Résumé
Ce papier présente un modèle conceptuel spécifique d'un site pour l'écoulement souterrain dans des zones fracturées perturbées associées à des failles dans un ensemble de roches sédimentaires. Le modèle est basé sur les résultats d'études de terrain et de laboratoire. Des intrusions d'eau souterraine et de méthane se sont produites de façon de plus en plus grave, dans la mine de charbon de West Elk (Colorado, États-Unis), à partir de systèmes de failles et de fractures. Des venues d'eau de 6, 160, et 500 L s−1 sont apparues presque instantanément à partir de trois failles distinctes traversées par les travaux miniers à environ 460 m sous le niveau du sol. Ces failles sont séparées d'environ 600 m. Les concentrations en δ 2H et δ 18O des eaux provenant de ces failles et les réponses hydrodynamiques de chacune de ces venues d'eau indiquent que les eaux souterraines proviennent de systèmes hydrauliquement isolés. Les données de carbone-14 indiquent que les eaux souterraines sont âgées d'au moins 10500 ans. La température des écoulements est géothermale (30°C), ce qui pourrait indiquer une remontée depuis la profondeur. Toutefois, des calculs de gradients géothermiques, des analyses de concentrations en solutés de l'eau souterraine dans les réservoirs potentiels, des calculs de géothermomètres et des résultats de tests entre packers montrent que le réservoir fracturé est constitué par les grès de Rollins, épais de 120 m, situés directement sous le gisement de charbon. Le test entre packers montre également que le méthane provient des couches de charbon. Un gradient géothermique de 70 à 80°C km−1, liéà une intrusion sous-jacente, est probablement responsable des températures légèrement élevées des venues d'eau. Les importants volumes déchargés, atteignant 8,2 105 m3à partir de la faille “Headgate 14 sud-est” (14 SEHG), la décroissance rapide des écoulements et la perméabilité horizontale et verticale (la perméabilité de matrice est en général inférieure à 0,006 Darcy) indiquent un écoulement en fracture. Un essai de pompage dans la mine montre que la faille 14 SEHG présente une excellente connexion hydraulique avec des fractures à 50 m de la faille. Un levé aéromagnétique indique que les failles sont tectoniquement liées à un corps intrusif présent àplusieurs centaines de mètres sous le gisement de charbon. Un forage de reconnaissance a confirmé l'existence d'une quatrième faille et deux failles supplémentaires sont supposées à partir du levé aéromagnétique. Le modèle conceptuel décrit un ensemble de systèmes aquifères parallèles, hydrauliquement séparés, associés à des zones affectées par des failles. Les failles sont distantes d'environ 600 m. L'eau souterraine stockée dans des grès fracturés est en condition captive à cause de couches d'argiles situées dessus et dessous.