Le 26 novembre 2021 à 14h à Montpellier SupAgro - 2 place Pierre Viala, 34060 Montpellier CEDEX 2 - Salle des conseils "P.Raynaud" (Bât. 11 - Château niv. 2)

Retransmission streaming en direct sur : https://www.youtube.com/channel/UCXy446jSUTkPm_dTLdWj0Qg

Résumé :

La ressource en eau souterraine est soumise à de fortes tensions en lien avec une intensification des activités humaines, une modification des usages, et un contexte de réchauffement climatique. Dans de nombreuses régions du globe, les propriétés hétérogènes des aquifères favorisent les interactions avec la surface, ce qui implique alors de penser l’évaluation de la ressource en eau à travers la notion d’hydrosystème, continuum hydrique englobant l’ensemble des circulations de surface et souterraines.

Mon parcours scientifique depuis 13 ans offre un regard croisé utilisant l’hydrogéologie et l’hydrochimie pour l’analyse des processus des hydrosystèmes hétérogènes et leurs réponses au changement global.

Un premier axe de recherche est dédié à l’observation multi-échelle des flux hydrochimiques des hydrosystèmes karstiques et volcaniques à travers la question : que nous apprennent les données ? Un deuxième axe est dédié à la modélisation hydrologique qui intègre des données physico-chimiques dans l’idée de « faire parler » les modèles afin de mieux comprendre le fonctionnement des hydrosystèmes. Un troisième axe est consacré à l’analyse des réponses de ces hydrosystèmes au changement global par l’analyse de signaux hydro-climatiques sur le long terme, et par la caractérisation des impacts des activités anthropiques sur la qualité de l’eau.

Les résultats de mes travaux ont permis d’améliorer les schémas conceptuels hydrogéologiques des hydrosystèmes hétérogènes. Ils démontrent la complexité de ces systèmes en termes de modalité d’écoulements souterrains, d’interactions surface-souterrain et de transport de solutés. Cela se traduit par des signatures hydrologiques spécifiques - bien identifiées en regard des autres hydrosystèmes - qu’il convient de caractériser pour mieux comprendre le devenir des contaminants et plus largement les effets du changement global. La modélisation hydrologique doit également s’adapter pour tenir compte des signatures physico-chimiques si l’on veut poursuivre les efforts vers le développement de modèles robustes dédiés à la gestion et à la protection de la ressource en eau de ces systèmes complexes.

L’objectif de cette thèse est de s’appuyer sur les gaz dissous et notamment l’Excès d’Air – EA calculé à partir des gaz néon-argon-azote, pour développer de nouveaux traceurs informant des conditions et modalités de la recharge des aquifères et plus particulièrement, pour les systèmes karstiques sur l’importance (1) des mises en charge au sein des réservoirs karstiques et (2) des échanges drains/matrice au sein des réservoirs. Les travaux de thèse reposent sur deux sites pilotes : le bassin d’alimentation du Durzon (Causse du Larzac – milieu dolomitique, non exploité) et le bassin d’alimentation du Lez (karst Nord-montpelliérain – milieu calcaire, exploité pour l’AEP) ce qui permet d’évaluer (1) le rôle de la lithologie dans l’acquisition des signatures des gaz dissous et (2) le rôle de la gestion active par pompage (Lez) dans l’évolution de l’excès d’air.

Au préalable au développement de traceurs innovants de la recharge, un travail de compréhension du mécanisme de formation de l’EA a été mené d’un point de vue théorique et conceptuel puis par une approche modélisation à l’aide d’un modèle hydrodynamique couplé à un modèle de mélange d’EA (sur le bassin d’alimentation du Durzon). Cet aspect de modélisation permettrait d’implémenter un modèle numérique de type modèle à réservoir en y apportant de nouvelles contraintes de type données hydrogéochimiques.

Un suivi innovant des gaz nobles par spectrométrie à phase gazeuse permettant un suivi continu infra-journalier a permis de suivre les dynamiques d’évolution des gaz nobles lors d’une crue de reprise sur le bassin d’alimentation du Lez. Ce suivi a permis de mettre en avant le potentiel d’informations qu’apporte les gaz dissous pour une meilleure compréhension des processus hydrogéologiques au cours de la recharge avec notamment l’hélium et l’argon qui mettent en évidence des différences de dynamiques d’écoulement à la source au cours de la crue et renseignent sur l’origine et la nature des réservoirs mobilisés.

Mots clés : aquifère karstique, excès d’air, gaz dissous, recharge, transferts

Figure 1: photo prise par Remi Muller (HSM) – prélèvements des paramètres physico-chimiques et gaz dissous en souterrain sur le bassin d’alimentation du Durzon (-9m de profondeur – aven des Reynelles – Causse du Larzac) Figure 2: photo prise par Alain Jacquet - préparation pour un échantillonnage en souterrain avec des spéléologues (bassin d’alimentation de l’Ironselle – Causse Méjean) Figure 3: photo prise par Remi Muller (HSM) - illustration du sujet de thèse : étude des transferts d'eau et de gaz lors du transferts le long de la Zone Non Saturée

Figure 4: Manip de mesure en continu des gaz dissous lors d'un épisode de recharge intense sur le bassin d'alimentation du Lez (Nord Montpellier)

Devant le jury composé de :

Résumé :

Dans un contexte de réutilisation des eaux usées traitées en irrigation, les recherches qui sont exposées dans son dossier d’HDR ont pour objectif de développer une meilleure connaissance des caractéristiques de l’écoulement et des phénomènes en jeu lors du bio-encrassement dans les dispositifs de micro-irrigation avec des eaux non-conventionnelles. Il propose notamment d’évaluer le lien entre hydrodynamique dans les systèmes milli-fluidiques en labyrinthe (dispositif goutteur) et développement des biofilms: vitesse de colonisation, structure des communautés microbiennes et présence éventuelle de bactéries pathogènes, effet ‘barrière’. L’impact des procédés de nettoyage (chloration, purge hydrique) a été également évalué. Il a également abordé l’effet de la contrainte de cisaillement sur la cinétique de développement du biofilm en lien avec la précipitation chimique.