Au vu des limitations dans la disponibilité et l'accessibilité des eaux de surface, les ressources en eaux souterraines apparaissent comme la ressource en eau douce la plus fiable pour les différents secteurs économiques. En conséquence, l'eau souterraine est surexploitée dans de nombreux pays du monde. La surexploitation des nappes aquifères renouvelables et non renouvelables pour des utilisations domestiques ou l'irrigation entraîne une baisse de la nappe phréatique et, souvent, une diminution de la qualité des eaux souterraines. Cette étude porte sur l'utilisation des eaux souterraines à des fins d'irrigation dans les zones arides de la région du Moyen Orient et de l'Afrique du Nord (MENA). L'objectif de cette thèse est de contribuer à la conservation et l'utilisation durable des ressources en eaux souterraines par l'agriculture en milieu désertique, en analysant l'utilisation actuelle non-durable des eaux souterraines, en se concentrant sur les politiques publiques concernant les eaux souterraines d'une part et sur la spécificités de l'agriculture en milieu désertique d'autre part, en mettant l'accent sur le bassin d'Azraq en Jordanie. Cette étude se compose de huit chapitres: une introduction, six chapitres de base et un chapitre de synthèse. L'introduction examine le contexte général de la thèse, tandis que le chapitre 2 examine brièvement les caractéristiques générales de l'agriculture à partir des eaux souterraines dans la région MENA et explore les options de politique publique et de gestion possibles pour réglementer ce secteur. Nous analysons ensuite les « agricultures désertiques » dans certains pays de la région MENA, examinant en particulier comment les exploitations accèdent aux facteurs de production clés de terre, eau, travail, et capital. Le contexte physique et historique du bassin d'Azraq, notre zone d'étude, est ensuite décrit dans le chapitre 3. Le chapitre 4 explore le bassin d'Azraq en utilisant des outils d'analyse spatiale GIS et toutes les données disponibles, fournissant une vue plus large sur les "fenêtres d'intervention" pour la gestion et l'utilisation des ressources des eaux souterraines. Les chapitres 5, 6 et 7 mettent l'accent sur les éléments clés du développement de l'agriculture désertique dans le bassin d'Azraq : le chapitre 5 met l'accent sur les questions de propriété foncière dans un contexte à la fois historique et actuel, puisque l'accès à la terre est l'un des principaux facteurs sous-tendant le développement de l'agriculture désertique, soit pour la spéculation ou la mise en valeur de la terre, ou les deux. Le chapitre 6 traite de l'eau, un autre facteur de production clé de l'agriculture dans le bassin d'Azraq, et discute les mesures et outils déployés pour réglementer l'usage de cette ressource, l'application de la loi, et comment les agriculteurs ont répondu à ces politiques et mesures réglementaires. Le chapitre présente ensuite comment, en réponse, le Ministère des ressources en eau et de l'irrigation a récemment adopté une série de contremesures créatives, tant directes qu'indirectes, pour tenter de durcir le contrôle. Le Chapitre 7 est basé sur les résultats d'enquêtes agricoles effectuées dans les deux principales zones agricoles du bassin Azraq (Azraq et Mafraq). Le chapitre décrit les typologies d'exploitations agricoles, calcule leur niveau de rentabilité, et explicite la disponibilité et les coûts relatifs des facteurs de production (terre, eau, énergie, travail, production) dans les régions désertiques, ainsi que les contraintes et défis actuellement rencontrés par les agriculteurs et les perspectives d'avenir. Le dernier chapitre de cette thèse s'appuie sur les résultats de la recherche pour répondre aux questions de la recherche proposée et revient à la région du Moyen-Orient afin de remettre les conclusions dans une perspective comparative

Séverine TOMAS a soutenu son Habilitation à Diriger les Recherches intitulée "Ecoulements complexes et irrigation" le 3 avril 2019 à 14h30  à l'amphi 208  de SupAgro (Cœur d’École - 1er étage - Bât 9 - 2 place Pierre Viala - 34060 Montpellier).

Devant le jury composé de :

• ANSELMET Fabien (examinateur) : Professeur IRPHE-ECM, Marseille
• BELAUD Gilles (invité) : Professeur Supagro, Montpellier
• BOUARFA Sami (invité) : HDR Irstea, Montpellier
• DANAILA Luminita (examinateur) : Professeur CORIA, Rouen
• EIFF Olivier (examinateur) : Professeur KIT- IfH, Karlsruhe, Allemagne
• MATAS Jean-Philippe (rapporteur) : Professeur LMFA – Univ. Lyon I
• PLAYAN Enrique (rapporteur) : Professeur CSIC, Saragosse, Espagne
• ROIG Véronique (rapporteur) : Professeur IMFT – INPT, Toulouse
• SIMONIN Olivier (examinateur) : Professeur – Président INPT, Toulouse

Résumé :

Il est nécessaire de mieux comprendre les mécanismes physiques liés à l’irrigation pour garantir une gestion de l’irrigation plus efficiente afin de réduire l’impact des activités humaines sur la consommation des ressources naturelles et la dégradation des milieux. La mécanique des fluides et en particulier l’étude des écoulements complexes permet alors de traiter des questions de recherche à l’interface d’autres disciplines (hydraulique, génie des procédés, mécanique, modélisation des bilans hydriques et des transferts dans le sol, ingénierie des matériels d’irrigation, efficience à la parcelle).

Cette synthèse présente comment la compréhension des écoulements complexes (diphasiques, millimétriques en interaction avec des processus physico-chimiques) permet d’adresser des problématiques de recherches plus globales. La diversité des outils et des approches numériques et expérimentales est à la fois stimulante et enrichissante : par exemple conduire et réaliser des études en laboratoire puis in-situ afin de valider des modèles numériques permettant de simuler entre autres l’hydrodynamique des systèmes d’irrigation et la dispersion atmosphérique de fines gouttelettes.

Cela requiert de s’intéresser à de larges problématiques de recherches depuis l’échelle des processus (paramétrer les flux turbulents de chaleur, caractériser l’atomisation d’un spray à très hauts nombres de Reynolds et Weber, analyser la structure d’un écoulement milli-fluidique et tortueux) jusqu’au cas réel (analyser la dérive et le transport in situ dans le cadre de l’aspersion avec des eaux usées traitées, comprendre les mécanismes de colmatage ou le développement de biofilms). Les perspectives à ces travaux impliquent tant des activités à moyen terme, dans le cadre d’activités déjà en cours, que des développements sur le long terme associés à des enjeux de société importants liés à la ressource en eau.