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International audience; The National Karst Observation Service: for a long-term monitoring of karst aquifers in the face of new climatic extremes. Karsts constitute heterogeneous aquifers, the result of the dissolution of carbonate rocks. These aquifers are now strategic water resources for different uses. At the same time, they are very sensitive to anthropogenic pressures and ongoing climate change. To answer to this societal concern, the community of karst hydrogeologists proposed to the INSU-CNRS the establishment of a national service for the observation of karstic systems (SNO KARST). Bringing together researchers and teacher-researchers, thisstructure now makes it possible to provide the community with a database including, in particular, temporal monitoring in terms of the quality and quantity of water from several French karstic systems. In addition, the SNO KARST is now a place for scientific exchanges on the topics of measurement and calibration protocols, natural or artificial tracing, signal analysis and processing, hydrological and physicochemical signatures and finally rainfalllevel-discharge modelling. The SNO KARST is also a privileged training place for master and doctoral students. Thus, since 2012, the SNO KARST system has played a structuring role for the research community and the teams that compose it now constitute a dynamic network in terms of scientific exchanges.; Les karsts sont autant d’aquifères hétérogènes, résultat de la dissolution des roches carbonatées. Ces aquifères constituent aujourd’hui des ressources en eau stratégiques pour les différents usages. Ils sont en même temps très sensibles aux pressions anthropiques et aux changements climatiques en cours. Pour répondre à cette préoccupation sociétale, la communauté des hydrogéologues karstiques a proposé à l’INSU-CNRS la mise en place d’un service national d’observation des systèmeskarstiques (SNO KARST). Rassemblant chercheurs et enseignants-chercheurs, cette structure permet aujourd’hui de mettre à la disposition de la communauté une base de données incluant notamment un suivi temporel en termes de qualité et quantité des eaux de plusieurs systèmes karstiques français. De plus, le SNO KARST constitue un lieu d’échanges scientifiques sur les thèmes des protocoles de mesure et de calibration, du traçage naturel ou artificiel, de l’analyse et du traitement du signal, des signatures hydrologiques et physicochimiques et enfin de la modélisation pluie-niveau-débit. Le SNO KARST est aussi un lieu de formation privilégié pour les étudiants en master et doctorat. Ainsi, depuis 2012, le dispositif SNO KARST a joué un rôle structurant pour la communauté de recherche, et les équipes qui le composent forment aujourd’hui un réseau dynamique sur le plan des échanges scientifiques.

International audience; Most groundwater models simulate stream-aquifer interactions with a head-dependent flux boundary condition based on a river conductance (CRIV). CRIV is usually calibrated with other parameters by history matching. However, the inverse problem of groundwater models is often ill-posed and individual model parameters are likely to be poorly constrained. Ill-posedness can be addressed by Tikhonov regularization with prior knowledge on parameter values. The difficulty with a lumped parameter like CRIV, which cannot be measured in the field, is to find suitable initial and regularization values. Several formulations have been proposed for the estimation of CRIV from physical parameters. However, these methods are either too simple to provide a reliable estimate of CRIV, or too complex to be easily implemented by groundwater modelers. This paper addresses the issue with a flexible and operational tool based on a 2D numerical model in a local vertical cross section, where the river conductance is computed from selected geometric and hydrodynamic parameters. Contrary to other approaches, the grid size of the regional model and the anisotropy of the aquifer hydraulic conductivity are also taken into account. A global sensitivity analysis indicates the strong sensitivity of CRIV to these parameters. This enhancement for the prior estimation of CRIV is a step forward for the calibration and uncertainty analysis of surface-subsurface models. It is especially useful for modeling objectives that require CRIV to be well known such as conjunctive surface water-groundwater use.

