Добірка наукової літератури з теми "Hydrologie karstique – Jura (France ; massif)"

La compréhension du fonctionnement des aquifères karstiques est un enjeu considérable au vu des structures complexes de ces réservoirs. La forte hétérogénéité des écoulements induit une grande vulnérabilité de ces milieux et des comportements variés au cours des crues en lien avec différents processus de recharge. Dans le Massif du Jura, les aquifères karstiques constituent la principale ressource en eau potable et posent la question de leur rôle dans la dégradation de la qualité de l'eau observée depuis plusieurs décennies. Cette thèse propose différentes approches complémentaires pour mieux comprendre les dynamiques de crues dans ces aquifères sous diverses conditions hydrologiques. Plusieurs systèmes karstiques du Massif du Jura, présentant des dimensions variables et dominés par des mécanismes de recharges distincts, sont caractérisés à partir de suivis physico-chimiques et hydrochimiques détaillés.Tout d'abord, les différents systèmes sont comparés à l'échelle du cycle hydrologique et à l'échelle saisonnière afin d'identifier les processus de recharge dominants (infiltrations localisées et/ou diffuses) ainsi que les signatures hydrochimiques caractéristiques (arrivées allochtones, autochtones et/ou anthropiques). Une étude comparative de deux systèmes met en avant la forte variabilité saisonnière de la réponse hydrochimique sur un système marqué par une recharge localisée importante. Les différents systèmes sont ensuite analysés à une échelle de temps plus fine afin de mieux comprendre les dynamiques de crues. Une crue intense d'automne a été ainsi comparée à de plus petites crues précédées par des périodes d'étiages importantes et marquées par des signatures hydrochimiques anthropiques significatives. A partir de ces résultats, la méthode EMMA (End-Member Mixing Analysis) est appliquée afin d'établir les principaux pôles hydrochirniques responsables des contributions caractéristiques des différents systèmes. Ensuite, au vu du transport important de matières en suspension au cours des crues dans ces aquifères, une partie de ce travail vise à mieux comprendre le rôle et l'impact de ces matières sur le transport dissous et colloïdal. Les éléments traces métalliques (ETM) sont utilisés afin de caractériser l'origine et la dynamique des transferts. Ils apparaissent alors comme des outils pertinents pour identifier des phénomènes de dépôts et de remobilisation de particules dans le système. Ces dynamiques s'observent à la fois sur le système de Fourbanne marqué par une infiltration localisée importante et sur le petit système du Dahon, caractérisé par une infiltration diffuse.Finalement, afin de mieux comprendre la variabilité spatio-temporelle des interactions qui ont lieu au cours des crues le long du conduit karstique, une nouvelle approche de modélisation est définit. Elle propose l'utilisation des équations de l'onde diffusante et d'advection-diffusion avec la même résolution mathématique (solution analytique d'Hayarni (1951)) en supposant une distribution uniforme des échanges le long du conduit. A partir d'une modélisation inverse, elle permet alors d'identifier et d'estimer les échanges en termes de flux hydriques et de flux massiques entre deux stations de mesure. Cette méthodologie est appliquée sur le système de Fourbanne le long de deux tronçons caractérisant (1) la zone non-saturée et (2) zone non-saturée et saturée. L'analyse de plusieurs crues permet d'observer des dynamiques d'échanges variées sur les deux tronçons. Elle permet ainsi d'établir un schéma de fonctionnement du système soulignant des interactions importantes dans la zone saturée et également le rôle de la zone non-saturée pour le stockage dans le système karstique.Ce travail de thèse propose donc un ensemble d'outils riches et complémentaires pour mieux comprendre les dynamiques de crues et montre l'importance de coupler l'analyse des processus hydrodynamiques et hydrochimiques afin de mieux déchiffrer le fonctionnement de ces aquifères
The understanding of karst aquifer functioning is a major issue, given the complex structures of these reservoirs. The high heterogeneity of the flows induces a high vulnerability of these media and implies distinct behaviours during floods because of various infiltration processes. In the Jura Mountains, karst aquifers constitute the main source of water drinking supply and raise the question of their role in the degradation of water quality observed for several decades. This work uses complementary approaches to better understand the dynamics of floods in aquifers under various hydrological conditions. Several karst systems of the Jura Mountains, varying in size and characterized by distinct recharge processes, are investigated by detailed physico-chemical and hydrochemical monitoring.First, the different systems are compared at the hydrological cycle scale and at the seasonal scale to identify the dominant recharge processes (localized and/or diffuse infiltrations) as well as the characteristic hydrochemical signatures (allochtonous, autochthonous and/or anthropogenic). A comparative study of two systems with distinct recharge