| Modélisation des contrôles climatiques, topographiques, géologiques et anthropiques sur les écoulements souterrains en domaine de socle (Modeling climatic, topographic, geologic and anthropogenic controls on groundwater flow in hard rock terrains) Bresciani, Etienne - (2011-12-19) / Universite de Rennes 1, Université européenne de Bretagne - Modélisation des contrôles climatiques, topographiques, géologiques et anthropiques sur les écoulements souterrains en domaine de socle
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Langue : Français, Anglais Directeur(s) de thèse: Davy, Philippe; Dreuzy, Jean-Raynald de Discipline : Sciences de la terre Ecole Doctorale : Sciences de la matière Classification : Sciences de la terre Mots-clés : Écoulements souterrains, Protection des eaux souterraines, Modélisation 3D, Interaction cours d'eau-aquifère, Socle (géologie)
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Résumé : L'étude des flux souterrains à l'échelle régionale / continentale englobe des problématiques majeures de l'hydrogéologie telles que le partitionnement entre nappes et rivières, les chemins et les temps de transfert des circulations souterraines, ainsi que l'impact et la vulnérabilité d'un pompage. Les flux souterrains résultent d'une combinaison complexe de facteurs climatiques, topographiques et géologiques. Dans les aquifères de socle, les structures hétérogènes d'altération de subsurface et de fracturation tectonique ont un impact particulier. Nous abordons cette thématique sous l'hypothèse de contraintes stationnaires. Notre approche repose sur la modélisation numérique des écoulements poreux à surface libre qui permet d'étudier les interactions de la nappe avec la topographie, déterminantes de l'organisation des écoulements. Basée sur un schéma d'adaptation locale de la méthode des volumes finis, une méthode numérique de résolution performante de ce problème fortement non linéaire a été développée. Dans le cadre d'un bassin "élémentaire" représentatif d'un bassin hydrogéologique de premier ordre idéalisé, une étude adimensionnelle des paramètres de contrôle des écoulements a été menée. Les résultats forment une base pertinente pour l'étude de systèmes plus complexes. Dans des configurations plus réalistes et représentatives des aquifères de socle, les principaux mécanismes régissant les écoulements souterrains sous contrainte de la recharge et d'un pompage sont mis en évidence. Ces derniers résultats ont abouti à la formulation d'un modèle conceptuel adapté à la problématique de l'influence du pompage sur les zones de décharge naturelles de l'aquifère. Abstract : This thesis deals with groundwater flow rate and distribution at the regional / continental scale. It addresses the partitioning between groundwater and surface water, the paths and travel times of groundwater, impact and vulnerability of pumping. The role of climatic, topographic and geologic factors is investigated. We consider these questions in the case of hard rock aquifers, which are highly heterogeneous aquifers mainly controlled by subsurface erosion and tectonic fracturing. Our work is based on the numerical modelling of free surface porous flow under the hypothesis of stationary constraints. We specially focus on the interactions of the water table with the land-surface topography. These interactions are a key point to understand groundwater flow structures. Based on an local adaptation scheme for finite volumes, we developed an efficient numerical method to solve this highly non-linear problem. We then performed a non-dimensional study of the controlling parameters of groundwater flow in an "elementary" basin representing a first-order idealized hydrogeological catchment. Results contribute to the deep understanding of fundamental controls revealing a relevant basis for the study of more complex systems. Considering more realistic configurations representative of hard rock aquifers, we identify the main processes that govern groundwater flow under recharge and pumping constraints. In particular, we present a conceptual model to deal with the impact of pumping in a fractured aquifer on natural groundwater discharge zones. | |||