Caractérisation des écoulements souterrains en milieu fissuré par approche couplée hydrologie-géochimie-hydrodynamisme : application au massif de l'Ursuya (Pays Basque, France)

par Jessy Jaunat

Thèse de doctorat en Science et Technologie (Terre, Eau, Image)

Sous la direction de Philippe Le Coustumer.

Soutenue le 07-12-2012

à Bordeaux 3 , dans le cadre de École doctorale Montaigne-Humanités (Pessac, Gironde) , en partenariat avec Géoressources et Environnement (Pessac) (laboratoire) .

Le président du jury était René Therrien.

Le jury était composé de Philippe Le Coustumer, Zbynek Krkal, Patrick Lachassagne, Alain Dupuy, Frédéric Huneau.

Les rapporteurs étaient Zbynek Krkal, Patrick Lachassagne.


  • Résumé

    Les aquifères fracturés sont un enjeu majeur de l’hydrogéologie actuelle. Ils constituent une ressource essentielle pour de nombreuses populations. Le massif de l’Ursuya (France, 64), en est une illustration. Constitué de formations métamorphiques fracturées, il est intensément exploité pour l’alimentation en eau potable. Une approche multidisciplinaire a permis la compréhension du fonctionnement de ce système. Les résultats obtenus constituent une avancée dans la connaissance des aquifères discontinus et offrent des pistes pour une gestion raisonnée de cette ressource.Le signal d’entrée est caractérisé dans sa composante quantitative et qualitative. Le suivi des paramètres climatiques permet d’estimer la lame d’eau participant à la recharge de l’aquifère. La caractérisation isotopique de l’eau précipitée met ensuite en évidence une origine majoritairement atlantique des masses d’air, responsables des précipitations sur le nord-ouest du Pays Basque. Des circulations atmosphériques sur la péninsule Ibérique, l’Europe du Nord et la région méditerranéenne sont cependant responsables de certains événements pluvieux. La composition chimique de l’eau de pluie, résultant de ces origines, est caractérisée par une faible acidité et par des concentrations en éléments anthropiques parfois élevées.L’hydrochimie des eaux souterraines est étudiée conjointement avec des données de temps de séjour acquises par l’interprétation des concentrations en 3H, CFC et SF6. Les caractéristiques physico-chimiques, les temps de séjours mesurés (moins de 10 ans à plus de 50 ans) et les phénomènes de mélanges associés permettent de proposer un modèle conceptuel des écoulements souterrains. Celui-ci met en exergue le rôle prépondérant du profil d’altération développé dans les milieux cristallins (de la surface vers la profondeur : altérites, roche fissurée et roche saine), du point de vue de la minéralisation de l’eau comme de celui des modalités d’écoulement.Une approche quantitative est finalement proposée. Du point de vue hydrodynamique, l’hétérogénéité spatiale est importante (10–4 m s–1 < K < 10–8 m s–1). Les altérites offrent une capacité de stockage et de régulation de la recharge. Un modèle numérique synthétise et valide ces résultats. Les simulations montrent de fortes interactions entre les réseaux d’écoulements superficiel et souterrain et de faibles impacts de l’exploitation actuelle sur les flux d’eau souterraine. Les évolutions climatiques ne modifieront pas significativement les écoulements durant les prochaines décennies. Une diminution des débits des sources et des cours d’eau est toutefois probable. Ce modèle numérique et l’ensemble des résultats obtenus serviront de base pour une gestion raisonnée de la ressource en eau de l’aquifère de l’Ursuya.

  • Titre traduit

    Characterization of groundwater flow in fractured aquifers by coupled hydrology-geochemical-hydrodynamics approaches. Application on the Ursuya massif(Basque Country, France) : application on the Ursuya massif (Basque Country, France)


  • Résumé

    Hard-rock aquifers are one of the major challenges for the current hydrogeology. These fractured formations are intensively exploited for drinking water supply becoming an essential resource for many people. The metamorphic massif of Ursuya (France, 64) is one of this strategic aquifer. A multidisciplinary approach has led to understand the functioning of this system. The results help to progress in the knowledge of discontinuous media and they provide supports for a rational management of this resource.The input signal is characterized by both quantitative and qualitative methods. Monitoring of climate parameters is used to estimate the amount of aquifer recharge. Isotopic characterization of rainwater highlights the principal Atlantic origin of air masses which are responsible of precipitation on the north-western Basque Country. Some rainfall events are also due to atmospheric circulation over the Iberian Peninsula, the Northern Europe and the Mediterranean region. The chemical composition of rainwater, resulting from these origins, is characterized by a low acidity and sometimes by high concentrations of anthropogenic elements.The hydrochemistry of groundwater is studied in conjunction with residence time data. These are acquired by the interpretation of 3H, CFCs and SF6 concentrations. The chemical characteristics, the measured residence times (less than 10 years to over than 50 years) and the associated mixing processes allow the achievement of a conceptual model of groundwater flow. It points out the role of the weathering profile (from the surface to the depth : weathered layer, fractured rock and fresh bedrock) from the point of view of the mineralization as well as the flowpaths.A quantitative approach is finally proposed. Boreholes studies show highly heterogeneous hydrodynamic properties (10-4 m s-1 < K <10-8 m s-1). Weathered materials provide a storage capacity and a smoothing of the recharge variations, these results are synthesized and validated by a numerical model. The simulations show strong interactions between the surface flow network and the water table. It also highlights the low impact of the current groundwater exploitation on the aquifer and that climate change will not significantly modify the groundwater flows in the coming decades. Nevertheless, a decrease of the springs and streams flow is probable. This numerical model and all these results constitute the basis for a rational management of water resources from the Ursuya aquifer.


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