Soutenance de thèse de Ningxen Chen

Titre : Processus de transfert de l'eau et des contaminants agricoles dans la zone non saturée de la craie

Les membres du jury sont :

Nicole BARAN, Ingénieur de recherche, BRGM, rapporteur
Serge BROUYERE, Associate Professor, Université de Liège, rapporteur
Hélène BLANCHOUD, Maître de conférences, EPHE, examinatrice
Valérie PLAGNES, Professeur, Sorbonne Université, examinatrice
Jessy JAUNAT, Maître de conférences, Université de Reims, examinateur
Luc AQUILINA, Professeur, Université de Rennes 1, examinateur
Danièle VALDES, Maître de conférences, Sorbonne Université, Directrice de thèse
Pierre RIBSTEIN, Professeur, Sorbonne Université, Directeur de thèse

Résumé : L'aquifère de la craie est une ressource importante d'eau potable en Europe, qui a généralement une bonne qualité. Cependant, la qualité de l’eau dans cet aquifère s’est dégradée dans les dernières décennies, notamment à cause de l'utilisation d'engrais et de pesticides en surface. La craie est un milieu complexe en raison de sa double porosité de matrice et de fractures qui entraine une forte hétérogénéité des processus de transfert de l’eau et des contaminants. De plus, l'aquifère de la craie est souvent recouverte par des formations superficielles, en particulier de l’argile à silex qui influence les processus d'infiltration. La zone non saturée (ZNS), qui comprend le sol, la couche d'argile à silex et la craie non saturée, est assimilable à une boite noire qui transforme des signaux d’entrée, les chroniques de pluie et d’intrants agricoles, en des signaux de sortie, les chroniques de l’hydrodynamique et de l’hydrochimie des eaux de la nappe souterraine. Le but de cette thèse est de caractériser les différents processus de transfert d'eau et de contaminants (transfert par la matrice et par les fractures, transfert de pression et de matières) dans la ZNS, et de comprendre comment les propriétés de la ZNS (l'épaisseur de la ZNS et l'épaisseur d'argile à silex) influencent les processus de transfert et la dégradation des ions majeurs et des pesticides. Cette étude se focalise sur un site particulier, la carrière souterraine de Saint-Martin-le-Nœud dans l’Oise (60), qui est creusée à une profondeur de 20 à 30 mètres sous le sol, sur une longueur de 1200m. La craie est recouverte par une couche d’argile d’épaisseur variable, entre quasiment zéro et quelques mètres. La particularité de cette carrière est de se situer à la limite entre la zone non saturée (ZNS) et la zone saturée (ZS) permettant d’avoir un accès direct à la ZNS. Au plafond, l’eau percole et dans les parties les plus basses de la carrière, la nappe affleure formant ainsi des lacs. La carrière de Saint-Martin-le-Nœud se trouvant sur un dôme piézométrique, il n’y a pas d’influence d’écoulement provenant de l’amont de la carrière. Les propriétés hydrochimiques (concentrations en ions majeurs, en pesticides et en isotopes stables de l'eau) et hydrodynamiques (débit de percolation et niveau de lac) de 16 sites ont été observées pendant plusieurs années. L'étude de la variation spatio-temporelle des eaux souterraines montre : (1) l'eau et les contaminants sont transférés principalement par la matrice avec une vitesse de transfert estimée à environ 1 m/an mais une partie est transférée par les fractures avec une vitesse de transfert d’environ 100 m/an ; (2) la vitesse de transfert varie en fonction du type de molécule : le transfert d’une molécule organique comme l'atrazine est retardé par l'adsorption et la désorption dans la ZNS ; (3) les transferts d'eau et de contaminants se font majoritairement sous l'effet piston (transfert de pression) avec une faible partie en transfert direct ; (4) la proportion entre des transfert par effet piston et des transferts directs varie dans le temps, selon l’intensité des évènements pluvieux, et varie dans l’espace selon les caractéristiques de la ZNS. Ces caractéristiques de la ZNS influent non seulement les transferts mais aussi la dégradation des pesticides : (1) plus l'épaisseur de la ZNS est élevée, moins les contaminants seront détectés dans la nappe ; (2) la couche d'argile à silex peut créer une nappe perchée qui alimente en continu la nappe en-dessous et favorise la dégradation des pesticides en retenant l'eau plus longtemps en proche surface ; (3) la couche d'argile à silex peut aussi accélérer les transferts d'eau et de contaminants en créant des chemins préférentiels par des fractures plus ouvertes.

Mardi, 10 décembre, 2019 - 14:00
SU - Site Jussieu - Salle de conférences de l'UFR TEB - Tour 46/56 - 2ème étage