Types de milieu perméable et porosité

Milieu poreux et milieu fissuré

En hydrogéologie on identifie deux types différents de réservoir: le réservoir en milieu poreux et le réservoir en milieu fissuré. Le réservoir en milieu poreux ou aquifère à porosité d'interstices est un milieu perméable comportant des pores interconnectés, comme les sables ou les grès peu cimentés. Le réservoir en milieu fissuré est un milieu perméable dans lequel l'eau s'écoule à travers un réseau de fissures ou de fractures ouvertes, diversement interconnectées (roches cristallines, grès cimenté, calcaire fissuré ou karstifié).

Milieu continu et discontinu

Si le milieu comporte des vides interconnectés dans le sens de l'écoulement, on parlera d'un milieu continu. Le milieu poreux et le milieu finement fissuré sont continus par opposition aux milieux fissurés et karstiques, appelés milieux discontinus, figure 27. fig27.eps Remarquons que si les lois générales de l'hydraulique ne s'appliquent qu'à des milieux continus isotropes et homogènes, on les applique également, en première approximation, aux milieux naturels même fissurés en prenant cependant soin de travailler à des échelles adéquates.

La porosité des formations aquifères

Un milieu perméable sera un aquifère favorable si en plus d'une perméabilité élevée, il contient une quantité d'eau appréciable dans les vides situés en son sein. On distingue deux milieux poreux aux caractéristiques bien différentes : le milieu à porosité d'interstices et le milieu à porosité de fissuration.

Porosité des roches à porosité d'interstices

La porosité exprime la quantité de vide dans une roche. On peut la considérer à partir des phases solide et liquide. Phase solide. Caractères pétrophysiques: Grandeur et forme des grains. Spectre granulométrique. Phase liquide (les vides). Nombre, forme et dimension des pores et de leur interconnections. Type de porosité, volume d'emmagasinement, perméabilité. En hydrogéologie, on considère principalement la porosité efficace ou cinématique, plutôt que la porosité totale. On exprime la porosité par le rapport des volumes, volume des vides/volume de la roche, exprimée en %. Porosité efficace $n_e$ : rapport du volume d'eau mobile à saturation, libéré sous l'effet d'un drainage complet, au volume total de la roche. On parle également de porosité effective. Valeurs de 0 à 30%. Porosité cinématique: rapport entre la vitesse de filtration de Darcy, soit le débit spécifique, et la vitesse linéaire moyenne de déplacement de l'eau (vitesse des traceurs): $v_d/v_{lm}$. En fait il s'agit de la teneur en eau mobile ou du rapport entre le volume des vides, réellement parcourus par l'eau en mouvement, au volume total (saturé ou non saturé). Valeurs de 0 à 25%. Granulométrie du milieu poreux meuble: l'étude granulométrique est importante pour caractériser la nature d'une formation meuble et surtout pour dimensionner l'équipement des puits et des forages. On détermine la distribution pondérale des dimensions des grains par l'opération de tamisage. On pourra ensuite différencier les granulométries uniformes des granulométries variées par le coefficient de Hazen $U$ ( $U = d_{60}/d_{10}$). Si $U$ > 2.5, la granulométrie est variée. La figure 28 illustre la courbe classique d'un sable. fig28.eps La relation entre granulométrie, texture et porosité est complexe; elle est influencée par:

• la forme des grains (arrondi et sphéricité)
• la surface spécifique des grains (augmentation avec la diminution relative du diamètre des grains)
• la compaction de l'assemblage (les structures des éboulis et des dépôts deltaiques ont généralement une bonne porosité)
• l'importance de U (avec une granulométrie variée, les particules fines se placent entre les particules plus grosses)

Cette relation complexe est illustrée par la figure 29. fig29.eps fig30.eps

Porosité des roches consolidées

Dans ces roches, les vides sont constitués par des joints de stratification, des fissures ou des fractures interconnectées (résultant des contraintes). Le plus souvent ces fissures ne sont pas ouvertes, mais sont obstruées par la recristallisation ou le colmatage. En général, l'hydrogéologue s'intéresse plus particulièrement aux fractures ouvertes, ou plutôt aux familles de fractures ouvertes, figure 30. On prend également en considération les microfissures (ouverture de l'ordre du mm): diaclases, microjoints de stratification, plan de schistosité. Dans ce cas, le milieu est considéré comme continu et le rôle hydrodynamique de ces ouvertures est proche de celui des pores en milieu poreux. I1 existe parfois des roches consolidées à porosité combinée ou à double porosité. Les calcaires oolithiques ou les grès peuvent en effet être simultanément à porosité de microfissure ou de matrice. En milieu calcaire, les fractures sont souvent élargies par la dissolution des calcaires, voir même transformées en cavité. En profondeur cependant, la porosité reste faible, de l'ordre du . Malgré cette faible valeur, les fissures peuvent créer un réseau mobilisant l'eau facilement et donner ainsi un caractère aquifère à une roche massive. La localisation de l'eau en profondeur y est toutefois délicate.