La région étudiée est localisée au sud ouest du massif des Bauges entre le Chéran et Chambéry. Il s'agit du plateau du Revard. Il s'agit d'un massif à niveaux calcaires épais perméables et karstique séparés par des niveaux marneux perméables d'où l'existence de circulations souterraines.Celles-ci sont très developpées du fait d'une tectonique moins intense qui a défini de vastes structures monoclinales.L' hydrogéologie karstique est particuliérement étudiée.

Ce travail concerne l'étude hydrogéologique de quatre sources situées dans les chaînons béarnais (Pyrénées-Atlantiques). Afin d'améliorer la connaissance de la géométrie et du fonctionnement de ces aquifères, une approche pluridisciplinaire a été choisie. Des expérimentations géophysiques et un suivi hydrogéochimique, couplés à des campagnes de terrain, ont ainsi été mises en œuvre. Dans un premier temps, une étude statistique des paramètres climatiques de la région a montré une hausse significative de la température depuis cinquante ans, qui s'accentue depuis les années 70. A partir des images de résistivité électrique et des mesures de la fracturation des massifs carbonatés, la géométrie des contacts géologiques et la structure des aquifères ont pu être définies. De plus, il a été possible d'identifier la présence systématique d'un niveau argileux continu le long de la limite sud des aquifères locaux. Les bassins d'alimentation de la plupart des sources des chaînons béarnais sont ainsi limités par cet écran imperméable au sud et par les marnes de l'Albien au nord. L'analyse de l'évolution des paramètres physico-chimiques mesurés au cours de deux cycles hydrologiques, a permis de mettre en évidence deux fonctionnements distincts. Deux sources émergent d'un aquifère karstique tandis que les deux autres sont issues d'un aquifère de type fissuré. Les différences de variation des ions majeurs et des isotopes stables (13C) illustrent de courts temps de résidence au sein des systèmes karstiques et le caractère inertiel des aquifères carbonatés fissurés. De plus, l'analyse des relations conductivité/turbidité a fourni des informations sur le degré de karstification des deux systèmes karstiques et sur leur fonctionnement hydrodynamique. En conclusion, ce travail apporte un point de vue nouveau sur la gestion de l'eau dans ce secteur et a permis de proposer un modèle d'étude qui aide à la caractérisation des ressources en eau souterraine de la région.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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. A partir de la synthèse des données existantes géologiques, hydrogéologiques et karstologiques, sept intervalles lithostratigraphiques ont été définis. Ces intervalles ont également été caractérisés hydrodynamiquement par l'analyse des séries temporelles de hauteur, température et conductivité électrique enregistrées en continu en sept sources représentatives. Cette caractérisation a été complétée par des campagnes exhaustives d'hydrochimie et de mesures de débit. L'ensemble des données et des résultats obtenus ont permis de définir où sont les unités de stockages et d'écoulement de l'eau souterraine. Ces dernières ont été intégrées de manière qualitative en 3D à l'aide d'un modèle surfacique de l'architecture géologique de l'Unité du Beausset. Cette intégration a permis de définir les meilleures zones de captage potentiel pour de nouvelles ressources en eau souterraine. / The aim of this PhD thesis is to provide an original approach for the characterization of karstic carbonate reservoirs that integrates 3D geological modeling and hydrodynamics. The 3D geological model stands for the structural compartmentalization of the reservoir and the hydrodynamics provide dynamic properties for the understanding of the fluid flow. This methodology is applied to the characterization of the groundwater resources of the Beausset Unit (SE France). The study area is a syncline composed of nearly 3000 m of Mesozoic sedimentary rocks, which age from late Triassic to Upper Cretaceous. These rocks, which are mainly carbonates, crop out over an area of 650 km² and have known several phases of fracturation and karstification. This study is divided in four parts: (1) synthesis of existing data, (2) 3D geological modeling, (3) study of hydrodynamics, and (4) integration of static and dynamic data in order to discuss the characterization of the groundwater resources in the Beausset Unit. The existing data on stratigraphy, lithology, petrophysical properties, karstology and hydrogeology allow the definition of seven lithostratigraphic intervals that have been chosen for modeling. These intervals represent the vertical compartmentalization of the reservoir: each interval has a unique combination of karst and rocks properties. The integration of all this data end results leads to the recognition of the flow and reservoir units in each lithostratigraphic interval. A qualitative link has been made between the 3D architecture of the basin and the reservoir properties; it allows the characterization of the best potential targets for new groundwater tapping zones.

