Sur le bassin Méditerranéen, l'utilisation des ressources en eau est en constante augmentation depuis plus de cinquante ans. Avec les trois quart des ressources en eau d'origine superficielle, l'exploitation des eaux souterraines apparaît comme une des solutions à la raréfaction de l'eau. Les aquifères karstiques semblent répondre à cette démarche car ils possèdent une réserve en eau importante et facilement renouvelable. L'hydrosystème Cesse-Pouzols, situé dans le Sud de la France, regroupe le bassin versant karstique de la Cesse (275 km²) et l'aquifère karstique de Pouzols. A la limite entre les Corbières au Sud, la Montagne Noire au Nord et le chaînon de St-Chinian à l'Est, sa géologie et sa géométrie sont complexes car héritées des grands évènements tectoniques du Languedoc Roussillon. Durant le quaternaire, l'enfoncement et les changements de cours de la Cesse, ont permis au réseau karstique de se développer, laissant apparaître des zones de pertes et résurgences. La synthèse de l'évolution hydro-géomorphologique du bassin a permis d'établir un premier schéma de fonctionnement hydrogéologique. La description des réseaux de mesures présents et nouvellement installés a permis de regrouper l'ensemble des données pluviométriques, débitmétriques et piézométriques disponibles sur cet hydrosystème permettant l'amélioration des connaissances du site par une analyse hydrodynamique et hydrochimique. Ces analyses ont permis d'identifier les interactions entre eau de surface et eau souterraine, la présence d'une réserve en eau importante au travers d'une bonne conductivité hydraulique ainsi qu'une forte capacité de stockage, une zone de recharge située à l'altitude moyenne du contact entre les terrains calcaires Tertiaires et les terrains Primaires de la Montagne Noire ainsi qu'un mélange entre des eaux très anciennes et des eaux récentes a également été mise en évidence notamment grâce à l'utilisation des isotopes stables de l'eau et les gaz anthropiques (CFCs et SF6). Afin d'estimer un volume maximum prélevable et de proposer une gestion active de l'hydrosystème Cesse-Pouzols, une modélisation conceptuelle globale journalière basées sur le GR4J a été développée. Puis, il a été choisi de développer ce modèle par intégration des interactions surface/souterrain et par la prise en compte des écoulements lents et rapides. Le GR5J ainsi développé, montre des résultats significativement supérieurs au GR4J. La prise en compte des interactions entre les réservoirs de l'aquifère a permis d'élaborer un GR7J. Toutefois, le GR7J ne présente pas d'amélioration nette par rapport au GR5J et fait état d'une « sur-paramétrisation » face aux données disponible aujourd'hui. Le GR5J a donc été utilisé dans la détermination du volume maximum prélevable d'eau souterraine. Malgré les limites de modélisation, le GR5J a été appliqué afin d'illustrer la méthodologie proposée. Le volume prélevable pour l'aquifère de Pouzols est estimé entre 4,5 et 6 millions de m3 par an. Toutefois ce chiffre doit être modulé en fonction de l'établissement du futur débit biologique de la Cesse et de la valeur des prélèvements de surface présents dans le cours pérennes de la rivière. / During the past fifty years, water use has been on a constant increase over the Mediterranean basin, Three quarters of water withdrawals come from superficial water resources. Thus, groundwater resources appears as a solution to surface water rarefaction. karstic groundwater constitutes an important and easily renewable reserve. The Cesse-Pouzols hydrosystem, located in the South of France, is composed by the karstic basin of the Cesse (275 km ²) and the karstic aquifer of Pouzols. At the borderline between the Corbières in the South, the Montagne Noire in the North and the thrust of St-Chinian in the East, its geology and geometry are complex and it inherits from big tectonic events of Languedoc Roussillon. During the quaternary era, karstic network developed owing to changes the Cesse changements of direction , generating zones of losses and resurgences. The synthesis of the basin hydro-geomorphologic evolution allowed establishing a first scheme of its hydrogeological functioning. The description of current networks and newly installed tools allowed collectingrainfall , flow and water table data available on this hydrosystem thusimproving knowledge of the site by a hydrodynamic and hydrochemical analysis. Thanks to these analyses (i) correlations between surface and groundwater were identified as well as(ii) the presence of an important groundwater reserve through a good hydraulic conductivity, (iii) a strong stocking capacity, (iv) a zone of reload located on the medium altitude of contact between the tertiary carbonate formation and the Primary formation of the Montagne Noire. A mixture between very ancient waters and recent waters was also highlighted notably thanks to the use of stable isotopes of water and anthropogenic gases (CFCS and SF6). In order to estimate the maximum volume of groundwater that could possibly be pumped and to offer an active management of the hydrosystem Cesse-Pouzols, a daily conceptual modelling was developed, based on the hydrological model GR4J. It was chosen to develop this model by integration of surface water/groundwater interacations and by the recognition of slow and quick flows. A GR5J model was so developed. The recognition of correlations between the reservoirs of the aquifer allowed setting up a GR7J model. However, GR7J does not introduce net improvement in comparison to GR5J and mentions one «over - parameterization» according to today's available data. The GR5J model was therefore used Maximum volume of groundwater pumped in Pouzols aquifer is estimated between 4,5 and 6 millions of m3 per year. However, this figure must be modulated according to the future environmental flow of the Cesse and to the value of the present samples of the river.

