Etude des mécanismes hydrologiques du transport de solutés dans les aquifères superficiels des bassins versants sur socle

par Matthieu Rouxel

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement

Sous la direction de Jérôme Molenat.

Soutenue en 2010

à Rennes, AGROCAMPUS-OUEST .


  • Résumé

    Dans les bassins versants reposant sur un socle géologique peu perméable et peu profond, les nappes superficielles jouent un rôle prépondérant non seulement dans la genèse des débits mais également dans le transfert des solutés. Ces nappes, caractérisées par de fortes variations saisonnières des niveaux piézométriques, se développent dans un matériau aquifère constitué de roche très altérée et de matériaux non consolidés dont les propriétés hydrodynamiques restent peu étudiées. La connaissance du fonctionnement hydrologique et hydrochimique de ces systèmes, des voies de transfert des solutés et leur temps de résidence dans le milieu, est essentielle dans un contexte où la recherche est de plus en plus sollicitée pour évaluer les effets de changements de pratiques agricoles sur les pollutions diffuses. Le travail présenté ici vise à comprendre les processus de transfert de solutés et de dénitrification dans les aquifères superficiels à partir de l’étude d’un aquifère d'un bassin versant élémentaire de l’ouest de la France. Les données acquises sur le terrain ont mis en évidence une relation entre le cycle hydrologique et les variations intra-annuelles de la composition chimique. Cette relation nous permet de proposer un modèle conceptuel synthétisant les mécanismes mis en jeu dans le transfert d’un soluté conservatif dans la nappe. Une étude de la variabilité spatiale et temporelle de la composition isotopique de l’azote et de l’oxygène du nitrate n’a pas révélé la présence d’une dénitrification apparente dans l’aquifère. La principale conclusion de ce travail est que les nappes superficielles présentent une variabilité spatiale et temporelle importante, résultant de processus de mélange à partir de compartiments dont la contribution varie saisonnièrement.


  • Résumé

    In catchments underlaid by shallow hard rock, shallow groundwater plays a major role on discharge control and on solute transport. This groundwater, characterized by large seasonal variations of the water table level, develops in an aquifer mainly constituted by weathered rock and unconsolidated materials whose hydrodynamic properties remain little studied. Understanding the hydrological and hydrochemical functioning of these systems and the processes determining the solute pathways and their residence time is essential in the context where scientific research is more and more urged to assess the effect of changes in agriculture practices on diffuse pollutions. The work presented here is focused on the understanding of solute transport processes and denitrification in shallow aquifers from the analysis and the modelling of a shallow aquifer of a headwater catchment in West of France. The field monitoring highlighted the link between the hydrological dynamics and the seasonal variations of the chemical composition of the groundwater, allowing proposing a conceptual model synthesizing the processes governing the transport of a conservative solute in the groundwater. The available data on spatial and temporal variations of the isotopic composition of nitrate nitrogen and oxygen did not reveal any apparent denitrification process in the aquifer. The main outcome of this work is that shallow groundwater exhibits large spatial and temporal variations of its chemical composition, resulting from mixing processes of storage compartments which contribution varies seasonally. During winter, fast groundwater recharge through preferential pathways plays an important role on the chemical composition variations in the upper part of the groundwater, a process that most current models are not accounting for.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (183 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. (161-173 p.)

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  • Bibliothèque : AGROCAMPUS OUEST. Bibliothèque Générale de Rennes.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : D 60
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