processes highlights the high seasonal variability of the hydrochemical response. The different systems are then analysed on a finer time scale to shed light on flood dynamics. An intense autumn flood was thus compared to smaller floods preceded by periods of significant low flow and marked by significant anthropogenic hydrochemical signatures. The EMMA (End-Member Mixing Analysis) method is applied to these results in order to establish the main hydrochemical end-members responsible for the characteristic contributions of the different systems.Then, considering the important transport of suspended matter during floods in these aquifers, part of this work aims to better understand the role and impact of these materials on dissolved and colloidal transport. Metal trace elements (ETM) are used to characterize the origin and transfer dynamics. These are relevant tools to identify the processes of storage and remobilization of the particles in the system. These dynamics are observed both on the Fourbanne system with an important localized infiltration, and on the small Dahon system, characterized by diffuse infiltration.Finally, in order to shed light on the spatio-temporal variability of the interactions that occur along the karst network during floods, a new modelling approach is defined. It is based upon the use of the diffusive wave and advection­diffusion equations with the same mathematical resolution (Hayami's analytical solution (1951)) assuming a uniform distribution of the exchanges along the reach. An inverse modelling approach allows to identify and estimate the exchanges in terms of water flows and solute between two measurement stations. This methodology is applied to the Fourbanne system on two sections characterizing (1) the unsaturated zone and (2) unsaturated and saturated zone. The analysis of several floods highlights the different exchange dynamics on the two sections. It thus makes it possible to establish a functioning scheme of the system, bringing to light the important interactions in the saturated zone and also the storage role of the unsaturated zone in the karst system.This work offers a set of rich and complementary tools to better characterize the dynamics of floods and shows the importance of coupling the analysis of the hydrodynamic and hydrochemical processes to better decipher the functioning of these aquifers

Comprendre le fonctionnement des aquifères karstiques est essentiel pour une gestion efficace des ressources en eau. La variabilité intrinsèque des terrains karstiques résulte de la dissolution de roches solubles telles que le calcaire, ce qui donne lieu à un réseau complexe et interconnecté de pertes, grottes, conduits souterrains et de dolines. Ce travail se concentre sur le bassin versant karstique de Fourbanne (montagnes du Jura, France), qui abrite un conduit souterrain principal, accessible par un puit artificiel de 20m. Différentes approches complémentaires sont proposées pour mieux caractériser le site étudié en s'appuyant sur l'analyse conjointe de données géophysiques et hydrologéologiques. Deux axes principaux sont développés : (1) l'étude de l’hydrodynamique de la rivière souterraine et (2) l'étude 2D des variations de saturation et des transferts d'eau en réponse aux précipitations, à l'échelle du bassin versant. Le monitoring continu de la rivière souterraine est assuré par plusieurs instruments : deux sismomètres (situés à la surface et dans le conduit souterrain), des sondes hydrologiques et une fibre optique pour la température. Nous proposons tout d'abord une nouvelle approche basée sur un algorithme d'intelligence artificielle, le Random Forests (RF) et le bruit sismique, pour prédire la hauteur d'eau de la rivière souterraine. Nous utilisons les données enregistrées par les sismomètres permanents et obtenons une prédiction avec une efficacité de 95% et 53% avec les sismomètres souterrain et de surface, respectivement. Le modèle RF s'avère être une méthode fiable pour le suivi à distance des hauteurs d'eau, même avec de faibles signaux induits par la rivière. Dans un deuxième temps, nous utilisons la méthode FO-DTS (Fiber Optic Distributed Temperature Sensing) pour étudier les changements de température dans le réservoir karstique et améliorer notre compréhension des processus de recharge. Nous étudions en détail la réponse de la température de la rivière et de l'un de ses affluents aux changements atmosphériques en utilisant des données hydrogéophysiques enregistrées pendant 6 mois. Nous montrons que les précipitations induisent des changements dans la température de la rivière. Lorsque la hauteur d'eau augmente, elle s'écoule dans le(s) conduit(s) adjacent(s), repoussant dans l'affluent l'eau stockée depuis longtemps dans un réservoir. Une recharge locale alimente l'affluent, potentiellement avec de l'eau infiltrée depuis l'épikarst à travers le système de fractures ~E-W. Concernant le deuxième axe, nous utilisons le sismomètre situé dans le conduit et un réseau sismique dense de 60 nodes, déployé pour une période de 4 mois. A partir de l'autocorrélation du bruit sismique ambiant, nous mesurons les variations relatives de vitesse des ondes sismiques (dv/v). L'analyse