Analyse des signaux piezométriques et modélisation pour l'évaluation quantitative et la caractérisation des échanges hydrauliques entre aquifères alluviaux et rivières - Application au Rhône.

Piezometric head signals analysis and modelling for characterisation and quantitative assessment of water exchange between alluvial aquifers and rivers -Application to the Rhône

• Auteur / Autrice : Eric Lalot
• Direction : Didier Graillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie de l'Environnement
• Date : Soutenance le 27/01/2014
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Jury : Président / Présidente : Véronique Merrien-Soukatchoff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Graillot, Véronique Merrien-Soukatchoff, Moumtaz Razack, Sylvie Barraud, Frédéric Paran, Mireille Batton-Hubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Moumtaz Razack, Sylvie Barraud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Le Péage-de-Roussillon (Isère)

Rhône (cours d'eau)

Interaction cours d'eau-aquifère

Traitement du signal

Modèles mathématiques

Mots clés libres

Signaux piézométriques

Eaux de surface

Eaux souterraines

River ground-water interactions

Signal analysis

Numerical modelling

Rhône river

Peage-de-Roussillon

Résumé

Pour une meilleure gestion de l’eau, la Directive Cadre sur l’Eau requiert la prise en compte des relations entre les masses d’eau superficielles et souterraines. Dans ce cadre, la dynamique des échanges entre eaux de surface et eaux souterraines est étudiée, pour un aquifère alluvial du Rhône. Deux approches sont utilisées: une analyse des séries temporelles de niveaux de nappes et de rivières, à l’aide de techniques de traitement du signal, et des modèles d’écoulements numériques, déterministes, à base physique. Ces techniques sont mises en œuvre sur un secteur (Péage-de-Roussillon) à forts enjeux socio-économiques pour l’usage de la ressource en eau. Les résultats sont analysés du point de vue de leurs complémentarités.Une analyse en composantes principales, à partir des signaux piézométriques, a montré que les fluctuations de niveaux du Rhône expliquent la majeure partie des variations de niveau de la nappe. Les analyses corrélatoires et spectrales, ont permis de caractériser la relation existant entre les niveaux du Rhône et de la nappe. Des comportements particuliers de l’hydrosystème ont été identifiés : colmatage du fond des cours d’eau, écoulements transverses aux cours d’eau,…. Ces comportements ont ensuite pu être étudiés, plus en détail, à l’aide d’un modèle hydrodynamique de la nappe qui intègre un module de calcul des écoulements surfaciques. Le modèle permet également de quantifier les flux échangés entre la nappe et le cours d’eau.

For better water management, the Water Framework Directive requires to take into account the relationships between surface water and groundwater bodies.In this frame, the exchanges dynamic between surface water and groundwater is studied, for a Rhône alluvial aquifer. Two sets of tools are employed: a time series analysis of groundwater and rivers levels, using signal processing techniques, and numerical flow models, deterministic and physically based. These techniques are implemented on an area (Péage-de-Roussillon) with high socio-economic stakes regarding water resources. The complementarities among the results are analysed.A principal component analysis, based on piezometric head signals, showed that the fluctuations of the Rhône water level explain most of the groundwater variations. Correlative and spectral analysis were used to characterise the relationship between the Rhône and the groundwater level. Specific behaviours of the hydrosystem were identified: clogging of river beds, transversal flows below river beds,… These behaviours were then studied, in details, using a hydrodynamic model of the aquifer, which incorporates a surface runoff calculation module. The model also allows quantifying the exchange rates between rivers and groundwater.