Karst aquifers are among the most difficult to characterize. They are known for their complex hydrological responses to rainfall events due to the high heterogeneity of their porosity, going from matrix conduit porosity. The porosity of conduit induces a high transfer velocity in the aquifer which is the cause of the karst aquifer vulnerability. The objective of this study is to define the modes of water transfer and solute in a karst aquifer of Dogger in Burgundy. Two complementary methods are used: (i) the analyse of piezometric and debitmetric time series, and (ii) the geochemical and isotopic characterization of groundwater based on the using of large panel of tracers, notably some dating tracers. These two methods are applied at different temporal scales: a high frequency monitoring (1 hour time step) during discharge event to study fast water transfer and a long time monitoring to characterize slow water transfer and study the seasonal variability of water transfer processes. This study highlights a large distribution of residence time of groundwater, from several hours during a recharge event, underlined by short response time rainfall-piezometric level (less to 70 hours) to several years for the baseflow showed by the using of dating tracers (39Kr, CFC-12 et SF6). In response to rainfall events, several water bodies are described. The first one, with slow transfer velocity, corresponds to the baseflow and is showed by dating tracers. The second one, with a direct recharge and a residence time in the karst aquifer that varies with the porosity from several hours to several days, is described by a continous monitoring of electrical conductivity, majors elements and tritium. Finally, the water stored in the unsaturated zone, remobilized during recharge events, is revealed by the variation of geochemical composition in tritium and Ca2+ in groundwater during recharge events. Despite of the high heterogeneity of water transfer processes, the fast water transfer is spatially organized. The response time of piezometric level to rainfall events and the residence time increase toward the hydrogeological downhill. The temporal study of the impulse response using the method of the sliding-window cross-correlation shows that the response time varies seasonally, being shorter during the summer. The variability of the response time is significant, up to a hundred hours. This temporal variability could be explained in part by a variability of the rainfall intensity which induces a variability of water flow processes in the epikarst. During intensive rainfall, the saturation of the epikarst is higher which induces lateral transfers and allows transferring water toward large conduits.; Les aquifères karstiques sont parmi les milieux souterrains les plus difficiles à caractériser. Ils sont connus pour avoir des réponses complexes aux événements pluvieux en raison de l’hétérogénéité de la porosité allant de la porosité matricielle (micro-porosité) à la porosité de conduits (macro-porosité). La porosité de conduits génère des vitesses de transfert élevées au sein de l’aquifère, à l'origine de la vulnérabilité des aquifères karstiques. L'objectif de cette thèse est de définir les modalités du transfert de l'eau et des solutés au sein d'un aquifère karstique du Dogger situé en Bourgogne. Deux approches complémentaires ont été utilisées: (i) l'analyse de chroniques piézométriques et débitmétriques à partir d'outils de traitement du signal et (ii) une caractérisation géochimique et isotopique des eaux souterraines basée sur l'utilisation d'une large palette de traceurs, notamment des traceurs de datation. Ces deux approches ont été appliquées à différentes échelles temporelles: un suivi haute fréquence (jusqu'à 1h) lors de pics de crue pour étudier les transferts rapides et un suivi à long terme (pluri-annuel) pour caractériser les transferts lents et étudier la variabilité saisonnière des modalités d'écoulement. Ce travail a permis de mettre en évidence une très large distribution des temps de résidence de l’eau souterraine, de quelques heures, lors d’événements de crue souligné par des temps de réponse pluie-niveau piézométrique faible (inférieurs à 70 h) à quelques années pour l’écoulement de base mis en évidence par l’utilisation de traceurs de datation (39Kr, CFC-12 et SF6). En réponse aux précipitations, différentes masses d'eau ont pu être décrites: (i) une eau à vitesse d’écoulement lente, qui correspond à l’écoulement de base mis en évidence par l'utilisation des traceurs de datation; (ii) une eau de recharge rapide dont le temps de résidence au sein de l'aquifère varie, selon les porosités empruntées, de quelques heures à quelques jours soulignés grâce au suivi en continu de la conductivité électrique, des éléments majeurs et du tritium; et (iii) des eaux stockées au sein de la zone non saturée, remobilisées lors de pics de crue mises en évidence par la variation des compositions géochimiques en tritium et Ca2+ des eaux souterraines lors de pics de crue. Malgré une forte hétérogénéité des processus d'écoulement, une logique spatiale des écoulements rapides apparaît. Le temps de réponse du niveau piézométrique à un événement pluvieux et le temps de résidence augmentent vers l’aval du dôme hydrogéologique. L'étude temporelle de la réponse impulsionnelle par la méthode du corrélogramme croisé coulissant montre que le temps de réponse varie de façon saisonnière, et est plus court en été. La variation du temps de réponse pour un forage entre été et hiver est significative et peut atteindre une centaine d’heures. Cette variabilité temporelle s'explique en partie par une variabilité de l'intensité des pluies (plus importantes en été) qui induit une variation des mécanismes d'écoulement au sein de l'épikarst. Lors d'événements de pluie intense, la saturation de l'épikarst est plus importante provocant des transferts latéraux en son sein et permettant de transférer les eaux vers les conduits les plus ouverts.