Définition d'un « biseau salé »

L'île de Mar puisqu'elle est située dans un delta est entourée par de l'eau salée. L'eau salée pénètre sous l'ile par le sous-sol par effet de contraste de densité entre l'eau douce continentale et l'eau salée (dans notre cas l'eau de l'océan contient en moyenne 35 grammes de sel par litre, et est donc plus dense et plus lourde que l'eau douce). C'est cette infiltration d'eau salée sous l'île que l'on appelle une intrusion saline. 

La nappe d'eau douce se recharge par la surface du sol par infiltration de l'eau de pluie dans le sol. Pour évaluer la quantité d'eau infiltrée dans le sol, on rappelle qu'il faut soustraire la quantité d'eau évapotranspirée à la quantité des précipitations. Lorsque qu'il pleut beaucoup l'interface entre l'eau douce et l'eau salée est repoussée vers la mer. On comprend donc bien qu'elle se déplace au fil des saisons. Cette interface est souvent considérée dans les modélisations comme mince, abrupte. Cependant, du à la dispersion et la diffusion du sel dans l'eau, cette interface est en réalité bien épaisse.

Toutefois, on néglige souvent la diffusion dans les modèles d'intrusion saline, car c'est un phénomène relativement lent. En effet, par une analyse dimensionnelle D=L²/T , on se rend compte que pour que la diffusion pure fasse progresser le front salé de seulement un mètre (en prenant D=2e-9 m²/s ) il faut plus de 10 ans. La diffusion est donc bien lente si on compare au mouvement du front salé causé par les variations de hauteur d'eau de la mer (puisqu'il y a une marée toutes les 12 heures) ou les changements saisonniers de conditions climatiques (pour les 6 mois). En effet, le changement de saison influe sur la quantité d'eau qui infiltre et donc la position du front salé varie suivant que l'on se trouve pendant la saison sèche ou la saison des pluies.

L'eau douce contenue dans la nappe ne peut pas traverser le front salé, car elle ne peut pas traverser le fluide immiscible qu'est l'eau salée. Cela entraine donc le contournement de l'eau salée par l'eau douce pour pouvoir sortir là où elle peut. Ainsi les lignes de courant de l'eau douce suivent l'interface eau salée/eau douce en remontant vers le haut car elle est bloquée en bas par l'eau salée. Ainsi l 'eau douce s'écoule librement vers la mer proche de la surface de cette dernière. Sur le schéma suivant, cette zone de résurgence de la nappe est signalée en bleu foncé. Généralement par abus et pour faciliter les calculs ou les représentations sur des schémas, on considère cette zone comme un point singulier. Cela n'est cependant pas physique car cela implique d'avoir une vitesse infinie de l'eau douce sur ce point.

 

Schéma représentant la zone de résurgence proche de la surface de la mer (1)

 

Les principaux paramètres régissant la position de l'interface entre l'eau salée et l'eau douce sont l'importance du contraste de densité, la perméabilité du milieu poreux, la profondeur du substrat imperméable, la demi longueur caractéristique de l'île et la recharge de la nappe par le dessus. Plus de précisions sur l'influence des différents paramètres seront donnés dans le paragraphe où les solutions analytiques du problème sont explicitées. Des paramètres adimensionnels caractéristiques seront également décrits. Il est important de bien comprendre que le substrat imperméable dont on parle dans cette partie n'est pas le même que celui invoqué dans la partie conception du système principal de collecte. En effet, lorsque l'on étudie le drainage, on se préoccupe de quantifier les écoulements subsurfaces et donc des couches imperméables peu profondes contenues dans les premiers 50 ou 100 cm de sol. Ici notre étude se base sur les écoulements souterrains, on doit alors considérer les couches imperméables beaucoup plus profondes, à plusieurs dizaines de mètres de profondeur. 

Pour les explications suivantes, on étudie le cas d'une île au milieu de l'océan. Il y a plusieurs possibilités qui se présentent, les plus communes sont représentées ci-dessous. L'exercice est difficile car en effet, en plus des conditions initiales du problème qui peuvent varier, les conditions limites peuvent changer en fonction des saisons.

 

  • 1er cas: il existe un substrat imperméable très profond où les infiltrations qui rechargent la nappe sont très faibles (saison sèche).

Schéma en coupe de l'intrusion saline dans le cas d'un substratum imperméable profond

Dans ce premier cas, on observe que l'eau salée s'infiltre partout au dessous de l'île car le substratum est très profond. Dans cette situation, peut importe où se situe le puits, même au centre de l'île, si l'on pompe trop d'eau alors on risque d'avoir assez rapidement de l'eau saumâtre dans le puits.

 

  • 2ème cas: il existe un substrat imperméable peu profond où les infiltrations rechargeant la nappe sont importantes (saison humide).

 

Schéma en coupe de l'intrusion saline dans le cas d'un substrat imperméable peu profond

On remarque que les infiltrations importantes et/ou la présence d'un substrat peu profond ne permettent pas la pénétration complète de l'eau salée sous l'île dans ce second cas. Il est important de savoir que le substratum n'est en réalité certainement pas horizontal ni même parfaitement régulier comme sur le schéma.

 

  • 3ème cas: il existe un substrat imperméable profond et une couche semi perméable au dessus: on a donc deux fronts salés.

Schéma en coupe de l'intrusion saline dans le cas d'un substratum et d'une couche semi perméable

Ici, on prend le cas où il y a une couche semi-perméable au dessus du substrat imperméable. Dans cette configuration, on peut constater l'existence de deux fronts salés. Ces fronts salés peuvent être décalés si la nappe la plus profonde a une surface plus haute que l'autre due par exemple à une recharge plus importante (plus de pluie sur les reliefs), c'est le cas qui est illustré sur le schéma ci-dessus.

 

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Bibliographie:
1.Image modifée par nos soins, original tirée du site internet, consulté le 06/03/2009