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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF - M’SILA FACULTE DE TECHNOLOGIE DOMAINE: SCIENCE ET TECHNIQUE DEPARTEMENT D’HYDRAULIQUE FILIERE : HYDRAULIQUE N° : ……………………………………….. OPTION : HYDRAULIQUE URBAINE Mémoire présenté pour l’obtention Du diplôme de Master en Hydraulique Urbaine Par :Abid NourEddine Nouri issam Intitulé du mémoire : Dirigé par : Mr : Ahmed Ferhat Soutenu devant le jury composé de : MR. Universities Mohamed Boudiaf M’sila President MR. Universities Mohamed Boudiaf M’sila Examinateur MR. Universities Mohamed Boudiaf M’sila Examinateur MR. Universities Mohamed Boudiaf M’sila promoteur Année universities: 2019 /2020 Application de MODFLOW et du système d'information géographique SIG à la simulation des écoulements souterrains dans la plaine nord de Hodna REMERCIMENTS On tient à remercier tous d’abord le dieu tous puissant De nous avoir donné du courage pour Réaliser ce travail et de nous avoir toujours guidés. En suite nos plus profonds remercîments On les doits a nos parents qui nous Ont soutenues tous le long de notre cursus Ainsi que nos frères et sœurs qui ont tous Contribué de prés ou de loin à notre réussite. Puis un grand merci aussi a nos enseignants Du département d’hydraulique qui on partagé Leurs savoir avec nous tout au long de Ces cinq années que nous avons passées avec eux En particulier à Mr farhati Ahmed Qui nous ont été d’une grande aide durant La réalisation de ce présent travail On n’oublis surtout pas tous nos amis avec Quels nous avons partagés toutes ces cinq Années d’étude universitaire. Dédicaces À la lumière des yeux et des ailes de ma mère, elle ne cesse de me chérir et de me soutenir Pendant toutes mes années d'école. Je dis merci mon Dieu Te gardé. À mes frères À mes collègues Tous mes amis. DEDICACE Je dédie ce travail : Dédicaces A ma mère A mon père Pour tous les sacrifices et le soutien moral et matériel dont ils ont fait preuve Pour que je réussisse. A mes frères et sœurs. A tous mes amis et spécialement mes amis et frères en ALLAH. A tous ceux qui m’ont aidé de prés ou de loin, je leurs dédie ce modeste travail. REMERCIMENTS Dédicaces Liste des abréviations Introduction générale .................................................................................................................. 1 ChapitreI Présentation du nord plaine du Hodna Introduction .............................................................................................................................. 3 I.1.Situation géographique de la région d’étude .............................................................................. 3 I.2. Paramètres physiques et géomorphologiques du bassin versant du nord plaine du Hodna ................ 5 I.2.2. Les paramètres de forme .................................................................................................................. 5 I.2.2.1. Indice de compacité de Gravelius (Kc) ...................................................................................... 5 I.2.2.2. Le rectangle équivalent ............................................................................................................. 5 I.3. Relief ................................................................................................................................. 6 I.4. Géologie ............................................................................................................................. 6 I.5.Cadre Stratigraphique ............................................................................................................ 7 Trias: .......................................................................................................................................................... 7 Jurassique: ................................................................................................................................................. 7 Crétacé: ...................................................................................................................................................... 8 Oligocène: ................................................................................................................................................. 8 Miocène: .................................................................................................................................................... 8 Quaternaire : .............................................................................................................................................. 9 I.6.Ressources hydriques ............................................................................................................. 9 I.6.1.Oueds ................................................................................................................................................ 9 I.6.2.Nappes ............................................................................................................................................... 9 I.6.3.Barrages .......................................................................................................................................... 10 I.6.4.Pédologie ......................................................................................................................................... 11 I.7. La végétation ..................................................................................................................................... 11 I.8. Caractéristiques climatiques du nord plain du Hodna ............................................................... 12 I.8.1.Temperature .................................................................................................................................... 12 I.8.2.Précipitation .................................................................................................................................... 13 I.8.3.Evapotranspiration .......................................................................................................................... 13 I.8.4. Humidité relative............................................................................................................................ 14 I.8.5.Vent ................................................................................................................................................. 14 I.9.Objectifs du mémoire ......................................................................................................................... 15 Conclusion.............................................................................................................................. 15 Chapitre II: Modélisation des écoulements Introduction ............................................................................................................................ 17 II - 1 Notions de base ............................................................................................................... 17 II .1.1 Volume Elémentaire Représentatif (VER) ................................................................................... 17 II .1.2 Définitions .................................................................................................................................... 18 II .1.3 Notion de charge hydraulique ....................................................................................................... 19 II .2. Ecoulement en milieu poreux ............................................................................................. 20 II .2.1. Equation de conservation de masse ............................................................................................. 20 II .2.2. Equation de conservation de la quantité de mouvement – Loi de Darcy .................................... 