Etude géophysique de l'aquifère peu profond du district rural de Cu Chi et de sa vulnérabilité, région de HoChiMinh City, Viet Nam

Geophysical investigation of the shallow aquifer and its vulnerability in the Cu Chi rural district, HoChiMinh city region, Vietnam

• Auteur / Autrice : Quoc Thanh Truong
• Direction : Marc Descloitres
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l’Environnement
• Date : Soutenance le 22/02/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des géosciences de l'environnement (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Oxarango
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Phuoc-Dan Nguyen
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Colette Sirieix, Konstantinos Chalikakis, Quy Nhan Pham

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vietnam

Résonance magnétique nucléaire

Tomographie de résistivité électrique

Mots clés libres

Aquifère peu profond

Résistivité

Rivière Saigon

Électromagnétique dans le domaine temporel

Résonance magnétique nucléaire

Viet Nam

Shallow aquifer

Resistivity

Saigon River

Time domain electromagnetic

Nuclear magnetic resonance

Viet Nam

Résumé

La région de Ho Chi Minh Ville (HCMV), dans le sud du Viet Nam, est confrontée à des défis importants liés au changement climatique et à la subsidence, avec des inondations plus fréquentes et la menace d'une intrusion d'eau salée. En tant que mesure proactive pour l'atténuation et les développements futurs, on doit accorder une attention particulière à la durabilité des ressources en eaux souterraines. Le nord-ouest, caractérisé par un terrain élevé et identifié comme la zone de recharge régionale, est désigné comme une réserve d'eau souterraine potentielle cruciale pour l'avenir.L'objectif premier de cette recherche est de mieux comprendre les ressources en eaux souterraines peu profondes et leur vulnérabilité face aux pratiques humaines. Le second objectif est d'évaluer plusieurs méthodes géophysiques pour l'hydrogéologie dans le contexte géologique sédimentaire de la région de la rivière Saigon. Une étude géophysique approfondie a été menée sur le terrain à l'aide de méthodes électromagnétiques dans le domaine temporel (TDEM) et le domaine fréquentiel (FEM) et de tomographie de résistivité électrique (ERT), méthodes dont la sensibilité à la détection des couches argileuses a été évaluée avant d’aller sur le terrain à l'aide d'une modélisation numérique. Ces méthodes se sont avérées efficaces pour caractériser la géométrie de l'aquifère et du système aquitard jusqu'à une profondeur de 150 mètres pour la méthode TDEM, très sensible à la présence de couches électriquement conductrices. La recherche a révélé que l'absence de couche d'argile en surface, ce qui facilite la recharge de la nappe phréatique, et cette situation présente un risque facilité d'infiltration des polluants de surface vers l'aquifère. En outre, les couches d'argile plus profondes sont discontinues, ce qui accroît la vulnérabilité à la propagation des contaminants vers le bas. Les recherches ont également abouti à un nouveau modèle conceptuel de l'aquifère impliquant des scénarios géologiques de transgression-régression pour expliquer la distribution spatiale des aquitards argileux, qui révèlent en profondeur les méandres et les plaines d'inondation de l'ancienne rivière Saigon.De manière innovante, la méthode de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) a également été employée à l'échelle du laboratoire pour classifier l'aquifère à l'aide de carottes extraites d'essais de forage. Associés à l'analyse de la taille des grains, les résultats de RMN montrent que l'aquifère peu profond est à grains fins. Comme la RMN à l'échelle du terrain n'a pas pu être employée avec succès en raison de conditions de bruit élevées, les analyses avec des essais de pompage et de traçage ont fourni des données supplémentaires, ce qui permet de conclure que les résultats de la RMN sont encore préliminaires car plusieurs améliorations doivent être apportées en ce qui concerne la réduction du bruit et la détermination du rendement spécifique.Pour l'avenir, la recherche ouvre la voie à la construction de modèles hydrodynamiques en 3D pour planifier une exploitation durable. Les modèles de la zone vadose faciliteront également l'évaluation de la pollution dans la nappe phréatique. Enfin, cette recherche met en évidence l'efficacité des méthodes géophysiques basées sur la résistivité pour la caractérisation des aquifères sédimentaires peu profonds dans la région de la rivière Saigon et de Ho Chi Minh Ville. Combinées aux méthodes hydrogéologiques, les futures études géophysiques permettront de relever les défis futurs liés aux eaux souterraines et contribueront à la résilience du sud du Vietnam face aux effets du changement climatique.

Ho Chi Minh City (HCMC) region in the south of Vietnam faces significant challenges from climate change and subsidence, with more frequent flooding, and threat of saltwater intrusion. As a proactive measure for future mitigation and development, particular attention is being paid towards sustainable groundwater resources. The northwest, characterized by high terrain and identified as the regional recharge area, is earmarked as a potential crucial groundwater reserve for the future.The primary objective of this research is to understand better shallow groundwater resources and their vulnerability to human practices. The second objective is to evaluate several geophysical methods for hydrogeology in the sedimentary geological context of the Saigon River area. An extensive geophysical field investigation was conducted using Time-Domain Electromagnetic (TDEM), Frequency Electromagnetic (FEM), and Electrical Resistivity Tomography (ERT) methods, being evaluated for their sensitivity to clayey layer detection using numerical modeling prior to the survey. These methods proved effective in characterizing the geometry of the aquifer and aquitard system to a depth of 150 meters for TDEM method, very sensitive to electrically conductive clayey layers. The research revealed that the absence of a surface clay layer thus facilitates groundwater recharge, posing a risk of surface pollutants easily infiltrating the aquifer. Moreover, deeper clay layers are discontinuous, increasing the vulnerability to the downward spread of contaminants. The research also points towards a new conceptual model of the aquifer involving geological transgression-regressions scenarios to explain the spatial distribution of the clayey aquitards, showing meanders and floodplains of the ancient Saigon River at depth.Innovatively, the Nuclear Magnetic Resonance (NMR) method was also employed at the laboratory scale to classify the aquifer using core extracted from boreholes tests. Coupled with grain size analysis, the results show that the shallow aquifer is fine-grained. As field-scale NMR was unsuccessfully applied due to high noise conditions, analyses with pumping and tracer tests gave additional data, leading to the conclusion that NMR results are still preliminary as several improvements have to be made regarding noise reduction and specific yield determination.For the future, the research paves the way for constructing 3D hydrodynamic models for sustainable exploitation. Vadose zone models will also facilitate the evaluation of pollution in the water table. Finally, this research highlights the efficiency of resistivity-based geophysical methods for sedimentary shallow aquifers characterization in Saigon River and HCMC regions. Combined with hydrogeological methods, future geophysical studies will help to address future groundwater challenges and contribute to the south of Vietnam’s resilience against climate change impacts.