Il est communément admis que la recharge des aquifères carbonatés est contrôlée par la zone non saturée, siège d’une mise à l’équilibre des phases liquides, solides et gazeuses. L’épikarst, zone superficielle de ces aquifères, recueille les pluies efficaces et les transfère en profondeur via une double porosité de fissure et de fracture. Des épandages détritiques sablo-argileux fossilisent souvent les paléo-reliefs, changeant ainsi les caractéristiques des zones d’infiltration. Toutefois, les données sur ces dépôts superficiels sont rares, et leur impact sur les modalités de recharge en contexte karstique est aujourd’hui mal connu et peu décrit.La célèbre grotte préhistorique ornée de Lascaux offre une fenêtre d’observation à l’intérieur de l’épikarst et constitue ainsi un site privilégié pour le suivi des processus de transferts. La grotte fait partie d’un réseau karstique fossile partiellement comblé par du matériel détritique sablo-argileux. Les parties basses de la cavité montrent des fortes teneurs en CO2 dans l’air, supérieures à 8% (80 000 ppmv) lors de certaines périodes estivales. Cette thèse propose une étude des caractéristiques de l’infiltration en milieu karstique grâce au suivi des variations chimiques et isotopiques d’une émergence épikarstique au plafond de l’entrée de la grotte. Les principaux objectifs sont la compréhension de la dynamique des fluides en transit dans l’épikarst, la recherche de la source des fortes teneurs en CO2 ainsi que la détermination du rôle des épandages détritiques dans les modalités de recharge de l’aquifère karstique.Après avoir mener une étude approfondie de l’environnement géologique et géomorphologique du site, l’analyse hydroclimatique, combinée au suivi bimensuel de la chimie et des variations isotopiques des eaux épikarstiques, a permis d’investiguer le fonctionnement de la zone d’infiltration du karst d’un point de vue des transferts de masse.Les premières observations montrent que l’émergence épikarstique n’est pas pérenne avec un tarissement qui débute au début de l’été. Le système nécessite environ 250 mm de recharge automnale pour se réactiver. Le signal 18O à l’émergence est fortement amorti comparé au signal 18O dans les pluies ce qui démontre la création d’une réserve épikarstique qui conduit à l’homogénéisation chimique des eaux. Ainsi, les transferts de masse sont lents dans ce système caractérisé par un comportement de type fissuré et non karstique. Les données de 13C collectées à l’émergence permettent de retracer les conditions physico-chimiques qu’ont rencontrées les eaux au cours de leur transit. Elles montrent différentes origines possible de l’infiltration et révèlent des phénomènes de dégazage – précipitation lors des périodes de fortes pluies.De plus, les eaux épikarstiques sont fortement sursaturées vis-à-vis de la calcite et leur forte minéralisation résulte de la mise à l’équilibre avec une pCO2 importante (5% en moyenne). De telles valeurs ne correspondent pas à la production de CO2 du sol. L’autre origine supposée est les épandages détritiques sablo-argileux où des teneurs importantes en CO2 ont été mesurées (pCO2air de 4 à 8%). De plus, la présence d’eau dans ces niveaux suggère que le système est en partie alimenté par ces formations. Ainsi, le transit des eaux au travers de milieux aux conditions physico-chimiques très contrastés pourrait être à l’origine de la sursaturation des eaux qui entrent dans la cavité.Enfin, l’étude montre que les épandages détritiques tiennent deux rôles majeurs dans les processus d’infiltration des eaux : (i) ils participent à leur homogénéisation en les stockant proche du sol et (ii) ils fournissent un fort potentiel de karstification au système. / It is widely recognized that the recharge of deep carbonated aquifers is controlled by a non saturated zone in which liquids, solids and gases are exchanged to attain equilibrium. The epikarstic zone, which represents the bottom of these aquifers, collects the efficient rain waters and transfers them deeper through a dual fractured and fissured porosity. Sandy-clayey detritic coatings are often observed to fossilize the paleo-relief changing the features of the infiltration zones. However, field data on these superficial deposits are sparse and their impact on the recharge modalities in karstic context is not yet well known and described.The