Impacts du changement climatique sur les ressources eau de subsurface à l’horizon 2050-2100 dans un contexte de milieux de socle cristallin

La soutenance aura lieu le vendredi 16 décembre 2022 à 14h dans l'amphi M de l'ESIR, bâtiment 42 du campus Beaulieu, à Rennes. Pour celles et ceux qui ne pourront pas être présent, la soutenance aura aussi lieu en visioconférence en suivant ce lien :

https://univ-rennes1-fr.zoom.us/j/89140544809
ID de réunion : 891 4054 4809
Code secret : 821323

Le jury est composé de :

Rapporteurs :
Jérôme Molénat, Directeur de recherche, INRAE à Montpellier (LISAH)
John Molson, Professeur titulaire, Université Laval à Québec City

Examinateurs :
Olivier Bour, Professeur, CNRS (Géosciences Rennes)
Benoit Dewandel, Chercheur HDR,BRGM à Montpellier (DEPA/NRE)
Claire Lauvernet, Chargée de recherche, INRAE à Villeurbanne (Unité RiverLy)
Sarah Leray, Assistant Professor, Pontificia Universidad Católica à Santiago

Directeurs de thèse :
Jean-Raynald De Dreuzy, Directeur de recherche, CNRS (Géosciences Rennes)
Alexandre Boisson, Ingénieur Hydrogéologue, BRGM à Rennes

Résumé:
« La prédiction de l’impact des changements climatiques sur les ressources en eau se confronte aux défis de la modélisation des précipitations et de leur répartition dans des flux d’évapotranspiration, de ruissellement et d’infiltration. Cette partition est fortement contrôlée par les capacités de transfert des milieux souterrains, d’autant plus lorsque les interactions entre la nappe et la surface sont importantes, comme c’est le cas dans les milieux de socle cristallin. Pour de faibles conductivités hydrauliques, la nappe intersecte rapidement à la surface générant des écoulements rapides peu favorables à la recharge des aquifères. Pour de plus fortes conductivités, l’infiltration réduit le ruissellement direct de surface ce qui alimente la ressource souterraine. L’enjeu est la très forte hétérogénéité des propriétés hydrodynamiques dans les zones cristallines, qui remet en cause une extrapolation directe des propriétés obtenues par des essais hydrauliques à des zones de plusieurs dizaines de km².
Cette thèse vise par conséquent à proposer une approche méthodologique permettant d’estimer les propriétés hydrodynamiques des bassins versants de socle cristallin et à comprendre comment les structures lithologiques conditionnent leur répartition à l’échelle régionale. Pour cela, nous avons estimé les propriétés hydrodynamiques de 79 bassins versants en Bretagne à partir de l’analyse des séries temporelles de débits. La variabilité spatiale et temporelle des processus est intégrée à partir d’un modèle à deux versants équivalents aux propriétés hydrodynamiques différentes. Les résultats de calibration montrent une corrélation partielle de la conductivité hydraulique avec la lithologie qui permet d’étendre les propriétés hydrodynamiques à des bassins versants non jaugés, de contraindre les modèles hydrogéologiques, d’évaluer l’impact d’épisodes de sécheresse plus intenses sur les aquifères, et, in fine, de discuter du rôle de l’hétérogénéité comme facteur de résilience dans le contexte du changement climatique. »

« Climate change impacts on subsurface groundwater to 2050-2100 in crystalline basement aquifers. ».

Abstract:
« Predicting the impact of climate change on water resources confronts the challenges of modelling precipitation and its distribution in evapotranspiration, runoff and infiltration fluxes. This partitioning is strongly impacted by the transfer capacities of the subsurface environments, even more when the interactions between the water table and the surface are important, as it is the case in crystalline basement environments. For low hydraulic conductivities, the water table intersects the surface rapidly, generating quick flows that are not conducive to aquifer recharge. For higher conductivities, infiltration reduces direct surface runoff, which feeds the groundwater. The issue is the strong heterogeneity of hydrodynamic properties in crystalline zones, which calls into question a direct extrapolation of properties obtained by hydraulic tests to areas of several tens of km².
This thesis therefore aims to propose a methodological approach to estimate the hydrodynamic properties of crystalline basement catchments and to understand how lithological structures condition their distribution on a regional scale. For this purpose, we estimated the hydrodynamic properties of 79 catchments in Brittany from the analysis of streamflow timeseries. The spatial and temporal variability of the processes is integrated from a model with two equivalent catchments with different hydrodynamic properties. Calibration results show a partial correlation of hydraulic conductivity with lithology, which allows to extend hydrodynamic properties to ungauged catchments, to constrain hydrogeological models, to evaluate the impact of more intense drought events on aquifers, and, finally, to discuss the role of heterogeneity as a resilience factor in the context of climate change. »