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This paper is subsequent to the publication "Paleogeography of the Ardèche canyon from the Lower Cretaceous to the Oligocene" (Jolivet et al, 2022). The objective, by the approach of tectonics, geomorphology and geochemistry, is to understand the distribution of fluvial circulations during the Paleogene as well as at the geological interface represented by the Lower Oligocene-Miocene, at the beginning of the incision of the Ardèche canyon in the Neogene. The geographical setting of this wide sedimentary unit extends from the Triassic borders of the Cévennes to the east, passing successively to the Jurassic terrains, to end in the West with the vast Lower Cretaceous carbonate entity of the Bas Vivarais and Garrigues regions included in the departments of Ardèche and Gard. The Upper Cretaceous and Paleogene paleo-covers have obliterated the Barremo-Aptian platform and favoured fluvial circulations forming deltas, braided channels or valleys of various sizes. The orientation of the flows, from the end of the Mesozoïc and until the end of the Paleogene, is however difficult to interpret. Influenced by variations of the Thetys Alpine seas, only the regional base levels (represented by the Alès and Rhône grooves) seem to have been preferential collectors during these periods. In view of its geographical position and its geological nature, the Alès trench has given the Ardèche river a N-S fluvial flow orientation in the Upper Cretaceous then NW to SE during the Paleogene. Tectonic conjunctures linked to eustatic and climatic evolutions during the Paleogene have amplified the successive captures of aerial flows, before rhythmically incising the Ardèche canyon at the beginning of the Miocene. To better discuss the endokarstic formation of the levelled summit area of the Saint-Remèze plateau located respectively on the right and left banks of the current Ardèche, a new geological and geochemical approach was conducted to better understand the physiographic processes of this evolution between the lower Eocene and the Oligocene. Recent field observations from the central area of the Saint-Remèze and the bois de Ronze plateaus offer a different concept on the origin of the evolution of this paleo-karst. A characterisation protocol through geochemical ICP-AES completed by X-ray diffraction of Paleogene samples, referenced on the geological maps of Bourg Saint Andéol-889 and Pont Saint Esprit-913, makes it possible to compare the geochemical signatures of unpublished sandstone and clay samples at the surface and in the caves of the Ardèche karstic plateaus (Jolivet et al, 2020).; Cet article fait suite à la publication " La paléogéographie du canyon de l'Ardèche du Crétacé inférieur à l'Oligocène" (Jolivet et al, 2022). La question était de comprendre par l'approche de la tectonique, de la géomorphologie et de la géochimie, la répartition des circulations fluviatiles durant le Paléogène ainsi qu'à l'interface géologique représentée par l'Oligocène-Miocène inférieur, début de l'incision du canyon de l'Ardèche au Néogène. L'espace géographique de ce vaste ensemble sédimentaire s'étend des bordures triasiques des Cévennes à l'Est en passant successivement aux terrains du Jurassique pour se terminer à l'Ouest par la vaste entité carbonatée du Crétacé inférieur des régions du Bas Vivarais et des Garrigues incluses dans les départements de l'Ardèche et du Gard. Les paléo-couvertures du Crétacé supérieur et du Paléogène ont oblitéré la plateforme barremo-aptienne et favorisé les circulations fluviatiles formant des deltas, des chenaux anastomosés ou des vallées de dimensions variées. L'orientation des écoulements, dès la fin du Mésozoïque et jusqu'à la fin du Paléogène, est cependant difficilement interprétable. Influencé par les variations des mers de la Thétys Alpine, seuls les niveaux de base régionaux (représentés par les sillons d'Alès et du Rhône) semblent avoir été des collecteurs préférentiels pendant ces périodes. Au regard de sa position géographique et de sa nature géologique, le sillon d'Alès a donné à la rivière Ardèche une orientation d'écoulement fluviatile N-S au Crétacé supérieur puis NO à SE durant le Paléogène. Les conjonctures tectoniques liées aux évolutions eustatiques et climatiques du Paléogène ont amplifié les captures successives des écoulements aériens avant d'inciser de façon rythmée le canyon de l'Ardèche au début du Miocène. Pour mieux aborder la formation endokarstique des zones sommitales arasées du plateau de St Remèze situées respectivement en rives droite et gauche de l'Ardèche actuelle, une nouvelle approche géologique et géochimique a été menée pour mieux appréhender les processus physiographiques de cette évolution entre l'Eocène inférieur et l'Oligocène.A partir de la zone centrale des plateaux de St Remèze et du bois de Ronze, des observations de terrain récentes proposent un autre concept sur l'origine de l'évolution de ce paléo-karst. Un protocole de caractérisation par analyse géochimique ICP-AES complété par diffraction X d'échantillons du Paléogène référencés sur la carte géologique de Bourg Saint Andéol-889 et Pont St Esprit-913 permet de comparer les signatures géochimiques d'échantillons inédits, gréseux et argileux, en surface et dans les cavités des plateaux karstiques ardéchois (Jolivet et al, 2020).

