L’objectif de cette thèse est d’analyser, à différentes échelles de temps et d’espace, les transferts d’eau depuis la Loire amont jusqu’au Bassin Parisien, et entre la Loire moyenne et sa nappe alluviale. Les méthodes mises en œuvre sont l’étude statistique des débits journaliers en Loire moyenne (148 années de données) et le suivi géochimique (éléments majeurs, ¹⁸O et ²H) de la Loire et de ses affluents des bassins amont. Le suivi piézométrique et géochimique d’un site-atelier (méandre de Guilly, Val d’Orléans) a permis d’étudier finement les relations saisonnières entre la Loire et sa nappe alluviale, entre 2010 et 2012. Les débits annuels à Blois présentent une stabilité temporelle, au-delà de leur variabilité interannuelle. Des évolutions sont, néanmoins, notables dans l’occurrence des saisons hydrologiques et des débits à pleins bords, ou encore les plus faibles débits d’étiage.Si le suivi géochimique n’a pu préciser les apports, hydrologiquement complexes, de l’Allier à la Loire moyenne, l’importance des affluents de la Loire bourbonnaise, en période de hautes eaux, a été mise en évidence, et notamment les apports des affluents drainant le Morvan.En Loire moyenne, le fleuve est connecté à l’ensemble de sa plaine alluviale, à travers ses échanges avec sa nappe d’accompagnement. La nappe alluviale est rechargée par les eaux de la Loire en période de hautes eaux et se décharge lorsque les lignes d’eau s’abaissent. Les forts débits annuels de la Loire sont donc indispensables pour conserver un fonctionnement hydrologique dynamique et abondant.Cette approche globale a permis de démontrer des fonctionnements hydrologiques de la Loire, seulement ressentis jusqu’alors. / The aim of this PhD thesis was to analyze water transfer at several time and spatial scales, from upper Loire River basin to the Paris Basin, and between the middle Loire River basin and the alluvial aquifer. The main approaches were (1) the statistical analysis of hydrological time series of the Middle Loire River (148 years data) and (2) the geochemistry (major elements,¹⁸O et ²H) of the Loire River and its tributaries. At a meander scale along the Middle Loire River, the alluvial aquifer were studied by monitoring the groundwater and the river at hourly time step (2010-2012).The annual discharge data of the Loire River at Blois show an important stability, despite its interannual variability. However, evolutions are observable in the occurrence of hydrological seasons and of full-bank discharge, as well as in smaller low-water flows. Discharge inputs from the Allier River in the Middle Loire River flows could not be shown by geochemical tracers due to the hydrological complexity. Nevertheless, during the high flow periods, the importance of tributary supply is highlighted in the Bourbonnais part of the Loire River, between Roanne and Nevers, in particular the tributaries flowing from the Morvan.The Middle Loire River is connected to the alluvial plain where exchanges occur between the river water and groundwater from the alluvial aquifer. During peak flow events, the aquifer may be recharged by the Loire River while the aquifer discharges when the river water level lowers, regardless of the hydrological season. Such higher annual discharges of the Loire River are necessary to preserve a dynamic and abundant hydrological functioning of the hydrological system.

