Cette thèse a pour but de contribuer à l'étude des réservoirs carbonatés karstiques par une approche intégrant modélisation géologique numérique 3D et hydrogéologie. Une méthodologie originale a été ainsi développée pour être appliquée à la caractérisation des ressources en eau souterraine de l'Unité du Beausset (Bouches-du-Rhône et Var, SE France). Cette méthodologie lie l'architecture géologique 3D du réservoir à ses propriétés hydrodynamiques extraites de son étude hydrogéologique. Cette zone est un synclinal de roches sédimentaires mésozoïques d'une épaisseur pouvant atteindre 3000m. Ces roches affleurent sur environ 650 km², et ont subi de nombreuses phases de fracturation et karstification. La synthèse des données existantes permet de définir sept intervalles lithostratigraphiques qui représentent la compartimentation verticale de l'unité. Ce découpage a servi de base à l'élaboration d'une série de coupes géologiques proposant de nouvelles interprétations structurales. Ces coupes, basées sur une récolte de données de terrain, ont permis de construire un géomodèle structural 3D du secteur. Le terrain a également fait l'objet de l'acquisition de nouvelles données hydrogéologiques : sept sources ont fait l'objet d'un suivi en continu à l'aide de sondes de conductivité électrique, température et pression (CTD) ; plusieurs campagnes hydrochimiques exhaustives ont été menées pour obtenir le contenu en ions majeurs et en isotopes de l'eau des exutoires ; deux campagnes de jaugeages ont également eu lieu. Les enregistrements CTD ont été analysés selon les techniques d'analyses des séries temporelles. Deux nouvelles méthodes de traitement du signal sont proposées pour qualifier la fonctionnalité karstique des aquifères à partir de ces enregistrements CTD. Les analyses hydrochimiques ont permis de définir des bassins hydrogéologiques d'alimentation de sources par traçage naturel. Et les jaugeages ont servis à discuter de l'établissement d'un bilan hydrique général. Ces données hydrogéologiques représentent les caractéristiques hydrodynamiques des aquifères " échantillonnés " à travers les sources. La connaissance de la géométrie 3D des couches, et de leurs propriétés géologiques et karstologiques, ouvre la voie à un changement d'échelle pour caractériser le réservoir dans son ensemble. Cette approche lie les observations de surface et de subsurface pour définir la compartimentation hydraulique de l'unité et cibler les intervalles les plus propices à l'exploitation de nouvelles ressources. La proposition de nouvelles ressources aquifères est discutée à l'échelle des sources ou à celle d'un forage profond. L'implantation de forages profonds se fait sur la base de carte de potentialité de présence de ressources aquifères. Ces cartes sont construites à l'aide du géomodèle 3D et d'une approche paramétrique de qualité des aquifères, intégrant données statiques et dynamiques. L'approche choisie pour cette étude permet donc d'intégrer dans un même cadre numérique des observations et des données, d'origines et de résolutions variées, pour caractériser un réservoir carbonaté karstique.