International audience; If the success of agricultural intensification continues to rely on the depletion of aquifers and exploitation of (female) labour, transformations to groundwater sustainability will be impossible to achieve. Hence, the development of new groundwater imaginaries, based on alternative ways of organizing society-water relations is highly important. This paper argues that a comparative documentation of grass-roots initiatives to care for, share or recharge aquifers in places with acute resource pressures provides an important source of inspiration. Using a grounded anti-colonial and feminist approach, we combine an ethnographic documentation of groundwater practices with hydrogeological and engineering insights to enunciate, normatively assess and jointly learn from the knowledges, technologies and institutions that characterize such initiatives. Doing this usefully shifts the focus of planned efforts to regulate and govern groundwater away from government efforts to control individual pumping behaviours, to the identification of possibilities to anchor transformations to sustainability in collective action.

Phreatic aquifers are a strategic source of water for various activities and human consumption around the world. In addition, they are essential systems in the regulation of the hydrological cycle and all the resulting ecosystem processes, especially in tropical humid regions. These aquifers may be vulnerable to pollution, overexploitation and salt water intrusion. This thesis seeks to understand the functioning and dynamics of a heterogeneous phreatic aquifer, based on its hydrodynamic behavior, hydrogeochemical processes and transit and residence times of groundwater. The case study corresponds to the groundwater aquifer in the Gulf of Urabá, Colombia.The results of the thesis show that the groundwater aquifer presents an important recharge and a direct relationship between the piezometric levels and the precipitation at the beginning of the direction of the groundwater flow. As groundwater flow advances, the piezometric response pattern suggests additional flows to precipitation infiltration, such as groundwater drainage, tidal oscillation, and possible surface flow inputs.The hydrogeochemical composition of groundwater is mainly governed by the contact of water and soil with CO2 (g), which induces silicate weathering, resulting in HCO3--Ca2+-Mg2+ facies.The isotopic composition of groundwater with an average δ18O of -6.16 ‰ is consistent with the isotopic composition of precipitation, which confirms the direct recharge of precipitation. Different tracers such as 3H, 14C and CFC’s validated the infiltration of rainwater into the aquifer and a mixture of younger waters (0 years) with relatively older waters (more than 40 years), in accordance with the estimated renewal rate according to hydrodynamics.The integrated information from the partial results allowed the development of a conceptual hydrogeological model representing the functioning of the aquifer.; Les aquifères phréatiques sont une source stratégique d’eau pour diverses activités et la consommation humaine dans le monde. En outre, ils sont des systèmes essentiels dans la régulation du cycle hydrologique et de tous les processus écosystémiques qui en résultent, en particulier dans les régions tropicales humides. Ces aquifères peuvent être vulnérables à la pollution, à la surexploitation et à l’intrusion d’eau salée. Cette thèse cherche à comprendre le fonctionnement et la dynamique d’un aquifère phréatique hétérogène, basé sur son comportement hydrodynamique, ses processus hydrogéochimiques et les temps de transit et de séjour des eaux souterraines. L’étude de cas correspond à l’aquifère souterrain du golfe d’Urabá, en Colombie.Les résultats de la thèse montrent que l’aquifère présente une recharge importante et une relation directe entre les niveaux piézométriques et les précipitations au début de la direction de l’écoulement souterrain. Au fur et à mesure que l’écoulement des eaux souterraines progresse, la réponse piézométrique suggère des apports supplémentaires à l’infiltration des précipitations, comme le drainage des eaux souterraines, l’oscillation des marées et les apports possibles de l’écoulement de surface.La composition hydrogéochimique des eaux souterraines est principalement régie par le contact de l’eau et du sol avec le CO2 (g), qui induit l’altération du silicate, ce qui entraîne des faciès HCO3--Ca2+-Mg2+.La composition isotopique des eaux souterraines avec un δ18O moyen de -6,16 correspond à la composition isotopique des précipitations, ce qui confirme la recharge directe des précipitations. Différents traceurs tels que 3H, 14C et CFC ont validé l’infiltration d’eau de pluie dans l’aquifère et un mélange d’eaux plus jeunes (0 ans) avec des eaux relativement plus anciennes (plus de 40 ans), en fonction du taux de renouvellement estimé en fonction de l’hydrodynamique.L’information intégrée des résultats partiels a permis le développement d’un modèle hydrogéologique conceptuel représentant le fonctionnement de l’aquifère.

