Thèse - HydroSciences Montpellier

Comité d’évaluation AERES – 22 janvier 2014
Bilan sur la période janvier 2008 – juin 2013
AXE 2 : Karsts et Milieux Hétérogènes :
Hydrogéologie, Hydraulique et Transfert
Coordonné par H. Jourde & V. Leonardi
Composé de
- personnels permanents :
9 +4 EC/C dont 6 très fortement impliqué(e)s dans la
formation (responsables de mention, spécialité, ou
parcours de Licence et Master, responsable des études
de formations d’Ingénieurs)
- personnels non permanents :
10 doctorants
THEMATIQUES
3-Caractérisation couplée
(hydrodynamique/hydrochimie) des transferts
M Karstique
M. Fissuré
2-Structure et
hydrodynamique
Karstogenèse
Poreux
hétérogènes
1-Hydraulique des milieux hétérogènes
4-Interactions
surface-souterrain
Ressource en Eau
Hydraulique urbaine: modélisation multi-échelles
T1
Hydraulique des milieux
hétérogènes
Simulation des crues urbaines
Détail hydraulique pertinent: 10-1 m à 1 m
Taille du quartier: 102 m
Taille de l’agglomération: 103 m à 104 m
106 à 1010 mailles en 2D ! (exclu en pratique)
Modèle Saint Venant 2D à porosités multiples
Upscaling par prise de moyenne
Equations de Saint Venant anisotropes
Accélération des calculs: entre 102 et 103
1
0.5
0
Un des thèmes principaux de l’équipe INRIA Lemon (2014)
-0.5
-1
-2
-1
0
1
2
1
Onde de crue sur une zone
urbaine idéalisée: modèle
fin et modèle à porosité
multiple
Thèses: P. Finaud-Guyot (2010)
0.5
0
Collaborations : IMFS
(Strasbourg), LJAD (Nice)
-0.5
-1
-2
-1
0
1
2
T1
Sensibilité et calage des modèles
Hydraulique des milieux
hétérogènes
Problématique
Modèles réservoirs de bassins karstiques
Estimation du biais de calage induit par la
méconnaissance des conditions initiales
Modèle tangent (équations en sensibilité)
Modèle à hystérésis
(Tritz & al. 2011)
Modèle Vensim
(Fleury & al. 2009)
Les fonctions de transfert à seuil induisent des
biais d’initialisation plus importants que les
fonctions de transfert classiques
Le biais d’initialisation peut rester « inactif »
pendant plusieurs cycles hydrologiques avant
d’être « réactivé »
Thèse: N. Mazzilli (2011)
T2
Structuration verticale des horizons aquifères
Structure et
hydrodynamique
Région de Dimbokro-Bongouanou (Côte d’Ivoire)
Granites
Métasédiments
Volcanites Volcanites
Métasédiments
Granites
Thèse: M. Koita (2010)
T2
Caractérisation hydrodynamique multi-échelle
Hétérogénéité du champ de perméabilité
Appréciation du rayon d’investigation de différentes
méthodes d’acquisition de la perméabilité
Modélisation de tests MDT : quantification de la
perméabilité locale
Thèse: M. Noirot (2011)
Structure et
hydrodynamique
T2
Cartographie des drains karstiques
Structure et
hydrodynamique
Sonde autonome semi-flottante
"karst voyager"
Foux de Lauret
(Hérault)
Financement: Conseil Scientifique UM2 - 125 k€
Dérive
capteurs
Départ/arrivée
 BREVET FR 11/61985 et Extension en cours
 Création Société EXTALIA : commercialisation de sondes pour les diagnostics des conduites AEP
Thèse: V. Hakoun(2013)
T3 Traçage naturel des écoulements
Caractérisation des
transferts
Processus de recharge
Structure et fonctionnement
Q (l/s)
7Li
‰
Origine de l’eau et caractérisation des différents
compartiments/aquifères
Ex: traçage multi-isotopique
Infiltration, épikarst, zone non saturée
Ex: Fluorescence naturelle
87Sr/86Sr
Temps
Relation surface-souterrain, vulnérabilité
Dynamique des écoulements
Temps de séjour et température de recharge
Ex: Gaz dissous (nobles et CFC/SF6)
Caractérisation hydrochimique de la variabilité spatio-temporelle des flux
Modèle conceptuel de fonctionnement de l’hydrosystème
Caractérisation des
transferts
T3 Propriétés hydrochimiques et origine des flux
Karst du Lez
Observatoire Multi Echelle de la Dynamique des Crues et
de l’hYdrodynamique Souterraine en milieu karStique
High waters
Dropping waters
Low waters
Piston-flow waters
Dilution waters
Différents types d’eau identifiées à l’exutoire
selon le contexte hydrogéologique
Infiltration rapide (COT, Coliformes,
fluorescence naturelle, pesticides, résidus
médicamenteux, organostanniques)
Eaux anciennes (Cl, Mg…, plus minéralisée)
T3 Modèle conceptuel de fonctionnement – Lez GMU
Caractérisation des
transferts
Rainfall
Zone Tampon
Caractérisation des
transferts
T3 Outil d’aide à la décision pour l’optimisation des
périmètres de protection des captages
Injection du polluant
 Outil logiciel tenant compte de la
vulnérabilité du captage, des pressions
polluantes et des aspects socio-économiques
 Infiltration et
répartition du polluant
en surface en fonction
des propriétés du sol et
du sous-sol
 Transfert vertical
dans la zone nonsaturée
 Logiciel déposé APP
Perte
 Transfert
horizontal dans
la zone saturée
Projet réalisé avec le concours de la
Région Languedoc-Roussillon,
d’Oseo et de Fonds Feder
Captage