Technique émergente de gestion intégrée des ressources en eau pour résoudre des problèmes de gestion en zones arides, la Recharge Artificielle de Nappe RAN n'est pas appliquée aux aquifères carbonatés à cause des problèmes de karst. Son application au karst devrait cependant s'imposer. Cette thèse a analysé les conditions de recharge naturelle et artificielle, pour proposer une méthodologie d'Analyse de la faisabilité de Recharge Artificielle des aquifères Karstiques (ARAK) afin de définir des sites favorables à une recharge artificielle depuis la surface. 4 critères indépendants (Epikarst, Roche, Infiltration et Karst) sont considérés, indexés dans chaque maille à partir des données géologiques et topographiques, cartographiés selon une méthode d'indexation multicritère. L'indice de rechargeabilité intrinsèque, combinant ces critères, décrit l'aptitude de l'aquifère à être rechargé depuis sa surface, à l'échelle du système, puis à celle des sites les plus favorables. Un facteur de faisabilité technico-économique, mesurant les difficultés techniques et économiques d'une opération de recharge, est ensuite calculé à chaque site. Développée pour prendre en compte les aspects théoriques et pratiques rencontrés en identifiant les sites de RAN à partir de la surface, cette méthodologie devrait servir d'outil de gestion durable des ressources en eau karstique. La méthode ARAK a été testée sur l'aquifère karstique littoral de Damour, Liban, capté pour l'e au potable de Beyrouth, dont l'exploitation non contrôlée a conduit à une intrusion marine. Plusieurs sites de recharge à partir de la surface ont été identifiés. Mais le facteur technico-économique a révélé des difficultés techniques. La solution proposée consiste en une galerie horizontale, pour injecter l'eau de la rivière. Les établissements de l'eau considèrent qu'un tel projet offrira une solution intéressante pour satisfaire la demande en eau et combattre l'intrusion d'eau salée. / Managed Aquifer Recharge MAR is an emerging sustainable technique used to solve water management problems. MAR presents great interest for karst aquifers, however known to present a high heterogeneity. MAR remains till date marginal in karst aquifers. Accordingly, the present work presents a methodology for Aquifer Rechargeability Assessment in Karst ARAK. The aim of ARAK is to determine the ability of a karst aquifer to be artificially recharged from its surface; and the best sites for implementing the recharge. Based on multi-criteria indexation analysis, ARAK considers 4 criteria: Epikarst, Rock, Infiltration, Karst. The criteria are indexed at each mesh of the 2 D grid domain, from geological and topographic data. ARAK computes the intrinsic rechargeability index, describing the rechargeability of a karst aquifer, on the regional scale, then on the identification of rechargeable sites. Subsequently, a feasibility factor, weighting the techn ical and economic difficulties of a recharge operation, is applied to the selected sites. The methodology, developed to reconcile the problems encountered to identify sites for MAR in karst, provides a useful tool to help water authorities to determine the potential of MAR in karst aquifers. ARAK was applied to Damour site (Lebanon). This coastal aquifer, source of water supply for Beirut, was salinated by its uncontrolled exploitation. A MAR system in Damour region should remediate to it. The four ARAK criteria were indexed and mapped. The final map showed that the aquifer is favorable to a recharge operation, and identified several potential rechargeable sites. However, the feasibility factor indicated that major difficulties hinder the use of infiltration ponds. The solution proposed consists of drilling a horizontal gallery for injecting river water. Water authorities consider that an aquifer recharge project could offer solutions for the shortage in water supply and the sea water intrusion.