Aquifers are one of the most valuable water resources to be used. They are connected to the water cycle of which they constitute the underground part. A need of a numerical tool suited to model France aquifers was pointed out in order to depict their dynamic within the global warming context. In Brittany, a France region, there are mainly shallow, heterogeneous crystalline aquifers, but well connected to the hydrological network, for which they are the main reservoir. Available data to analyze these aquifers are really scarce, requiring a parcimonious modelling approach. But they need to take into account the hich complexity of shallow altered aquifers. The devellopped model’s main aim is hillslopes flow modelling. The outgoing flow are aggregate in river, whose data area used for calirbation. The model compared to recession analysis shows a good ability to reporduce flowing processes, and describing the kind of data needful to infer shallow aquifers dynamics., Les systèmes aquifères représentent une des principales ressources en eau potable actuellement, et sont directement connectés au cycle hydrologique dont ils constituent une partie souterraine. Dans le cadre du changement climatique est apparue la nécessité de développer un outil de modélisation numérique à même de rendre compte de la dynamique des systèmes aquifères de France. En Bretagne, les aquifères principaux sont sis sur un socle cristallin, peu profonds et très hétérogènes mais sont connectés directement aux rivières dont ils constituent le stock principal. Les données disponibles pour l’analyse de ces systèmes sont relativement faibles, nécessitant le développement d’une approche parcimonieuse mais à même de rendre compte de la complexité de la dynamique des systèmes aquifères situés dans les premiers mètres de roche altérée. L’approche développée ici est de modéliser les écoulements dans les versants qui sont agrégés dans la rivière dont les données de débits servent de point de comparaison à la calibration du modèle. Le modèle, couplé à des analyses de récession des débits en rivière, montre une bonne capacité à reproduire les processus d’écoulement des aquifères de socle, tout en donnant des indices sur le type de données nécessaires à la caractérisation de la physique de ces aquifères.

Ethyl tert-butyl ether (ETBE) is a gasoline additive that became an important aquifer pollutant. The information about natural bacterial consortia with a capacity for complete ETBE degradation is limited. Here we assess the taxonomical composition of bacterial communities and diversity of the ethB gene (involved in ETBE biodegradation) in ETBE-enrichment cultures that were established from a gasoline-polluted aquifer, either from anoxic ETBE-polluted plume water (PW), or from an upstream non-polluted water (UW). We used a 16S rRNA microarray, and 16S rRNA and ethB gene sequencing. Despite the dissimilar initial chemical conditions and microbial composition, ETBE-degrading consortia were obtained from both PW and UW. The composition of ETBE-enrichment cultures was distinct from their initial water samples, reflecting the importance of the rare biosphere as a reservoir of potential ETBE degraders. No convergence was observed between the enrichment cultures originating from UW and PW, which were dominated by Mesorhizobium and Hydrogenophaga, respectively, indicating that distinct consortia with the same functional properties may be present at one site. Conserved ethB genes were evidenced in both PW and UW ETBE-enrichment cultures and in PW water. Our results suggest that the presence of ethB genes rather than the taxonomical composition of in situ bacterial communities indicate the potential for the ETBE degradation at a given site.

