Flow and transport characterization in vadose and phreatic zones of karst aquifers

: Experimental approaches in the Givetian limestones of South Belgium

Thèse de l'étudiant: Doc typesDocteur en Sciences

Résumé

Le travail présenté dans ce manuscrit avait pour objectif d’étudier les phénomènes d’écoulements siégeant au sein des aquifères karstiques, l’une des ressources en eau souterraine majeure de notre planète. Ces aquifères carbonatés, très spécifiques de par l’existence de formes de dissolutions, présentent une hétérogénéité de comportement complexe à appréhender par des moyens classiques. Cependant, l’existence même de ces cavités karstiques offre une opportunité unique d’étudier le fonctionnement de ces systèmes de l’intérieur. Ce faisant, utilisant la connaissance spéléologique des réseaux, un panel de méthodes basées sur le monitoring in-situ a été mis en œuvre lors de cette thèse. Cette approche a été réalisée dans l’aquifère karstique des calcaires du Givetien, au sud de la Belgique. Cet aquifère présente un très grand nombre de phénomènes karstiques, dont deux des plus grands réseaux d’écoulements souterrains du pays : le système karstique de Han-sur-Lesse et le système karstique de la Lomme. Ces systèmes ont été choisis comme sites d’étude afin d’implémenter deux approches.
D’une part, une approche centrée sur l’étude de la zone saturée du karst (ou phréatique), c’est-à-dire la partie de l’aquifère constamment saturée en eau et où siègent d’importants écoulements souterrains. Les méthodes de monitoring en grottes et d’essais de traçage ont permis d’appréhender le fonctionnement complexe des écoulements de la Wamme et de la Lomme souterraine dans le système karstique de la Lomme. D’autre part, une approche focalisée sur la zone non-saturée a été réalisée. Cette zone, également appelée zone vadose, est importante car elle constitue la transition entre la surface et la nappe phréatique et est donc le support des phénomènes provenant de la surface. L’accès aux cavités karstiques a permis de mesurer les phénomènes de transport et de stockage de l’eau d’infiltration au sein de cette zone superficielle de l’aquifère. Cette démarche a permis de caractériser et de quantifier les processus de recharge de l’aquifère ainsi que d’en estimer la vulnérabilité face à une éventuelle pollution en provenance de la surface.
La démarche menée lors de cette thèse de doctorat prenait part à un projet d’une portée plus large, visant à caractériser les processus hydrogéologiques au sein de la zone non-saturée des aquifères karstiques par une approche multidisciplinaire et multi-échelle. Le projet KARAG, pour Karst Aquifer ReseArch by Geophysics, vise à la complémentarité de l’approche hydrogéologique du présent manuscrit et d’une approche de géophysique de surface menée en parallèle dans le cadre d’une seconde thèse.
Date de réussite6 sept. 2017
langueAnglais
Institution diplomante
  • Université de Namur
SponsorsFonds de la Recherche Scientifique F.R.S.-FNRS
SuperviseurVincent Hallet (Promoteur), Johan Yans (Président), Pascal Goderniaux (Jury), Hervé Jourde (Jury), Olivier Kaufmann (Jury) & Marnick Vanclooster (Jury)

Keywords

  • hydrogeologie
  • karst
  • monitoring
  • modélisation
  • approche expérimentale
  • zone vadose
  • zone phréatique
  • aquifère karstique
  • vulnérabilité
  • essais de traçage
  • hydrochimie
  • fluorimètre de terrain

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Flow and transport characterization in vadose and phreatic zones of karst aquifers: Experimental approaches in the Givetian limestones of South Belgium
Poulain, A. (Auteur). 6 sept. 2017

Thèse de l'étudiant: Doc typesDocteur en Sciences