2.2.1. Porosité
2.2.1.1. Définition de la porosité
La porosité totale (n), est la propriété d’un milieu poreux ou fissuré, de comporter des vides. Elle est exprimée en pourcentage (%), et est égale au rapport du volume des vides (Vv) d’un milieu, au volume total (Vt) de l’échantillon (Castany, 1982). On peut aussi l’exprimer en millimètres de hauteur d’eau pour la surface concernée (Roger, 1996). Elle s’exprime comme suit :
n = Vv/Vt x 100 (1)
2.2.1.2. Différents types de porosité
On distingue selon la nature des vides dans les terrains trois types de porosités (Figure 4):
– la porosité d’interstices : c’est celle des formations meubles (graviers, sables, etc.) ou des roches solides non encore complètement colmatées ; les pores sont interconnectés. Ce type de porosité peut être détruit par cimentation des grains comme chez les grès (Figure 4a).
– la porosité de fissure : elle est celle des roches compactes fracturées ; elle est due aux déformations tectoniques ou aux plans de stratification, de foliation et de schistosité (Figure 4b).
– la porosité de chenaux : elle est causée par la dissolution des roches ou par la croissance des plantes vasculaires dans les plans de failles, cela provoque l’élargissement des fractures (Figure 4c).
Figure 4 : Différents types de porosité (in Anonyme 2, 2011)
2.2.1.3. Facteurs de la porosité
La porosité est dépendante de la forme, de l’agencement des grains constituant la roche, mais aussi de leur degré de classement, de compaction, de cimentation (in Anonyme 2, 2011). La fracturation et l’altération par dissolution des niveaux rocheux peuvent également constituer des facteurs favorables au développement de la porosité.
2.2.2. Perméabilité
2.2.2.1. Définition
Selon Castany et Margat (1977), la perméabilité (K) ou coefficient de Darcy, est l’aptitude d’un milieu à se laisser traverser par un fluide sous l’effet d’un gradient de potentiel. Elle concerne donc la vitesse de circulation de l’eau dans un aquifère. C’est pourquoi sa dimension est [L.T−1] soit m/s. Plus le sol est perméable, plus l’eau s’y infiltre.
2.2.2.2. Paramètres influençant la perméabilité
De nombreux facteurs influent sur la perméabilité du sol. Certains, comme la nature du fluide (sa viscosité, son poids spécifique, sa masse volumique, sa température et la quantité de sels dissous). Par exemple, plus un fluide sera visqueux moins il aura tendance à s’écouler dans l’aquifère. D’autres facteurs tels que la nature du milieu traversé (sa granulométrie, sa porosité) et la taille des pores du sol ont beaucoup d’importance en ce qui concerne le taux d’infiltration (pénétration de l’eau dans le sol) et le taux de percolation (déplacement de l’eau à l’intérieur du sol). Enfin, la perméabilité dépend aussi des interactions éventuelles d’ordre chimique et physique entre fluide et roche.
2.2.2.3. Différents types de perméabilité
Il existe quatre grands types de perméabilité : la perméabilité intrinsèque; la perméabilité de Darcy (perméabilité normale ou conductivité hydraulique); la perméabilité des fissures et perméabilité de chenaux.
– La perméabilité intrinsèque : K = 100d10 2 (cm²) formule de Hazen, dont le facteur principal est le diamètre efficace des grains (d10). C’est le facteur du coefficient de perméabilité propre au réservoir. On appelle perméabilité intrinsèque, le volume de liquide en m3 d’une unité de viscosité cinématique traversant en une unité de temps (en s), sous l’effet d’une unité de gradient hydraulique. Elle s’exprime en darcy. 1 Darcy = 0,987.10-12 m²
– la perméabilité de Darcy est la perméabilité normale obtenue pour les écoulements lents ou laminaires à travers les terrains poreux. Elle exprime la conductivité hydraulique normale des terrains.
– la perméabilité des fissures est une perméabilité acquise postérieurement par une roche qui à l’origine était un aquifuge, roche imperméable qui ne contient pas de l’eau.
– la perméabilité de chenaux est une perméabilité acquise par une roche à la faveur soit de l’activité des plantes fracturophiles, soit de la dissolution.
