L'objectif principal de cette thèse est de proposer une nouvelle approche de modélisation de la spéléogenèse, susceptible à terme d'acquérir de nouvelles connaissances concernant la mise en place des systèmes karstiques méditerranéens.Il existe plusieurs approches de modélisations numériques de la spéléogenèse,prenant en compte des lois physiques et chimiques contrôlant l'écoulement et la dissolution au sein des aquifères fracturés carbonatés. Néanmoins, les réseaux de vides initiaux considérés par ces modèles ne correspondent en général pas à la réalité de la fracturation.L'approche proposée vise à simuler la karstogenèse au sein d'un aquifère caractérisé par un réseau fracturé, aussi réaliste que possible et satisfaisant des propriétés géométriques.Prenant en compte des paramètres statistiques et géométriques pouvant être obtenus par des observations sur le terrain et des expériences analogiques, il est possible de générer des réseaux 3-D réaliste en termes de position relative des diaclases, qui contrôlé la connectivité globale du réseau.Une fois les réseaux de fractures générés, ceux-ci sont traités afin de construire un maillage incorporé dans un modèle à éléments finis d'écoulement et de transport des eaux souterraines. Les simulations d'écoulement et de transport au sein des réseaux fracturés permettent de déterminer la distribution des vitesses d'écoulement ainsi que de l'âge de l'eau souterraines. Ces distributions sont utilisées pour simuler l'évolution de l'ouverture des différents éléments au moyen de l'application d'une loi empirique dédiée de forme polynomiale.Le calibrage de cette loi est effectué au moyen de tests de type benchmark portant sur des configurations de fracture unique, prenant pour référence des travaux existants, et réalisant des analyses de sensibilité. Des résultats de simulations prenant en compte une matrice carbonatée incorporant la fracture ou le conduit unique, et considérant différentes valeurs de perméabilité matricielle et différentes modalités de recharge, sont présentés. Enfin, des résultats obtenus considérant des configurations caractérisées par une strate carbonatée contenant des réseaux de fractures sont présentés, considérant différentes densités de fracturation, conductivités hydrauliques matricielles et conditions aux limites.

Le principal objet de cette thèse est de montrer que le karst est un vecteur pertinent d'informations morpho géniques. Pour utiliser à bon escient ce vecteur, il est nécessaire d'avoir une bonne connaissance des paramètres intervenant dans la formation et la structuration des vides endokarstiques et sur les processus de sédimentation carbonatée (spéléothème et travertin). Ces paramètres sont abordés, dans le Livre l, au travers de l'approche systémique. Cette approche apparaîtt la plus appropriée pour, d'une part, aborder les notions de structure, de flux et d'évolution du système karstique et, d'autre part, pour définir des stratégies méthodologiques cohérentes. Sur la base de cette approche, deux domaines géographiques ont été traités: le Vercors (Livre II) et la Transversale de Ronda (Livre III). L'intérêt de travailler sur deux entités différentes est double: il permet de s'affranchir des spécificités locales qui ont, parfois, pour effet de parasiter les essais morphogéniques ; le second intérêt est de pouvoir déterminer les différentes réponses du karst aux événements d'ordre tectonique, eustatique et/ou climatique. L'étude du karst, comme vecteur d'informations, a permis de définir la part d'événements dans l'évolution morphologique de ces deux domaines, comme la crise messinienne, le soulèvement pliocène et les oscillations climatiques pléistocènes, dont les effets n'étaient pas toujours perceptibles à partir des seules données superficielles. De ce travail, il ressort que les paléodrains constituent l'une des entrées les plus pertinentes car ils permettent de saisir l'existence de structures de substitution induites par des événements paléogéographiques de "premier ordre".

Les premières études hydrogéologiques entreprises sur la nappe de la plaine de l'Isère. dans le Grésivaudan. ont montré l'existence de liens étroits entre la nappe et la rivière (J .C. FOURNEAUX. 1968 ). Cette liaison se traduit par des échanges permanents entre les eaux souterraines et les eaux superficielles. Une telle situation doit se retrouver partout où existent des conditions géologiques et hydrogéologiques identiques. Cette étude se propose d'analyser le mécanisme de ces échanges entre la nappe et la riviére ; non plus seulement dans le Grésivaudan mais dans toute la plaine de l'Isére entre Albertville et Rovon, où les conditions semblent analogues sinon identiques. Il n' est pas question de faire, ici, une analyse détaillée de l'hydrogéologie de toute cette zone, mais , à partir d'exemples, de déterminer les facteurs qui jouent un rôle dans les variations de la nappe. Celles-ci sont, en effet, le moteur des échanges, car s'il y avait équilibre parfait et permanent entre la nappe et la rivière, il n'y aurait, bien évidemment aucun échange . Ceux-ci tendent à compenser une rupture d'équi libre due à l'action d'un ou plusieurs facteurs. Le but recherché est d'établir les régles qui régissent les variations de la nappe. Ces relations font intervenir trois séries de facteurs - les facteurs de la nappe, - les facteurs de la riviére, - les facteurs hydrologiques.

