Approches physique, statistique et conceptuelle du fonctionnement hydrologique d'un karst sous couverture

Les aquifères karstiques sont des systèmes complexes, au centre d’enjeux cruciaux pour la gestion de l’eau potable dans le monde. L’objectif principal de ces travaux de thèse est d'améliorer la compréhension des relations entre les réponses hydrologiques mesurées à l'exutoire et le fonctionnement hydrologique des systèmes karstiques. Dans ce cadre, cette thèse s’appuie sur un site pilote du Service National d’Observation du Karst (INSU, CNRS), le site karstique de Norville, situé en Normandie. L’approche choisie a consisté à combiner différentes méthodes : géophysique, essais de traçages, méthodes statistiques, modélisation à réservoirs et analyse du signal.

Les méthodes géophysiques ont permis de caractériser au plus près la structure du bassin du système karstique (avec la mise en place d’un modèle géologique 3D), ainsi que les dynamiques multi-infiltrations à l’oeuvre sur la zone d’étude.

Les variations de la réponse hydrologique du système karstique ont été étudiées à l’aide d’une approche statistique multidimensionnelle, basée sur plusieurs campagnes de traçages. Les variables exerçant les forçages prédominants sur le système ont été identifiées et une méthode a été proposée pour la simulation de la forme de la réponse, à partir d’un algorithme d’apprentissage statistique.

Enfin, une modélisation pluie-débit du système a été réalisée en utilisant le modèle à réservoirs KARSTMOD, et ses résultats ont été comparés à ceux de l’analyse du signal temporel hydrodynamique à l’exutoire. Le rôle des différents réservoirs du modèle dans l’acquisition des caractéristiques spectrales du signal de débit à la source a été étudié. Enfin, la confrontation entre les résultats des méthodes de décomposition du signal d’une part, et les débits internes du modèle à réservoirs d’autre part, avec des traceurs naturels du système (conductivité et turbidité) montre des dynamiques identiques et amène à envisager la possibilité d’une interprétation physique du fonctionnement interne d’un système karstique basée sur ces deux types d’outils (analyse du signal et modélisation conceptuelle).