Sources des données sous-sol de l’application BrugeoTool

Cette page traite des sources des données sous-sol fournies par les outils « analyse géothermique » et « Synthèse (hydro)géologique » de l’application BrugeoTool. Pour de l’information sur les autres données exploitées et fournies par l’application (couches cartographiques, démarches et permis, exemples d’estimations etc.), veuillez consulter la FAQ.

Données topographiques

Le Modèle Numérique de Terrain (MNT) utilisé par l’application BrugeoTool est celui qui a été utilisé pour la construction du modèle géologique BruStrati3D v1.0 (le rapport de construction de ce modèle détaille la construction du MNT). Il s’agit d’un MNT de résolution 10x10 m, de projection Lambert Belge 1972 et couvrant l’ensemble de la Région de Bruxelles-Capitale (RBC) ainsi qu’une zone tampon de 500 m autour de celle-ci. Il est issu de l’agrégation de :

  • Un MNT issu de données lidar fourni par Urbis, initialement à une résolution de 1x1m mais ayant subi un ré-échantillonnage afin d’être à une résolution de 10x10m. Ce dernier est la source de l’ensemble des données topographiques exploitées par l’application BrugeoTool en RBC ainsi que de la majorité de celles exploitées dans la zone tampon de 500 m autour de la RBC. Pour plus de détails sur le MNT fourni par URBIS, consultez les spécifications techniques des données Urbis (CIRB, 2015).
  • Un MNT issu des données SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), initialement d’une résolution de 80x80m et ré-échantillonné à une résolution de 10x10m. Ce dernier est la source de quelques données topographiques exploitées par l’application BrugeoTool en bordure externe de la zone tampon de 500 m autour de la RBC.

Données stratigraphiques

Les données de profondeur et d’épaisseur des Unités Stratigraphiques de la Région de Bruxelles-Capitale (US/RBC) et des Unités Hydrogéologiques de la Région de Bruxelles-Capitale (UH/RBC) sont issues du modèle géologique Brustrati3D v1.1 (2018). Les données exploitées par l’application sont les rasters d’épaisseurs de ce modèle. Ils ont une résolution de 10x10m, sont projetés en Lambert Belge 1972 et couvrent l’ensemble de la Région de Bruxelles-Capitale étendue d’une zone tampon de 500 m.

Par ailleurs, la présence ou non des unités stratigraphiques US/RBC_13 Argiles alluviales et US/RBC_14 Limons, sables et graviers alluviaux ainsi que de l’unité hydrogéologique UH/RBC_1b Aquifère des limons, sables et graviers alluviaux est déterminée à partir des extensions des unités quaternaires extraites en septembre 2018 du jeu de données « geology_stratigraphy » des services WFS de Databank Onderground Vlaanderen (DOV).

Pour des raisons d’affichage de la colonne stratigraphique, une épaisseur fictive a été attribuée à l’US/RBC_14 Limons, sables et graviers alluviaux (et donc à l’UH/RBC_1b Aquifère des limons, sables et graviers alluviaux). En tout point où l’épaisseur totale du Quaternaire est supérieure à 3m, il a été attribué une épaisseur de 1.5m à l’US/RBC_14 Limons, sables et graviers alluviaux. Lorsque l’épaisseur totale du Quaternaire est inférieure à 3m, l’épaisseur attribuée à l’US/RBC_14 Limons, sables et graviers alluviaux est la moitié de celle du Quaternaire total. Etant donné leur incertitude, aucune valeur de profondeur n’est affichée pour la limite entre l’US/RBC_13 Argiles alluviales et l’US/RBC_14 Limons, sables et graviers alluviaux (cette valeur est remplacée par un « ? »).

Données piézométriques

Les données piézométriques indiquées par l’application BrugeoTool sont issues de deux modèles hydrogéologiques en éléments finis sur FEFLOW ®: Brussels Phreatic System Model v1.0 (M. Agniel, 2019) et Hydroland v1.0 (Aquale, 2016). Les données sont exploitées par l’application sous forme de rasters ayant une résolution de 10x10m, projetés en Lambert Belge 1972 et couvrant l’ensemble de la Région de Bruxelles-Capitale étendue d’une zone tampon de 500 m.

