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Emergences

Lettre d'information n° 11

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L'eau souterraine mise en équations

Des chercheurs de l'Inria Rennes - Bretagne Atlantique utilisent des modèles numériques pour comprendre la pollution dans les nappes phréatiques ou encore aider au choix des sites d'enfouissement de déchets nucléaires. Entretien avec Jocelyne Erhel, responsable de l'équipe projet Sage.

Loin derrière les glaciers, mais bien avant les rivières, les nappes phréatiques représentent 30% des réserves d'eau douce de la planète. En pratique, elles fournissent l'essentiel de notre consommation. D'où l'intérêt de protéger les captages, mais aussi de connaître le fonctionnement de ces réservoirs naturels et la façon dont les polluants peuvent s'y répandre. Appréhender ces mécanismes physico-chimiques de dispersion s'avère toutefois d'une grande complexité. Et c'est là qu'interviennent les mathématiques et l'équipe projet Sage (1), dirigée par Jocelyne Erhel.

 "Notre premier objectif est de comprendre le phénomène en action et de construire un modèle numérique probabiliste qui aboutisse à une simulation réaliste. On étudie par exemple la dispersion d'un polluant, en l'occurrence inerte, donc sans réaction chimique. Un des phénomènes observés est l'apparition d'un régime stationnaire avec un effet de plateau. Une autre information est la vitesse à laquelle la pollution pourrait éventuellement atteindre les stations de pompage. Pour nos études, nous disposons de deux sites, à Ploemeur et Poitiers, où des mesures sont effectuées. Nous pouvons ainsi confronter nos prédictions à la réalité observée sur le terrain."

Etude du voyage de l'eau

Le deuxième axe de travail concerne les aquifères fracturés. Car si l'eau semble emprisonnée dans le sous-sol rocheux, granitique par exemple, en réalité, elle circule. Son vecteur : toutes ces failles qui parcourent la roche et constituent autant d'artères. "Nous travaillons (2) avec des hydro-géologues pour savoir comment les fractures sont reliées entre elles."  Ces spécialistes en géosciences appartiennent au Caren, le centre armoricain de recherches en environnement. Entre les deux équipes, "la collaboration est très étroite. Ils fournissent les données physiques et nous élaborons ensemble des modèles pour appréhender la façon dont l'eau voyage dans ces réseaux naturels caractérisés par une forte hétérogénéité." Ces travaux  intéressent le groupe Veolia Eau, ainsi que le bureau d'études Itasca, qui finance des travaux de recherche au Caren.

Gestion des déchets radioactifs

Une partie de ces travaux trouve aussi une application auprès de l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (3). L'Andra dispose d'un laboratoire pour étudier le stockage en profondeur, à 500 mètres sous terre, à Bure, dans la Meuse. Objectif : évaluer l'étanchéité du sous-sol. Confinées dans des “colis” de béton et des alvéoles blindées, les matières radioactives seront entreposées dans une couche géologique réputée imperméable. "En l'occurrence, c'est de l'argile. Nos études tendent à montrer que cette barrière géologique constitue un choix raisonnable. Nous cherchons à vérifier que sur une échelle de temps de 100 000 ans, la géologie jouerait son rôle de barrière si les éléments d'étanchéité venaient lentement à se dissoudre. On veut savoir précisément comment certains produits interagissent avec la roche et comment ils se dispersent dans le peu d'eau qui circule : plutonium, uranium, iode, césium... Tout ceci en sachant que les colis chauffent. Ce qui modifie les propriétés chimiques. Il faut donc connaître l'impact thermique sur le modèle hydraulique." L'équation peut se résumer simplement : "les produits doivent rester confinés en profondeur tant que la décroissance radioactive n'a pas suffisamment réduit leur nocivité."

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Notes :

(1) Sage est l'acronyme de : Simulations and algorithms on grids for environment. Simulations et algorithmes sur des grilles de calcul pour l'environnement. Equipe projet Inria commune avec le CNRS.
(2) Une partie de ces travaux s'effectuent dans le cadre d'un projet ANR baptisé Micas : Modelling and intensive computation for aquifer simulations.
(3) Ces recherches sont coordonnées par le MoMaS, groupement d'études des modélisations mathématiques et simulations numériques pour la gestion des déchets nucléaires. Il rassemble : l'Andra, le BRGM, le CEA, le CNRS, EDF et l'IRSN.


Lire aussi : Des pollutions suivies à la trace, in : La Recherche, N° 430, mai 2009.