2.2.3. Granulométrie
La connaissance des matériaux constitutifs d’un sol nécessite de les séparer en fonction de leur taille. L’étude granulométrique, ou granulométrie, est l’ensemble des techniques de laboratoire, permettant de déterminer les caractéristiques physiques, pétrographiques et géochimiques des roches meubles (Castany, 1982). Elle repose sur :
– l’examen microscopique : géométrie, forme, dimensions et disposition dans l’espace (arrangement) des grains et des vides ;
– l’étude pétrographique : nature des minéraux constituant les grains, argiles en particulier (échanges d’ions) :
– l’analyse chimique des grains : sels solubles ;
– l’analyse granulométrique : dimensions des grains.
Seule l’analyse granulométrique sera étudiée.
2.2.3.1. Intérêt de l’analyse granulométrique
Selon Castany (1982) l’analyse granulométrique est une opération importante. Elle permet :
– d’accéder aux caractéristiques des vides par celles des grains ;
– de classer quantitativement les roches meubles et de dresser des cartes, trame de la distribution spatiale des paramètres hydrodynamiques ;
– de calculer les paramètres granulométriques ;
– de procéder à l’équipement technique des puits et sondages : calcul de l’ouverture des parties captantes (crépines), calibrage du gravier des massifs filtrants.
2.2.3.2. Paramètres granulométriques du milieu poreux
Une roche meuble, milieu poreux, est constituée d’un assemblage de particules solides ou grains et des vides. Leurs caractéristiques géométriques sont : le diamètre et la surface. L’analyse granulométrique a donc pour but la mesure des diamètres des grains par des paramètres granulométriques (Castany, 1982).
2.2.3.3. Classification granulométrique
Les dimensions des grains des roches meubles s’étalent dans une gamme, en général continue (Castany, 1982). L’opération consiste à faire un tri des grains en utilisant des tamis standards (tamis 1/2/4/5,6 /6,3 /8/16/31,5 /63).
Ensuite faire un classement des grains en gamme de diamètres déterminés, c’est-à-dire l’établissement d’une classification granulométrique.
2.2.3.4. Courbe granulométrique cumulative et ses caractéristiques
Le traitement statistique des données de l’analyse granulométrique, utilisé en hydrogéologie est la courbe granulométrique cumulative (Figure 5).
Figure 5 : Courbe granulométrique d’un sable
Le couple de données granulométriques, diamètre et poids, obtenu par tamisage, est porté sur un papier graphique semi-logarithmique (Figure 5) :
– en abscisses logarithmiques les diamètres des grains, en mm, en valeurs décroissantes (ou croissantes), déterminés par les dimensions des mailles des tamis ;
– en ordonnées linéaires les poids cumulés, en grammes, exprimés en pourcentage du poids de l’échantillon étudié.
Le graphique obtenu, en joignant les points, est la courbe granulométrique cumulative.
2.2.3.5. Calcul des paramètres granulométriques
La courbe granulométrique permet de calculer deux paramètres granulométriques principaux : le diamètre caractéristique (dx) et le coefficient d’uniformité (CU).
Le diamètre caractéristique (dx), en mm, correspondant à un pourcentage en poids cumulés, choisi en ordonnées. Le plus utilisé est le diamètre efficace, d10, obtenu par la valeur 10 % des poids cumulés. D’autres diamètres caractéristiques peuvent être calculés comme le diamètre D60.
Le coefficient d’uniformité (CU), sans dimension, est calculé par l’expression ci-dessous :
CU = D60 / d10 (2)
2.2.3.6. Emploi et signification des paramètres granulométriques
Le diamètre efficace représente conventionnellement le diamètre moyen, représentatif des grains d’un échantillon de roche meuble, de granulométrie variée. Il permet leur identification par une donnée numérique plus précise que l’interprétation globale. Il exprime le poids de la phase granulométrique, égal à 10 % du poids total de l’échantillon, inférieur à ce diamètre. La valeur d10 a été fixée conventionnellement par des études en laboratoire, en considérant que les grains fins, entrainés par l’eau en mouvement, obstruent les pores réduisant ainsi leurs dimensions. De même dans les captages ils provoquent leur colmatage et leur ensablement. Par convention, si le coefficient d’uniformité est compris entre 1 et 2, la granulométrie est dite uniforme. S’il est supérieur à 2 (ou 2,5) elle est variée (in Anonyme 3, 2011).