Brussels Phreatic System Model v1.0 (2019)

Brussels Phreatic System Model v1.0 (M. Agniel, 2019) est un modèle numérique en éléments finis développé sur FEFLOW ® simulant les processus d’écoulement des eaux souterraines au sein des unités hydrogéologiques du système phréatique bruxellois. 

Outre l’outil de gestion stratégique de la ressource en eau souterraine qu’il représente, BPSM a permis de constituer des cartes piézométriques de référence (mai 2013) de l’ensemble des Unités Hydrogéologiques de la Région de Bruxelles-Capitales (UH/RBC) aquifères (et aquitards) composant le système phréatique bruxellois :

  • Profondeurs de la surface piézométrique phréatique (« phreatic depth ») ;
  • Niveaux piézométriques de l’ UH/RBC_1b Aquifère des Limons, sables et graviers alluviaux ;
  • Niveaux piézométriques de l’ UH/RBC_2 Système aquifère sableux perché ;
  • Niveaux piézométriques de l’ UH/RBC_4 Aquifère des sables de Wemmel, Lede, Bruxelles et Vlierzele (ou plus connu sous le nom de sables du Bruxellien) ;
  • Niveaux piézométriques de l’ UH/RBC_6 Aquitard des sables et argiles de Tielt ;
  • Niveaux piézométriques de l’ UH/RBC_7b Aquitard des sables et argiles de Moen ;

Il y a lieu de noter qu’à l’échelle de la zone couverte par la région bruxelloise une erreur moyenne arithmétique de 0.45 m, un écart type de 0.66 m et une erreur quadratique moyenne (RMS) de 0.67 mont pu être quantifiés entre les observations de piézométrie représentatives de la situation de mai 2013 et les valeurs simulées par BPSM.

Les post-traitements suivants ont été appliqués aux piézométries extraites de BPSM afin de les rendre exploitables par l’application :

  • Interpolation TIN des nœuds du modèle BPSM pour obtenir des rasters ;
  • Les rasters de piézométrie ont été écrêtés à l’aide du MNT présenté dans les données topographiques afin d’éviter d’obtenir des piézométries supérieures à la topographie dans le système phréatique ;
  • Lorsque la piézométrie d’une UH donnée était inférieure à la base de cette UH, la valeur de piézométrie a été supprimée lorsque l’UH sous-jacente n’était pas aquiclude, ou remontée à la base de l’UH lorsque l’UH sous-jacente était aquiclude. Cas particulier : pour l’UH/RBC_7b Aquitard des sables et argiles de Moen, la piézométrie a été supprimée dès lors qu’elle passait sous la base de cette UH, sans tenir compte du caractère aquiclude de l’UH/RBC_7c Aquicludes des argiles de Saint-Maur.
  • Les rasters ainsi obtenus ont été découpés pour limiter l’affichage des valeurs de piézométrie de chaque UH à leur extension propre.

Illustration des post-traitements appliqués aux rasters de piézométries (coupe fictive).

Illustration des post-traitements appliqués aux rasters de piézométries (coupe fictive). Les niveaux piézométriques initiaux sont ceux obtenus après interpolation des nœuds du modèle hydrogéologique. Les niveaux piézométriques corrigés sont ceux obtenus après application de l’ensemble des post-traitements. UH = unité hydrogéologique.

En plus des UH citées précédemment, ces actions ont aussi été réalisées pour l’UH/RBC_1a Système aquitard quaternaire superficiel. Pour cette UH, la piézométrie a été supprimée lorsque cette dernière passait sous la base de l’UH, sauf dans le cas particulier où l’UH/RBC_1b Aquifère des Limons, sables et graviers alluviaux (sous-jacente) était captive. Dans ce cas, la piézométrie de l’UH/RBC_1a Système aquitard quaternaire superficiel a été remontée à la base de l’UH.

