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Une nouvelle technique d’observation en hydrogéologie pratiquée àGéosciences-Rennes

La mesure distribuée de la température par fibre optique est une technique toute récente qui s’est fortement développée pour des applications environnementales ces dernières années pour suivre les variations de températures et les flux d’eau [Selker et al., 2006]. Cette technique permet d’obtenir des mesures de température spatialement distribuées avec une excellente précision (de 0,01 à0.2°C selon les applications), une très bonne résolution spatiale (de quelques centimètres au mètre) et sur de très longues distances (de 100 mètres àplusieurs dizaine de kilomètres). Pour tester son potentiel en hydrogéologie, des expériences ont été réalisées sur le site de Ploemeur (SNO H+) en 2012 et 2013 en collaboration avec les universités d’Oregon State University (John Selker, USA) et celle d’Eastanglia (T. Read et V. Bense, UK). Ces travaux, effectués dans le cadre du projet d’Equipex CRITEX, ont montré tout l’intérêt de la fibre optique pour caractériser les écoulements et le transport thermique en milieu hétérogène (Fig. 1, Read et al., 2013). Nous avons pu montrer en particulier comment il était possible d’estimer la conductivité thermique des roches en tout point, de quantifier des flux locaux ou bien d’estimer les propriétés de transport de chaleur en suivant sur un forage adjacent la courbe de restitution d’un test de traçage thermique.

En associant aux fibres optiques, des câbles acier ou cuivre que l’on peut chauffer, il a été récemment montré qu’il est possible d’estimer la distribution spatiale des flux le long de la fibre optique sur le principe du fil chaud. Les domaines d’application potentiels sont multiples et incluent l’hydrologie, l’hydrogéologie, l’étude de l’atmosphère et des sols. Pour démontrer la validité et l’intérêt de ces nouvelles méthodes en hydrogéologie, nous avons réalisés deux autres semaines d’expérimentations sur le site de Ploemeur au début de l’été 2013 (voir photos jointes). Les résultats sont conformes ànos espérances et montrent que les flux verticaux en forages peuvent en effet être mesurés en continu le long des forages àl’aide de câbles chauffants. Ces résultats innovants permettent d’envisager de nouveaux méthodes de suivi de la dynamique des flux souterrains (Read et al., soumis).


Fig. 1 : Profils de température mesurés par fibre optique en forage àdifférents temps et en fonction de la profondeur dans le cadre d’une expérience de traçage thermique sur le site de Ploemeur (Read et al. 2013). La fibre optique permet de détecter l’arrivée du traceur et l’intensité du transfert thermique.


Fig. 2 : C’est un forage équipé d’une fibre optique qui, lorsqu’elle est chauffée, permet de mesurer les flux d’eau souterrains qui tendent àla refroidir (longueur possible plusieurs kms, résolution 0,2m).


Références :

- Read T., Bour O., Bense V., Le Borgne T., Goderniaux P., Klepikova , M.V., Hochreutener R., Lavenant N., and Boschero V., Characterizing groundwater flow and heat transport in fractured rock using Fiber-Optic Distributed Temperature Sensing, Geophysical Research Letters, vol. 40 (10). - 2055­-2059. doi : 10.1002/grl.50397
- Selker, J. S. ; Thévenaz, L. ; Huwald, H. ; Mallet, A. ; Luxemburg, W. ; Van De Giesen, N. ; Stejskal, M. ; Zeman, J. ; Westhoff, M. ; Parlange, M. B., (2006), Distributed fiber-optic temperature sensing for hydrologic systems. Water Resour. Res., 42. DOI:10.1029/2006WR005326.