DTS
T4
Caractérisation des relations karst/rivière
Interaction surface/souterain
Ressource en eau
Objectifs :
•
Simuler et anticiper les crues en interaction avec l’aquifère (karst)
•
Estimer les réserves et la dynamique de la recharge
Méthode :
•
Caractérisation pluridisciplinaire et analyse des proxies
Piézomètre
[1]
Cavité karstique [2]
[3]
W (Piézomètre) : proxy de l’état hydrique du karst et de
l’activation du réseau de drainage supérieur
C (Cavité karstique) : proxy des interactions rivière/aquifère
T4
Développement de modèles spécifiques
Modélisation hydrologique semi-distribuée:
1) Simulation des débits en entrée/sortie du karst
2) Outil pour quantifier les interaction
Interaction surface/souterain
Ressource en eau
T4
APproche IntERdisciplinaire pour l’estimation de la Ressource
en EAU Karstique (APERREAUK)
Interaction surface/souterain
Ressource en Eau
GEOLOGIE
Structure
Réservoirs
SCHEMA DE
FONCTIONNEMENT
Limites hydrogéologiques
MODELISATION
ADAPTEE
´
Sources
temporaires
Pertes totales
GEOMORPHOLOGIE
S
Réseau hydrographique
Réseau souterrain
Sources pérennes
Mirepeisset
HU
0,1
HU
0,9
HU
R1
Liens surface/souterrain
0
4
8
Kilomètres
R2
HYDROGEOLOGIE
Hydrodynamique
Hydrochimie
Fonctionnement de
l’hydrosystème
Application à l’aquifère de Cesse-Pouzols
Estimation des capacités de prélèvement
Thèse: A. Nou (2013)
Q
T4
Simulation pluie/débit des sources par RNF
Interaction surface/souterain
Ressource en Eau
Modèles statistiques non linéaires
(entrées et paramètres multiples)
Measured discharge
Calculated discharge
 Méthode KnoX (Knowledge eXtraction) pour
estimer les contributions et temps de réponses
des différentes parties du bassin
 Application à la source du Lez
Thèse: L. Kong A Siou (2011)
Création et labellisation du SO KARST, SNO de l’INSU
S’appuie sur différents sites d’étude du KARST présentant une grande diversité de situations
géologiques, physiographiques, climatiques, et anthropiques.
Stratégie d’observation à l’échelle de l’hydrosystème karstique (bassin versant), entité
géographique au sein de laquelle circulent des flux qui convergent vers un exutoire.
Sol
FONT. DE VAUCLUSE
LSBB
VAL D’ORLEANS
Epik.
ZNS
ZS
MOULIS/LE BAGET
MEDYCYSS
KARST DE LA CRAIE
Création et labellisation du SO KARST, SNO de l’INSU
S’appuie sur différents sites d’étude du KARST présentant une grande diversité de situations
géologiques, physiographiques, climatiques, et anthropiques.
Stratégie d’observation à l’échelle de l’hydrosystème karstique (bassin versant), entité
géographique au sein de laquelle circulent des flux qui convergent vers un exutoire.
Questions Scientifiques :
Sol
Epik.
ZNS
ZS
• Mécanismes de transfert en milieu karstique
• Liens entre structure géologique et écoulement
• Evolution de la ressource en eau face aux
changements globaux
Réalisation du SO KARST :
• Développement d’un modèle générique modulaire
à réservoirs (sol, épikarst, ZNS, ZS).
• Mise à disposition d’une boite à outils d’analyse
des signaux hydrologiques
• BDD environnementales
Collaborations et partenaires
• Partenariats Internationaux
–
–
–
NUI (Irelande), Imperial College of London (UK),
UQAM (Quebec), QUT (Australie), U. of Florida (US)
2IE (Burkina), Univ Ngaoundéré (Cameroun),
ISCU (Tunisie), SGNC de Nouméa (Nouvelle Calédonie)
CEAZA (Chili), CIDERH (Chili), UDEA & UIS (Colombie),
Univ. Costa Rica, EPN (Equateur), UNALM (Pérou)
• Partenariats scientifiques nationaux
–
–
Univ Avignon, Rennes, Rouen, Strasbourg, Montpellier.
BRGM, IRSTEA, EMA, Agroparis Tech
• Partenariats institutionnels publics et parapublics
–
Agence de l’Eau, Montpellier Agglomération, CG34, CG11, Région LR
• Partenariats privés
–
TOTAL, VEOLIA, Cereg Ingenierie, Schlumberger Water Services, Danone waters

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