Groundwater can be a critical issue to be considered in civil engineering, mining engineering and interdisciplinary fields. Karstic structures and aquifers enclosing groundwater are potential risks in case they are not studied in detail. Enclosed groundwater can result in floods at pit bottom or can cause instabilities of permanent pit slopes. This study is about analyses of flooding possibility at the pit bottom and possible instabilities of pit slopes in the Elbistan-&Ccedil / &ouml / llolar open cast coal mine due to the presence of a karstic aquifer under the lignite formation. Thickness and permeability of the bottom clay formation under the lignite bed are necessary critical parameters for investigating a possible water rush from a confined aquifer in limestone formation underneath the bottom clay. These parameters were changed, and water flow quantities towards the pit bottom were determined by finite element models. Critical values of these parameters were investigated considering the lack of accurate site investigation information regarding the thickness and permeability of bottom clay. Possible strength loss, fracturing, and thus permeability increase in bottom clay due to a confined aquifer were studied. In flooding and slope stability analyses Phase2 software based on finite element method is used. Results of analyses showed that as reported thickness of bottom clay is around 120 m at the pit bottom and permeability values are in orders of magnitudes of 10-8 m/s, no serious flooding problems are expected to occur unless the thickness of bottom clay layer drops down to around 20 m, and the permeability of this layer reaches an order of magnitude of 10-5 m/s. Mechanical effects of confined aquifer on slopes and bottom clay displacements were investigated, and thus fracturing and failure possibilities of bottom clay and permanent slope were assessed. Slope and pit bottom displacements increased to meter levels for less than 60 m bottom clay thicknesses. Whereas 50-60 m bottom clay thickness can be critical for cracking, 20 m bottom clay thickness was found to be critical for water rush to the pit bottom. With reported bottom clay thickness of 120 m and with 25o slope angle permanent slope factor of safety was found to be 1.2, and this value was not effected unless clay layer thickness drops below 70 m levels. Higher than 32o overall slope angle there will be a risk of slope failure for permanent and production slopes, reflected by safety factors less than one, in the stability analyses.

La premier thématique a pour objectifs :1) de tracer l’origine de la salinité des eaux des aquifères karstiques en milieu côtier méditerranéen,2) de quantifier les proportions de mélange entre les eaux salées et les eaux karstiques,3) de discriminer les traceurs géochimiques pour identifier et modéliser les processus de salinisation d’aquifères karstiques côtiers. La seconde thématique a pour objectifs:1) d’établir les [As] d’origine naturelle des eaux de surface et des eaux souterraines, 2) de quantifier le niveau de contamination en arsenic de ces eaux et sa variabilité spatio-temporelle 3) de tracer l’origine naturelle ou anthropique de la pollution en As à l’aide d’outils isotopiques adaptés. les origines de la salinité identifié inclue i) des venues d’eaux profondes salées ii) des venues profondes d’eau salées remontant vers la surface par une faille majeure normale. Le 36Cl/Cl a permis d’identifier l’origine profonde des eaux salées et une recharge d’eau météorique infiltrée lors de la période des essais thermonucléaires. La modélisation PHREEQC permet de différentier le mélange avec une eau profonde salée de celui avec une eau de mer actuelle. Le 87Sr/86Sr montre un comportement conservatif pour tracer l’origine des eaux salées dans les aquifères karstiques. Les traceurs Cs, Rb, Li et B permettent de différentier les trois origines identifiées de la salinité. Les données acquises sur la contamination en As soulignent une augmentation nette et pérenne des [As] à partir des anciens sites de traitement minier réhabilités. Les rapports 87Sr/86Sr et δ18O et δ2H se révèlent dans ce cas un traceur très discriminant de l’origine naturelle ou anthropique de l’arsenic. / The first theme has for objectives: 1) to trace the origin of the salinity of the waters of the karst aquifers in coastal environment mediterraneen,2) to quantify the mixing proportions between salt waters and the waters karstiques,3) to discriminate the geochemical tracers to identify and model the process of salinization of aquifers coastal karst. The second theme has for objectives:1) to establish the [hast] of natural origin of surface waters and groundwater, 2) to quantify the level of contamination by arsenic in these waters and its spatial and temporal variability 3) to trace the natural or anthropogenic origin of pollution in hast to the aid of isotopic tools adapted. the origins of the salinity identified include i) of came from deep waters salted ii) of come deep water salted dating back toward the surface by a major flaw normal. The 36Cl/Cl has allowed us to identify the origin of deep saline waters and a recharge of meteoric water infiltrated during the period of thermonuclear tests. The PHREEQC modeling used to differentiate between the mixture with a deep water of salt that one with a sea water current. The 87SR/ 86Sr shows a conservative behavior for tracing the origin of saline waters in karst aquifers. The plotters Cs, Rb, Li and B allows to differentiate the three origins identified of salinity. The data acquired on the contamination in hast underline a net increase and perennial of [hast] from the ancient sites of mining processing rehabilitated. The reports 87SR/ 86Sr and δ18O and δ2H will reveal in this case a chartplotter very discriminant of natural or anthropogenic origin of arsenic.