famous prehistoric painted cave of Lascaux (France) provides a window into the epikarstic system and offers a privileged environment for the monitoring of transfer processes. The Lascaux cave is part of a fossil karstic network partly filled with detritic material and it is known to have high CO2 concentrations, greater than 8% (80,000 ppmv) in some summer periods, when measured in the air of the lower parts of the cave. Here, we study the epikarstic seepage traits monitoring the chemical and isotopic variations in waters which seep from the entrance roof of the cave. The aims of this work are to understand the dynamics of the fluids in the epikarstic system, to find the source of the high CO2 concentrations measured into the cave and to understand how the detritic coatings impact on the recharge modalities. After carried out an in-depth geological and geomorphological study of the site, the use of hydroclimatic analysis combined with the semi-monthly hydrochemical and isotopic monitoring of the epikarstic waters allowed us to investigate the karstic infiltration zone functioning in term of matter transfer. First, we observed that the epikarstic emergence is non perennial and dries up at the beginning of summer. The system needs an approximately 250 mm recharge in autumn before seeing flows at the emergence. The 18O signal at the emergence is highly amortized compared to the rain 18O signal which reveals the creation of an epikarstic water table that chemically homogenises waters. Thus, the mass transfers are slow in this system characterized by a fissured and nonkarstic behaviour type. The 13C data obtained at the epikarstic emergence seem to characterize the physicochemical conditions of the environments in which waters circulate during their transit in the system. They confirm the possible various origins of waters and reveal degassing – precipitation phenomena during rising periods.Moreover, épikarstic waters are always supersaturated with respect to the calcite and the the high bicarbonates and calcium concentrations result from water equilibrate with an important pCO2 at saturated state (5% on average). Such values of pCO2 do not correspond to the soil CO2 production. The other supposed origin is the sandy clayey detritic formations where we measured important pCO2 (data range from 4 to 8% in the atmosphere of the coatings). Furthermore, the presence of water in the sandy levels of the coatings suggests that the system can be partly fed by these formations. The transit of water through two physicochemicaly highly contrasted environments would be at the origin of the general flows supersaturation state in the cave.Finally, the study shows that the detritic coatings are involved in two aspects of the epikarstic waters run-off conditions: (i) they homogenize them while retaining near to the soil and (ii) give to them a very high karstification potential.

Les systèmes qui se développent dans les roches carbonatées gardent une plus ou moins grande mémoire des épisodes responsables de leur recharge. Les études hydrodynamiques diachroniques (analyse des courbes de récession et ajustement à des lois mathématiques) ou l'exploitation statistique des données (étude des débits classés, analyse corrélatoire et spectrale) permettent de mettre en évidence cette mémoire et de la quantifier en termes de réserves. L'hydrochimie est aussi un outil très puissant pour l'étude de la mémoire du système, car elle permet, grâce à son aspect qualitatif, de préciser l'origine des masses d'eaux transitant par l'exutoire, et ainsi d'affiner la reconstitution du fonctionnement hydrocinématique de l'aquifère. Cette reconstitution a été tentée à partir de deux démarches complémentaires, le suivi diachronique, étude des variations temporelles de concentration ou de flux physico-chimique d'émergences sélectionnées (suivi hebdomaclaire du Pont de Gys en Haute-Savoie, du Verneau dans le Doubs, du Baget en Ariège et de la Fontaine de Vaucluse, suivi quotidien de la Fontaine de Vaucluse, du Groseau et d'Aurel dans le Sud-Est de la France), et le cliché synchrone, prospection spatiale d'une province hydrogéologique à une période judicieusement choisie (Jura, Haut-Doubs, Haute-Saône et Sud-Est de la France). Les deux modes d'approche fournissent des résultats concordants: le système karstique en période hydrodynamiquement