Essai de traçage en profil (PTT)

Introduction :

Dans les mines en exploitation, l’infiltration d’eau provenant du plancher de la fosse et/ou de ses parois provoque des problèmes de stabilité, ajoute des retards dans la récupération du minerai et augmente le coût des opérations. Pour ces raisons, les études hydrogéologiques sont essentielles pour aider à développer un système d’assèchement de la mine efficace et afin de contrôler l’infiltration d’eau.

Les études hydrogéologiques standards nécessitent des travaux de terrain et d’analyse avec l’utilisation de modèles numériques. La modélisation permet l’optimisation du dénoyage des fosses, mais aussi de mieux comprendre plusieurs phénomènes. Après les premières informations recueillies, les travaux sur le terrain sont le point de départ de toute étude hydrogéologique. Si la qualité et la précision de l’information recueillie n’est pas précises, l’analyse effectuée au moyen du modèle numérique pourrait conduire à une interprétation erronée.

Dans le cadre d’une approche standard, les travaux sur le terrain incluent habituellement du forage au diamant pour la récupération de carotte de forage, slug test, essai avec obturateurs, mesure de débit et dans certaines situations particulières, l’utilisation d’une caméra. Toutes ces approches standards nous permettent d’estimer la conductivité hydraulique et d’évaluer l’hétérogénéité du milieu. Cependant, aucune de ces méthodes nous permet d’identifier clairement les fractures/failles et/ou toutes autres structures apportant de l’eau. En fait, il est bien connu qu’une zone de forte conductivité hydraulique n’est pas nécessairement une importante zone aquifère, susceptible de fournir de l’eau de façon durable. Cela se produit lorsque la zone fracturée est locale et non liée à une fracture où l’on retrouve un écoulement préférentiel, normalement appelée eau piégée. La figure 1 montre un exemple de l’eau piégée ; en utilisant des méthodes d’interprétation traditionnels, cela pourrait être interprété comme étant une zone à haut débit.

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Figure 1 : Exemple d’une zone à forte conductivité, mais sans écoulement naturel

La figure 1 illustre deux zones de fractures traversées par un trou de forage vertical. La zone fracturée supérieure apparaît très perméable, en se basant sur la description de carotte (ex : RQD) bien que la faille inférieure pourrait tout aussi contenir de l’eau. Les tests traditionnels (packer, débitmètre, etc.) donneraient des valeurs élevées de conductivité pour ces deux zones de fracture. Dans ce schéma, seule la fracture inférieure serait porteuse d’un écoulement préférentiel, parce que l’étendue de la faille est large et connecté à un autre système de faille régionale. La zone de fracture supérieure apparaît aussi porteuse d’un écoulement préférentielle d’eau, mais les fractures sont isolées et l’eau est piégé (donc non connectées à un système régionale). En raison de la zone d’influence limitée des essais avec obturateurs et/ou des essais de débit (5-10 m), il est probable que cette zone de fracture supérieure produise une valeur de conductivité élevée. Ceci est l’une des principales raisons pour lesquelles l’essai de traçage en profile (PTT) a été développé et adapté par notre firme.

Pour un programme de dénoyage/dépressurisation efficace, cibler les zones d’écoulement contrastante est la clé pour l’optimisation et de la réduction des coûts.

Méthodologie :

Un essai de traçage en profile est une application récemment adapté par notre firme. Le concept est très simple ; elle consiste à mélanger un traceur aussi uniformément que possible dans un trou ouvert unique (par exemple, un trou de forage au diamant pour l’exploration). Une fois que le traceur est mélangé dans le trou, la concentration est mesurée à différentes périodes de temps dans le même trou de forage vertical. Les profils de concentration sont créés et les variations de concentration indiquent l’emplacement de la zone active naturelle d’écoulement. En fait, lorsque les concentrations diminuent, cela signifie qu’un débit est présent. La figure 2 montre un exemple de cette technique.

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       Figure 2 : Résultat d’un essai de traçage en profile

Sur cette figure, l’axe des Y correspond à la profondeur du trou et est la même pour tous les profils. L’axe des X correspond à la concentration du traceur à une échelle prédéfinie (0-15 mg/L) qui est la même pour tous les profils. Les lignes noires correspondent au profil initial, immédiatement après l’injection. Les deux autres profils correspondent à des mesures de concentration toutes les 30 minutes après l’injection (ligne bleue – 30 min et ligne rouge 60 min). Le profil initial est projeté sur l’autre profil, afin de montrer l’évolution des concentrations. Les résultats montrent clairement une variation de concentrations dans la partie supérieure de la formation (profondeur d’environ 10 m), indiquant que le débit le plus élevé est dans cette zone. Les résultats montrent également la preuve qu’il n’y a aucun écoulement dans la partie inférieure de la formation. En effet, l’intégration numérique de la moitié inférieure des trois profils représente à peu près la même valeur, ce qui indique qu’aucun traceur n’a été rincée à partir de la moitié inférieure.

La figure 3 montre la variation de la concentration à partir du moment initial. Dans cette figure, il est évident que l’emplacement de l’écoulement préférentiel est dans la partie supérieure de la formation rocheuse. Pour l’analyse, certains aspects théoriques doivent être pris en compte. L’un d’entre eux est la diffusion ; la variation de la coPTT3ncentration dans la partie inférieure (figure 2) est clairement causée par la diffusion, parce que les tendances ne sont pas régulières (diminution de la concentration avec le temps), ce qui est impossible lors de l’évaluation de l’écoulement naturel le long d’un puits de forage. L’écoulement vertical pourrait aussi affecter les résultats, mais cet exemple ne montre pas ce type d’écoulement.

Les PTTs ne permettent pas seulement d’identifier les zones d’écoulement, mais aussi de les quantifier. Avec plusieurs profils dans un seul trou, et une carte piézométrique régionale, il est possible de calculer le flux de Darcy, le débit apparent et la conductivité hydraulique à chaque endroit voulu le long du profil. Cette technique est beaucoup plus précise que le profil d’un essai avec obturateur et plus utile qu’un profil de débitmètre, parce que seulement l’écoulement naturel est pris en compte (eau non piégée). La figure 4 illustre le flux de Darcy, de débit (Q) et les profils de conductivité à partir des résultats dérivés de la figure 2. Notez que seule la partie supérieure de l’écoulement a été caractérisé, car aucun écoulement n’a eu lieu dans la zone inférieure.

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       Figure 4 : Débit, flux de Darcy and conductivité hydraulique dans la partie supérieure du trou.

 

Le principal avantage de l’utilisation d’un PTT est que les résultats fournissent des informations d’écoulement local et régional. Par exemple, si un écoulement se produit dans un emplacement spécifique dans un seul trou, il est clair que cette zone d’écoulement est régional, car aucune contrainte a été appliquée afin de le découvrir. Si cette zone d’écoulement correspond à une lithologie particulière, il est probable que la même signature d’écoulement sera mesurée dans les différents trous qui traversent la même formation.

D’autre part, les PTT ne permettent pas l’évaluation de la conductivité hydraulique des zones d’eau piégées. En effet, en l’absence de mesure de débit, cela signifie que la valeur de K s’approche de zéro, ce qui peut être différent de la valeur de K locale autour du trou, lorsque cette zone n’est pas connectée au système de faille principal. Ce n’est pas un vrai problème, parce qu’en fait, nous recherchons normalement une zone d’écoulement active quand il est temps de planifier une solution de dénoyage.