Projet AQUIFR Modlisation des coulements souterrains avec le

Projet AQUI-FR Modélisation des écoulements souterrains avec le code MARTHE du BRGM Dominique THIÉRY Direction D 3 E/GDR

Code MARTHE Modélisation d’Aquifères avec maillage Rectangulaire, Transport et Hydrodynamiqu. E Ø Code développé au BRGM depuis plus de 30 ans ØModélisation des écoulements et du transport en zone Saturée et Non saturée ØDiscrétisation en Volumes Finis (maillages structurés) ØMaillages gigognes emboités Direction D 3 E/GDR > 2

Code MARTHE Géométrie « Multicouche » et/ou « Full 3 D » Direction D 3 E/GDR > 3

Maillages structurés « classiques » • • • Monocouche (x, y) Coupe verticale (x, z) Multicouche (quasi 3 D) Full 3 D Symétrie Radiale Interface Homme Machine Direction D 3 E/GDR > 4

Maillages gigognes (bassin de la Somme) Direction D 3 E/GDR > 5

Maillages gigognes Bassin de la Somme : Zone aval (Zoom +++) zoom : réseau hydrographique Direction D 3 E/GDR > 6

Fonctionnalités Recharge des aquifères et ruissellement vers les cours d’eau par bilan hydroclimatique intégré Schéma de calcul GARDÉNIA Réseaux de rivières couplé aux aquifères Avec aussi transport de masse et d’énergie Réseaux de conduits (pouvant être en charge) Karst, galeries, drains Calcul en Zone Non Saturée (Richards) (quand nécessaire) Direction D 3 E/GDR > 7

Fonctionnalités Transport de masse Convection + Dispersion + Diffusion + Dégradation Effets de Densité Salinité Transferts Thermiques Écoulements multiphasiques (Diphasiques) Eau douce / Eau salée , Eau / Gaz , Eau / Huile Couplage avec des codes de Géochimie (REACT de Berkeley ou PHREEQC de l’USGS) Direction D 3 E/GDR > 8

Fonctionnalités diverses ØCalculs en Diphasique : en particulier pour les aquifères côtiers : Eau douce / Eau salée. ØTransferts de Pesticides ØCouplage avec modèles de Bilans et Transferts de Nitrates à travers la Zone Non Saturée. ØCalibration automatique par zones (tous paramètres) ØModélisation inverse (Perméabilités uniquement) ØAnalyse de sensibilité Direction D 3 E/GDR > 9

Écoulements en Zone Non Saturée Teneur en eau (Zone Non Saturée sous culture) La Cote St André (Isère)

Écoulements Multiphasiques Aquifère de la Crau (Camargue - France) > 11

Écoulements Multiphasiques Direction D 3 E/GDR > 12

Écoulements de Gaz Code MARTHE : Stockage de Méthane ---- Simulé ---- Mesuré Direction D 3 E/GDR > 13

Définition du réseau hydrographique Réseau hydrographique Dans chaque maille v Cotes de l’eau dans la rivière (ou Manning) v Cotes du fond de la rivière v Perméabilité et épaisseur du lit de la rivière v Largeur + longueur de la rivière Direction D 3 E/GDR > 14

Arborescence de la rivière dans le maillage Direction D 3 E/GDR > 15

Interactions et routing Interactions Nappe - Rivière Routing du débit Direction D 3 E/GDR > 16

Relation Débit-Hauteur Loi de Manning-Strickler Q = f (H_Riv, Rugosité, Pente du lit, Largeur) Direction D 3 E/GDR > 17

Bilan hydroclimatique GARDÉNIA Ref: Thiéry, D. (2010) Reservoir Models in Hydrogeology, in Mathematical Models, Volume 2 (ed J. -M. Tanguy), John Wiley & Sons, Inc. , Hoboken, NJ, USA. doi: 10. 1002/9781118557853. ch 13 Direction D 3 E/GDR > 18

Système, schémas numériques etc. • Fonctionne le plus souvent (98% des cas) sous Windows avec conversationnel • Peut fonctionner sous Linux/Unix … en mode « batch » . • Langage : Fortran 95 (Préprocesseur C++, modules géochimiques C et C++) : Compilateurs Lahey, Intel … 140 000 lignes de code environ (hors géochimie) • Schémas numérique : o Hydraulique = Volumes Finis o Transport = Différences Finies, TVD, MOC, Random Walk Direction D 3 E/GDR > 19

Fichiers en Entrée et en Sortie. • Fichiers = Texte (Ascii), possibilité peu utilisée, de binaire. • Fichiers de sortie : Texte (essentiellement) • Visualisation : o Grilles (Marthe) , Arcgis_Ascii , Surfer (Golden software) o Fichiers évolution ou profils => Importable directement => Excel o Postprocesseur Win. Marthe o VRML o VTK => Paraview o Exportation Tecplot o Winteracter-3 D o Exportation MAPINFO o (Exportation Arc. Gis) Direction D 3 E/GDR > 20

Méthodes de calage • • Calage manuel sur toutes variables. Calage automatique par zones : sur n’importe quel champ: o o o • Champs de Charges, de Concentrations, de Température, de Salinité, de Teneur en Eau, de Pression ZNS etc. Historiques de variation temporelle de Débits rivières, Charges, Concentrations, Température, Teneur en Eau etc. … mais très long => uniquement pour de petits modèles. Calage automatique par zones : o De Perméabilité, de Coeff. d’Emmagasinement, de Dispersivité, de Capacité Calorifique, de Loi de ZNS etc. • Calage automatique par modèle inverse : o Uniquement sur une carte de Charges en régime permanent => Carte du champ de Perméabilités uniquement. Direction D 3 E/GDR > 21

Difficultés anticipées. • Pas beaucoup … car versatilité. • Linux : Pas très familiers … => Obtenir un PC Linux dédié. • Plateforme éloignée … Direction D 3 E/GDR > 22

Utilisations / Utilisateurs > MARTHE : was used to model more than 200 aquifer systems during the last 15 years > MARTHE is adapted for large and complex aquifer systems, including pollution control and energy transfers (more than 1, 500, 000 cells) > MARTHE is used by large companies (Electricity board (EDF), Atomic energy board (CEA), Chemistry companies (Solvay) etc. > MARTHE is used by universities Direction D 3 E/GDR > 23