Modélisation hydro-géochimique du bassin supérieur de la Moselle

par Mathieu Bureau

Thèse de doctorat en Géosciences

Sous la direction de Jean Carignan et de Louis François.

Soutenue le 30-03-2010

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , dans le cadre de RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement , en partenariat avec Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (Vandoeuvre-lès-Nancy, Meurthe-et-Moselle) (laboratoire) .

Le président du jury était Laurie Reisberg.

Le jury était composé de Jean Carignan, Louis François, Laurie Reisberg, Jérôme Gaillardet, Yves Godderis, Daniel Viville.

Les rapporteurs étaient Jérôme Gaillardet, Yves Godderis.


  • Résumé

    Ce travail explore la possibilité de passer d'un couple de modèles développés pour de petits bassin versant, à un modèle capable de simuler un bassin de plus grande superficie (« upscaling »). Il étudie en parallèle l'adaptation du couple de modèles ASPECTS / WiTCh à deux petits bassins versants à la géologie contrastée et le comportement hydrochimique du bassin supérieur de la Moselle. Le premier volet de ce travail est l'étude du couple de modèle ASPECTS / WiTCh et des adaptations à y faire pour pouvoir l'utiliser sur des sites contrastés des Vosges. Le premier site est situé sur les grès, le deuxième sur la partie granitique du massif. Le modèle s'est révélé capable de reproduire les débits journaliers ainsi que les concentrations moyennes observées dans les ruisseaux sur les deux sites, sauf pour quelques éléments sur granite. On a pu montrer que les variations saisonnières d'acidité de la rivière étaient très dépendantes du cycle de l'azote dans le modèle. Le second volet est l'étude des variations saisonnières de la composition chimique et isotopique de l'eau de la Moselle à un pas de temps de 2 semaines. Les valeurs enregistrées le long de la rivière confirment qu'il s'agit d'un mélange entre deux pôles chimiques et montrent que ses variations saisonnières sont principalement liées au débit. On pourrait modéliser le bassin par un modèle à deux couches, l'une profonde correspondant à l'étiage, l'autre superficielle correspondant aux crues. Les analyses isotopiques permettent de préciser les contributions relatives de ces deux couches lors de la fonte des neiges, mais nécessiteraient des mesures très précises de l'eau de pluie pour être utilisées lors des crues

  • Titre traduit

    Hydro-geochemical modeling of the upper Moselle river basin


  • Résumé

    This work investigates the possibility of using a pair of numerical models scaled for small watersheds to model greater scale basins (upscaling). It deals with two complementary approaches: the adaptation of the ASPECTS / WiTCh model pair to two small watersheds displaying contrasted geology and the study of the global behavior of the upper Moselle river basin. The first part of this project is the study of the ASPECTS / WiTCh model pair behavior and the adaptations it needs to produce satisfying results for two contrasted watershed in the Vosges mountains. The first site is located on the sandstones part of the mountain while the other one is on the granitic part. The model proved capable of predicting the daily water flows as well as the average annual concentrations measured in the streams on both sites but for a few elements on the granitic one. Seasonal variation in stream water acidity has been shown to be heavily contingent on the nitrogen cycle model. The second part of this project studies seasonal variations in the chemical and isotopic composition in the Moselle river on a two-week basis. Samples collected along the river confirm that the water composition is the product of two chemical poles mixing in and indicate that seasonal variations are mainly due to changes in the water flow. The basin could be represented by a two-layer model, the lower one for the low water periods, the upper one for the floods. Isotopic analysis let us characterize the relative contribution of these two layers during snow-melt but more precise rainwater data are needed for these samples to be used with flood analysis


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