Les rasters des UH citées précédemment (dont l’UH/RBC_1a Système aquitard quaternaire superficiel) ont ensuite été utilisés pour calculer le niveau phréatique (et la profondeur phréatique). En tout point, le niveau phréatique est égal à la piézométrie de la première UH présentant une valeur de piézométrie rencontrée dans l’ordre stratigraphique (de la plus haute à la plus basse). Si aucune valeur de piézométrie n’est rencontrée, c’est la valeur de piézométrie de l’UH/RBC_7b Aquitard des sables et argiles de Moen non corrigée de sa base (non supprimée) qui est utilisée. Dans ce cas, le niveau phréatique se trouve alors au sein de l’UH/RBC_7c Aquicludes des argiles de Saint-Maur.

Les valeurs absolues des niveaux piézométriques issues de BPSM v1.0 (2019) sont converties en valeurs relatives pour les besoins de l’application BrugeoTool à l’aide des données topographiques exploitées par l’application.

Hydroland v1.0 (2016)

Hydroland v1.0 (Aquale, 2016) est un modèle numérique en éléments finis développé sur FEFLOW ® simulant les processus d’écoulement des eaux souterraines au sein de l’UH/RBC_8a Aquifère des sables du Landénien.

Outre l’outil de gestion stratégique de la ressource en eau souterraine qu’il représente, Hydroland a permis de constituer une carte piézométrique de référence (mai 2013) de la nappe des sables du Landénien.

Il y a lieu de noter qu’à l’échelle de la zone couverte par la région bruxelloise, une erreur moyenne de 1.11 m a pu être quantifiée entre les observations de piézométrie représentatives de la situation de mai 2013 et les valeurs simulées par Hydroland.

Le raster de piézométrie de l’UH/RBC_8a Aquifère des sables du Landénien exploité par l’application a été obtenu en réalisant une interpolation TIN des nœuds extraits du modèle Hydroland. Ce raster de piézométrie a été découpé pour limiter l’affichage des piézométries à l’extension de cette UH.

Les valeurs absolues des niveaux piézométriques issues de Hydroland v1.0 (2016) sont converties en valeurs relatives pour les besoins de l’application BrugeoTool à l’aide des données topographiques exploitées par l’application.

Conductivités thermiques

Note introductive : L’application BrugeoTool fournit plusieurs valeurs de conductivités thermiques:
-    Les conductivités thermiques « saturées » et « non-saturées » propres à chaque unité stratigraphique, fournies dans la colonne intitulée « λ (W/(m.K))» et représentées par la largeur des rectangles de couleur du graphe de conductivité thermique. La méthodologie de détermination de ces valeurs est expliquée ci-dessous ;
-    La conductivité thermique apparente à une profondeur donnée, qui est définie comme la conductivité thermique moyenne d’une colonne de sol comprise entre la surface et la profondeur donnée. La conductivité thermique apparente est fournie dans la cellule intitulée « λ apparent (W/(m.K))» et dépend de la profondeur définie juste en-dessous par l’utilisateur. L’évolution de la conductivité thermique apparente en fonction de la profondeur est représentée par la courbe rouge du graphique de conductivité thermique. La conductivité thermique apparente se calcule donc au moyen des conductivités thermiques « saturées » et « non-saturées » des unités stratigraphiques rencontrées entre la surface et la profondeur donnée. La méthode de calcul est détaillée dans la FAQ. 

Les valeurs de conductivités thermiques fournies par l’application BrugeoTool sont issues de l’étude « Détermination de la conductivité thermique des formations géologiques du sous-sol de la Région de Bruxelles-Capitale à des fins de pré-dimensionnement de sondes géothermiques (Gerard et al. 2020) » réalisée par l’Université Libre de Bruxelles (ULB).