Aquifer vulnerability maps can improve groundwater management for sustainable anthropogenic development. The latest update of karst aquifer vulnerability mapping is named: the Protection of Aquifers base on Protection, Rock type, Infiltration and KArstification (PaPRIKa). This multi-criteria assessment method is based on a weighting system whose criteria are selected according to the aquifer under study. In this study, the PaPRIKa method has been applied in the Fontaine de Vaucluse karst aquifer using the novel plugin for Quantum Geographic Information System (QGIS) software. The Fontaine de Vaucluse karst aquifer is the largest European karst hydrosystem with a catchment area that measures approximately 1162 km 2 . Four thematic maps were produced according to the criteria of protection, rock type, infiltration, and karst development. The plugin expedites the weighting system test and generates the final vulnerability map. At a large scale the vulnerability map is globally linked with primary geomorphological units and at the local scale is mostly affected by karst features that drive hydrodynamics. In conclusion, the novel QGIS plugin standardizes the application of the PaPRIKa method, saves time and prevents user omissions. The final vulnerability map provides useful contributions that are most relevant to groundwater managers and decision-makers. We highlight the sensibility of the vulnerability map to the weighting system and validation issues of the vulnerability map are raised.

Nowadays, the coastal areas concentrate frequently densely populated cities where economic development is associated to a fast urbanization. In many locations rivers are integrated within the urban areas and present both resources and potential risks. The growing competition between the economic activities and the essential space for the rivers requests an efficient management based on reliable tools able to provide hydrological information. Typically, the Lower Var valley, in south of France, faces to an increase of human activities, and the social impacts on the natural environment have become more and more intensive. Therefore, the water cycle is unbalanced implying water problems. To deal with this issue, local authorities needs a Decision Support System (DSS) tool to simulate the behaviour of water system. This is the objective of the AquaVar research which includes three numerical models: Mike SHE for the Var catchment, Mike 21FM for the Lower Var River, and Feflow for the aquifer. Here, the research is focused on the 2D free surface flow model and its integration in the DSS tool.The 2D hydraulic models represent a meaningful approach that can provide an accurate view on the physical processes within the river and on the hydrodynamics during the extreme events (inundation, drought and accidental pollution). The 2D free surface flow model is designed with Mike 21FM software using common methodology. It is calibrated and validated for the three specific weather conditions in the Lower Var valley: floods which occur in November, spring floods due to snow melting and droughts in summer. Not only the 2D hydraulic model allows to simulate scenarios of inundation and accidental pollutions, but it is also able to exchange water volume with the groundwater model developed with Feflow. A specific interface is developed to connect river and aquifer in the Lower Var valley. It required validation cases to accurately simulate the river-aquifer exchanges.Obviously, Mike 21FM is finally the core of the DSS tool because it is the centre of the modelling system. The hydrodynamics of the river depends on precipitations converted in flow by Mike SHE model, and exchanges water volume with the aquifer modelled by Feflow. The last part of this research is dedicated to the construction of the DSS tool and the integration of the 2D hydraulic model. The modelling system is implemented in a web interface adapted for different types of users. This DSS tool can be easily updated by sharing data from all the stakeholders. In the future, this tool could integrate sewage network and drinking water supply system to consider all the water cycle. Hence, local authorities could forecast and control the water resources and the potential risks.; Aujourd’hui, les zones côtières concentrent souvent des villes densément peuplées où le développement économique est associé à une rapide urbanisation. Dans de nombreux endroits, les cours d’eau sont intégrés en zone urbaine présentant à la fois des ressources et des risques potentiels. La concurrence croissante entre les activités économiques et l'espace essentiel aux rivières et aux milieux naturels nécessite une gestion intégrée basée sur des outils fiables capables de fournir des informations hydrologiques. La basse vallée du Var, dans le sud de la France, est spécifiquement exposée à une augmentation de l’activité humaine, et les impacts sociaux sur l’environnement deviennent de plus en plus intenses. Par conséquent, le cycle de l’eau est déséquilibré et induit des problèmes liés à l’eau. Pour traiter ces problèmes, les collectivités territoriales ont besoin d’outils d’aide à la décision qui simulent le comportement du bassin versant. Tel est l’objectif du projet AquaVar qui repose sur trois modèles numériques : Mike SHE pour le bassin versant du Var, Mike 21FM pour la rivière, et Feflow pour l’aquifère. Ces travaux de recherches se concentrent sur le modèle des écoulements