Scale model description

Objectifs de la maquette

Etant moins exposées aux pollutions que les eaux de surface, les eaux souterraines sont amenées à être de plus en plus exploitées comme sources d’eau potable. Ces eaux peuvent tout de même être atteintes par des polluants transportés par des infiltrations, d’où la nécessité de mieux comprendre le fonctionnement des nappes phréatiques et les manières dont elles peuvent être polluées. Nous nous intéressons à l’effet d’une pollution de surface sur un aquifère, c’est-à-dire comment un polluant déposé en surface migre et se répand en profondeur dans l’aquifère. Nous étudierons particulièrement cette migration dans les milieux poreux fracturés correspondant par exemple aux granites fracturés bretons. Dans ce cas, les phénomènes physiques sont fortement dépendants du milieu puisque les fractures et la roche ont des rôles différents et particuliers : le premier est une voie de passage rapide pour les écoulements et le second est une zone de stockage de fluides et de polluants. La compréhension de cette hétérogénéité de structure est indispensable pour représenter et prédire les écoulements et le devenir des polluants. Les phénomènes physiques mis en évidence sont accessibles pour un public allant du collège à des adultes, les explications pouvant être plus ou moins détaillées suivant les connaissances préalables du public sur le sujet.

Descriptif de la maquette et de ses expériences

La maquette que nous souhaitons mettre en œuvre sera une représentation concrète et interactive de l’action d’une pollution de surface sur un aquifère poreux fracturé. Concrète car l’expérience montrera directement au public la migration du polluant, son stockage et son action à long terme sur l’aquifère et interactive car le public pourra agir sur la maquette à différentes étapes des expériences. Deux formes de pollution seront mises en évidence : la migration d’un polluant de la surface vers l’aquifère avec des vitesses de migration différentes suivant les caractéristiques du milieu et la pollution d’une eau propre par un sol retenant des polluants, les deux expériences étant d’une durée de 5 à 10 minutes.

La première expérience consiste à étaler un polluant à la surface d’un sol et à observer son infiltration par une tombée d’eau (pluie ou arrosage). Le polluant sera ainsi entraîné rapidement dans les fractures et plus lentement dans la roche. On pourra observer qu’en certains endroits la roche retient le polluant.

La seconde expérience montrera la pollution d’une eau par son infiltration dans un aquifère pollué. Lorsque toute la pollution de surface de la première expérience sera infiltrée dans le sol, l’eau propre sera polluée lors de son écoulement dans l’aquifère en délogeant le polluant des zones de stockage de la roche.

Intérêts scientifiques

Les expériences qui seront effectuées avec cette maquette permettront d’aborder les points scientifiques suivants :

définition et représentation d’un aquifère typique de la région Bretagne (aquifère poreux fracturé) recharge d’un aquifère par infiltration des eaux de surface infiltration et transport de polluants par les eaux souterraines effets de la complexité du milieu : o sur les écoulements avec des vitesses d’écoulement différentes entre les fractures et la roche o sur le transport de polluant avec un passage rapide et important dans les fractures et un passage lent et faible mais portant à conséquence à long terme dans la roche La discussion pourra être ensuite élargie aux problématiques de recherche suivantes :

difficulté de caractérisation d’un aquifère (prise de données sur le terrain, méthode inverse en modélisation...) complexité de la prévision du transport de polluants de par le nombre de phénomènes entrant en jeu (infiltration, différentes vitesses de transport, retenues hétérogènes du polluant dans le milieu...) les différents niveaux d’hétérogénéité des milieux poreux fracturés (difficultés de représentation) : o coexistence de zones fortement perméables (fractures) et de zones quasi-imperméables (roche) o diversité de taille, d’ouverture et de géométrie des fractures pouvant aller d’une échelle millimétrique (microfissures) à une échelle kilométrique (fractures)

modélisation numérique pour palier à la difficile reproductibilité des modélisations analogiques : description de la modélisation numérique, intérêts, difficultés...