Le diagnostic du SAGE Loire au niveau de la plaine du Forez (42) relate une dégradation du potentiel hydrogéologique et une pollution des nappes superficielles par les nitrates et les pesticides. Ces problèmes nécessitent une gestion durable et équilibrée de la ressource en eau. Une partie de la demande en eau est assurée par la ressource souterraine. Les eaux souterraines exploitées sont : les eaux des formations alluviales superficielles pour l'irrigation et l'AEP ; et les eaux minérales des niveaux aquifères profonds du bassin sédimentaire sous-jacents aux alluvions pour le thermalisme et de mise en bouteille.La synthèse des connaissances disponibles a révélé des insuffisances dans la description des aquifères superficiels. En effet, elles ne permettent pas d'appréhender comment fluctue la ressource dans le temps et ne prennent pas en compte l'origine de la recharge des aquifères superficiels. Ainsi, le travail de thèse se focalise sur ces deux points particuliers :- l'identification du fonctionnement transitoire des aquifères est abordée par caractérisation physique des écoulements s'appuyant sur l'analyse de 4 points de suivi piézométrique permanent et la modélisation numérique des écoulements permettant de reproduire les fluctuations piézométriques observées.- l'origine de la recharge des aquifères alluviaux est abordée par caractérisation géochimique des écoulements (analyses en ions majeurs et isotopes δ180, δ2H, δ13C et A14C). Cette approche a mis en évidence des apports d'eaux profondes alimentant localement les aquifères superficiels.La méthodologie proposée, couplée physique et géochimie, permet de mieux préciser la vulnérabilité des aquifères investigués, en vue d'une meilleure gestion future.

Le diagnostic du SAGE Loire au niveau de la plaine du Forez (42) relate une dégradation du potentiel hydrogéologique et une pollution des nappes superficielles par les nitrates et les pesticides. Ces problèmes nécessitent une gestion durable et équilibrée de la ressource en eau. Une partie de la demande en eau est assurée par la ressource souterraine. Les eaux souterraines exploitées sont : les eaux des formations alluviales superficielles pour l’irrigation et l’AEP ; et les eaux minérales des niveaux aquifères profonds du bassin sédimentaire sous-jacents aux alluvions pour le thermalisme et de mise en bouteille.La synthèse des connaissances disponibles a révélé des insuffisances dans la description des aquifères superficiels. En effet, elles ne permettent pas d’appréhender comment fluctue la ressource dans le temps et ne prennent pas en compte l’origine de la recharge des aquifères superficiels. Ainsi, le travail de thèse se focalise sur ces deux points particuliers :- l’identification du fonctionnement transitoire des aquifères est abordée par caractérisation physique des écoulements s’appuyant sur l’analyse de 4 points de suivi piézométrique permanent et la modélisation numérique des écoulements permettant de reproduire les fluctuations piézométriques observées.- l’origine de la recharge des aquifères alluviaux est abordée par caractérisation géochimique des écoulements (analyses en ions majeurs et isotopes δ180, δ2H, δ13C et A14C). Cette approche a mis en évidence des apports d’eaux profondes alimentant localement les aquifères superficiels.La méthodologie proposée, couplée physique et géochimie, permet de mieux préciser la vulnérabilité des aquifères investigués, en vue d’une meilleure gestion future. / The Water Management Scheme in the Forez plain (France 42) has concluded to a degradation of the water resources and a serious pollution of the shallow aquifers by nitrogen and pesticides. These issues require a sustainable and balanced management of the water resources. A part of the water demand is met by groundwater. The exploited groundwater come from: shallow alluvial formations exploited for irrigation and drinking water and deep aquifers in sedimentary basin under the alluvium. Mineral waters from the deep aquifers are exploited for thermo-mineral activities and bottling.The analysis of the data available in the studied area revealed a lack of knowledge in the understanding of the groundwater flow in the shallow aquifers. Is not sufficient to explain how the water resource varies with time and the origin of the recharge of the shallow aquifers. As consequence, this thesis work will focus on these two main topics: - Identification of the transient functioning of the aquifers based on a physical characterization of groundwater flow. This method is based on piezometric head analysis carry out on 4 stations with continuous measurements and numerical modeling to compare with the observed piezometric fluctuations.- Identification of the origin of the recharge of the alluvial aquifers through a geochemical characterization of groundwater flow (major ions and isotopes δ180, δ2H, δ13C and A14C). This approach established the partial contribution of the deep aquifers to the groundwater flow in the shallow alluvium. This methodology based on a coupled geochemical and physical approach allows to assess the vulnerability of the studied aquifers and contributes to improve the future water resources management in this area.