à surface libre et son intégration au sein de l’outil d’aide à la décision.Les modèles hydrauliques 2D sont fréquemment utilisés car ils fournissent une vision précise des phénomènes physiques en rivière et de l’hydrodynamique durant des événements extrêmes (inondation, sécheresse et pollution accidentelle). Le modèle des écoulements à surface libre 2D est conçu avec le logiciel Mike 21FM en utilisant la méthodologie classique. Il est calibré et validé pour des conditions spécifiques de la basse vallée du Var : hautes eaux au mois de novembre, hautes eaux au printemps dues à la fonte des neiges et basses eaux en été. Le modèle hydraulique peut non seulement être utilisé pour simuler des scénarios d’événements extrêmes, mais il est également capable d’interagir avec le modèle des écoulements souterrains développé avec Feflow. Une interface spécifique est développée pour connecter le Var et son aquifère dans la basse vallée. Elle nécessite cependant une phase de validation afin de précisément simuler les échanges nappe-rivière.De toute évidence, le modèle Mike 21FM est le cœur de l’outil d’aide à la décision. L'hydrodynamique du fleuve dépend de la transformation des précipitations en débit (modélisée par Mike SHE) et du volume d'eau échangé avec l'aquifère (modélisé par Feflow). La dernière partie est consacrée à la construction de l'outil d’aide à la décision avec l'intégration du modèle hydraulique 2D. Ce système de modèles est implémenté dans une interface web et accessible par différents utilisateurs. Cet outil peut être facilement mis à jour en partageant les données de chaque partenaire. Dans le futur, cet outil pourrait intégrer le petit cycle de l'eau (réseaux d’assainissement et d’alimentation en eau potable). Les autorités locales pourraient donc prévoir et contrôler leurs ressources en eau et les risques potentiels.

Nowadays, the coastal areas concentrate frequently densely populated cities where economic development is associated to a fast urbanization. In many locations rivers are integrated within the urban areas and present both resources and potential risks. The growing competition between the economic activities and the essential space for the rivers requests an efficient management based on reliable tools able to provide hydrological information. Typically, the Lower Var valley, in south of France, faces to an increase of human activities, and the social impacts on the natural environment have become more and more intensive. Therefore, the water cycle is unbalanced implying water problems. To deal with this issue, local authorities needs a Decision Support System (DSS) tool to simulate the behaviour of water system. This is the objective of the AquaVar research which includes three numerical models: Mike SHE for the Var catchment, Mike 21FM for the Lower Var River, and Feflow for the aquifer. Here, the research is focused on the 2D free surface flow model and its integration in the DSS tool.The 2D hydraulic models represent a meaningful approach that can provide an accurate view on the physical processes within the river and on the hydrodynamics during the extreme events (inundation, drought and accidental pollution). The 2D free surface flow model is designed with Mike 21FM software using common methodology. It is calibrated and validated for the three specific weather conditions in the Lower Var valley: floods which occur in November, spring floods due to snow melting and droughts in summer. Not only the 2D hydraulic model allows to simulate scenarios of inundation and accidental pollutions, but it is also able to exchange water volume with the groundwater model developed with Feflow. A specific interface is developed to connect river and aquifer in the Lower Var valley. It required validation cases to accurately simulate the river-aquifer exchanges.Obviously, Mike 21FM is finally the core of the DSS tool because it is the centre of the modelling system. The hydrodynamics of the river depends on precipitations converted in flow by Mike SHE model, and exchanges water volume with the aquifer modelled by Feflow. The last part of this research is dedicated to the construction of the DSS tool and the integration of the 2D hydraulic model. The modelling system is implemented in a web interface adapted for different types of users. This DSS tool can be easily updated by sharing data from all the stakeholders. In the future, this tool could integrate sewage network and drinking water supply system to consider all the water cycle. Hence, local authorities could forecast and control the water resources and the potential risks.; Aujourd’hui, les zones côtières concentrent souvent des villes densément peuplées où le développement économique est associé à une rapide urbanisation. Dans de nombreux endroits, les cours d’eau sont intégrés en zone urbaine présentant à la fois des ressources et des risques potentiels. La concurrence croissante entre les activités économiques et l'espace essentiel aux rivières et aux milieux naturels nécessite une gestion intégrée basée sur des outils fiables capables de fournir des informations hydrologiques. La basse vallée du Var, dans le sud de la France, est spécifiquement exposée à une augmentation de l’activité humaine, et les impacts sociaux sur l’environnement deviennent de plus en plus intenses. Par conséquent, le cycle de l’eau est déséquilibré et induit des problèmes liés à l’eau. Pour traiter ces problèmes, les collectivités