réputée non influencée (tarissement s.s.) garde la mémoire d'épisodes de recharge ayant modifié la chimie de la réserve assurant ce tarissement. Inversement, les abondantes précipitations responsables d'une montée de crue peuvent mobiliser d'importants volumes d'une eau à marque chimique de la réserve : le système en crue garde l'empreinte chimique de ses réserves. Le fonctionnement hydrocinématique des systèmes résulte donc de l'interaction de ces deux types de mémoire: mémoire à court terme et à long terme. La première partie de ce travail traite du suivi des paramètres physico-chimiques au cours du cycle hydrologique ainsi qu'en étiage. L'analyse des données montre que pendant le tarissement au sens strict les teneurs caractéristiques des réserves permanentes du système oscillent de manière aléatoire, aux erreurs analytiques près, autour d'une moyenne caractéristique de l'état hydrodynamique et hydrochimique de la réserve, et de l'histoire de sa recharge ; c'est pourquoi il est nécessaire, pour comparer le comportement de plusieurs émergences, de les étudier simultanément. La physico-chimie du système en tarissement est très sensible aux apports d'eau par la surface : on peut observer d'une part des transits rapides et directs d'eau chimiquement marquée par la zone non saturée, sans que le débit varie de manière appréciable et d'autre part une recharge partielle des blocs capacitifs du système par cette même infiltration ; dans ce cas, on note une évolution de la qualité des eaux des réserves à la suite de ces précipitations. Les basses eaux consécutives à ces pluies ne peuvent dès lors plus être considérées comme du tarissement au sens strict. Dans les systèmes bien karstifiés, les montées de crues mobilisent des eaux (marquées chimiquement par la réserve) présentes dans les drains au moment de l'infiltration. Cet effet piston, bien visible dans la chimie des eaux de l'émergence est suivi par l'arrivée des eaux d'infiltration qui se mélangent aux eaux de réserve. La deuxième partie tente de calculer la part relative des deux composantes (infiltration et réserve) au cours de crues ou au cours de cycles. Les résultats ne contredisent pas ceux obtenus par des méthodes hydrodynamiques ; toutefois la méthode physico-chimique donne plus de poids à la contribution des réserves, mais surtout met bien en évidence les décalages temporels existant entre les variations du débit (transfert) et le passage effectif des masses d'eau à l'exutoire (transit). Ces décalages sont fonction du type et de l'importance de la karstification. La troisième partie justifie l'emploi des campagnes de prélèvements instantanés des eaux des principales sources d'une région karstique, elle en précise les limites. Dans le Jura, l'altitude moyenne des impluviums et des réserves permanentes peut être obtenue par l'étude des teneurs en oxygène 18 et des températures. La chimie des eaux jurassiennes et son analyse multidimensionnelle mettent en évidence l'opposition structurale Haute-Chaîne-plateaux : les émergences de la Haute-Chaîne drainant des systèmes à faibles réserves (à temps de séjour faible) peu affectés par l'activité humaine, celles des plateaux drainant des aquifères à réserves plus développées établis sous des zones cultivées. Elles permettent de reconnaître les influences anthroplques et par là d'envisager un réseau de surveillance de la qualité de l'eau des réserves. L'acquisition des données de pCO2, de température et d'oxygène 18 fait considérer les campagnes de basses eaux hivernales comme de la décrue (ces campagnes incluant l'écoulement d'eaux d'infiltration différée) et non comme du tarissement. Toutefois l'utilisation des instantanés dans des régions trop monotones ou trop contrastées en limite l'intérêt. Dans le sud-Est de la la France, le rôle de la lithologie (dolomies ou évaporites) prévaut sur celui du fonctionnement hydrocinématique. Cependant, le rôle de l'évapotranspiration de surface est bien visible dans l'écoulement de l'émergence en basses eaux.

Analyse hydrogéologique et limnologique des bassins versants des lacs de Laffrey et Petichet. Établissement d'un bilan hydrologique faisant ressortir les éventuels apports occultes aux lacs ainsi que d'un bilan chimique. Étude détaillée de la structure, la morphologie et la lithologie. Tous ces problèmes sont replacés dans leur cadre géologique.