Dans le cadre de la conservation et de la réhabilitation des bâtis anciens, les matériaux utilisés pour leur construction doivent être caractérisés vis-à-vis de leurs propriétés de transferts thermiques et hydriques. La première étape du travail de recherche a concerné la mise au point d'un capteur de conductivité thermique et de teneur en eau des matériaux inorganiques poreux (pierres, bétons, enduits) constitutifs des monuments. Les méthodes d’investigation doivent rester non intrusives. Dans cet objectif, la voie suivie a été d'adapter la mesure de conductivité thermique par une méthode simplifiée du fil chaud, précédemment développée pour les fluides corrosifs, aux pierres de taille utilisées dans le bâti ancien. Afin de transférer cette technologie des fluides vers les solides, plusieurs étapes ont été effectuées : (1) des mesures avec le fil intégré, (2) des mesures de surface, (3) estimation de l'influence de la rugosité de la surface et (4) utilisation de la méthode pour l'estimation de la teneur en eau des matériaux tests.La seconde étape de la recherche a consisté en deux suivis microclimatiques effectués sur deux sites historiques : l'Hypogée des Dunes et l'abbatiale de Saint-Savin-sur-Gartempe. Le travail de thèse a consisté à évaluer l'impact des travaux effectués sur les conditions climatiques dans l'hypogée, et à déterminer l’influence des variations climatiques sur la formation d'un voile biologique dans la crypte de Saint-Savin. Pour ce faire, l'analyse corrélatoire est appliquée au traitement des donnés climatiques. / In the framework of preservation and rehabilitation of ancient buildings, materials used for their construction must be characterized with regards to thermal and hydric transfer properties. The first stage of our research work focused on the development of a sensor of thermal conductivity and moisture content of the inorganic porous materials (stone, concrete, render) making up the monuments. The methods of investigation have to remain non-invasive. For this purpose, the path followed was to adapt the measure of thermal conductivity by a simplified transient hot-wire method, previously developed for corrosive fluids, to dressed stones used in built heritage. In order to transfer this technology from fluids to the solids, several stages were carried out : (1) measures with the integrated wire, (2) surface measures, (3) estimation of the influence of surface roughness and (4) use of this method to estimate the moisture content of several test materials.The second stage of the research consisted in the microclimatic monitoring of two historical sites: the Hypogeum of the Dunes in Poitiers and the crypt of the abbey church of Saint-Savin-sur-Gartempe. The thesis work sought to evaluate the impact of construction work performed in the Hypogeum on the internal climatic conditions, and to determine the influence of climatic variations on the formation of a biological veil in the crypt of Saint-Savin. To this aim, correlative analysis is applied to the treatment of climatic data.

Ce rapport présente des méthodes de prétraitement, d'analyse statistique et d'interprétation de chroniques hydrogéologiques de massifs peu perméables (argilites) dans le cadre d'études sur le stockage profond de déchets radioactifs. Les séries temporelles analysées sont la pression interstitielle et la pression atmosphérique, en relation avec différents phénomènes (marées terrestres, effet barométrique, évolution de l'excavation des galeries). Les pré-traitements permettent de reconstituer et homogénéiser les chroniques de données en présence de lacunes, aberrations, et pas de temps variables. Les signaux prétraités sont ensuite analysés en vue de caractériser les propriétés hydrauliques du massif peu perméable (emmagasinement spécifique ; porosité effective). Pour cela, on a développé et mis en oeuvre les méthodes d'analyses suivantes (implémentées en Matlab): analyses corrélatoires et spectrales (Fourier) ; analyses ondelettes multirésolution ; enveloppes de signaux aléatoires. Cette méthodologie est appliquée aux données acquises au Laboratoire Souterrain du Consortium International du Mont Terri (Jura Suisse), ainsi qu'à certaines données des Laboratoires Souterrains de Tournemire (Aveyron) et de Meuse / Haute-Marne (ANDRA) / This report presents a set of statistical methods for pre-processing and analyzing multivariate hydrogeologic time series, such as pore pressure and its relation to atmospheric pressure. The goal is to study the hydrogeologic characteristics of low permeability geologic formations (argilite) in the context of deep disposal of radioactive waste. The pressure time series are analyzed in relation with different phenomena, such as earth tides, barometric effects, and the evolution of excavated galleries. The pre-processing is necessary for reconstituting and homogenizing the time series in the presence of data gaps, outliers, and variable time steps. The preprocessed signals are then analyzed with a view to characterizing the hydraulic properties of this type of low permeability formation (specific storativity; effective porosity). For this sake, we have developed and used the following methods (implemented in Matlab): temporal correlation analyses; spectral/Fourier analyses; multiresolution wavelet analyses envelopes of random processes. This methodology is applied to data collected at the URL (Underground Research Laboratory) of the Mont Terri International Consortium (Swiss Jura), as well as some other data collected at the URL of IRSN at Tournemire (Aveyron) and at the URL of ANDRA (Meuse / Haute-Marne)