Modélisation de l'écoulement d'eau et du transport de masse en milieux poreux fracturés : application à l'intrusion saline et aux milieux non saturés

Modeling water flow and mass transport in fractured porous media : application to seawater intrusion and unsaturated zone

• Auteur / Autrice : Behshad Koohbor
• Direction : Marwan Fahs, Benjamin Belfort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre, de l'Univers et de l'environnement
• Date : Soutenance le 17/09/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'hydrologie et de géochimie de Strasbourg (1997-2020)
• Jury : Président / Présidente : Renaud Toussaint
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Rosier, Inga Berre, Gualbert Oude Essink
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Nœtinger, Thomas Graf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau salée -- Empiètement

Liban

Effets du réchauffement de la Terre

Eaux souterraines

Modèles mathématiques

Eaux souterraines -- Écoulement

Mots clés libres

Modélisation numérique

Intrusion saline

Milieux poreux fracturés

Solution semi-analytique

Modèle de substitution

Écoulement variablement saturé

Numerical modeling

Seawater intrusion

Fractured porous media

Semi-analytical solution

Surrogate modeling

Variably saturated flow

Résumé

Ce mémoire de thèse traite de la modélisation des écoulements et du transport dans les milieux poreux fracturés, avec deux applications : l'intrusion saline dans les aquifères côtiers et l'écoulement dans la zone non saturée fracturée. Les principaux objectifs sont d'améliorer l'efficacité et la précision des modèles numériques afin de renforcer leur capacité à traiter des situations réelles de terrain. Une partie importante est consacrée au développement de solutions semi-analytiques pour l'intrusion d'eau de mer avec le modèle d'écoulement densitaire. Ces solutions sont utiles à des fins d'analyse comparative et de compréhension des processus physiques. Une technique robuste d’analyse de sensibilité avec un modèle de substitution est également développée pour étudier les incertitudes liées aux fractures sur l'intrusion saline. Une autre partie du mémoire décrit un schéma numérique efficace élaboré pour la simulation des écoulements variablement saturés dans les domaines fracturés. Ce nouveau schéma est utilisé pour étudier l'effet du changement climatique sur les ressources en eau souterraine dans un système fracturé au Liban.

This work addresses the numerical modeling of flow and mass transport in fractured porous media with a focus on two applications: seawater intrusion in coastal aquifers and flow in the fractured vadose zone. The main objectives of this work are to improve the efficiency and accuracy of numerical models to enhance their capacity in dealing with real-world studies. A significant part is dedicated to the development of semi-analytical solutions for seawater intrusion with the variable density flow model. These solutions are useful for benchmarking purposes and understanding the physical processes. An appropriate and robust technique based on surrogate modeling is also developed to investigate the uncertainties related to fractures on seawater intrusion. An efficient numerical scheme is developed for the simulation of variably saturated flow in fractured domains. The new developed scheme is used to investigate the effect of climate change on groundwater resources in a karst aquifer/spring system in Lebanon.