Une étude préliminaire de la chimie de l'eau de la nappe de l'Isère, établie lors d'une campagne de mesures de la résistivité et du niveau de l'eau pendant l'été 1980 pour EDF, avait permis de se faire une première idée sur les différences existant entre les conditions hydrochimiques et hydrodynamiques qui régissent l'aquifère. La présence d'une seule nappe dans l'aquifère alluvial de la vallée de l'Isère n'implique pas l'uniformité de la qualité de l'eau sur les plans verticaux et horizontaux. Le milieu alluvial semble donc étre homogène et isotrope pour la transmission des pressions, mais pas pour la transmission de matière. Il doit donc exister des conditions de mélange des eaux et des interactions eau/milieu liées à la structure de l'aquifère. Ces premiers résultats ont servi de motivation et de point de départ à notre étude. La nappe de la vallée de l'Isère, site retenu comme secteur de travail, est limitée à l'amont par la confluence Isère-Drac en aval de Grenoble, à l'aval par une remontée du mur de la nappe au seuil de Rovon (35 km à l'aval de Grenoble, en direction de Valence). Elle est alimentée par les apports de versant, par la rivière, et par la pluie; mais cette derniere est négligeable par rapport aux précédentes. Dans l'aquifère de la vallée de l'Isère, nous retrouvons deux secteurs bien définis du point de vue morphologique (largeur de la nappe), hydrodynamique (type et vitesse d'écoulement), hydrochimique (gradients de minéralisation différents): la Cluse de l'Isère et la plaine de Moirans.

Ce travail est relatif a l'aménagement de vallabrégues. Sont abordés la géologie, l'hydrogéologie, l'hydrologie de ce site .

Après avoir décrit le cadre géographique et géologique de l'étude, j'ai tout d'abord regroupé les informations utiles à la connaissance de l'unité hydrogéologique que constitue le bassin versant de la Romanche , situé à l'amont de la plaine de Jouchy. J'ai accordé une attention particulière à l' étude du remplissage alluvial quaternaire de la vallée, notamment à l' étude de celui de la plaine de Jouchy, à Saint-Pierre-de- Mésage. Celle-ci, comprise entre deux verrous rocheux, est constituée d'une couche d 'alluvions gravelo-sableuses de 90 à l00 m d'épaisseur, qui repose sur le socle cristallin et dans laquelle circule une puissante nappe souterraine, actuellement exploitée pour l ' alimentation en eau potable de la région grenobloise . Les résultats des essais de pompages effectués m'ont permis de calculer les caractéristiques de la couche supérieure des alluvions, la plus perméable , située à moins de trente mètres de profondeur et dans laquelle s'effectue la majeure partie des échanges (infiltrations, pompages, etc . ) . Son coefficient de perméabilité est proche de 10-2 m/s et la porosité efficace s'élève à 15 % . Ces valeurs sont comparables à celles obtenues par d'autres méthodes classiques en hydrogéologie. La piézométrie de la nappe, établie à partir des nombreux relevés journaliers ou hebdomadaires, effectués au cours des années d ' exploitation, m'a permis de rassembler de nombreuses informations sur les mouvements hydrodynamiques de la nappe. Ainsi, les bilans hydrogéoloqiques calculés, mettent en évidence que les infiltrations, dont le débit varie de 800 à 1 600 l/s suivant les saisons, proviennent essentiellement de la Romanche , les apports directs des précipitations et des eaux de ruissellement sur les versants représentant moins de la 10 % des infiltrations totales. La zone d'infiltration préférentielle des eaux en provenance de la Romanche, se situe à l'amont de la plaine; en hautes eaux , les crues de la rivière sont favorables au décolmatage du lit et des berges; d'autres zones d'infiltration sont alors créées et participent à la recharge de la nappe. Les hautes eaux de la Romanche , au printemps et en été , sont donc tout à fait favorables à la recharge naturelle de la nappe à une saison ou elle est le plus sollicitée par les pompages. C'est au régime nivo-glaciaire de la rivière et grâce aux apports successifs de ses principaux affluents , l'Eau d'Olle et le Vénéon, que ses hautes eaux s'étalent du mois d 'avril au mois de septembre. Mais les aménagements hydroélectriques de la vallée réduisent considérablement les débits transitant au droit de la plaine de Jouchy . La mesure des débits, particulièrement intéressante pour la gestion de la nappe souterraine alluviale est rendue difficilepar le caractère sinueux de la rivière dans cette portion de son cours .. Les débits moyens journaliers ou mensuels sont donc estimés par le calcul. Près de 2 000 eaux , superficielles et souterraines, ont été prél evées dans le bassin versant de la Romanche . Les analyses effectuées permettent d' étudier les caractéristiques physico-chimiques et les variations de la minéralisation totale des eaux, dans le but de préciser leur évolution dans l'espace et dans le temps. Les eaux souterraines de la nappe de Jouchy constituent un ensemble homogène du point de vue hydrochimique. Ce sont des eaux essentiellement bicarbonatées,sulfatées , calciques et magnésiennes. Bien que leurs caractéristiques essentielles soient comparables à celles de la Romanche, transitant à l ' amont de la plaine , les eaux souterraines sont toutes, à un moment donné, plus minéralisées que les eaux de la rivière ; leur minéralisation totale, moyenne ou faible, s'accentue dans le sens de l' écoulement de la nappe et leurs variations saisonnières se manifestent avec d'autant plus de retard et d'atténuation que le point considéré est plus éloigné des zones d'infiltration.

