Mesure de la conductivité hydraulique du dépôt d'argile Champlain de Lachenaie, Québec: théorie et applications

In Champlain clays, precise hydraulic conductivity (K) measurements are necessary for the modelling and the design of several civil engineering and hydrogeology applications. The K values is used to estimate the velocity of water in the porous media, and the rates of contaminant migration and clay deformation. These phenomena are linked: both volume changes and contaminant migration by advection require the displacement of a volume of water contained in the clay pores. Regulatory bodies recommend in situ permeability tests to measure K in clay. Variable-head tests conducted in observation wells are usually the preferred testing procedure. This type of test is initiated by changing the water level in the riser pipe of an observation well. The K value is obtained from the velocity graph, a plot of the mean hydraulic head with respect to its rate of change, or from a semi-log plot of the hydraulic head difference versus time. The K value is calculated from the slope of these plots, the inner section of the riser pipe in which the water level varies, and a shape factor determined from the sand filter geometry. In situ variable-head tests in clay have one main disadvantage: their long duration. In Champlain clays, a typical variable-head test can last more than a month. To shorten the duration of in situ tests, the inner section of the pipe in which the water level varies can be reduced. Pulse tests can also be used. With this type of test, a packer is inflated in the riser pipe to isolate the sand filter. A known volume of water is then injected in the isolated portion of the well. This generates a pressure increase which dissipates as water flows from the sand filter toward the soil. Pulse tests have a much shorter duration than the typical variable-head tests. In Champlain clays, pulse tests last approximately one hour.

Résumé

Des mesures précises de la conductivité hydraulique (K) des argiles Champlain sont nécessaires pour la modélisation et la conception de plusieurs types d'applications en génie civil et en hydrogéologie. La valeur de K permet d'estimer la vitesse d'écoulement de l'eau dans le milieu poreux, la vitesse de migration des contaminants et le taux de déformation de l'argile. Ces phénomènes sont intrinsèquement liés : la déformation volumique de l'argile et la migration des contaminants par advection nécessitent un déplacement d'eau dans les pores de l'argile. Les différents cadres réglementaires favorisent l'emploi d'essais in situ pour mesurer K dans l'argile. On préconise habituellement la réalisation d'essais à niveau variable dans des puits d'observation. On démarre ces essais en changeant le niveau d'eau dans le tuyau du puits. La valeur de K est obtenue à partir du graphique des vitesses, un graphe qui représente la charge hydraulique moyenne en fonction de son taux de variation, ou d'un graphique semi-logarithmique de la différence de charge hydraulique en fonction du temps. La valeur de K dépend de la pente de ces graphiques, de la section du tuyau dans lequel le niveau d'eau varie, et d'un coefficient de forme qui dépend de la géométrie du massif filtrant. Dans l'argile, les essais à niveau variable ont un désavantage principal : ils sont longs. Dans les dépôts d'argile Champlain, la réalisation d'un essai à niveau variable typique peut prendre plus d'un mois. Pour réduire la durée des essais in situ, on peut diminuer la section intérieure du tuyau dans lequel le niveau d'eau varie. On peut aussi utiliser l'essai de choc hydraulique. Avec cet essai, un obturateur est gonflé dans le tuyau du puits d'observation pour isoler le massif filtrant. Un volume d'eau connu est ensuite injecté dans la portion isolée du puits. Cette injection génère une surpression qui se dissipe à mesure que l'eau s'écoule du massif filtrant vers le sol. L'essai de choc hydraulique a une durée beaucoup plus courte que les essais à niveau variable typiques. Dans l'argile Champlain, les essais de choc hydraulique durent environ une heure.