Couplage d'approches conceptuelles, systémiques et distribuées pour l'interprétation de traçages artificiels en domaine karstique : implications pour la détermination de la strucure interne des aquifères karstiques

Coupling of conceptual, systemic and distributed approaches for the interpretation of artificial tracings in the karst field : implications for determining the internal structure of karst aquifers

• Auteur / Autrice : Vianney Sivelle
• Direction : David Labat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et des planètes solides
• Date : Soutenance le 08/10/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Environnement Toulouse (2011-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogéologie

Aquifères karstiques

Mots clés libres

Aquifères karstiques

Hydrologie

Hydrogéologie

Géophysique appliquée

Traçages artificiels

Fonction de transfert

Karst aquifers

Hydrology

Hydrogeology

Applied geophysics

Artificial tracer tests

Transfer function

Résumé

L'objectif principal de ces travaux de thèse consiste à améliorer la compréhension de la structure interne des aquifères karstiques en s'appuyant sur l'interprétation de traçages artificiels. Pour répondre à cet objectif, cette thèse s'appuie sur les bassins versants karstiques du Baget et d'Aliou (Ariège, France) ainsi que d'autres hydrosystèmes karstiques (les systèmes de Norville, du Val de Loire et de Foubanne) inclus dans le Service National d'Observation des Karsts (SNO Karst, INSU-CNRS) et sur la base de données BD traçage du BRGM incluant notamment le système karstique de l'Ouysse. L'approche globale retenue pour ces travaux de thèse consiste à coupler les résultats de différentes approches. [1] La modélisation conceptuelle à réservoirs avec l'outil dédié KarstMod permet de partitionner les écoulements à l'échelle du bassin versant et d'appréhender la dynamique des échanges entre la matrice et les conduits, à court et long terme. On estime que la contribution annuelle de la matrice au débit à l'exutoire est d'environ 3% et qu'elle peut augmenter jusqu'à 25% en période de faible précipitation. [2] Une approche systémique de type ''fonction de transfert'' a été développée et appliquée à divers hydrosystèmes (dont les systèmes de Norville, de l'Ouysse, du Val de Loire et de Foubanne). Cette approche consiste à étudier la dynamique du transport de masse en soluté en interprétant des données de traçages artificiels et permet de partitionner les écoulements en estimant les temps de résidence des différentes composantes qui contribuent en transfert de solutés entre les points d'injection et de restitution. [3] Une approche distribuée intégrant un couplage de données géophysiques et de simulations pseudo-génétique permet de simuler des réseaux de drainage. Les écoulements et le transport de masse en soluté associé sont ensuite simulés et confrontés à des données de terrain. Cela constitue une approche originale pour déduire la structuration des écoulements souterrains à partir des données de traçages artificiels.

The main objective of these thesis is to improve the understanding of the internal structure of karstic aquifers by relying on the interpretation of artificial tracer tests. To meet these objectives, this thesis is based on the karst watersheds of Baget and Aliou (Ariège, France) as well as other karst hydrosystems (the Norville, Val de Loire and Foubanne systems) included in the National Karts Observation Service (SNO Karst, INSU-CNRS) and the tracing database of the BRGM including the Ouysse karst system. The overall approach adopted for this thesis is to couple the results of different approaches. [1] Conceptual reservoirs modeling with the dedicated KarstMod model allows the partitioning of flows at the scale of the watershed and to understand the dynamics of the exchanges between the matrix and the conduits, in the short and long term. It is estimated that the annual contribution of the matrix to the total outflow is about 3% and can increase up to 25% during periods of low precipitation. [2] A systemic approach of the ''transfer function'' type has been developed and applied to various hydrosystems (the Norville, Ouysse, Val de Loire and Foubanne systems). This approach consists of studying the dynamics of solute mass transport by interpreting artificial tracer tests data and partitioning the flows by estimating the residence times of the different components that contribute to solute transfer between the injection and recovery points. [3] A distributed approach integrating a coupling of geophysical data and pseudo-genetic simulations makes it possible to simulate drainage networks. The associated solute flows and mass transport are then simulated and compared with field data. This is an approach to deduce the structuring of underground flows from the data of artificial tracer tests.