Ce travail traite de l'hydrogéologie de la plaine de l'Isère ( Grésivaudan) entre Pontcharra au nord et Saint Martin d'Hères au sud.

L'élaboration de modèles hydrodynamiques à des fins de gestion rationnelle des aquifères et des prélèvements à une échelle régionale nécessite la connaissance du fonctionnement hydrodynamique des aquitards.La caractérisation de ces formations semi-perméables implique de déterminer leurs propriétés géologiques, hydrodynamiques et leur degré d'hétérogénéité. La région de Bordeaux, soumise à d'importants prélèvements, sert ici de support d'étude pour appréhender le rôle des aquitards dans le fonctionnement hydrodynamique d'un multicouche complexe. La caractérisation de ces formations semi-perméables a été obtenue au travers d'approches directes, indirectes et numériques. L'outil diagraphique a permis une réinterprétation de la géologie et a abouti à la mise à jour de la géométrie hydro-géologique du domaine d'étude ainsi qu'à une nouvelle organisation verticale des unités aquifères et aquitards. Les propriétés hydrodynamiques des aquitards ont été approchées grâce à la réalisation d'un forage expérimental dédié à l'étude d'une éponte. Des mesures pétrophysiques et l'analyse des séries temporelles enregistrées en différents niveaux de l'aquitard ont été effectuées et ont fourni des estimations des paramètres de conductivité hydraulique et d'emmagasinement spécifique de l'aquitard. Enfin, l'approche quantitative du rôle des aquitards dans le fonctionnement hydrodynamique du système aquifère a été réalisée à l'aide d'un modèle hydrogéologique. Celui-ci prend en compte la géométrie revisitée, issue des données diagraphiques, et intègre les valeurs des paramètres hydrodynamiques obtenues par les mesures de laboratoire et in situ. Le modèle a été utilisé pour préciser les flux de drainance au sein du système multicouche ainsi que leurs proportions relatives. Les résultats démontrent l'impact et le rôle d'un horizon semi-perméable au sein d'un aquitard puissant. In fine, l'intégration des hétérogénéités d'un aquitard s'avère obligatoire dans l'élaboration d'outils de gestion raisonnée (quantitative et qualitative) à court et long terme des ressources en eau souterraines d'un système aquifère multicouche complexe.

Ce travail étudie le massif karstique du Grand Som et son hydrogéologie karstique, au sein de la Chartreuse.

Ce travail est consacré au bassin versant de la Clarée : hydrologie, lacs d'altitude, géologie, tectonique, bilan communaux , hydrogéologie des aquifères sont traités .

L'Est valentinois et le bassin de Crest constituent une partie de la moyenne vallée du Rhône séparant le Massif Central des Alpes ; cette dépression synclinale à coeur miocène orientée N- S, est largement recouverte d'alluvions quaternaires. L' étude sédimentologique des dépôts détritiques néogènes permet d'une part , de souligner le rôle primo dial joué par les apports alpins dans le remplissage du bassin et d'autre part , de retracer la paléogéographie de la région . La transgression débute au Burdigalien dans le bassin de Crest ; au cours du Langhien la mer gagne progressivement l'ensemble de la plaine de Valence . Au Tortonien supérieur ,le régime devient continental puis, après une intense érosion messinienne, une nouvelle ingression marine pliocène envahit les paléo vallées du Rhône et de ses affluents. L'étude hydrogéologique constitue une première approche globale de caractérisation de l'aquifère molassique . La connaissance précise du contexte géologique amène à la proposition d'un schéma simple du magasin aquifère. Une esquisse de la piézométrie a été dressée . l'estimation des paramètres hydrodynamiques permet de différentier la nappe superficielle circulant dans les alluvions quaternaires de la nappe profonde circulant dans les sables molassiques . L'hétérogénéité, tant verticale qu'horizontale est manifeste et l'étude géochimique confirme l'existence d'une stratification de I'aquifère miocène. La nappe est principalement alimentée par le toit , par infiltration des pluies efficaces . D'autres modes d' alimentation possibles sont envisagés .

