Le potentiel à 1'intérieur du piézomètre en fonction de sa profondeur de pénétration dans l'aquifère inférieur_ tend vers une valeur asymptotique, dont la valeur, étant donné que la présence du piézomètre modifie le champ de potentiels en tout point, ne peut être obtenue par une formule de pondération. - Les mêmes essais ont été répétés avec des perméabilités différentes. Les variations de ce paramètre n'ont pas induit de modification des valeurs calculées à l'intérieur du piézomètre. ANNEXE 1 I £ I 3 T5 1_ 3 ¦o a O U 999.00 999.25 999.50 999.75 Potentiel hydraulique calculé (m). 1000.00 Figure 3: Potentiel hydraulique calculé en tout point à 1 'intérieur du piézomètre, en fonction de sa profondeur. De ces quelques calculs/ on pourra retenir que lorsqu'un piézomètre crépine sur toute sa hauteur traverse un champ de potentiels hydrauliques non constant (zone d'exutoire, ou d'une manière générale tout milieu hétérogène), et du fait que la présence de l'équipement modifie la géométrie de ce champ, la mesure piézométrique ne peut pas renseigner de manière quantitative sur la valeur et la distribution spatiale des potentiels ponctuels. Il s'ensuit que le niveau d'eau dans le tubage n'indique pas non plus la hauteur de la nappe {cas particulier de potentiel: h = z). ANNEXE 2 ANNEXE :.2 Nature du modèle hydrodynamique et définition du niveau de la nappe. Nature des modèles hydrodynamiques pouvant être produit par SPHINX. En tout point de D3, les paramètres perméabilité et coefficient d'emmagasinement spécifique sont liés aux variables potentiel hydraulique, flux et débit par l'équation différentielle (LPl): | + div; + ,>ss| S5^F- + divv + Q = Ss ^- + div (-K grad h) +Q=O où Ss = Coefficient d'emmagasinement spécifique [L 1I h = Potentiel hydraulique [L] Ar '= Flux hydraulique * [LT-1] K = Perméabilité [LT"1] Q = Débit injecté ou prélevé [L3T-1L"3] L'écoulement représenté est * donc laminaire, le milieu est saturé, la perméabilité ne dépend, pas du potentiel hydraulique. Les conditions aux limites nécessaires à'l'application de cette équation sont des valeurs imposées localement de potentiel hydraulique et débit, représentatives du contexte (facteurs climatiques, biologiques et géomorphologiques locaux). Elles sont, fixées par 1*opérateur et ne varient pas dans le temps, de sorte que le modèle ne présente pas de variations spontanées. Puisque la forme des champs de paramètres est invariante et puisque LPl décrit l'écoulement d'eau dans la zone saturée, on conclue que "le modèle est partout saturé d'eau" et représente le comportement d'un aquifère captif. Quelque soit le type de système réel que l'on veut représenter, il faut donner une définition du "niveau de la nappe". Définition: Dans SPHINX, le niveau de la nappe vaut le potentiel hydraulique à la surface de D3, avec la condition que les référentiels sont identiques pour les altitudes et les potentiels. Si l'opérateur s'inspire d'un système, réel du type nappe libre, il doit indiquer à l'utilisateur que du point de vue hydrodynamique, 1'aquifère est considéré comme captif: ANNEXE 2 SYSTEME REEL Niveau de la nappe Altitude (m) 1000 900 MODELE Sommet du modèle Altitude (m) ^ 1000 900 Potentiel (m) Potentiel (m) 900 - Niveau de la nappe. Remarque: Le calcul selon LPl est effectué à priori par l'opérateur; le champ des variables potentiel hydraulique et flux hydraulique, non influencé par l'action de l'utilisateur (i.e essai de pompage) est stocké. C'est cet "état de repos" qu'exploitent les outils sondage mécaniques et essais de pompage de durée limitée. Sous l'action de l'utilsateur (i.e essai de pompage), le modèle est également produit selon LPl; LPl est vraie partout dans D3 et en toutes circonstances. Remarque: Nous n'utilisons pas le terme de "surface piézométrique", qui signifie "surface déterminée par des piézomètres". Or, comme le montre l'annexe 1, une telle surface