des données long terme (4 ans) issues de la station permanente révèle des variations saisonnières générées par le changement de saturation entre les saisons humides et sèches. Les variations de vitesse et les précipitations sont concomitantes, ce qui indique des mécanismes d'infiltration rapide dans des milieux très fracturés. L'autocorrélation, en utilisant le réseau dense, génère des variations de vitesse anisotropes, donnant un aperçu de la nature complexe et hétérogène du site étudié. Les résultats montrent que les directions d'écoulement préférentiel sont très variables dans le karst. Finalement, les résultats de cette thèse offrent de nouvelles perspectives pour le suivi des réservoirs karstiques à l'aide des techniques hydrogéophysiques, soulignant le rôle prépondérant que ces techniques peuvent jouer dans l’étude de systèmes fortement hétérogènes
Understanding the functioning of karst aquifers is essential for effective groundwater resource management and environmental protection. The intrinsic variability in karst terrain arises from the dissolution of soluble rocks like limestone, resulting in an intricate and interconnected network of fractures, sinkholes, caves, underground conduits, and surface depressions. This study focuses on the Fourbanne karstic watershed (Jura Mountains, France), hosting one main underground conduit accessible through a 20 m drilled shaft. This thesis offers various complementary approaches to better characterize the studied site while drawing upon different principles and analyzing jointly geophysical and hydrogeological data. Two main axes are developed: (1) study of the hydrodynamic functioning of the underground river and (2) study the 2D watershed's response to rainfall in terms of saturation and flow patterns. The underground river is continuously monitored by two long term broadband seismometers (located at the surface and underground), hydrogeological probes and a fiber optic cable for temperature measurements. We first propose a new approach based on a machine learning algorithm, the Random Forests (RF), and seismic noise recordings, to predict the underground river water height. We use data recorded from both of the long-term seismometers and yield a prediction with an efficiency above 95% and 53% for data from the underground and surface seismometers, respectively. The RF model proves to be a reliable method for remote monitoring of the water heights, even with weak river-induced signals. In a second step, we use Fiber Optic Distributed Temperature Sensing to survey temperature changes in the karst reservoir to improve our understanding of its recharge processes. We investigate in detail the temperature response of the river and one of its affluent to atmospheric changes based on a 6 months hydrogeophysical dataset. We show that precipitation events induce change in the river temperature. When the water height increases, it flows into adjacent conduit(s), pushing out long residence water stored in a reservoir/sink into the affluent. A local recharge is feeding the affluent, potentially with water infiltrating from the epikarst through ~E-W fracture system. In the second axis, we use the seismometer located underground and a dense seismic array of 60 nodes, deployed in the framework of this project for a period of 4 months, and compute single station cross-component correlations to recover seismic velocity variations. The objective is to monitor the long-term groundwater variations using 4 years data recorded at the underground seismometer, and investigate the groundwater circulation on the watershed scale as direct response to precipitation using the seismic array. The long-term analysis reveals seasonal variations generated by change in saturation between wet and dry seasons. Velocity variation and precipitation are concomitant, indicating fast infiltration mechanisms in highly fractured media. The seismic array yields anisotropic results, giving insight into the complex and heterogeneous nature of the studied site. The results show preferential flow patterns directions are highly variable within the karst. Finally, the results of this thesis provide new insights into the monitoring of karst reservoirs through hydrogeophysical techniques, highlighting the crucial role these techniques may play in studying such heterogeneous systems

Ce travail de recherche s'inscrit dans une approche plus vaste d'etude du fonctionnement hydrologique du bassin de la laysse et des risques associes pour la vile de chambery. Dans cette optique avec une approche systemique, une relation pluie - debit tres precise a ete realisee a des echelles de temps variables. Les donnees climatiques d'entree representatives sont acquises depuis 10 ans en continu quant a l'exutoire, les donnees de sortie sont issues de nombreux tracage et jaugeages ainsi qu'un double enregistrement mecanique et automatique des hauteurs d'eau. L'ensemble de resultats obtenus a partir des analyses correlatoires et spectrales mais egalement a partir de l'etude des courbes de recession est coherent et nous pouvons conclure que le systeme etudie est un karst developpe et evolue avec une capacite importante dans la zone non saturee.