21 II - 2.3 Critiques et limitations de la loi de Darcy ................................................................................... 22 II .2. Classification des model hydrogéologiques .......................................................................... 22 Conclusion.............................................................................................................................. 25 Chapitre III : Présentation du SIG et Construction d’une base de données à l’aide d’un SIG Introduction ............................................................................................................................ 26 III.1. Pourquoi la géographie ..................................................................................................... 26 III. 2. Géomatique .................................................................................................................... 26 III.2.1. L’information géographique........................................................................................................ 27 III.2.1.1. Définition .............................................................................................................................. 27 III.2.1.2. Les composants de l’information géographique ................................................................... 27 III.2.2.La représentation de l’information géographique ........................................................................ 28 III.2.2.1. Classification des informations géographiques .................................................................... 28 III .2.3. Caractéristiques de l’information géographique ........................................................................ 28 III .2.4. Historique du S.I.G ..................................................................................................................... 28 III.2.5. Les composantes d’un SIG .......................................................................................................... 29 III.2.6. Les fonctionnalités du S.I.G ........................................................................................................ 30 III.2.7. Le rôle des SIG ............................................................................................................................ 31 III.2.8. Domaines d’application ............................................................................................................... 31 III.3. Modèle numérique de terrain (MNT) : ................................................................................. 32 III.3.1. Caractéristiques des MNT : ......................................................................................................... 32 III.3.2. Acquisition et génération des MNT ............................................................................................ 32 III.3.3. Formats des MNT ........................................................................................................................ 33 III.3.4. Application du MNT dans la foresterie ....................................................................................... 34 III.4. Présentation de logiciel de S.I.G (ArcGis10.0) ...................................................................... 34 III.4.1- Présentation d’Arc GIS 10.0 ....................................................................................................... 34 III.4.2. Présentation d’Arc GIS Desktop ................................................................................................. 35 III.4.3.Organisation et structure des données .......................................................................................... 36 III.4.4. L'information géographique .................................................................................................... 36 III.4.5.Unitéscartographiques .................................................................................................................. 36 III.4.5.1. Point: ..................................................................................................................................... 36 III.4.5.2.Ligne ou segment ................................................................................................................... 36 III.4.5.3.Le polygone ou surface ou zone ............................................................................................ 36 III.4.5.4.Modes de représentation ........................................................................................................ 36 III.4.5.5 Géo référencement ................................................................................................................. 38 III.4.6. La gestion des réseaux assistée du logiciel Arc Map .................................................................. 38 Conclusion.............................................................................................................................. 38 Chapitre IV Modélisation et simulation numérique par Modflow Introduction ............................................................................................................................ 39 IV .1. Définition ...................................................................................................................... 39 IV.2. Objectif de la modélisation ................................................................................................ 39 IV.3. Modèle mathématique ...................................................................................................... 39 IV.3.1. Écoulement de surface ................................................................................................................ 40 IV.3.2. Écoulement souterrain ................................................................................................................. 40 IV.4. Présentation du logiciel MODFLOW .................................................................................. 41 IV.5. Discrétisation du modèle ................................................................................................... 42 IV.5.1. Fonctionnement du logiciel ......................................................................................................... 42 IV.6. Discrétisation dans le temps............................................................................................... 44 IV.7. Présentation des fonctions du logiciel Modflow .................................................................... 44 IV.7.1. Fonction de recharge ................................................................................................................... 44 IV.7.2. Charge initiale ............................................................................................................................. 44 IV.8. Modèle transitoire et stationnaire ........................................................................................ 44 IV.9. Modèle conceptuel ........................................................................................................... 45 IV.9.1. Le maillage .................................................................................................................................. 45 IV.9.2. Introduction des propriétés du matériau utilisé ........................................................................... 45 IV.9.3. Introduction des forages et pompage .......................................................................................... 46 IV.9.4. Introduction des conditions initiales et conditions aux limites ................................................... 47 IV.9.4.1. Conditions aux limites .......................................................................................................... 