Ce travail finalisé en 1975 apporte une contribution synthétique à l'hydrogéologie et à la géotechnique de la vallée de l'Isère au NE de Grenoble.

La nappe superficielle de la plaine d’Avignon, située entre le Rhône et la Durance, présente les caractéristiques d’une nappe péri urbaine, avec un secteur agricole étendu, mais dont la surface se réduit rapidement sous l’effet de l’extension urbaine et du développement économique. Peu profonde et proche de la surface, cette nappe est directement sous l’influence des eaux de surface. En particulier, l’eau de la Durance participe fortement à la recharge soit directement soit indirectement via les nombreux canaux d’irrigation et donc localement de manière décalée par rapport au régime hydrologique méditerranéen. L’occupation des sols, et en particulier l’urbanisation, joue donc un rôle important sur le fonctionnement hydrodynamique. En particulier le recul des terres agricoles et la diminution parallèle des volumes d’irrigation tendent à réduire la recharge de la nappe.Pour essayer d’anticiper les conséquences de cette évolution, la présente étude vise à proposer un modèle de fonctionnement hydrogéologique de la zone intégrant le rôle du sol et de son usage. Il fallait pour cela compléter les connaissances sur le fonctionnement de la nappe préciser les conditions aux limites et établir un bilan en eau au pas de temps mensuel. Ce travail repose sur une démarche multi-approches utilisant, en particulier, la complémentarité entre le suivi piézométrique et la technique du traçage naturel de l'eau (traceurs chimiques et isotopiques). Les différentes approches ont permis de localiser et de quantifier les trois principales composantes de la recharge : la Durance ou la recharge latérale, l’irrigation et la pluie ou la recharge verticale. Cette dernière est contrôlée surtout par la nature et l’usage du sol. Très clairement, la majeure partie de cette recharge se trouve dans des zones encore irriguées qui apportent un volume moyen annuel de 19 Mm3. Avec une moyenne annuelle de 135 mm, la recharge par la pluie joue un rôle secondaire. Son impact sur la nappe est visible en dehors des zones irriguées en particulier en amont de la plaine sur les versants des collines qui bordent la plaine à l’Est. Cet apport de la pluie n’est plus visible dans la partie médiane, fortement diluée par les eaux d’irrigation. Plus à l’ouest en zone urbaine, l’effet de la pluie est réduit et discontinu à cause des surfaces imperméabilisées ; il subit en outre une dilution par l’apport des eaux de la Durance. L’importance de la recharge par la Durance a été confirmée par une modélisation hydrodynamique et du transfert du signal isotopique. Elle constitue l’entrée principale du système avec un volume moyen de 70 Mm3/an. Les résultats de différents scénarios du modèle numérique valident les ordres de grandeur de différentes composantes et les caractéristiques de l’écoulement (direction, vitesse…) et montrent que dans le cas d’un abandon de l’irrigation, la baisse piézométrique serait de l’ordre de 3 m sous les périmètres irrigués. La nappe retrouverait alors les fluctuations piézométriques naturelles sous la dépendance de la pluie d’une part et de la Durance d’autre part. En fonction de son régime futur, l’alimentation par la Durance pourrait augmenter et compenser une partie de la baisse vers l’intérieur de la plaine. / The groundwater system of the alluvial plain of Avignon, located between the Rhone and the Durance rivers, is characterized by an expanded agricultural area, whose surface is rapidly shrinking due to urban sprawl and economic development. This shallow aquifer is directly under the influence of surface water. In particular, the Durance water is heavily involved in the recharge process either directly or indirectly via the numerous irrigation