Dans les Landes de Gascogne, le fonctionnement de la nappe phréatique superficielle plio-quaternaire est très liée au fonctionnement de la végétation subjacente. Pour comprendre la variabilité à l'échelle du paysage de la productivité de ces forêts, il est important de passer de l'échelle de la parcelle à celle du bassin versant. La mise en place d'un dispositif de suivi de type bassins versants jumelés à l'échelle de petits bassins versants forestiers situés dans le Massif Landais : les bassins versants du Tagon (Biganos) et du Bouron (Belin-Beliet) a permis le suivi hydrologique et piézométrique de la nappe plio-quaternaire. Le dispositif inclut une modification du couvert végétal par l'occurrence de deux tempêtes successives à 10 ans d'intervalle. La collecte de données cartographiques, numériques et statistiques a permis une reconstitution de l'usage des terres et des classes d’âges des peuplements forestiers, pour la période 1984- 2010 sur les deux bassins versants. Cette reconstitution a ainsi permis de retrouver l'évolution des stocks de carbone et de biomasse des peuplements pour les deux sites expérimentaux et de quantifier l'impact d'une tempête sur l'organisation paysagère des peuplements (âge et variabilité). Le lien entre les forêts de Pin maritime et la nappe phréatique plio-quaternaire a été mis en évidence par : (1) l'étude de la croissance des arbres pour des sites où la profondeur de la nappe était contrastée, au travers d'une étude dendrologique et (2) l'analyse d'oscillations journalières sur les séries chronologiques des fluctuations demi-horaires du niveau phréatique, qui peuvent être attribuées à l’évapotranspiration journalière. La compréhension des liens entre variables hydroclimatiques et quantité de bois produite, i.e. largeur de cerne, de manière rétrospective, a permis d'identifier les facteurs de variabilité et les facteurs limitants pour chaque type de site, en lien avec la profondeur de la nappe superficielle. L’analyse des chroniques piézométriques a mis en lumière l'importance des prélèvements journaliers dans la vidange de l'aquifère. La dernière partie de ce travail pose les bases d'une future modélisation couplée végétation-nappe pour le bassin versant du Bouron. La reconstitution spatiale du fonctionnement de la nappe phréatique a été entreprise en régime stationnaire puis en régime dynamique avec le modèle NEWSAM de l'Ecole des Mines de Paris. Les facteurs expliquant le fonctionnement de l'aquifère et les flux d'eau à l'échelle de la petite région sont identifiés. L'effet de la recharge, issue du modèle de végétation pour le Pin maritime GRAECO, est en particulier testé, via une étude de sensibilité, en relation avec les différences de recharge induites par les différents types de couverts, et en particulier, l'âge des peuplements. Les points clefs à améliorer sont identifiés afin de perfectionner les modèles utilisés, et de reproduire de façon réaliste le fonctionnement de petits bassins versants dans la région. / In the Landes de Gascogne area, the functioning of the shallow plio-quaternary water-table is tightly linked with the functioning of the top vegetation. In order to understand the variability of forest productivity at the landscape scale, there is a need to move forward the stand scale to the watershed scale. Part of this study was to setup hydrological equipment of paired-watershed, representative of the forested plain in the Leyre watershed, considering water-table level and hydrologic measurement. The selected sites were the Bouron watershed (Belin-Beliet) and the Tagon watershed (Biganos), which were contrastingly impacted by two storms within the last 10 years. The land-cover cartography was obtained with satellite, in-situ and statistical data, on a retrospective basis, accross the 1984-2010 period. Those maps give the evolution of the land use and the Pinus pinaster stand age. The reconstitution of the age structure thought time, converted to carbon and biomass stock, are showing the impact of a storm, comparing the control watershed to the damaged one. The link between forests and water-table was explored on : (1) the growth of trees developing in sites with contrasted water-table levels, by way of dendrological measurement and (2) the analysis of diurnal oscillation on the water-table level signal, attributed to vegetation removal. The understanding of the link between hydroclimatic data and wood production, i.e., ring width, shows that limitating factors should not be the same across different sites. In particular, water-table deeper than 3 meter is not a determinant resource for growth, but nutriment may be more limitating at those sites. On the other side, discharge of the water-table cannot be dissociated to evapotranspiration reprise. Oscillations in the diurnal signal of water-table level shows that this removal can be determinant, and deeper than expected according to the vegetation cover. The last part of this work build the basis of a future model, representing the coupling between vegetation and water-table at the watershed scale. The dynamic of the aquifer was simulated in permanent and transient state with the NEWSAM hydrogeological model (Ecole des Mines, Paris). Different processes were identified as key factor to explain water-table functioning, such as recharge effect, zone vadose impact and surface drainage. The recharge effect, coming from GRAECO, was particularly tested, thought a sensitivity analysis, in relation with growing proportion of young forest stand (less than 5 years old). Points to improve and refine are identified in order to perfect the two models used here.