Ce travail a pour but l'etude physique, hydrogeologique et hydrochimique d'un bassin karstique de plateau (bassin des sources de la seille, jura, francais). Le contexte physique est aborde par l'etude de la fissuration du massif, qui permet de definir les champs de fissuration et de permeabilite: la partie est du plateau se revele plus permeable, au droit des sources principales, que la partie ouest. Les images de la fracturation a grande echelle (satellite) montrent sur l'ensemble du plateau une direction generale submeridienne. Au niveau local, des divergences apparaissent entre les differentes parties du plateau. L'aquifere du plateau presente des differences de karstification selon les bassins et leur contexte pedologique. Les sols calcaires et peu epais permettent un transit rapide de l'eau en profondeur, responsable d'une karstification importante soulignee par les debits (capacite de drainage elevee) et par les variations hydrochimiques a l'echelle du cycle (forte exportation de caco#3, variabilite importante des concentrations). Les sources du dard et de blois illustrent ce schema, dans lequel la dissolution est importante au niveau de l'epikarst. Les sols epais et argileux s'enrichissent en sio#2 et transmettent une reponse hydrologique et hydrochimique amortie ou l'effet de reserve est plus important (source de ladoye). Les activites anthropiques regissent la qualite des eaux, particulierement pour l'azote, les phosphates et le potassium. Dans les conditions de transit rapide et de rejets directs, cet impact peut etre important (source de blois)

Les relations entre les deformations intra-karstiques et les contraintes hydrodynamiques ayant ete decelees dans un karst pyreneen, lors d'observations anterieures, une etude specifique de ces phenomenes a ete entreprise dans un massif calcaire mieux connu. Le site experimental du lamalou, sur le causse de l'hortus (34), a ete retenu en raison de ses caracteristiques hydrogeologiques et climatiques mieux adaptees au suivi de ces deformations. Une etude geologique et structurale, tant de l'ensemble du causse que du systeme du lamalou, a mis en evidence la preponderance de la stratification et du gradient hydraulique face a la fracturation dans la genese et la geometrie des reseaux karstiques. Une partie de la cavite a ete equipee d'inclinometres (basculements) et d'extensometres (extension-compression) haute resolution disposes sur un plan de stratification sub-horizontal et dans une fracture verticale. Apres mise au point et adaptation de la chaine de mesures, l'acquisition des donnees sur l'ensemble des capteurs a ete obtenue en continu durant un an et demi. Ces enregistrements ont permis de montrer clairement l'influence des variations de piezometrie (surcharge, poussee d'archimede) sur les mouvements de la galerie. De plus, on constate une etroite relation sans doute due a la structure intrinseque du site entre les fluctuations de la pression atmospherique et les deformations de la salle. Des sollicitations artificielles du systeme ont ete realisees afin de tester la validite des mesures et de preciser l'amplitude et la nature de ces mouvements

Ce travail de recherche porte sur les conditions d’alimentation et de fonctionnement des sources karstiques saumâtres de Port Miou et du Bestouan, principaux exutoires de l’aquifère karstique littoral de Port Miou. La méthodologie adoptée consiste en une approche multicritères sur l’hydrologie, l’hydrogéologie, la spéléomorphométrie, la structure et l’héritage paléogéographique du système karstique dans son ensemble. Le suivi hydrométrique des sources sous-marines se déroule sur un an et demi au cours du contexte climatique actuel de sécheresse touchant l’ensemble de la Basse Provence. L’analyse des mécanismes de mélange entre l’eau douce et l’eau de mer dans l’aquifère karstique montre que la contamination des sources s’effectue de manière pérenne par des intrusions d’eau de mer à grande profondeur dans le réseau. L'étude des crues révèle que la mise en charge du réseau karstique ne diminue pas la quantité d'eau de mer participant au mélange, chaque crue étant caractérisée par un apport supplémentaire d’eau douce qui contribue à faire chuter la salinité et la température de l’eau de la source. La révision des bilans hydriques des principaux massifs calcaires jurassico-crétacés en région marseillaise dévoile la possibilité d’importants écoulements karstiques profonds au profit de l’aquifère de Port Miou. Il convient alors de proposer que ce système se structure selon une karstification à grande profondeur et sur une superficie importante, aujourd’hui en partie noyé sous la mer. La genèse et l’organisation de ce karst, vaste et profond, s’expliquent par le modèle messinien de karstification adopté récemment pour la mise en place de nombreux aquifères karstiques périméditerranéens
