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Technical Report NTB 90-10

Groundwater Flow Through Fissured Rock: Field Investigatons and Interpretation in the Albigna Dam Area, Graubonden, Switzerland

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La conductivité des roches joue un rôle important dans la planification des dépôts de déchets radioactifs et industriels. L'estimation quantitative des substances dissoutes qui peuvent avec le temps atteindre la biosphère par le biais des écoulements souterrains se base sur une compréhension de l'hydraulique des roches et sur des calculs par modèle. On se consacre ici à l’étude des écoulements en milieu fissuré, en mettant l’accent sur l’acquisition des données in situ et leur interprétation au moyen de modèles numériques.

L'assise rocheuse d'un barrage a été choisie comme site d'observation. L'avantage d'un tel site réside dans le fait que la roche est soumise à de fortes variations saisonnières du gradient hydraulique, en raison des fluctuations du niveau de la retenue. De plus, les nombreux forages qui équipent un tel site, et où l'on peut installer des instruments de mesure, garantissent une bonne accessibilité au milieu étudié.

Notre projet a été réalisé au barrage d'Albigna dans le canton des Grisons, en Suisse, où les plus grandes fluctuations du niveau de la retenue atteignent approximativement 100 m. Dans la région du barrage, la roche consiste en un granite frais et compact, dont on connaît bien l'orientation et la distribution des systèmes de diaclases.

Le programme de mesures comportait deux parties: la mesure des pressions hydrauliques dans les forages, pour évaluer le champ des potentiels, et la mesure des contraintes de la roche, pour étudier la relation entre l'ouverture des fissures et les fluctuations du niveau de la retenue. La comparaison des deux séries d'observation permet d'évaluer les interactions entre l'hydraulique et la mécanique de la roche, c'est à dire entre les deux processus majeurs qui peuvent influencer la perméabilité de l'assise rocheuse. Les instruments de mesure ont été placés sur un plan perpendiculaire au barrage, environ au milieu de celui-ci. Cinq forages de 50 à 60 m de longueur ont été équipés pour le lever piézométrique d'environ 40 points de mesure. En outre, deux forages placés de part et d'autre du plan d'investigation ont servi à des mesures de contrôle. Les pressions ont été mesurées grâce à un système “Piezodex”. Les contraintes ont été mesurées de manière continue le long de deux des forages du plan d'investigation, grâce à un micromètre coulissant. Les deux instruments de mesure de précision sont des sondes portables dont le fonctionnement et la précision peuvent être vérifiés à chaque instant.

Les résultats des mesures de pression sont présentés sous forme tabulée et graphique. Les pressions dépendent en premier lieu de l'emplacement du point de mesure et du niveau de la retenue au moment de la mesure. Les variations de contrainte sont liées à quelques grandes diaclases mécaniquement actives. La comparaison des mesures du système Piezodex avec celles du micromètre coulissant révèle une corrélation entre la déformation de la roche et la modification du potentiel hydraulique. Deux grandes diaclases situées au pied du barrage, côté retenue, influencent en s’ouvrant ou se refermant le champ des potentiels de manière déterminante. On a représenté ce dernier sous forme d'équipotentielles, par interpolation linéaire des valeurs à l’aide d’un réseau de triangles subdivisant la région où les points de mesure sont denses.

Les simulations numériques ont été effectuées par le programme à éléments finis ACQUA-ROCK sur un réseau bidimensionnel. On a testé trois modèles conceptuels différents: dans le premier, l’assise rocheuse est homogène et isotrope; dans le deuxième, les principales diaclases sont idéalisées sous forme d’un faisceau de diaclases réparties uniformément et d’extension illimitée, selon SNOW (1965); dans le troisième, l’assise homogène et isotrope est traversée par deux grandes diaclases, ainsi que par les forages, qui agissent comme des drains.

Une comparaison visuelle des données observées et simulées indique déjà que le niveau de la retenue détermine le modèle le plus adéquat. Pour les niveaux les plus élevées, l'influence des diaclases doit être prise en compte soit sous forme idéalisée selon Snow (modèle 2), soit sous forme de diaclases individuelles (modèle 3).

L’ensemble des données récoltées est rassemblé en annexe.

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