La rupture des versants rocheux est une source de risque majeur dans toutes les régions montagneuses. Les terrains métamorphiques anisotropes présentent tout l'éventail des mécanismes de déformation, lesquels sont analysés dans la première partie de ce travail à partir d'exemples européens. L'étude pluridisciplinaire des" Ruines de Séchilienne ", présentée en seconde partie, revêt un intérêt particulier du fait de la complexité du phénomène et par l'ampleur des moyens d'auscultation et de surveillance mis en oeuvre pendant une décennie (1988-1998). L'approche géologique a permis une description fine de la structure du versant à toutes les échelles. L'approche géomécanique a consisté à élaborer un modèle structural simplifié et à tester numériquement différentes hypothèses par la méthodes des éléments distincts. Ceci nous autorise à proposer un mécanisme en accord qualitatif avec les observations de terrain et les mesures de déplacement. Ce mécanisme de "rupture interne ", contrôlé par les grandes familles de discontinuités préexistantes, induit des concentrations de contrainte et des efforts de traction pouvant provoquer un endormmagement progressif et irréversible du massif. Enfin, l'approche hydrogéologique s'est attachée à analyser le débit, la température ainsi que la composition chimique et isotopique des eaux du massif, pour préciser leur origine et leur mode d'écoulement. En couplant les trois approches, on a pu proposer un modèle hydromécanique global expliquant l'influence de la pluviométrie sur le rythme de la déformation du versant. Des pistes sont avancées pour étudier la géométrie probable de la rupture. Par contre, la prévision de la date de la rupture reste hors d'atteinte. Enfin, l'observation du versant sud de la Toura, à Saint Christophe- en-Oisans, suggère que le mécanisme de " rupture interne" pourrait s'appliquer à d'autres sites que Séchilienne. Mots clés Versants - massifs rocheux - déformation

La région de Tadjan-Néka nous a paru favorable pour effectuer un travail dont l'objectif a été l'étude statistique de l'hydrodynamique de l'eau dans un cycle fermé. L'évaporation sur la mer Caspienne, les précipitations sur le flanc nord de l'Alborz et l'écoulement à la Caspienne nous offraient les conditions d'un cycle fermé de l'eau. Des données brutes hydroclimatologiques non exploitées, accumulées depuis plusieurs années, un inventaire des puits et des sources fait par le Département des eaux souterraines de l'Iran, des analyses isotopiques et une carte topographique au 1:250 000e favorisaient une étude statistique . L'absence de carte géologique détaillée nous a amené à effectuer ce travail en relation avec les études hydrogéologiques. Nous avons aussi utilisé les travaux antérieurs - carte géologique 1:50000 de la zone Néka-Sari, par Stoklin, - carte géologique 1:250 000 de la zone Kiassar, par notre groupe de N.I.S.C. Nous avons porté également une attention particulière à l'évaluation des ressources en eau de la région. En ce qui concerne la méthodologie et la présentation de ce travail, nous avons cherché à éviter la description répétée de calculs identiques et nous avons choisi de ne donner qu'un .exemple caractéristique de chaque type de raisonnement ou de calcul.

De nombreux points restaient encore imparfaitement étudiés, notamment en ce quî concerne la chimie des eaux et des sédiments du Léman, ainsi que la structure de la cuvette lémanique. De plus, jusqu' ici aucun bilan global du bassin versant du Léman n'avait été entrepris ( en 1970) . Un tel bilan hydrochimique, sédimentaire et géochimique est important pour troîs raisons - le Léman est situé dans un environnement climatique, géologique et géographique qui détermine ses caractères généraux. L'étude des apports permettra donc de connaître la nature des bassins versants et de leur relation avec le lac . - à l'heure où les problèmes d'eutrophisations et de pollutions se posent avec acuité, l'établissement des bilans des lacs est un problème essentiel mais très délicat ,à mettre en oeuvre. enfin du point de vue de la géodynamique externe le bilan d'un bassin versant de 8 000 km2 donne des indications précieuses sur les phénomènes actuels d'érosion et de transport. En ajoutant à ces données celles obtenues pour le Bodensee, nous obtiendrons des résultats ,concernant toute cette partie des Alpes centrales. Notre étude a duré seulement trois ans. Pour un lac comme le Léman, dont le temps de renouvellement des eaux est de l'ordre de 10 ans, cette période est encore insuffisante. Aussi, nous avons été amené à tenir le plus grand compte des échelles de temps et d'espace des phénomènes principaux, afin de présenter un bilan aussi représentatif que possible