peut être sensiblement différente du niveau de la nappe en l'absence de tout équipement. ANNEXE 3 fìNNfXf 3 Définition et validité du terme de "rabattement" dans SPHINX néf-inition: Le rabattement est la différence de niveau d'eau, dans un même piézomètre, entre 2 états successifs de l'aquifère. Le terme de "niveau d'eau" correspond à la définition du § 3.3.6 Nous avons toutefois procédé à un essai simple montrant dans quelle mesure le rabattement dans un aquifère libre peut être apprécié par le résultat d'un modèle 3D du type nappe captive. Description du modèle Soit un parallépipède de dimensions 400 x 400 x 90 m.' La porosité du matériel le remplissant est de 0.1. Rien ne s'oppose à la circulation de l'eau remplissant tous les pores; K = 100 [m/s]. 400 m Fi çur g J,- Géométrie et discréti sa ti on par éléments finis du domaine d'étude. ANNEXE 3 Calcul intuitif. Prélevons 1 [m3/s] d'eau pendant 10 heures, soit 36'000 [m3]. Le niveau d'eau a alors baissé de (1/. 01)* (36000/160000) = 2.25 [m]. Calcul par éléments finis La discrétisation (éléments finis quadratiques 3D) du domaine d'étude est donnée à la figure 1. Cette géométrie ne varie pas dans le temps. Les caractéristiques sont les suivantes: Kl- 100. [m/s] S = 0.1 [1/m] Un potentiel des 493,00 m est imposé à tous les nœuds pour l'état initial. Comme condition aux limites: Q = 1.0 [m3/s] au nœeud supérieur central. Après 10 heures, le modèle présente un potentiel hydraulique de 492.976 [m] en tout point. Calculons l'integrale des différences de potentiel entre états initial et final sur toute 1'épaisseur du modèle à la verticale du point de pompage. On obtient (493.000 - 492.976) * 90 = 2.X6 [m]. Nous considérerons cette approximation comme satisfaisante dans le cas présent. Sa validité est grandement conditionnée par 1'importance de la chute de potentiel en regard de l'épaisseur,totale du modèle. Dans cet exemple, le rabattement vaut l'integrale des différences de potentiel entre états initial et final, sur toute l'épaisseur du modèle, à la verticale du point de pompage. La chute de potentiel est, dans un aquifère captif, répartie sur tout le volume de 1'aquifère, d'où la faible valeur de cette chute (0.024 Em]). L'approche présentée revient à faire la somme de toutes les pertes de potentiel et à concentrer la valeur obtenue au sommet du modèle. On voit que dans le cas présent on arrive ainsi à représenter le comportement d'un aquifère libre. Ce procédé n'est pas généralisable: Si les perméabilités du modèle sont faibles ou si le milieu est hétérogène, le volume n'est plus équipotentiel et nous ne savons pas où faire la somme des chutes de potentiel, ni où la reporter. 100" ANNEXE 4 ANNEXE 4 Flux hydraulique circulant dans une tranchée avec ouvertures sur toute sa hauteur. Illustration. Soit le dispositif suivant: Un réseau d'éléments finis quadratiques bidimensionnels dans le plan vertical, représenté à la figure 1. Une colonne d'éléments ID à haute perméabilité est ajoutée sur un partie de l'épaisseur du réseau. On assigne des perméabilités représentatives de 2 aquifères superposés, séparés par un niveau imperméable; des conditions de potentiel sont imposées sur les 2 cotés du dispositif, la base et le sommet étant imperméables. K=IOO [m/sj K=1.0E-03 [m/s] K=1.0E-20 [m/s] 1 70-£ 6O-O 10- wmmmmmmmmmmm ^ mmmmmmmsrnm i ^:¾¾¾^¾:¾¾¾¾¾^¾¾ :¾¾¾¾^^¾¾¾¾!:; 4 m ?mmmm®mmmmB$m — h=4 92.51 m Potentiels imposés h=493[m] h=4 92[m] 400 [m] Figure I : Réseau d'éléments finis, perméabilités et conditions aux limites. En trait fort, les éléments ID. La figure 2 représente le modèle produit par calcul. On remarque que l'aquifère supérieur se vide dans l'aquifère inférieur, uniquement par les éléments ID. ANNEXE 4 Figure 2: Modèle. Représentation des äquipotentielles tous les 0.1 [m] Les flèches indiquent la direction du vecteur vitesse. On refait le calcul, cette fois en