territoriales ont besoin d’outils d’aide à la décision qui simulent le comportement du bassin versant. Tel est l’objectif du projet AquaVar qui repose sur trois modèles numériques : Mike SHE pour le bassin versant du Var, Mike 21FM pour la rivière, et Feflow pour l’aquifère. Ces travaux de recherches se concentrent sur le modèle des écoulements à surface libre et son intégration au sein de l’outil d’aide à la décision.Les modèles hydrauliques 2D sont fréquemment utilisés car ils fournissent une vision précise des phénomènes physiques en rivière et de l’hydrodynamique durant des événements extrêmes (inondation, sécheresse et pollution accidentelle). Le modèle des écoulements à surface libre 2D est conçu avec le logiciel Mike 21FM en utilisant la méthodologie classique. Il est calibré et validé pour des conditions spécifiques de la basse vallée du Var : hautes eaux au mois de novembre, hautes eaux au printemps dues à la fonte des neiges et basses eaux en été. Le modèle hydraulique peut non seulement être utilisé pour simuler des scénarios d’événements extrêmes, mais il est également capable d’interagir avec le modèle des écoulements souterrains développé avec Feflow. Une interface spécifique est développée pour connecter le Var et son aquifère dans la basse vallée. Elle nécessite cependant une phase de validation afin de précisément simuler les échanges nappe-rivière.De toute évidence, le modèle Mike 21FM est le cœur de l’outil d’aide à la décision. L'hydrodynamique du fleuve dépend de la transformation des précipitations en débit (modélisée par Mike SHE) et du volume d'eau échangé avec l'aquifère (modélisé par Feflow). La dernière partie est consacrée à la construction de l'outil d’aide à la décision avec l'intégration du modèle hydraulique 2D. Ce système de modèles est implémenté dans une interface web et accessible par différents utilisateurs. Cet outil peut être facilement mis à jour en partageant les données de chaque partenaire. Dans le futur, cet outil pourrait intégrer le petit cycle de l'eau (réseaux d’assainissement et d’alimentation en eau potable). Les autorités locales pourraient donc prévoir et contrôler leurs ressources en eau et les risques potentiels.

Groundwater systems (GW) constitute an important part of the hydrological cycle. GW transfer water infiltrated through soils on variable distances. After a characteristic time ranging from the month to thousand of years, GW reach the surface supporting rivers and evapotranspiration. Thus, they are a major resource for human and ecosystems. PredictingGWresponse to human and climate pressures is limited by (1) the scarcity of direct information on the highly heterogeneous geological media (2) the complexity of surface-depth exchanges. So, it seems necessary to develop models representing at best the processes at different spatiotemporal scales. To address this issue, we study the informative content of different observation types (piezometry, streamflow, surface deformation. . . ) to assess how they can improve models parametrization. Our work is based on GW modeling of the Ploemeur site (local scale) and of the Rhine basin (continental scale). For both approaches, simple models are developed, using analytical or numerical solutions. Also, the ModFlow model was coupled to an hydrological model. At small scale, results show the interest of temporal and multidisciplinary data to better constrain processes. At large scale, the developed model, as well as observations, allows to precise the role ofGWfor water availability on surface. Both approaches highlight a flows control at different scales by topography, geology and heterogeneity., Les systèmes aquifères constituent la partie souterraine du cycle hydrologique. Ils transfèrent les pluies infiltrées à travers les sols sur des distances variables. Après un temps caractéristique de l’ordre du mois au millier d’années, les eaux souterraines regagnent la surface en alimentant les rivières et en satisfaisant en partie l’évapotranspiration. Les aquifères sont ainsi une ressource en eau majeure pour l’Homme et les écosystèmes. La prédiction de leur réponse aux pressions anthropiques et climatiques se heurte à deux difficultés (1) la faible densité d’informations directes sur les milieux géologiques et leur grande hétérogénéité (2) la complexité des échanges entre la surface et la profondeur. L’enjeu est donc de développer des modèles représentant au mieux les processus aux différentes échelles spatiotemporelles. Pour aborder cette question, nous étudions le contenu informatif de différents types d’observables (piézométrie, débit de rivière, déformation de surface...) afin de déterminer comment ils peuvent améliorer la paramétrisation des modèles. Notre travail s’appuie sur la modélisation hydrologique du site de Ploemeur (échelle locale) et du bassin du Rhin (échelle continentale). Dans les deux cas, des modèles simples sont développés en utilisant des solutions analytiques et numériques. Le modèle ModFlow a également été couplé à un modèle hydrologique. À petite échelle, les résultats illustrent l’intérêt de différents types de données transitoires pour contraindre les processus. À grande échelle, le modèle développé ainsi que les observables permettent d’affiner le rôle des systèmes aquifères dans la disponibilité de l’eau en surface. Les deux approches illustrent un contrôle des flux à différentes échelles par la topographie, la géologie et l’hétérogénéité.

