Les essais d'eau en géotechnique
Les essais d'eau permettent de caractériser quantitativement la circulation des eaux souterraines. Ils sont indispensables pour dimensionner les rabattements de nappe, les drainages, l'étanchéité des barrages et des fouilles. Trois grandes familles d'essais sont utilisées en pratique.
Tous ces essais reposent sur la même loi de Darcy, qui exprime que le débit d'eau Q traversant un milieu poreux est proportionnel à la perméabilité K, à la section A et au gradient hydraulique H/h.
L'essai Lefranc
L'essai Lefranc est le plus utilisé en géotechnique courante. Il s'intéresse aux terrains très perméables (perméabilité de l'ordre de 10⁻³ à 10⁻⁵ m/s). On l'utilise classiquement pour mesurer la perméabilité d'interstices de roches meubles (sables, graves, alluvions).
Principe
L'essai consiste à injecter de l'eau dans des couches perméables et à mesurer le volume d'eau absorbé sous une charge hydraulique donnée. Connaissant le volume injecté, le diamètre du forage et la charge hydraulique appliquée, on calcule le coefficient de perméabilité :
Q = m · K · H · D d'où K = Q / (m · H · D)
- K : coefficient de perméabilité (m/s)
- D : diamètre du forage / de la chambre (m)
- L : hauteur de la chambre (m)
- H : charge hydraulique (m d'eau)
- m : coefficient de forme de la chambre, m = (2π·L/D) / ln(2L/D)
L'essai Lugeon
L'essai Lugeon est plutôt réservé aux terrains de perméabilité moyenne à faible (10⁻⁵ à 10⁻⁸ m/s). On l'utilise pour mesurer la perméabilité de fissures dans les roches compactes — c'est l'essai de référence pour les études de barrages, voiles d'étanchéité et soutènements en site rocheux.
Principe
Il consiste à injecter de l'eau dans un forage sous différents paliers de pression, pendant un temps constant, afin de déduire la perméabilité de la formation géologique. Les paliers classiques sont 1, 2, 5, 10 puis 5, 2, 1 bars (cycle ascendant-descendant), maintenus 10 minutes chacun. Les paramètres mesurés (volume injecté, pression appliquée) sont convertis en « absorption unitaire » exprimée en unité Lugeon.
1 Lugeon = débit de 1 litre/minute injecté dans un tronçon de forage de 1,00 m, sous une pression de 1 MPa (10 bars), maintenue constante pendant 10 minutes.
Équivalence approximative : 1 UL ≈ K = 10⁻⁷ m/s.
L'analyse de la courbe pression-débit sur les paliers ascendants et descendants permet d'identifier le comportement : laminaire, turbulent, gonflement, lavage, colmatage. Si la courbe est linéaire, on peut appliquer :
K = (1/π) · Q · ln(R/r) / (L · H)
- Q : débit (m³/s)
- R : rayon d'action (~ 200 m)
- r : rayon du forage (m)
- L : hauteur de la chambre (m)
- H : charge hydraulique (m d'eau)
L'essai de pompage
L'essai de pompage est le plus représentatif pour caractériser une nappe à grande échelle. Le principe : pomper l'eau d'un puits central à débit constant, et observer le rabattement dans le puits et dans plusieurs piézomètres d'observation environnants.
Les paramètres déduits :
- Transmissivité T (m²/s) — capacité de la nappe à transmettre l'eau ; produit de K par l'épaisseur saturée
- Coefficient d'emmagasinement S (sans dimension) — volume d'eau libéré par unité de section et par unité de baisse de charge
- Rayon d'action du pompage
Les méthodes d'analyse classiques sont celles de Theis (régime transitoire) et de Jacob (approximation logarithmique en régime quasi-permanent).
Le micromoulinet
Le micromoulinet (ou flowmeter) est un dispositif descendu dans un forage pour mesurer la vitesse verticale du fluide à différentes profondeurs. Il identifie :
- Les venues d'eau productives au sein d'un forage multicouches
- Les circulations parasites entre nappes superposées (drainage involontaire)
- Les zones les plus perméables d'un aquifère fissuré
La relation T = K · H permet de calculer la transmissivité de chaque venue d'eau identifiée.