This research work deals with the supplying and functioning conditions of the karstic brackish springs of Port Miou and the Bestouan, both the main outlets of Port Miou’s karstic littoral aquifer. The chosen methodology is a multiple criteria approach to hydrology, hydrogeology, speleomorphometry, as well as to the paleographic structure and inheritance of the whole karstic system. A year and a half has been necessary to process to the hydrometric monitoring of the submarine springs – a time of drought that has affected the entire lower Provence. The analysis of the mixing mecanisms between fresh water and sea water in the karstic aquifer shows that the contamination of the springs sustainably takes place through deep sea water intrusions in the network. The study of the floods reveals that the karstic network’s increase of the water head doesn’t lower the amount of sea water that is part of the mixing. Each rise in the water level is characterized by an additional supplying of fresh water into the karst conduit which contributes to cause a drop in the spring water’s salinity and temperature. The reappraisal of the water balance of the main Jurassico-Cretaceous massifs in the region of Marseille reveals the potential existence of important deep karstic flows from which Port Miou’s aquifer could benefit. It seems justified to suggest that this system is structured along a karstification spreading deeply and vastly, and today partly drowned into the sea. The genesis and the organization of that deep and vast karst can be explained by the Messinian model of karstification recently adopted to the development of many perimediteranean karstic aquifers

Le secteur etudie couvre 644 km2 sur la partie orientale du massif du cezallier. Le premier chapitre presente les caracteres physiques de ce secteur, avec notamment, une synthese geologique ; synthese resumee dans une carte geologique inedite en couleur. L'analyse hydrogeologique qui fait l'objet du 2e chapitre, s'appuie sur l'inventaire de 3. 067 points d'eau (sources puits, forages). Differents types d'aquiferes, morcelles et discontinus sont lies a la nature des roches et a leur disposition structurale: aquiferes libres, semi-captifs ou captifs. Une typologie de la situation geologique des sources est representee dans un profil hydrogeologique schematique de la totalite du secteur etudie, jusqu'au fosse de la limagne. 252 sources ou puits ont fait l'objet d'analyse chimique des elements en trace par icp-ms. Dans le cadre de ce doctorat, l'auteur a ete le principal artisan de la mise en route de cet equipement au laboratoire de chimie des eaux de l'universite de clermont-ferrand. Les resultats montrent que les eaux souterraines peu profondes presentent une certaine homogeneite chimique malgre la grande heterogeneite petrographique des roches. Par contre, les eaux d'origine profonde, s'identifient bien par les teneurs en lithium, rubidium, bore et aluminium

La St. Baume (Bouches du Rhône, Var ; France) est le plus méridional des massifs de la basse Provence carbonatée. Sa structure résulte de la reprise du chevauchement sud provençal (Eocène sup. ) Par la phase tectonique majeure ponto-pliocène. Ses structures géologiques complexes (w-e) sont recoupées orthogonalement par un drainage fluviatile (s-n). Cette disposition détermine un morcellement du drainage souterrain. La somme des débits atteint huit cents litres par seconde et les débits moyens des plus grosses sources sont inférieurs à deux cent litres par seconde. Ce massif possède tous les types de fonctionnement définis par A. Mangin. Son drainage s'effectue à 3 niveaux et selon 3 axes: vers le N. Vers des sources locales : vers la source orientale et occidentale la plus basse; vers la sources sous marines de Cassis. Des analyses hydrochimiques et bactériologiques montrent que ces eaux sont de grande qualité. Une