The sustainability of geothermal systems using shallow aquifers for heating, cooling and hot water production depends on the possibility to ensure, over long time-scales, the production and the reinjection of groundwater in the aquifer. Clogging of the geothermal loop is a major issue affecting the technical and economic viabilities of numerous operations in France. The understanding and prediction of this phenomenon requires new methods of characterization and modelling of biogeochemical processes coupled to the operation of geothermal loops in heterogeneous subsurface environments. This thesis is thus the result of a new collaboration between the Géosciences Rennes lab and Antea group to identify the mechanisms at the origin of clogging phenomena and characterize their controlling parameters, in order to establish a risk assessment tool allowing the anticipation of clogging processes. The first part of the thesis describes the main clogging processes (biogeochemical, chemical, biological and physical). This synthesis is the result of (1) the study of the literature dealing with the clogging of water wells and (2) our feedbacks on the geothermal doublets identified and studied during this thesis. The second part presents the regional inventories of shallow geothermal systems impacted by clogging problems identified in different hydrogeological contexts in France. These inventories provide a large-scale perspective of clogging phenomena and allow to study the contexts associated with each type of clogging processes. In the third part, new methodologies for the in-situ characterization of biogeochemical clogging phenomena linked to manganese and iron oxidation are presented through case studies of sites affected by clogging issues. These interdisciplinary studies couple the measurement of hydraulic properties, chemical element concentrations and bacterial diversity, to identify the specific issue impacting the operation and to define its causes. The fourth part presents the results of an interdisciplinary field campaign carried out on a geothermal doublet impacted by a biogeochemical clogging process. This campaign documented the key components involved in mixing induced biogeochemical reactivity: flow distribution, chemical heterogeneity and microbiological diversity. Using PHREEQC, a geochemical model simulating observed kinetics of precipitation was developed in order to quantitatively explore the biogeochemical mechanisms favoring rapid clogging. Feedback from shallow geothermal systems operation has demonstrated the need for a reliable risk analysis methodology that allowed to anticipate the apparition of clogging processes at each stage of the project life (part 5). From the synthesis of the scientific & technical literature and the conclusions of the studies carried out during this thesis, the risk factors for the appearance of clogging phenomena were determined. A clogging risk analysis integrating these factors was implemented through the development of methods developed under Python 3. The methodology of the ARCADE tool (Analyse des Risques de Colmatage et Aide à la Décision) is designed to assess the risk and to inform users of good practices and preventive methods. These good practices for analysis and preventive methods are presented in the last part of this thesis., Les doublets géothermiques sur aquifères superficiels jouent un rôle important en France pour le chauffage, le rafraichissement et la production d’eau chaude sanitaire des bâtiments. La pérennité de ces installations est cependant conditionnée par la possibilité de pouvoir garantir dans le temps la production puis la réinjection de l’eau souterraine. Le colmatage de la boucle géothermale est un problème majeur qui affecte de nombreuses installations sur l’ensemble du territoire français et remet en cause leur viabilité technico-économique. La compréhension et la prédiction de ce phénomène nécessite de nouveaux moyens de caractérisation et de modélisation des processus biogéochimiques couplés au fonctionnement des boucles géothermales dans des environnements de subsurface hétérogènes. Cette thèse a ainsi fait l’objet d’une nouvelle collaboration entre le laboratoire Géosciences Rennes et l’entreprise Antea group pour identifier les mécanismes à l’origine de ces phénomènes de colmatage et d’en caractériser les paramètres influents dans le but de construire un outil d’analyse des risques permettant l’anticipation de ces processus de colmatage. Le premier volet de la thèse expose la synthèse des typologies de colmatage (biogéochimique, chimique, biologique et physique). Cette synthèse est issue de l’étude de la littérature