Assimilation de données multiples avec ensemble smoother dans le cadre de modélisations hydrogéologiques.

Béraud, Thomas (2022). Assimilation de données multiples avec ensemble smoother dans le cadre de modélisations hydrogéologiques. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 224 p.

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Résumé

L’objectif de ce doctorat a été de développer une méthode numérique pour calibrer des modèles d’écoulement hydrogéologique à partir d’observations temporelles. Les méthodes d’ensemble ont été retenues pour cette tâche. Les méthodes d’ensemble reposent sur un ensemble de modèles équiprobables prédisant des paramètres physiques. Les paramètres d’états sont mis à jour en étudiant la covariance de ces paramètres dans les modèles de l’ensemble et les simulations issues de chaque modèle. L’ensemble smoother développé dans le cadre de ce travail repose sur un nouveau schéma d’assimilation. Chaque puits est assimilé individuellement, pour chaque type de données observé. De plus, une analyse locale est définie autour de chacun de ces puits pour mettre à jour les paramètres d’états des modèles numériques. Cette méthode a été testée sur un modèle synthé tique représentant un aquifère côtier avec une intrusion saline. Dans ce modèle, 3 puits suivaient les concentrations en sel et les charges hydrauliques. Ces puits ont été assimilés avec la nouvelle méthode d’assimilation d’ensemble pour mettre à jour 68940 valeurs de perméabilités. Le résultat était une réduction moyenne de la RMSE de 42% pour les charges hydrauliques et de 63% pour les concentrations en sel entre les modèles de l’ensemble initial et final. La méthode a ensuite été testée sur un cas réel plus complexe, avec 1094771 éléments et 24 puits d’observation de charges hydrauliques. Dans ce cas, l’amélioration moyenne de la RMSE avec cette nouvelle méthode d’assimilation était d’environ 18%. Sans la nouvelle méthode développée dans ce doctorat, les ensembles de modèles divergeaient à la première itération de l’assimilation, avec une RMSE moyenne doublant ou triplant. Pour conclure, il est possible d’appliquer les méthodes d’ensemble smoother à des problématiques complexes hydrogéologiques à condition d’utiliser un schéma d’analyse locale et des assimilations puits par puits.

The objective of this PhD was to develop a numerical method to calibrate hydrogeological flow models from transient observations. Ensemble methods were chosen for this task which are based on a set of equiprobable models predicting physical parameters. The parameters are updated by studying the covariance of these parameters in the ensemble models and the simulated results from each model. The ensemble smoother developed in this work is based on a new assimilation scheme. Each well is assimilated individually, for each type of observed data. Moreover, a local analysis is defined around each of these wells to update the state parameters of the numerical models. This method has been tested on a synthetic model representing a coastal aquifer with saline intrusion. In this model, 3 wells followed salt concentrations and hydraulic heads. These wells were assimilated with the new ensemble assimilation method to update 68940 permeability values. The result was an average reduction in the RMSE error of 42% for hydraulic heads and 63% for salt concentrations between the initial and final ensemble. The method was then tested on a more complex real case, with 1094771 elements and 24 observation wells. The wells only tracked the hydraulic heads. In this case, the average improvement of the RMSE with this new assimilation method was about 18%. Without the newly developed method in this PhD, models diverged at the first iteration of the assimilation, with an average RMSE doubling or tripling. In conclusion, it is possible to apply ensemble smoother methods to complex hydrogeological problems with a local analysis scheme and well-by-well assimilations.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Gloaguen, Erwan
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Claprood, Maxime
Mots-clés libres:	ensemble smoother; assimilation; analyse locale; localisation; hydrogéologie; modèles; incertitudes; local analysis; hydrogeology; model; uncertainty
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	30 mars 2023 19:30
Dernière modification:	22 juin 2023 04:00
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13259

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