Olivier Bour (Université de Rennes, Géosciences Rennes) est le lauréat d'un projet ANR « Instrument de financement : Projet de Recherche Collaborative (PRC) » (2023). Il coordonne un projet intitulé FIFLOW sur de nouveaux capteurs de température par fibre optique pour mesurer les flux de subsurface.
Consortium :
Géosciences Rennes : Olivier Bour, Alain Crave, Laurent Longuevergne, Maria Klepikova, Tanguy Le Borgne, Nicolas Lavenant, Olivier Bochet (Université de Rennes, CNRS)
Département COSYS Composants et Systèmes (Université Gustave Eiffel)
INRS Québec (Canada)
L'ambition principale de FIFLOW est de fournir de nouveaux instruments pour quantifier les flux d’eau souterraine dans des milieux hétérogènes, à une échelle spatiale sans précédent, pour revisiter certains processus fondamentaux en hydrogéologie associés au transport de soluté et de chaleur en milieux poreux et fracturés, ou aux échanges nappe-rivière. Jusqu'à présent, les flux d'eau souterraine étaient très rarement mesurés, mais nous avons validé une nouvelle méthode d’estimation le long d’une fibre optique chauffée électriquement basée sur le transfert de chaleur (Simon et al., 2021). Afin d'explorer pleinement le potentiel de cette méthode innovante dans les aquifères peu profonds, le projet FIFLOW repose sur quatre tâches qui consistent à (1) améliorer la résolution spatiale effective des méthodes de détection distribuée par fibre optique (~1 cm); (2) développer une sonde précise et peu coûteuse pour quantifier les échanges entre les eaux souterraines et de surface, et (3), explorer tout le potentiel des outils et méthodes développés pour la modélisation de l'écoulement et du transport de solutés grâce à des expériences en laboratoire (WP3) et de terrain (WP4) ambitieuses sur des sites très bien caractérisés. Pour assurer le succès de FIFLOW, le consortium est composé de Géosciences Rennes, un laboratoire de renommée internationale en sciences de la terre, spécialisé dans les ressources en eau et la caractérisation des milieux souterrains, du département Cosys de l'université Gustave Eiffel, spécialisé dans les capteurs à fibre optique distribués pour le génie civil, et de l'INRS Québec, participant sans financement. En fournissant des mesures innovantes in-situ, à très haute résolution spatiale, cette nouvelle approche instrumentale servira à mieux caractériser et surveiller la dynamique des aquifères peu profonds et les échanges avec la surface afin d'améliorer la compréhension de la contamination des eaux souterraines et mieux concevoir les approches de remédiation.
Fig. 1. La méthode consiste à mesurer les réponses thermiques tout le long d'un câble FO chauffé électriquement et inséré dans les sédiments pour estimer les flux d'eau souterraine ; En haut à droite) Réponse thermique typique modélisée pour une même conductivité thermique et différents flux (Simon et al., 2021), plus le flux est élevé, moins l'élévation de température est élevée (Simon et al., 2021).
Fig. 1. The method consists in measuring the thermal responses all along an electrically heated FO cable inserted into the sediments for estimating groundwater fluxes; Top right) Typical thermal response modeled for same thermal conductivity and different fluxes (Simon et al., 2021), the higher the flux, the lower the temperature rise (Simon et al., 2021).
Abstract :
The main ambition of FIFLOW is to provide new instrumentation to quantify groundwater fluxes in heterogeneous media, at an unprecedented spatial scale, to revisit some fundamental processes in hydrogeology associated to solute and heat transport in porous and fractured media or ground-surface water exchanges. Up to now, groundwater fluxes were rarely measured, but we recently validated a new method based on heat transfer allowing to estimate groundwater fluxes along an electrically heated Fiber-Optic cable (Simon et al., 2021). To fully explore the potential of this innovative method in shallow aquifers, the project FIFLOW is built on four complementary tasks which consists in (1) improving the effective spatial resolution of fiber-optic distributed sensing methods to sub-centimeter (2) developing a precise and low-cost probe to quantify groundwater-surface water exchanges, and (3), exploring the full potential of the newly developed tools – and associated methods – for groundwater flow and transport modelling through ambitious laboratory (WP3) and field experiments (WP4) on well-characterized sites. To ensure the success of FIFLOW, the consortium is composed of Geosciences Rennes, an internationally well-known laboratory in earth science, specialized in methods for sensing groundwater and watersheds, Cosys Department at Gustave Eiffel university, with expertise in distributed optical fiber sensors for civil engineering, and INRS Quebec, who is an associated partner participating to the project without funding. By providing innovative, high resolution, distributed and in-situ measurements, this new instrumental approach will serve to better characterize and monitor the state and dynamics of shallow aquifers and exchanges with the surface in order to improve the understanding of groundwater contamination and better design remediation approaches.