sur la problématique de colmatage des forages d’eau et des retours d’expérience concernant les doublets géothermiques recensés et étudiés durant cette thèse. Le second volet présente les inventaires régionaux des problématiques de colmatage recensées en France dans différents contextes hydrogéologiques. Ces inventaires ont permis de délivrer un état des lieux à grande échelle de la problématique de colmatage et d’étudier les contextes associés à chaque type de colmatage. Dans le troisième volet, de nouvelles méthodologies de caractérisation in-situ des phénomènes de colmatage biogéochimique liés à l’oxydation du manganèse et du fer sont présentées. Elles ont été développées dans le cadre de ces travaux de thèse à partir des investigations menées sur différents sites confrontés à des problèmes d’exploitation. Ces méthodologies d’investigations pluridisciplinaires couplent la mesure des propriétés hydrauliques, des concentrations en éléments chimiques et de la diversité microbienne afin d’identifier la problématique impactant le fonctionnement de l’installation et d’en définir in fine les causes. Le quatrième volet expose les résultats d’une campagne de terrain effectuée sur un doublet géothermique impacté par un processus de colmatage biogéochimique. Cette campagne a permis d’identifier les composantes clés de la réactivité biochimique impliquée dans le colmatage : distribution du flux, hétérogénéité chimique et diversité microbiologique. A l’aide du code de calcul PHREEQC, un modèle géochimique simulant les cinétiques de précipitation observées a été développé. Il permet l’étude quantitative des mécanismes biogéochimiques favorisant l’apparition rapide du colmatage. Enfin, les retours d’expériences de l’exploitation des doublets sur nappes superficielles ont démontré le besoin d’une méthodologie fiable d’analyse des risques, permettant d’anticiper l’apparition des processus de colmatage à chaque étape de la vie du projet. Ainsi, à partir de la synthèse de la littérature scientifique et technique et des conclusions des études menées durant cette thèse, les facteurs de risques d’apparition des phénomènes de colmatage ont été déterminés. L’analyse des risques de colmatage intégrant ces différents facteurs a été implémentée à travers l’élaboration de méthodes développées sous Python 3. L’outil ARCADE (Analyse des Risques de Colmatage et Aide à la Décision) a été conçu d’une part pour évaluer le risque et d’autre part pour informer l’utilisateur averti des bonnes pratiques et moyens préventifs. Ces bonnes pratiques d’analyse et de gestion préventive sont présentées dans le dernier volet de cette thèse.

A groundwater exploration work in the Tamanrasset region in southern Algeria was started in August 2016 to assess the water reserves in the hydrogeological system related to the Oued Tamanrasset underflow water table which overcomes a volcanic basement. Five (05) electrical resistivity tomography (ERT) surveys were conducted in Tamanrasset area by using ABEM Terrameter LS system. the low electrical contrast between wet alluvium and water saturated alterites makes difficult the electrical response interpretation. to overcome the difficulties of interpretation of ERT profiles, field investigations, laboratory tests and software simulations, were carried out in order to clearly identify the structure of the hydrogeological system. The experimental investigation of the electrical characteristics of the alluvium as a function of water saturation was carried by the use of two devices (Wenner α and Schlumberger). Samples true resistivity values varies between 50 Ω.m for a 100% saturated sample and 1250 Ω.m for a 25% saturation sample. The interpretation of the measurements by the RES2DINV software made it possible to give 2D images of the subsoil up to a depth of 50 m. the electrical contrast between the bedrock and the overlying formations made it possible to identify it, however, it was difficult to distinguish alterites from alluvium. A methodology combining piezometric survey, geo-electrical measurements and field observations improves the interpretation of electrical tomography profiles and the application of the ERT method for accurate characterization of water resources in the Tamanrasset region.

This study focuses on Laos, a landlocked nation located in South-East Asia with sub-tropical climate and highly seasonal rainfall distribution. Laos is one of the world’s least developed countries, and currently witnesses an unprecedented level of development that is highly reliant on its natural resources, including groundwater. There is currently very limited data and no nationwide assessment of shallow (