relation entre l'altitude des sources et la valeur du coefficient de tarissement montre que les drainages aérien et souterrain sont indissociables. L'étude de la morphologie des bassins versants fluviatiles montre que leurs principales dimensions sont liées. Le drainage souterrain ne pouvant être abordé par l'analyse de sa morphologie, nous avons développé une approche plus théorique en nous appuyant sur les principes développés dans le cadre de la thermodynamique des phénomènes irréversibles. Les structures de drainage ont donc une cohérence qui doit servir a guider toute reconstitution. La St. Baume qui a subi plusieurs changements d'orientation de drainage est un vieux karst ou d'anciennes morphologies continuent a jouer un rôle dans le fonctionnement hydrologique actuel car ce karst n'a jamais été l'objet de soulèvements importants permettant une marginalisation de ces anciennes structures souterraines de drainage
Sainte Baume (Bouches du Rhône, Var ; France) is the most southern massif of lower carbonated Provence. Its structure results from resumption of south provencal overthrust by the tectonic major ponto-pilocene phase. Its complex geologic structures are cut at right angle by a fluviatile drainage s. N. This disposition determines a partition of underground drainage. Total outflow goes up to eight hundred litres per second and mean of major springs are modest. This massif includes all types of function as defined by A. Mangin. It is drained on three levels and according to three axes: n. Towards local springs; towards the oriental and occidental lower spring; towards sub-marine springs. Hydrochemical and bacteriological analyses show that these waters are of great quality. A relation between the springs altitude and the value of the exhaustion coefficient proves that underground and areal drainage cannot be dissociated. Morphological studies of fluviatile river basins show that their main dimensions are linked. As underground drainage cannot be analysed by a morphological study we have developed a more theoretical approach resting on the principles developed by thermodynamics of irreversible phenomena. Drainage structures thus have coherence which must guide all reconstitution: Sainte Baume which has undergone many changes in drainage orientation is an old karst. Ancient morphology continues to play a part in the actual hydrological function as this karst have never been subjected to major upheavals which would have excluded these ancient structures from the drainage pattern

L'étude du massif des Mémises (Préalpes Médianes Plastiques du Chablais) a pour objectif d'identifier les relations hydrogéologiques possibles entre le substratum rocheux et les dépôts quaternaires du plateau de Gavot. Elle comprend deux volets : un volet géologique et un volet hydrologique et hydrogéologique.
La terminaison SW des Mémises correspond à une succession de blocs séparés par des accidents normaux-listriques orientés N20°E à regard SW. L'analyse microstructurale montre la contemporanéité de ces structures et des structures plicatives déjà connues. Les résultats numériques obtenus s'intègrent dans les champs de contraintes régionaux connus (système décrochant, σ1 orienté N160°E) et sont en accord avec les travaux réalisés dans les Préalpes Romandes.
Les paramètres structuraux et lithologiques accréditent un schéma de circulations des eaux possible pour la zone d'étude : écoulement W-E au sein du Mont Bénant - Massif Mémises et N-S ainsi que S-N au sein les accidents listriques. Ce schéma a été testé, sur la période février 2005 – janvier 2006, en réalisant le bilan hydrologique à partir de la délimitation des bassins versants (BV) et de l'implantation de 2 stations météorologiques et de 5 stations limnimétriques. Les bilans hydrologiques des BV sont globalement équilibrés. Les BV ne peuvent donc participer à l'alimentation des aquifères de Gavot que dans la marge d'erreur des bilans (jusqu'à 15 à 20 L.s-1).
Enfin, les traçages chimiques et les teneurs en δ18O des eaux (sources, forages) révèlent que les écoulements se font dans le substratum rocheux d'W en E via le réseau karstique pour le synclinal des Mémises et d'W en E et d'E en W sur fractures pour le Mont-Bénant.
L'ensemble de ces résultats confirme la cohérence de la politique de préservation des ressources mise en place par Danone Eaux France.