Structure des écoulementset propriétés de transportdes aquifères cristallinsfracturés et altérés :Application au site deChoutuppal (Inde du Sud)

Abstract

Mémoire de Géosciences-Rennes n°150. ISBN : 2-914375-92-1The fractured and weathered crystalline aquifers are often the only viable waterresource in arid and semi-arid regions. Nevertheless, these highly heterogeneous mediaare still poorly understood, especially the major structures that control groundwaterows and contaminant transport. To improve knowledge of those media, wehave conducted a detailed analysis of the hydrological properties of the Choutuppalexperimental site (Andhra Pradesh, Southern India) which has a dense network ofobservation boreholes. The study focus on 1) the identication of relevant structuresand the spatial variability of hydraulic properties and 2) the dominant solutetransport processes in these fractured media. First, the evolution of properties withdepth highlights the most permeable structures. The properties were then studied inhighly contrasted hydrological conditions. In high water level conditions, the saprolite{ granite interface controls groundwater ows at watershed scale. By contrast,when groundwater level is lower than this interface, hydrological compartmentalizationappears due to the decrease of the number of permeable fractures with depthwhich in turns decreases considerably connectivity with depth. A conceptual modelof groundwater ow is proposed at the watershed scale to illustrate these contrastingbehaviors. To identify the respective role of advective and diusive processes aectingboth solute transport, two kind of tracer experiments were conducted underdierent ows congurations. Combination of tracer experiments between boreholesand single borehole tests (push-pull) permit to highlight the predominant role of heterogeneousadvection. Matrix diusion can be neglected at least for the time scalesconsidered. The push-pull experiments have also allowed identifying the impact ofinvestigation scale on anomalous solute transport. All results give a better understandingof the properties and the vulnerability of those media subject to stronganthropogenic pressure.Les milieux cristallins fractures et alteres representent souvent la seule ressourceen eau viable pour les regions arides et semi-arides. Toutefois, ces milieux fortementheterogenes restent encore mal connus, notamment les principales structuresqui contr^olent les ecoulements et le transport de contaminants. An d'ameliorerla connaissance de ces milieux, nous avons eectue une analyse detaillee des proprietes hydrologiques du site experimental de Choutuppal (Andhra Pradesh, Indedu Sud) qui benecie d'un reseau dense de forages d'observation. L'etude porte ala fois sur 1) l'identication des structures pertinentes et la variabilite spatiale desproprietes hydrauliques et 2) sur les processus dominant le transport de solutes dansces milieux fractures. Dans un premier temps, l'evolution des proprietes en fonctionde la profondeur a permis d'identier les structures les plus permeables. Les proprietes du milieu ont ensuite ete etudiees dans des conditions hydrologiques trescontrastees. En conditions de hautes eaux, l'interface saprolite { granite contr^oleles ecoulements souterrains a l'echelle du bassin versant. En revanche, lorsque lesniveaux piezometriques sont plus bas que cette interface, une compartimentationhydrologique apparait en raison de la diminution de la connectivite et du nombre defractures permeables en profondeur. Un modele conceptuel d'ecoulement souterrainest propose a l'echelle du bassin versant pour illustrer ces comportements hydrologiquescontrastes. Pour identier le r^ole respectif des processus advectifs et diusifsaectant tous deux le transport de solutes, deux types d'essais de tracage ont eterealises sous dierentes congurations d'ecoulement. La combinaison d'experiencesde tracage entre puits et en puits seul ("push-pull") a permis de mettre en avantle r^ole predominant de l'advection heterogene. La diusion dans la matrice peut^etre negligee, au moins pour les echelles de temps considerees. Les experiences de"push-pull" ont egalement permis d'identier l'impact de l'echelle d'investigation surle transport anormal de solutes. L'ensemble de ces resultats fournit une meilleureconnaissance des proprietes et de la vulnerabilite de ces milieux soumis a une fortepression anthropique