Cette étude intéresse le Pays de Gex et la première chaîne des Monts Jura : la chaîne du Reculet-Vuache. Nous nous situons donc sur le passage du plateau molassique suisse au Jura, au niveau de Genève. L'étude se subdivise en cinq parties : géologie, topographie, climatologie, hydrogéologie du versant, hydrogéologie de la plaine. La première partie, consacrée à la géologie régionale présente la haute chaîne comme une structure anticlinale simple, composé de formations marno-calcaires jurassiques et crétacées. Les formations crétacées contiennent un karst plus ou moins bien développé dont le niveau de base est représenté par deux importants systèmes de Piedmont : l'Allondon au Nord et l'Allemagne au Sud. Au Nord de l'anticlinal, existe une combe importante, le Creux de l'Envers, qui draine la rivière du Journans. Les trois systèmes sont étudiés par les méthodes hydrologiques et hydrodynamiques classiques. Les nombreuses mesures de conductivités et températures ont permis de préciser les modes de transit existant dans les formations, les mesures faites sur le Journans, servant de référence, principalement dans l'application d'une méthode nouvelle : l'analyse spectrale. L'étude climatologique nous a permis d'approcher différents termes du bilan, montrant ainsi l'importance des précipitations se faisant au niveau du Jura. L'analyse statistique de données a montré que l'année hydrologique étudiée était une année moyenne. L'établissement des bilans d'eau a montré l'existence d'un déficit d'écoulement important pour le Journans au niveau de Gex. Cette étude faite dans le cadre du Projet LEP qui consiste en la mise en place par le Centre Européen pour la Recherche Nucléaire d'un accélérateur, de 9 km de diamètre, a pu bénéficier de nombreuses données, principalement de sondages. Ces renseignements ont permis d'appréhender l'allure du contact molasse - calcaire et de préciser la morphologie du toit de la molasse du bassin de Genève. L'existence de sillons profonds, d'origine plio-quaternaire a été mise en évidence. Le remplissage des sillons molassiques, correspondant à un matériel d'origine glaciaire de la fin du Pleistocène, est le siège de circulations souterraines, pouvant présenter des caractères singuliers. Là encore, l'étude hydrodynamique et hydrologique, liée aux observations de surface, a pu mettre en évidence certaines relations existant entre écoulements superficiels et souterrains. Une carte hydrogéologique de la plaine de Gex a pu ainsi être dressée et les débits de transit souterrains approchés.

L'intérêt porté aux milieux fracturés s'est développé dans le cadre de l'exploitation des nappes phréatiques et pétrolifères et la recherche de sites de stockage souterrains pour les déchets nucléaires de longue durée de vie. Les fractures peuvent en effet offrir des voies préférentielles d'écoulement beaucoup plus perméables que le milieu non fracturé environnant (matrice). Les fractures sont caractérisées par des distributions de longueurs et de perméabilités très larges. Lorsque elles sont interconnectées, elles forment des réseaux complexes de perméabilité variable dans lesquels les flux sont très chenalisés. <br />Le but de ce travail de thèse a été de rechercher les modèles de réseaux cohérents avec les observations locales (distributions de longueurs et d'ouvertures) et globales (à l'échelle du réseau). Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une approche pluridisciplinaire destinée à utiliser des données obtenues à des échelles différentes (par exemple essais de puits et données de carottage). Des modèles de réseaux bidimensionnels prenant en compte les larges distributions de longueurs et d'ouvertures ont été étudiés numériquement et théoriquement. Les résultats montrent une grande diversité de structures d'écoulement allant de la fracture unique concentrant l'intégralité du flux au modèle homogène. Le type de structure d'écoulement dépend non seulement de la densité et des distributions de longueurs et de perméabilité de fractures mais aussi de l'échelle d'observation. Dans la plupart des modèles, une échelle de transition marque le passage de structures complexes extrêmement chenalisées à des milieux dans lesquels le flux se répartit dans différentes structures indépendantes. L'évolution des structures d'écoulement s'accompagne d'une dépendance d'échelle des propriétés hydrauliques telles que la perméabilité. La perméabilité croît jusqu'à la longueur de transition avant de se stabiliser aux échelles supérieures. Cette démarche de modélisation, fondée sur des observations effectuées à des échelles locales (caractéristique de la fracturation) et validée à des échelles globales (échelles du réservoir), fournit une large gamme de modèles d'écoulement admissibles et théoriquement spécifiables à partir de données de terrain. La modélisation a été étendue à la détermination de la connectivité de réseaux d'ellipses tridimensionnels.<br />Les modèles d'écoulement les plus pertinents mis au point en régime permanent ont été étudiés en régime transitoire. Les évolutions spatiales et temporelles du rabattement dépendent des propriétés topologiques et métriques du réseau de fractures. Une analyse en fonction de la distance des essais de puits effectués sur le site de Ploemeur (Morbihan) a permis d'obtenir des résultats similaires sur un site naturel. Cependant aucune correspondance totale n'a pu être dégagée, peut être à cause de la nature éventuellement tridimensionnelle du réseau naturel. Au-delà de la prédiction des tendances moyennes, les modèles étudiés sont destinés à fournir une évaluation de la précision de la prédiction en fonction de la quantité de données disponibles. Du point de vue décisionnel, il s'agit de pouvoir estimer le risque associé à la nature incomplète des données de terrain.