Dans cette étude, toutes les Unités Stratigraphiques de la Région de Bruxelles-Capitale (US/RBC) sont considérées, avec cependant deux cas particuliers :

  • Les US quaternaires ne sont pas discrétisées et seules deux conductivités thermiques apparentes (une « non-saturée » et une « saturée »), intégrées sur toute l’épaisseur du Quaternaire, ont été calculées ;
  • L’US/RBC_92 Socle Paléozoïque n’a pas été discrétisée en unités lithologiques et seule une conductivité thermique apparente « saturée » a été calculée, indépendamment des fortes variations lithologiques de cette US.

Deux valeurs de conductivités thermiques ont été calculées pour chaque US :

  • Une valeur de conductivité thermique dite « non-saturée », correspondant à la conductivité thermique de l’US au-dessus du niveau la nappe ;
  • Une valeur de conductivité thermique dite « saturée », correspondant à la conductivité thermique de l’US si elle est totalement saturée en eau (sous le niveau de la nappe).

Ces valeurs de conductivités thermiques ne considèrent pas de notion de « taux de saturation ». A noter que pour les US numérotées de 71 et à 92, seule une conductivité thermique dite « saturée » a été déterminée. Par ailleurs, chaque unité stratigraphique a été supposée homogène en termes de conductivité thermique à l’échelle de la Région de Bruxelles-Capitale : les valeurs de conductivités thermiques attribuées à chaque US ne varient donc pas spatialement.

D’autre part, la méthodologie de détermination de la conductivité thermique de chaque US semble surestimer la conductivité thermique des sols peu conducteurs (λ<1.9 W/mK) et sous-estimer celle des sols plus conducteurs (λ>1.9 W/mK), avec dans les deux cas des erreurs relatives sur la conductivité thermique de maximum 20% et en moyenne de 10%.

Cette erreur relative sur la conductivité thermique des US engendre une erreur sur le calcul de la longueur de sonde géothermique nécessaire à l’alimentation en chaud/froid d’un bâtiment. Dans la grande majorité des situations, l’erreur relative sur la longueur de sonde n’est pas amplifiée et reste donc inférieure à l’erreur relative sur la conductivité thermique. En l’absence d’une caractérisation sur site de la conductivité thermique du sous-sol, une sécurité de maximum 20% sur la longueur de sonde obtenue sur base des conductivités thermiques fournies par le portail BrugeoTool devrait être considérée.

Plus de détails sur le calcul des conductivités thermiques et les erreurs relatives sont fournis dans le rapport de l’ULB.

L’application BrugeoTool exploite ces données de conductivités thermiques en découpant chaque US en épaisseurs « non-saturées » et en épaisseurs « saturées », et en associant respectivement à chaque épaisseur la conductivité thermique « non-staurée » ou « saturée » correspondante (exception : pour les unités composées essentiellement d’argile ce découpage n’a pas été effectué et seule une valeur de conductivité thermique « saturée » leur a été attribuée sur toute leur épaisseur). Les épaisseurs « non-saturées » et « saturées » sont calculées par l’application à l’aide des données stratigraphiques et des données piézométriques. Trois cas sont possibles, selon la position du niveau piézométrique de l’Unité Hydrogéologique de la Région de Bruxelles-Capitale (UH/RBC) à laquelle appartient l’US considérée :

  • si le niveau piézométrique est au-dessus du toit de l’US  l’US est considérée comme « saturée » sur toute son épaisseur ;
  • si le niveau piézométrique est sous la base de l’US  l’US est considérée comme « non-saturée » sur toute son épaisseur ;
  • si le niveau piézométrique est situé entre la base et le toit de l’US  l’US est considérée comme « saturée » de sa base jusqu’au niveau piézométrique, puis « non-saturée » du niveau piézométrique jusqu’à son toit.