ajoutant comme conditions aux limites, les valeurs de potentiel calculées précédemment sur toute la verticale des éléments ID (aussi en dessous d'eux). Ce deuxième modèle est identique au premier, mais le programme indique alors les débits nodaux à tous les nœuds où un potentiel a été imposé. Aux nœuds des éléments ID et en dessous, on obtient: Cote [m) Potentiel h (m| Débits nodaux (m3/s) £ débits nodaux depuis le bas (m3/s] 100 492.379 -1.03e-5 2.00e-8 95 492.379 -4.14e-5 1.03e-5 90 492.379 -2.07e-5 5.17e-5 85 492.379 -4.14e-5 7.24e-5 80 492.379 -2.07e-5 1.14e-4 75 492.379 -4.14e-5 1.35e-4 70 492.379 -1.03e-5 1.76e-4 65 492.379 2.27e-13 1.86e-4 60 492.379 7.34e-6 1.86e-4 55 492.379 2.59e-5 1.79e-4 50 492.379 1.48e-5 1.53e-4 45 492.379 2.58e-5 1.38e-4 40 492.379 1.54e-5 1.12e-4 35 492.379 2.57e-5 9.706-5 30 492.379 6.74e-5 7.13e-5 25 492.369 8.68e-6 3.8Be-6 20 492.360 -1.54e-5 -4.80e-6 15 492.357 2.25e-S 1.06e-5 10 492.354 -1.19e-5 -1.19e-5 On peut alors dresser un bilan des débits, sur les bords et dans les éléments ID. Schématiquement, on obtient: ANNEXE 4 Somme des débits dpuis la base du domaine = 1.86E-04 fm3/sl - 2*9.3E-05 [m3/s] XQ ¦ 9.3E-05 Im3/s] IQ «-9.3E-05 [m3/s] mmmmmmmmmmmmmm %mmimmmmm^mmièfMM^^^^^M ZQ « 9.3E-05 (m3/s) IQ —9.3E-05 [m3/s] Comme on pouvait s'y attendre, "l'eau" qui rentre dans le domaine en ressort après passage par les éléments ID. Conclusion: La somme des débits nodaux, depuis le bas (selon convention), à la verticale des éléments ID, est une bonne approche des débits verticaux circulant dans la tranchée que l'on a voulu représenter par les éléments ID. K=IOO[m/sl l.86e-04 -5.000e-5 0.00 5.000e-5 1.000e-4 1.500e-4 2.000e-<] S débits partant du bas [m3/s] De plus, la contribution des nœuds situés sous les éléments ID est faible. La somme des débits nodaux uniquement pour les nœuds constitutifs des éléments ID donne un résultat pratiquement identique. Le passage à des éléments ID dans un domaine 3D (piézomètre) se fait sans autre. ANNEXE 5 ANNfXf 5 Bibliographie SPHINX: BIBLIOGRAPHIE NOTE: Cette bibliographie est representative du niveau de complexité du domaine d'investigation et des modèles a disposition. Elle est donc sommaire et ne fait etat que des aspects et paramètres figurant effectivement dans SPHINX. CONTEXTE GEOGRAPHIQUE Les coordonnées géographiques moyennes de la region sont 46o48' de latitude nord et 6o21' de longitude est. Il s'agit d'un cone fluvio-glaciaire a très faible pente, d'altitude moyenne = 810 m. Ce cone constitue le remplissage d'un vaste synclinal dont les flancs atteignent des altitudes de l'ordre de 1000 m. CONTEXTE GEOLOGIQUE La province géologique est le Jura plisse. L'axe du synclinal (Jurassique) est oriente NNE - SSW; il est encadre par deux anticlinaux orientes de la même maniere. Les petits cours d'eau circulant sur le cone fluvio-glaciaire s'écoulent vers le nord. STRATIGRAPHIE Le Jurassique est represente par des calcaires marneux d'une puissance moyenne de 200 m. Des plaquages morainiques attribues au Wurm le recouvrent localement; il s'agit de moraines frontales, interprétées comme des traces de l'extrémité occidentale d'une calotte glaciaire, Pour le quaternaire recent, les affleurement de surface ne montrent que des graviers, qui pourraient donc constituer la totalité du cone fluvio-glaciaire. La cluse visible sur la carte topographique est la trace du cours d'eau ayant charie ces graviers. ANNEXE 6 fìNNfXE ó Fichiers décrivant D3 FICHIER DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.ELM On peut écrire des lignes de commentaires au dessus du mot-cle. Dans tous les fichiers, les mots clés sont en MAJUSCULES et sont encadres par des '*'. Ci-dessous reproduction partielle du fichier. La structure du fichier est la suivante : En format libre, IELM NQ NP KR NAR (NICU) , i=l,KR) IELM = numero de l'élément NQ = numero de classe d'alimentation