Soutenance Thèse "Signatures Hydrologiques des Bassins Karstiques" - Martin Le Mesnil

Avis de soutenance thèse de l'Institut Agro - au titre de son école interne Montpellier SupAgro 

mardi 15 juin 2021 à 14h00 - Montpellier SupAgro - 2 place Viala - 34060 Montpellier - lieu : Salle 11/101

Martin Le Mesnil soutiendra en visioconférence (https://www.youtube.com/c/AudiovisuelSupagro) ses travaux de thèse intitulés "Signatures Hydrologiques des Bassins Karstiques"

École doctorale : GAIA


Jury :             
Vazken ANDRÉASSIAN, ICPEF, INRAE, Antony (Rapporteur)
Nico GOLDSCHEIDER, Professeur, Karlsruhe Institute of Technology, Allemagne (Rapporteur)
Jim FREER, Professeur, University of Bristol, Royaume-Uni & University of Saskatchewan, Canada (Examinateur)
Nicolas MASSEI, Professeur, Université de Rouen (Examinateur)
Marie-George TOURNOUD, Professeur, Université de Montpellier (Examinatrice)
Yvan CABALLERO, Chercheur, BRGM, Montpellier (Invité)
Bruno JANET, Ingénieur, SCHAPI, Toulouse (Invité)
Jean-Baptiste CHARLIER, Chercheur, BRGM, Montpellier (Encadrant)
Roger MOUSSA, Directeur de Recherche, INRAE, Montpellier (Directeur de thèse)
                        
                                   
Résumé :

Les zones karstiques sont présentes dans de nombreuses régions du globe et couvrent 20 % de la surface des terres émergées en Europe. Les propriétés des roches karstiques favorisent les échanges surface/souterrain et engendrent des processus hydrologiques spécifiques lors des crues : infiltration rapide, mobilisation d’eau souterraine, écoulements souterrains interbassins (IGF). Les bassins karstiques ont donc des réponses hydrologiques complexes, difficiles à quantifier et à prévoir. L’objectif de cette thèse est de définir et d’analyser les signatures hydrologiques des bassins karstiques, afin de proposer une typologie de leurs processus en crue, et des voies d’amélioration de leur modélisation. Les signatures hydrologiques sont des indicateurs permettant de quantifier différents aspects de la réponse hydrologique d’un bassin versant. La zone d’étude, d’une superficie totale de 25 000 km², couvre trois régions karstiques de natures hydrométéorologiques contrastées : Cévennes, Jura, et Normandie. Elle comporte 120 stations de jaugeage, pour lesquelles des chroniques de pluie et de débit d’une durée moyenne de 10 ans sont exploitées. Cette thèse comporte quatre chapitres principaux dont chacun aborde un aspect de la réponse hydrologique des bassins karstiques. L’influence du karst sur l’hydrologie des bassins versant est d’abord analysée à travers l’application de bilans hydrologiques annuels (adaptation des théories de L’Vovich et Budyko) réalisés à l’échelle du tronçon de rivière. Les bilans intègrent les IGFs et mettent en évidence les bassins élémentaires en pertes et en gains. Ensuite, l’influence du karst est étudiée à l’échelle de l’évènement de crue, à l’aide de descripteurs calculés sur les hydrogrammes (indices de bilan, temps caractéristiques, et simulations du modèle d’onde diffusante avec échanges latéraux). Malgré une forte variabilité dans les influences du karst, des spécificités sont mises en évidence, comme l’importance des IGFs, et le laminage des crues. Par ailleurs, la simulation des débits à l’aide de deux modèles à réservoirs dédiés à la prévision (Gardénia et GR5H), permet d’analyser (i) la capacité des modèles conceptuels à renseigner sur les processus hydrologiques des bassins et (ii) l’intérêt de la connaissance des processus hydrologiques spécifiques au karst pour l’amélioration des modélisations pluie-débit sur ces bassins. Enfin, un modèle conceptuel des processus hydrologiques en période de crue sur deux bassins karstiques contrastés est réalisé, qui tient compte de la saisonnalité et du type de karst (unaire, binaire). Il se base sur le développement d’une nouvelle méthode d’analyse des relations débit-concentration, appliquée à des données de conductivité électrique obtenues par l’instrumentation de tronçons karstiques. La synthèse de ces travaux, menés à différentes échelles temporelles (année, évènement) et spatiales (bassins topographiques, élémentaires), permet de dégager, via les signatures hydrologiques, une typologie des processus hydrologiques des bassins versants à composante karstique en crue, et de discuter de leur prise en compte par les modèles.

 

Publications

[1] Le Mesnil, M., Charlier, J.-B., Moussa, R., Caballero, Y., and Dörfliger, N.: Interbasin groundwater flow: Characterization, role of karst areas, impact on annual water balance and flood processes, Journal of hydrology, 585, 124583,
https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124583, 2020.

[2] Le Mesnil, M., Moussa, R., Charlier, J.-B., and Caballero, Y.: Impact of karst areas on runoff generation, lateral flow and interbasin groundwater flow at the storm-event timescale, Hydrol. Earth Syst. Sci., 25, 1259–1282,
https://doi.org/10.5194/hess-25-1259-2021, 2021.

[3] Le Mesnil, M., Moussa, R., and Charlier, J.-B.: Rainfall-Runoff simulation in karst catchments: what do we learn about hydrological functioning from lumped models?, In preparation.

[4] Le Mesnil, M., Charlier, J.-B., Moussa, R., and Caballero, Y.: Revisiting concentration-discharge relationship analysis to characterize flood water origin by combining hysteresis loops and lateral flow modelling: application to karst catchments, under review, Water Resources Research.

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