Conductivités hydrauliques

BrugeoTool renseigne une valeur de conductivité hydraulique de référence (min, moy, max) non spatialisée pour chaque Unité Hydrogéologique de la Région de Bruxelles-Capitales (UH/RBC) aquifères et aquitards, excepté :

  • pour l’ UH/RBC_04 Aquifère des sables de Wemmel, Lede, Bruxelles et Vlierzele où la valeur de référence est discrétisée en fonction de la localisation en rive droite ou rive gauche de la Senne, cette dernière étant généralement dépourvue de l’US/RBC_43 Sables de Bruxelles (ce qui justifie la discrétisation des valeurs de conductivité) ;
  • pour l’UH/RBC_09b Système aquifère du socle Paléozoïque dont la conductivité hydraulique apparait très fortement hétérogène dépendant notamment de la lithologie, des structures géologiques et du degré de fracturation des horizons aquifères du Socle.

La définition de ces valeurs de référence s’est basée sur l’analyse des sources suivantes :

  • Résultats d’essais de pompage ;
  • Etudes hydrogéologiques menées en région bruxelloise ;
  • Publications scientifiques (ex : Relationship between sedimentary features and permeability at different scales in the Brussels Sands, Mathias POSSEMIERS, Marijke HUYSMANS, Luk PEETERS, Okke BATELAAN, Alain DASSARGUES, 2012) ;
  • Informations liées à la caractérisation des masses d’eau souterraines en Flandres et Wallonie (ex : Grondwater in Vlaanderen: het Brulandkrijtsysteem, 2008).

Potentiel système ouvert

Le potentiel système ouvert est défini de manière qualitative selon trois classes distinctes (potentiel intéressant, limité ou nul) et uniformément pour chaque Unité Hydrogéologique de la Région de Bruxelles-Capitales (UH/RBC). Cette classification dépend essentiellement du caractère aquifère/aquitard/aquiclude de l’UH et plus précisément de sa productivité (débit captable), laquelle est principalement fonction de la conductivité hydraulique. Ces trois classent peuvent-être décrites de la manière suivante :

  • Vert = potentiel intéressant : attribué à certaines unités aquifères seulement. Une productivité supérieure ou égale à 10 m³/h par doublet captage/réinjection (soit +/- 70 kW de puissance calorifique ou frigorifique / doublet) peut être espérée, moyennant la réalisation d’une Étude de faisabilité hydrogéologique). Des systèmes géothermiques ouverts exploitent actuellement l’eau souterraine de ces UH ;
  • Orange = potentiel très limité : attribué aux unités aquitards ainsi qu’à l’UH/RBC_1b Aquifère des limons, sables et graviers alluviaux
    Les UH aquitard pourraient fournir de l’eau mais en quantité probablement modérée, limitant la puissance d’un futur système géothermique. De plus des problèmes de clogging (bouchage des crépines) pourraient également se poser pas la nature lithologique argileuse/silteuse de ces UH. Dans le cas de l’exploitation de l’UH/RBC_1b Aquifère des limons, sables et graviers alluviaux, des risques géotechniques (tassements) sont également à prévoir. De manière générale, dans l’impossibilité technique d’exploiter une UH à potentiel intéressant, ces UH pourraient-être envisagées comme alternatives, plus probablement pour de petites installations,  sous réserve qu’une Étude de faisabilité hydrogéologique confirme entre autres la productivité suffisante et les faibles niveaux de risque évoqués précédemment.
  • Rouge = aucun potentiel : L’UH n’est pas appropriée pour l’installation d’un système géothermique du fait d’un contexte hydrogéologique défavorable (unité aquiclude, très faible extension,…)

Il y a lieu de noter que cette classification, bien que réaliste, reste théorique. Elle ne tient par exemple pas compte de l’épaisseur saturée (et donc de la transmissivité) des UH. Cette approche optimiste exige donc que le potentiel soit confirmé via une étude de faisabilité hydrogéologique visant entre autres à évaluer la capacité de l’aquifère à répondre aux besoins de la pompe à chaleur (puis à préciser les caractéristiques et le nombre de doublets qui composeront la future installation).