distribuée NP = numero de classe de perméabilité (et tous les autres champs) KR = nombre de noeuds constituant l'élément NAR = nombre d'arêtes de l'élément NIC = numéros des noeuds constituant l'élément (en commençant par un noeud coin de la face inférieure) •ELEMENTS* 1118 1 2001 2 1 20 12 4001 2 2 20 12 6001 2 4 20 12 8001 2 4 20 12 2 118 4 2002 2 1 20 12 4002 2 2 20 12 6002 2 4 20 12 8002 2 4 20 12 3 116 3 2003 2 1 15 9 4003 2 2 15 9 6003 2 4-15 9 1 2 3 4 5 6 7 8 4001 , 4002 4003 4004 4005 4006 4007 4008 2001 2003 2005 2007 1 2 3 4 5 6 7 8 8001 8002 8003 8004 8005 8006 8007 8008 6001 6003 6005 6007 4001 4 002 4003 4004 4005 4006 4007 4008 12001 12002 12003 12004 12005 12006 12007 12008 ioooi 10003 10005 10007 8001 8002 8003 8004 8005 8006 8007 8008 16001 16002 16003 16004 16005 16006 16007 16008 14001 14003 14005 14007 12001 12002 12003 12004 12005 12006 12007 12008 3 9 10 11 12 13 5 4 4003 4009 4010 4011 4012 4013 4005 4004 2003 2010 2012 2005 3 9 10 11 12 13 5 4 8003 8009 8010 8011 8012 8013 8005 8004 6003 6010 6012 - 6005 4003 4009 4010 4011 4012 4013 400S 4004 12003 ¦12009 12010 12011 12012 12013 12005 12004 10003 10010 10012 10005 8003 8009 8010 8011 8012 8013 8005 8004 16003 16009 16010 16011 16012 16013 16005 16004 14003 14010 14012 14005 12003 12009 12010 12011 12012 12013 12005 12004 3 14 15 16 10 9 4003 4014 4015 4016 4010 4009 2003 2015 2010 3 14 15 16 10 9 8003 8014 8015 8016 8010 8009 6003 6015 6010 - 4003 4014 4015 4016 4010 4009 12003 12014 12015 12016 12010 12009 10003 100Ì5 10010 ANNEXE 6 8003 8014 8015 8016 6010 8009 8003 2 4 15 9 4 14 8 4 2004 2 4 20 12 16003 16014 16015 16016 16010 16009 14003 14015 14010 12003 12014 12015 12016 12010 12009 15 17 18 19 20 21 10 16 4015 4017 4018 4019 4020 4021 4010 4016 2015 2018 2020 2010 15 17 18 19 20 21 10 16 29 1 3 8 4 2029 2 3 20 12 4029 2 3 20 12 6029 2 3 20 12 8029 2 4 20 12 99 98 90 94 93 101 102 103 4099 4098 4090 4094 4093 4101 4102 4103 2099 2090 2093 2102 99 98 90 94 93 101 102 103 8099 8098 8090 8094 8093 8101 8102 8103 6099 6090 6093 6102 4099 4098 4090 4094 4093 4101 4102 4103 12099 12098 12090 12094 12093 12101 12102 12103 10099 10090 10093 10102 8099 8098 8090 8094 8093 8101 8102 8103 16099 16098 16090 16094 16093 16101 16102 16103 14099 14090 14093 14102 12099 12098 12090 12094 12093 12101 12102 12103 ANNEXE 6 FICHIER DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.COR Commentaires autorises au dessus du mot-cle. Sous le mot-cle: 1ère ligne: Facteurs multiplicatifs sur X, Y et Z Lignes suivantes: numero du noeud, x, y, z. Le fichier doit être arrange par ORDRE des numéros de noeuds. Ci-dessous reproduction partielle du fichier. ?COORDINATES* 1.000000 1.000000 1.000000 1 901042. ,25 220125, ,91 810, .00 2 901435, ,50 220025. .73 810. ,00 3 901829. ,31 219941, ,B9 810. ,00 4 901812. ,75 220569, .61 . 810. ,00 5 901852. .50 220994, .23 810. ,00 6 901530. ,63 220938, .59 BIO. ,00 7 901156. ,94 220884, ,14 810, ,00 102 904014, ,81 222539, ,05 845. ,00 103 903753 .31 222485 .63 825. .00 2001 901042. .25 220125 .91 806. ,00 2003 901829 .31 219941 .89 805. .40 2005 901852. .50 220994. .23 805. ,90 2007 901156. .94 220884. .14 809. .90 2099 903507, .75 222419, .88 809. .90 2102 904014. .81 222539. ,05 B44. .90 4001 901042. .25 220125. .91 802. .00 4002 901435. .50 220025. .73 BOI. .50 4003 901829. ,31 219941. ,89 800. .80 4004 901812. .75 220569. .61 802, .30 4005 901852. .50 220994, ,23 801. .80 4006 901530, ,63 220938, .59 804. .60 4007 901156. ,94 220884, .14 809, .80 4102 904014, .81 222539, .05 844, ,80 4103 903753, ,31 222485. .63 824, ,80 6001 901042 .25 220125. .91 7B4. .50 6003 901629. .31 219941. .89 7B0, .30 6005 901852. .50 220994. .23 782, .10 6007 901156. .94 220884. .14 809, .70 16102 904 014.81 222539.05 721.60 16103 903753.31 222485.63 720.00 ANNEXE 6 FICHIER DISK$SPHINX: [FILES]SPHINX . PAR Commentaires autorises au dessusde