Étude de la vulnérabilité et de la réactivité des hydrosystèmes alluviaux face aux changements globaux. Exemple de la rivière Allier et de sa nappe alluviale.

Study of the vulnerability and reactivity of alluvial hydrosystems to global change. Example of the Allier River and its alluvial aquifer.

• Auteur / Autrice : Jordan Labbe
• Direction : Hélène Celle-Jeanton, Gilles Mailhot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre solide : géodynamique des enveloppes supérieures, paléobiosphère
• Date : Soutenance le 20/10/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Alain Dupuy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julie Albaric, Jean-Charles Beugnot, Jessy Jaunat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Dupuy, Frédéric Huneau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gestion des ressources en eau -- Aspect environnemental

Effets des changements climatiques

Cours d'eau -- France -- Allier (France)

Hydrosystèmes

Mots clés libres

Hydrosystème alluvial

Modèle pluie-Débit

Modélisation numérique

Changements globaux

Alluvial hydrosystem

Rainfall-Runoff model

Numerical modelling

Global change

Résumé

Les hydrosystèmes alluviaux constituent une ressource en eau dont l'exploitation est privilégiée pour subvenir aux besoins pour l'irrigation, les industries et l'approvisionnement en eau potable. En effet, ces systèmes aquifères sont peu profonds, perméables et donc facilement exploitables. Ce sont ces mêmes caractéristiques qui en font des ressources en eau sous tensions face au changement global. Ainsi, au niveau du bassin versant de la rivière Allier (14 300 km²), les précipitations, débits et niveaux de la nappe alluviale sont en baisse et les prélèvements par usages sont en hausse (Labbe et al., 2023). La rivière Allier subit des étiages de plus en plus intenses et récurrents. Les conséquences de cette diminution du débit pendant de longues périodes sur l'hydrosystème Allier et plus particulièrement sur la nappe alluviale, ne sont pas connues et interrogent les gestionnaires de la ressource en eau. Un modèle de type pluie-débit sous GARDENIA permet de tester différents scenarii climatiques. On montre ainsi que, à l'horizon 2030-2070, les débits de la rivière et les niveaux de nappe diminuent. A une échelle plus fine, une modélisation numérique sous MODFLOW montre que si le champ captant du Val d'Allier, utilisé pour l'alimentation en eau potable de la ville de Clermont-Ferrand, reste susceptible de satisfaire les besoins en eau, les rabattements indiquent une potentielle tension sur la ressource qu'il conviendra de prendre en compte dans sa gestion future. Ce phénomène est amplifié si l'incision de l'Allier dans on lit se poursuit. A l'échelle des alluvions, nous montrons par différentes méthodes (hydrodynamique, géophysique, descriptive et des mesures distribuées de température) leur hétérogénéité qui impacte directement les flux souterrains et donc les propriétés de transport du milieu. Notre approche intégrée à différentes échelles, au travers de l'exemple de l'hydrosystème Allier, permet de mieux appréhender la complexité du milieu alluvial et de donner des pistes de réflexion quant à sa gestion actuelle et future.

Alluvial hydrosystems constitute a water resource that is preferably exploited to meet the needs of irrigation, industry, and drinking water supply. These aquifer systems are shallow, permeable, and therefore easy to exploit. It is these very characteristics that put them under pressure in the face of global change. For example, in the Allier River Watershed (14,300 km²), rainfall, river flow rates, and alluvial groundwater levels are decreasing and abstractions by different uses are increasing (Labbe et al., 2023). The Allier River is experiencing increasingly intense and recurrent low-water periods. The consequences of this reduction in flow over long periods on the Allier Hydrosystem, and more particularly on the alluvial aquifer, are not known and are of concern to water resource managers. A rainfall-runoff model with GARDENIA can be used to test different climatic scenarios. The results show that, by 2030-2070, river flow rates and groundwater levels will be declining. On a smaller scale, numerical modeling using MODFLOW shows that while the Val d'Allier well-field, used to supply drinking water to the municipality of Clermont-Ferrand, is still likely to meet the water requirements, the drawdowns indicate a potential strain on the resource that will need to be considered in its future management. This phenomenon is amplified if the Allier River continues to incise in its own riverbed. At the alluvium scale, we use various methods (hydrodynamic, geophysical, descriptive, and distributed temperature measurements) to demonstrate their heterogeneity, which has a direct impact on groundwater fluxes and therefore on the transport properties of this medium. Our integrated approach at different scales, using the Allier Hydrosystem as an example, provides a better understanding of the alluvial environment complexity and offers insights into its current and future management.