Long-term simulations of thermal and hydraulic characteristics in a mountain massif: The Mont Blanc case study, French and Italian Alps

Abstract

 The use of hydrothermal simulation models to improve the prediction of water inflows in underground works during drilling is tested in the Mont Blanc tunnel, French and Italian Alps. The negative thermal anomaly that was observed during the drilling of this tunnel in 1960 is reproduced by long-term, transient hydrothermal simulations. Sensitivity analysis shows the great inertia of thermal phenomena at the massif scale. At the time of tunnel drilling, the massif had not reached thermal equilibrium. Therefore, a set of simulation scenarios, beginning at the end of the last glacial period, was designed to explain the anomaly encountered in the tunnel in 1960. The continuous cooling of alpine massifs due to infiltration of waters from the surface has occurred for 12,000 years and is expected to continue for about 100,000 years. Comparisons of water-discharge rates simulated in the tunnel with those observed indicate that this hydrothermal method is a useful tool for predicting water inflows in underground works.

Résumé

Des modèles de simulations numériques hydrothermales ont été testés dans le tunnel du Mont Blanc (Alpes françaises et italiennes) pour tenter de prévoir les venues d'eau en cours de percement. L'anomalie thermique négative observée au cours du creusement du tunnel en 1960 est reproduite par des simulations hydrothermales à long terme en régime transitoire. L'analyse de sensibilité montre la forte inertie des phénomènes thermaux à l'échelle du massif. C'est pourquoi un ensemble de scénarios de simulation débutant à la fin de la dernière glaciation a été mis au point pour expliquer l'anomalie observée dans le tunnel en 1960. Le refroidissement continu des massifs alpins par l'infiltration d'eaux depuis la surface se produit depuis 12 000 ans et devrait continuer pendant environ 100 000 ans. La comparaison entre les débits simulés et ceux observés dans le tunnel indique que cette méthode hydrothermale constitue un outil très util pour prédire les venues d'eau dans les ouvrages souterrains.

Resumen

El objetivo era comprobar la utilidad de los modelos de simulación hidrotermal para evaluar la infiltración de agua durante la perforación del túnel de Mont-Blanc (Alpes franceses e italianos) realizada en 1960. La anomalía térmica observada durante la perforación del túnel puede reproducirse mediante una simulación hidrotermal transitoria que tiene en cuenta que en esa época el macizo no había alcanzado todavía un equilibrio termal. Un análisis de sensibilidad muestra la gran inercia del fenómeno hidrotermal a escala del macizo. Para intentar explicar esta anomalía térmica se simularon una serie de escenarios que se extendían hasta el último periodo glacial. El enfriamiento continuo de los macizos alpinos por infiltración de aguas superficiales ha tenido lugar durante los últimos 12 000 años y se espera que continúe durante los próximos 100 000 años. La comparación de las descargas simuladas mediante el modelo hidrotermal con las observadas en el túnel indican que este método es adecuado para predecir la entrada de agua en obras subterráneas.