chaque mot de, mais pas a 1'intérieur d'un bloc de données. Dans D3, le nombre de couches maximum est 4. Dans les modèles numériques FENl et FEN2 (pompage longue durée ou de durée limitée) le nombre de classes d'équivalence dans les champs K, m et AD doit être dimensionne au minimum a MAXCOUCHES + 2. RAPPEL: La classe MAXCOUCHES+2 décrit K et m dans un element ID vertical ajoute par MODI_RESEAU.FOR si le forage represente traverse complètement un niveau donne. Sinon K et m sont obtenus par pondération et correspondent a la classe MAXCOUCHES+1. Ci-dessous, le fichier est complet, a l'exception des conditions aux limites, representees partiellement. »PERMEABILITIES* 1 5.0E- -03 0.0E-03 5.0E-03 0.0E-03 0. .0E-03 5. .OE-03 2 1.0E- -06 0.0E-06 1.0E-06 0.0E-06 0. .0E-06 1. .OE-06 3 1.0E- -04 0.0E-04 1.0E-01 0.0E-04 0. .0E-04 1 .OE-04 4 1.0E- -05 O.OE-05 1.QE-OS O.OE-05 0. .OE-05 1 .0E-05 5 1.0E+01 O.0E+01 1.0E+01 0.0E+01 0. .0E+01 1. .0E+O1 6 1.0E+02 0.0E+02 1.0E+02 0.0E+02 0. ,0E+02 1. .OE+02 00/ »STORAGE COEFFICIENTS* 1 0.05 2 0.01 3 0.01 4 0.01 5 0.10 !MAXCOUCHES+1 6 1.00 !MAXCOUCHES+2 00/ INFILTRATION RATES* 1 1.0E-8 2 O.OE-9 3 O.OE-9 A O.OE-9 5 O.OE-9 ! MAXCOUCHES+1 6 O.OE-9 ! MAXCOUCHES+2 00/ •NODAL CONDITIONS* 1 2001 4001 -1 809.0000 -1 809.0000 -1 809.0000 !MAXCOUCHES+1 !MAXCOUCHES+2 400B 8008 12008 16008 00/ -1 809.2600 -î B09.2600 -1 809.2600 -1 B09.2600 -1 809.2600 FICHIER DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.RES Ce fichier est normalement produit par FENl (modele hydraulique en regime permanent), a la demande de l'operateur. C'est le même programme qui est utilise dans SPHINX pour les essais de pompage de longue durée. Le seul mot-cle utilise est celui precedent les résultats. FENl ANNEXE 6 presence les résultats par ordre croissant de numero de noeud, ce qui est un condition de fonctionnement du logiciel. a****»***************»*******-** + ***-«*-**«*-*-**-*»» * Program "FENl" (CHYN - NEUCHATEL) * * Finite Element Model - Steady state flow * * version: 10-03-90 * it*******»***»»»«»**-****»**«»*««»»»*»*»»»*»»**-*** INPUT FILES: ************ SCRATCH;[TACHER]SPHINX . ELM;17 SCRATCH :[TACHER]SPHINX . COR;16 SCRATCH:[TACHER]SPHINX.PAR;26 OUTPUT FILE: »**„******.* SCRATCH:(TACHER!SPHINX.RES;1 3-D MODEL (QUADRATIC ELEMENTS) ¦nn-**-.*-**-***«»»* * nirnTinit**.!**. r « CONTROL PARAMETERS: MNNIC= 1 MAXLM= 14 5 MXNIC=16103 NDACT= 630 MXNQ= 2 MXPA=1<37 MXNP- PERMEABILITIES: 0.50000E-02 0.00000fc>00 0.00000E+00 0.10000E-05 0.00000EtOO 0.00000E-00 0.10000E-03 O.OOOOOE+00 O.OOOOOE+00 0.10000E-04 O.OOOOOE+00 O.OOOOOE+00 0.100C0E+02 0.00000E+00 O.OOOOOE+00 0.10000E+03 O.OOOOOE^-OO O.00000E-00 C.OOOOOE+OO 0.50000E-02 O.OOOCOE+OO O.OOOOOE-tOO 0.Ì0Ò00E-05 O.OOOOCE+00 O.OOOOOE+00 0.10000E-03 O.00000E+Ô0 O.OOOOOE+00 0.10000E-04 0.-OOOOOE + 00 O.OOOOOE+00 0.10000E+02 0.00000E+00 O.OOOOOE+00 O^lOOOOE+03 O.OOOOOE+00 O.OOOOOE+00 O.OOOOOE+00 0.50000E-02/ 0.00000E+00 O.OOOOOE+00 O.lpOOOE-05/ O.OOOOOE+00 0.00000E+00 0.10000E-03/ O.OOOOOE+00 O.OOOOOE+OO 0.10000E-04/ 0.00000E+00 O.OOOOOE+00 0.10000E+02/ 0.00000E+00 0.00000E+00 0.10000E+03/ INFILTRATION RATES: 0.1000000E-07 O.OOOOOOOE+OO O.OOOOOOOE+OO O.OOOOOOOE+00 O.OOOOOOOE+OO O.OOOOOOOE+00 NODAL CONDITIONS: 1 1 -1 0.8090000E+03 2 2001 -1 0.8090000E+03 3 4001 -1 ' 0.8090000E+03 ANNEXE 6 / Echo des conditions aux limites / cf DISKSSPHINX:(FILES]SPHINX.PAR 246 8 - L 0.8092600E+03 249 4008 - O.8092600E+O3 250 8008 - 0.8092600E+ 03 251 12008 - 0.8092600E+ 03 252 16008 - 0.8092600E+03 RESULTS* (HMN= 0.8062000E + 03 HKX= 0 8240000E+03) ******** 1 -1 809.000 0.167E-02 2 -1 809 000 -0.744E-02 3 -1 809.100 -0.245E-03 4 0 808.987 0.4B3E-02 5 0 808 797 -0.178E-02 6 0 B09.052 0.359E-02 7 -1 809.500 0.463E-02 8 -1 809 260 0.167E-02 9 0 809.099 0.295E-02 10 0 809.030 -0.107E-02 11 0 808 961 0.233E-02 12 0 808.555 -0.929E-03 13 0 808.613 O.343E-02 14 -1 809 200 0.395E-02 15 -1 809.200 -0.359E-02 16 0 809.218 0.135E-02 17 -1 813 000 -0.867E-03 18 -1 817.000 0.961E-04 19 -1 814.000 -0.796E-03 20 -1 810 eoo 0.870E-02 21 0 809.410 0.115E-02 22 -1 813.000 0.627E-03 23 -1 815 000 -0.325E-02 24 0 808.910 0.236E-02 25 -1 808.000 0.961E-02 26 -1 812 000 -0.206E-02 27 0 808.286 0.256E-02 28 0 807.514 -0.S46E-O3 29 0 807 713 0.156E-02 30 0 808.135 0.119E-02 31 0 807.729 -0.537E-03 32 0 807 580 0.150E-02 33 0 808.974 0.556E-03 34 0 808.862 -0.175E-03 35 0 808 662 0.576E-03 36 0 808.508 -0.310E-03 37 0 808.531 0.616E-03 38 0 809 123 0.489E-03 39 0 808.983 -0.264E-03 40 0 808.916 0.423E-03 41 -1 809 500 -0.129E-01 42 -1 810.000 0.919E-02 43 0 809.443 0.573E-03 44 0 807 071 0.753E-03 45 -1 806.500 -0.108E-02 46 -1 807.000 -0.252E-01 47 0 807 266 0.672E-03 48 0 806.982 -0.218E-03 16089 0 809.333 O.OOOE+00 16092 0 812.907 0.000E+00 16095 -1 816.200 0.659E-02 16098 0 808.854 O.O00E+O0 16101 -1 816.000 0.504E-02 16090 809.420 0.000E+00 16093 -1 815.000 -0.188E-02 16096 -1 807.000 0.602E-03 16099 -1 808.500 0.407E-03 16102 -1 BIS.000 -0.199E-02 16091 0 808.816 0.000E+00 16094 0 810.976 0.000E+00 16097 0 807.357 0.000E+00 16100 -1 807.100 -0.143E-02 16103 -1 813.000 0.829E-03 RECHARGE/DISCHARGE BALANCE IMPOSED DISTRIBUTED R/D IMPOSED NODAL R/D CALCULATED R/D AT FIXED HEADS TOTAL IMPOSED INFILTR. AREA (ON 1-D: O.00000O0E+O0 [KK2], -0.9377085E-10 ÌK3/S) 0.5071029E-01 fM3/S) O.0000000E+ÛO (M3/S) -0.5071029E-OÎ ÌK3/SJ 0.5071029E+01 (KM2) ON 2-D: 0.5071029E+01 ;km2]» DISK$SPHINX:[PROGRAMMES.LIBRAIRIE!CORRESPONDANCE.FOR SUBROUTINE CORRESPONDANCEt S, (. C f. & & & S £ I, LEGTXT, PERM , STO VALRHO, FROTT , ISTYL , INTS , SPHINXTOT, SPHIN'XETAT, KARGE, ETATXT, X URBAN ZONE1Y URBAN ZONEJ IMPLICIT NONE PARAMETER NBITEM-10 !Nombre d'articles intervenant dans le devis. C Ci-dessous, seules les valeurs de sorties (i.e LEGTXT) doivent être C en accord avec DISKSSPHINX:[PROGRAMMES.CODES}DECLARATION.TXT CHARACTER*3Ô CHARACTER CHARACTER*« REAL*8 REAL'8 REAL*B REAL*B REAL REAL REAL REAL REALM REALM REALM REAL*8 REAL*8 INTEGER INTEGER INTEGER INTEGER INTEGER LCLS LEGTXTM) LEGTXT*30 ETATXT(NBITEH) LCLSPER 16, 4) PERM(6) LCLSSTO(I) STO LCLSVALRHO(4) VALRHO LCLSFROTT (4) FROTT SPHINXTOT SPHINXETAT(NBITEM) MARGE XJJRBAN_ZONE<50) Y_URBAN_ZONE(50) I.J LCLSISTYH4) ISTYL LCLSINTSH) INTS TABLEAU DES VALEURS & CARACTERISTIQUES ASSIGNEES AUX CLASSES D'EQUIVALENCE DU DOMAINE REALISTE DE SPHINX. Remarque: Le modele numérique fonctionne avec K et m lus dans DISKSSPHINX:[FILES)SPHINX.PAR. Les K et m figurant ici ne sont utiles que pour le permeametre et l'outil vitesse reelle; ils doivent être identiques dans les 2 fichiers. Lese classes MAXCOUCHES+1 et MAXCOUCHES+2 ne doivent pas figurer ici, alors qu'elles sent cans SPHIN1X.PAR. Les alimentations distribuées ne figurent que dans le fichier de paramètres DISKSSPHINX:(FILES)SPHINX.PAR ,Lithologie....... Limites de texte: LCLSLEGTXTi 1) LCLSLEGTXTI 2) LCLSLEGTXTI 3) LCLSLEGTXTI 4) Graviers (fluvioglaciaire) ' Argiles lacustres ' Moraine recente (Wurm) ' Calcaires marneux(Jurassique) * LEGTXT=LCLSLEGTXT(I) , .Perméabilités LCLSPER(I, D = LCLSPER(2, 1)= LCLSPERO, D = LCLSPER(4, D = 5.0E-03 O.OE-03 5.0E-03 O.OE-03 12 4 1 3 5 I 6 I Annexe 6 LCLSPER(5, 1) LCLSPER(6, 1) LCLSPERtI, 2) LCLSPERU, 2) LCLSPER{3, 2) LCL$PER<4, 2) LCLSPER(S, 2) LCLSPER(6, 2) LCLSPER(I, 3) LCLSPER(2, 3) LCLSPERO, 3) LCLSPER(4, 3) LCL5PER(5, 3) LCLSPER{6, 3) LCLSPER(I, 4) LCLSPER(2, -3) LCLSPERO, 4) LCLSPERCi, 4) LCLSPERO, 4) LCLSPER(6, 4) DO 1 J=I,6 PERM(J)=LCLSPER(J,I) 1 CONTINUE *.......Porosités . LCLSSTOt 1) LCLSSTO ( 2) LCLSSTO( 3) LCLSSTOf 4) STO=LCLSSTO(I) ".......Res isti vite s électriques . LCLSVALRHOf D= 250.00 LCLSVALRHO( 2)= 40.00 LCLSVALRHOl 3)= 80.00 LCLSVALRHOf 4)= 600.00 VALRHO=LCLSVALRHO(I ) .Resistance a l'avancement des forages pousses 2"... .L'unite est le nbre de coups pour traverser 1 metre LCLSFROTT( D= 100.00 LCLSFROTTt 2)= 70.00 LCLSFROTTt 3)= 500.00 LCLSFROTTt 4)= 1000.00 FR0TT=LCLSFR0TT11 ) .Figures GKS........................................ LCLSINTS ( D= 3 LCLSINTS (2)= I LCLSINTS (3)= 3 LCLSINTS (4)= 3 O.OE-03 5.0E-03 1.0E-06 0.0E-06 1.0E-06 0.0E-06 0.0E-06 1.0E-06 1.0E-04 0.0E-04 1.0E-04 0.0E-04 O.OE-04 1.0E-04 1.0E-Q5 0.OE-Ob 1.0E-05 0.0E-05 0.0E-05 1.0E-05 0.05 0.01 0.01 0.01 INTS^LCLSINTS [I) LCLSISTYU ,-1)- -3 LCLSISTYLt 2) = -1 LCLSISTYLt 3)= -2 LCLSISTYLt 4)= f -18 ISTYL=LCLSISTyL(I) C____________________________________________________________________ C C BUDGET & DEVIS C_______________________________________________ C Montant total du devis quo préconise SPHINX (S) SPHINXTOT=52500. C Montant (en % du mentant total) optimum reserve a chaque operation. C Le total doit être 100. SPHINXETATt D= 001.90476 SPHINXETATf 2)= 007.61901 SPHINXETATf 3)= C03.80952 SPHINXETATf 4)= 0H.28571 SPHINXETATf 5)= 028.57142 SPHINXETATt 6)= 009.5238C SPHINXETATf 7)= CC5.71428 SPHINXETATf 8)- 013,33333 SPHINXETATf 9)- 006.66666 ' SPHINXETAT(IO)-= 008.57148 C C Karge de manoeuvre (en %) valable pour le montant total ainsi que •- pour ie pourcentage souhaite pour chaque type d'opération. MARGE=15. ANNEXE 6 C VALEURS A CHANGER EN CAS DE RAJOUT/SUPPRESSION D'OUTILS. C DANS CE CAS, KODITIER AUSSI LE PARAMETRE NBITEM DANS TOUT LE C LOGICIEL AINSI QUE LE VECTEUR SPHINXETAT. Limites de texte: *<¦ ETATXTf D = ETATXTt 2) = ETATXTt 3)= ETATXTt D = ETATXTt S)= ETATXTt 6)= ETATXTt 7)= ETATXTt 8)= ETATXTt 9)= ETATXT(IO)= 1 Bibliographie & reconnaissance 2 Traînes électriques 3 Sondages électriques -3 Piezometres 2" 5 Piezometres 6" 6 Essais de pompage 7 Essais de f1owmetre 8 Outil Vitesse reelle 9 Redaction du rapport 10 Divers et imprévus ZONE_URBAINE (Polygone) XJ)RBAN X-URBAN XJJRBAN X-URBAN XJJRBAN XJJRBAN X_URBAN XJJRBAN X-URBAN X URBAN _ZON£( 1) ZONEt 2) _ZONE( 3) [zONE( 4) _ZONE( 5) _ZONE( 6) _ZONE( 7) _ZONE( 8) _ZONE< 9) "ZONE(IO) 903220. 903070, 9C3000. 902 900. 902800. 902750. 902830, 903050. 903170. 9C3220, !Urban zone (if one) is defined !by a polygon of max 50 points. !Points are ordered: They !follow in list as in space !in that two following points Hn list are linked in space !by a segment. !Clockwise OR counterclockwise. !Last point is = first one! Y-URBAN- YJJ R BAN" Y-URBAN- YJJRBAN Y-URBAN YJJRBAN- Y-URBAN- Y-URBAN- Y_URBAN Y URBAN ZONE( D 'Z0NE( 2) _ZONE( 3) ZONE( 4) ~ZONE( 5) ZONE( 6) _Z0NE( 7) ]Z0NE( 8) ZONEt 9) ZONE(IO) 220500. 220550 220720, 220710, 220600. 220150. 220350 22C<",00. 22C380, 220500, RETURN END DISK$SPHINX:[FILES]SPHINX.CLIMAT Commentaires autorises au dessus du mot-cle. Colonne 1: numero du jour de l'année Colonne 2: temperature moyenne [oC] Colonne 3: precipitations [nun/jour] *CLIMATIC DATAS* !-• 3.5 15.9 2 -0.4 22.6 3 -3.1 4.7 4 -5.7 0.0 5 -2.0 9.0 355 7.4 0.0 356 3.7 0.1 357 1.8 0.0 358 .5.9 O.C 359 6.7 0.0 360 8.2 O.C 361 8.0 0.0 362 5.0 0.0 363 1.9 0.9 364 3.9 12.8 3 65 0.9 5.5 ANNEXE 7 Annexe 7 SUBROUTINE DOMAINSPARAMETERS ^EXPLOITATION, Y_EXPLOITATION, & DISTANCE-EXPLOITATIOn,LIB$THICK,LIB$K,LIB$KMINI) INCLUDE ¦[-.PROGRAMMES.CODES]DECLARATION.TXT* C Includes any characteristics of the domain that are need by C MAIN$EXP. C Should be modified for any new domain used in by SPHINX. LIBSKMINI X_EXPLOITATION Y_EXPLOITATION DISTANCE EXPLOITATION 2.0E-03 903000. !Coordinates of water 220500. !distribution center. 1600. ![m] Reasonable distance to !distribution center for !definitive eploitation borehole This is the CSTM: LIB$THICK{ 1) = 10. Gravels LIBSTHICK{ 2) = . 15. Morain LIBSTHICM 3) . = 10. Clays LIBSTHICK( 4) = 2. Gravels again (maybe a lens) LIBSTHICK{ 5) = 100. Cal'careous LIBSKC 1) = 5.0E-3 LIB$K( 2) = 1.0E-5 LIBSM 3) = 1.0E-6 LÏBSM 4) = ' 1.0E-5 LIBSM 5) = 5.0e-4 END ANNEXE 8 ANNfXfLô Exemple complet d'exercice. Présentation d'un devis, d'un budget et de travaux en cours d'exercice. Devi .g initial de l'utilisateur GEHDQERF.