47 IV.9.4.2. Conditions initiales ............................................................................................................... 48 IV.9.5. La recharge .................................................................................................................................. 48 IV.9.6. Simulation en régime permanent ................................................................................................ 49 IV.9.6.1. Cartes piézométriques restituées .......................................................................................... 50 IV .9.6.2. Calage .................................................................................................................................. 50 IV.10. Résultats de la modélisation ........................... …………………………………………..50 IV.10.1. Préparation du modèle............................................................................................................... 50 IV.10.2. Travailler sur un modèle ........................................................................................................... 53 IV.10.3. Simulations et modélisation : .................................................................................................... 60 Conclusion.............................................................................................................................. 65 Conclusion générale ................................................................................................................. 66 Références Annex Résumé Tableau (I.1): Caractéristique topographique de bassin versant. ........................................................ 6 Tableau I.2. Les coordonnées du barrage de Soubella et du barrage El k’sob ..................................... 10 Tableau(I.3) : Moyennes mensuelles de température moyenne de la commune de M'Sila, 2018. .......... 12 Tableau(I.4) : Précipitations moyennes mensuelles et annuelle (mm) de la commune de M'Sila, 2006-2016. ............................................................................................................................. 13 Tableau(I .5): Moyenne mensuelle et annuelle de l'évapotranspiration en (mm) ................................. 14 Tableau(I.6): Humidité moyenne en (%) de la zone étudiée ............................................................ 14 Tableau (I.7): Moyenne mensuelle et annuelles de vitesse du vont en m/s de la zone d’étude ............... 15 Tableau(II.1):Sélection de critères de classification des modèles hydrogéologiques. ........................... 23 Tableau(II.2):Exemple de classification des modèles hydrogéologiques utilisé dans SALTRANS. ....... 24 Figure I.1. Situation géographique de la région d’étude (Arc GIS 10,0). ......................................................4 Figure I.2 :Carte géologique de la zone d'étude (1975). ................................................................................7 Figure I.3: Réseau Hydrographique de Bassin du Hodna. ...........................................................................10 Figure I.4: La pédologie de la région de Hodna (F.A.O, 1975) ...................................................................11 Figure I.5: Températures moyennes mensuelles de la station de M’sila (2006 -2018) ...............................13 Figure I.6: Précipitations moyennes mensuelles et annuelle (mm) ............................................................13 Figure I.7: Moyenne mensuelle et annuelle de l'évapotranspiration en (mm) .............................................14 Figure I.8: Humidité moyenne mensuelle en (%) de la station de M’sila (2006 -2016) .............................15 Figure I.9: Variation de la vitesse moyenne mensuelle de la région de M’Sila (2006 -2018) ....................15 Figure II.1: Représentation d'un milieu poreux ...........................................................................................18 Figure III.1. La géomatique. ........................................................................................................................27 Figure III.2: Les composants d'un SIG ........................................................................................................29 Figure III.3: Les fonctionnalités du SIG. .....................................................................................................31 Figure III.4: levés de terrain en points régulièrement répartis sur la surface à modéliser. ..........................33 Figure III.5: Etapes de production d’un MNT .............................................................................................33 Figure III.6: Représentation des différents formats de MNT.......................................................................34 Figure III.17: Présentation d’Arc GIS 10.0 (Source: http://www.esribelux.com/index2FR.asp) ................34 Figure III.7: L’interface de l’ArcMap ..........................................................................................................35 Figure III.8: Exemple des données vectorielles ...........................................................................................37 Figure III.9: Exemple des données rasters ...................................................................................................37 Figure IV.1: Discrétisation spatiale d’un aquifère .......................................................................................42 Figure IV.1a: Cellule (i, j, k) et les indice pour les six cellules adjacentes. ................................................42 Figure IV.1b: Écoulement dans la cellul (i, j, k) provenant de la cellule (i,j-1, k) ..................................42 Figure IV. 2: Construction de la géométrique et du maillage ......................................................................45 Figure VI-3: position des forages .................................................................................................................46 Figure IV. 4: piézomètres.............................................................................................................................46 Figure IV-5 : Carte piézométrique simulée au régime permanent. .............................................................47 Figure IV-6 : Carte piézométrique en nappe profondeur simulée régime permanent. ................................48 Figure IV. 7: Zones de recharge..................................................................................................................49 Figure IV.8: Carte piézométrique ................................................................................................................50 Figure IV .9 : Créer un nouveau projet ........................................................................................................51 Figure IV.10 : fixés les unités et les paramètres de modèle .........................................................................51 Figure IV .11 : fixés le temps de modèle .....................................................................................................52 Figure IV .13 : Construction de la géométrique et du maillage ...................................................................52 Figure IV .14 : Grille modèle de plaine nord du Hodna ..............................................................................53 Figure IV .15 : raffinage de Grille ...............................................................................................................53 Fig. (b): Coupe transversale (colonne) .........................................................................................................54 Fig. (a): Coupe transversale uploads/Geographie/ joradp-865432.pdf