canals and therefore with a time shift according to the Mediterranean hydrological regime. Land use, particularly urbanization, plays an important role on the hydrodynamic occurrence. In particular, the loss of agricultural land and accordingly the reduction in irrigation volumes tend to reduce groundwater recharge. To anticipate the consequences of these developments, this study aimed at proposing a hydrogeological model of the area including the role of land use. First of all, This required a better understanding of the aquifer system, namely specify boundary conditions and establish a monthly water balance An experimental investigation was carried out using different approaches including water level monitoring and environmental tracing of water (chemical and isotopic tracers). This work enabled us locating and quantifying the three main components of recharge: Durance or lateral recharge, irrigation and rainfall or vertical recharge. This recharge proved to be controlled primarily by the soil nature and land use. Clearly, much of this recharge occur in irrigated areas which provide an average annual volume of 19 millions m3. With an annual average of 135 mm, recharge by the rainfall plays a secondary role. Its impact on the groundwater was observed out of the irrigated lands especially, on the eastern boundaries of the plain. This contribution of rainfall was no longer detected downwards, where irrigation water was getting predominant in the recharge process. In urban areas down west, the effect of rainfall drops owing to the increase of impervious surfaces and the rising of Durance influence.. The importance of the recharge from the Durance was confirmed by hydrodynamic and isotope transfer modeling. It is the main input to the system with an average volume of 70 millions m3 / year.

L'objectif principal de cette étude est d'améliorer les connaissances sur le système aquifère de la basse vallée du Var, principale ressource d'eau potable dans une région soumise à des influences méditerranéennes et alpines. La composition des éléments majeurs et traces, des isotopes de l'O, du Pb et du Sr a été déterminée à différentes périodes hydrologiques dans les eaux du fleuve Var, de ses affluents, de la nappe alluviale de la basse vallée, et des aquifères des calcaires jurassiques et des poudingues pliocènes, qui constituent le substratum des alluvions. Les concentrations mesurées sont souvent proches du fond géochimique naturel, ce qui fournit pour chaque type d'eaux un point de référence de la qualité et permet, grâce à la sensibilité de la mesure des traces, de détecter la moindre pollution émergente. Des pollutions agricoles et/ou domestiques ont été détectées, en particulier dans les eaux des poudingues, ceci même en profondeur. Le fleuve constitue la principale source d'alimentation de la nappe alluviale, essentiellement à l'amont de la vallée. La recharge de la nappe par l'aquifère des poudingues représente 20% environ, ce qui est inférieur aux estimations précédentes. L'utilisation conjointe des éléments traces et majeurs met en évidence l'hétérogénéité des eaux des poudingues, et permet d'évaluer les proportions de mélange. L'alimentation de la nappe par les calcaires semble faible. La forte influence chimique des évaporites triasiques limite l'utilisation des isotopes du Sr comme marqueur d'origine des eaux. Les isotopes du Pb ont fourni des résultats complexes qui semblent montrer une origine à la fois naturelle et anthropique, cette dernière apparemment liée aux pluies. Les isotopes du Ra ont été utilisés afin d'estimer le temps de parcours dans la nappe alluviale. La faisabilité analytique de la méthode semble acquise. Malgré d'importants échanges avec le milieu traversé, l'utilisation des rapports isotopiques semble s'affranchir de certains processus complexes.