__réalise et validé le 5 mal Nom: GEHDOERF 1 Bibliographie S reconnaissance 2 Traînes électriques 3 Sondages électriques 4 Piezometres 2" 5 Piezometres 6" 6 Essais de pompage 7 Essais de flowmetre 8 Outil Vitesse reelle 9 Redaction du rapport 10 Divers et imprévus 1000. 5 4000. S 2250. $ 7500. $ 15555. S 5000. $ 3200. S 7000. $ 3500. s 4200. 5 ¦> DEVIS VALIDE <- Acceptation le 5-MAY-1992 11:12 Etat du budget le 18 août 1992: Nom: GEHDOERF Date de mise a jour: 18-AUG-1992 11:06:2 Montant total du devis : 53205 Traines électriques (par station) Sondages électriques effectues Metres de sondage par battage 2" Metres de sondage carot. 6" (non surv.) Metres de sondage carot. 6" ( surv.) Metres de sondage destr. 6" (non surv.) Essais de pompage (forfait) Tournees piezometriques (par piezo.) Outil Vitesse reelle utilisation du flowmetre Nbre Prix unit. Total 117 50 5850 6 200 1200 75 110 8750 100 240 25000 0 310 0 15 200 4000 3 1000 3000 0 20 0 1 1000 1000 0 1500 0 TOTAL: 48800 SOLDE: 4405 Les opérations effectuées correpondant à ces dépenses pont représentées graphiquement rnmme suit (utilitaire 9.3): ANNEXE 8 Commentaires : L'utilisateur a commencé par une couverture systématique du domaine avec des trainés AB 200m. L'orientation ne-sw de ces traînés est favorable au recoupement d'un éventuel chenal graveleux (cf cartes topographique et géologique). Arrivé à ce stade, l'œil du maître détecte une densité suffisante et ne conseille pas de poursuivre les trainés. Par ailleurs, les dépenses concernant ce type d'investigation atteignent 5850 $ au lieu des 4000 $ prévus. Par la suite, 6 sondages électriques ont été faits pour étalonner l'interprétation des trainés. Le sondage placé au NW du domaine, à la limite gravier-calcaire, est paramétrique et tend à déterminer la résistivité électrique vraie du calcaire. Seulement 1200 $ ont été dépensés pour les sondages, au lieu des 2250 $ prévus, ce qui permet de re-équilibrer le budget. Sept piézomètres d'observation 2" ont alors été installés de manière à déterminer le gradient global de l'aquifère de surface. Leur localisation exacte est guidée par les résultats de la géophysique. Le lieu d'implantation des 3 piézomètres 6" a été choisi sur la base de toutes les informations collectées jusque là. Deux d'entre eux sont carottés, le troisième est destructif. Ils touchent principalement les graviers de surface. Le premier forage carotté coïncide exactement avec l'emplacement d'un sondage électrique, ce qui permet un nouveau calage de tous les sondages. Le second forage est destructif; son emplacement est choisi par l'allure du traine électrique. Le forage situé le plus au NE est carotté bien qu ' il y ait un sondage électrique et 2 trainés à proximité. De plus, il y a un piézomètre d'observation à moins de 50 [m] . Cet endroit semble présenter un intérêt particulier pour l'utilisateur. Les 3 sondages 6" ont fait l'objet d'un pompage d'essai de durée limité. Leur interprétation doit donner une appréciation des valeurs de la perméabilité et du coefficient d'eromagasinement des graviers. A ce stade de la prospection, le budget est presque épuisé. Il semblerait judicieux de dépenser le solde pour un essai de pompage de longue durée et l'utilisation du flowmètre. Un doute subsistera quant aux temps de transit d'éventuelles substances polluantes en provenance de la zone urbaine puisque l'outil Vitesse réelle ne pourra être utilisé. Ces temps de transit pourront cependant être estimés avec le gradient tel qu'il est connu ainsi qu'avec les valeurs calculées de S et K. D'une manière générale, la prospection a été menée en vue d'une exploitation de l'aquifère de surface, qui présente les ressources en eau les plus manifestes. Vu les conditions budgétaires, peu d'informations ont été obtenues sur la structure et les éventuelles ressources des formations sous-jacentes.