Dans le cadre d'une gestion rationnelle des ressources en eau souterraine, il est nécessaire, pour comprendre leur fonctionnement, d'intégrer la composante «eau de surface» et ses transferts superficiels liés à la topographie. La préservation de la qualité de cette eau passe donc par la prise en compte des paramètres intrinsèques et extrinsèques du bassin d'alimentation de la nappe. Dans un premier temps, sur la base de travaux antérieurs réalisés au sein du Laboratoire de Mécanique de Lille (L.M.L., U.M.R. 8107), nous avons développé une méthodologie s'appuyant sur : -l'hydrologie du ou des bassins versants ruraux, -la vulnérabilité à une pollution diffuse de la nappe sous-jacente, -l'activité anthropique ou naturelle de surface, -les phénomènes érosifs affectant le bassin versant et les transferts de molécules qui en découlent. Dans un deuxième temps, nous avons appliqué ces modèles à l'étude d'un aquifère crayeux du bassin Artois Picardie alimentant la galerie captante du village côtier de Wissant (Pas de Calais, France). Ceci nous a permis de tester et de choisir des modélisations adaptées au contexte typologique de ce massif crétacé caractéristique de la région. Ces méthodes ont ensuite été combinées à l'aide d'un SIG afin de représenter la répartition spatiale des écoulements préférentiels, leur lien avec l'érosion et les zones d'accumulation et d'infiltration potentielles vers la nappe. Ce travail apporte des éléments de réponse à la question: «les pertes en sol des bassins versants ruraux ont elles un impact significatif sur la vulnérabilité de la nappe phréatique sous jacente ?». De plus, il met en évidence l'importance de la prise en compte des paramètres géomorphologiques et pédologiques dans l'élaboration d'une stratégie de protection des nappes d'eau souterraine, notamment en ce qui concerne le positionnement des flux polluants dans les modèles mathématiques de simulation, outils d'aide à la décision en matière de gestion optimisée des nappes. Cette méthodologie a été utilisée dans le cadre d'une étude pluridisciplinaire des ressources souterraines en eau alimentant la ville de Calais (Pas de Calais, France). La modification de l'indice de vulnérabilité DRASTIC par intégration du facteur d'atténuation (Af) des molécules polluantes a été testé. La réponse de ce nouvel indice a permis de dresser à l'aide d'un SIG une cartographie plus précise de la vulnérabilité de la nappe aux produits phytosanitaires. Sur le bassin de Guînes, ce modèle a été employé pour quatre molécules : le Prosulfuron, l' AMPA, l' Atrazine et la DEA. / To manage rationnally groundwater ressources, it is necessary to take into account the "surface-water" component and the slight transfers linked ta topography. The preservation of the quality of this water relies on the knowledge of both the inner and outer components of the groundwater watershed area. On the basis of previous works achieved within the Lille Mechanichs Laboratory (LML, UMR 8107), we have developed a methodology based on : -the rural watershed hydrology, -the vulnerability linked to a diffuse pollution of the underlying groundwater, -the surface anthropogenic and natural activity, -the erosion phenomena in the watershed and the consecutive molecule transfers. ln a second time, we have applied these models to the Artois Picardie basin (North of France) chalky aquifer wich supplies the coastal village of Wissant. This allowed us to test and select the models best suitable for the typology of the cretaceous characteristic area. These methods were then combined with a GIS to display the spatial distribution of preferential flows, their connection to erosion and the areas where they pile up and can potentialy infiltrate the groundwater. This work partially answers the question : do the soil losses of rural catching areas have a negative impact on the vulnerability of the groundwater? Moreover it stresser how important it is to take into account the geomorpholgical and soil parameters when setting up a strategy of underground ressources protection. This is particularly true for the positioning of polluting flows in mathematical simulation models which constitute a real decision tool concerning the optimized management of groundwaters. This methodology has been used too in a multidisciplinary study on underground water ressources supplying the city of Calais (Pas de Calais). The DRASTIC index modification by the integration of the attenuation factor Af for pesticide has been used. This new index shows a more accurate groundwater vulnerability to pollution by pesticide on the maps. This vulnerability have been studied on the chalk aquifer of Guînes hills with four molecules : Prosulfuron, AMPA, Atrazine and DEA.

Ces travaux de thèse sont motivés par la volonté de comprendre les relations hydriques passées et présentes entre les eaux superficielles et les nappes souterraines du Triangle landais (France), en interrogeant la possible présence d'un pergélisol dans ce secteur au Dernier Maximum Glaciaire (DMG) et les conséquences associées sur la recharge des nappes. L'hypothèse de l'occurrence d'un pergélisol a été évoquée historiquement pour deux raisons : justifier d'une part le régime hydrique de la nappe crétacée, dont la recharge semble avoir été réduite au DMG puis abondante à la fin de cet épisode, et expliquer d'autre part le processus de formation des nombreuses mares (appelées localement des « lagunes ») qui parsèment ce territoire. Cette hypothèse est évaluée à l'aide d'une étude comparative menée sur un bassin versant en domaine de pergélisol discontinu au Nunavik (Québec, Canada), et s'articule autour de deux axes : vérifier d'abord si les « lagunes » présentent des caractéristiques typiques d'un thermokarst, puis quantifier les conséquences du paléo-pergélisol supposé sur la recharge des nappes. D'après les données hydrogéologiques et géomorphologiques disponibles, une majorité de « lagunes » semblent issues de phénomènes de karstification ou de déflation éolienne. Toutefois, l'hypothèse d'un pergélisol ne peut pas être rejetée et semble être la meilleure explication pour une minorité d'entre elles. Elles pourraient en particulier correspondre à des mares de thermokarst issues du dégel d'un pergélisol sporadique ou discontinu, mais non continu. Des modèles stratigraphiques conceptuels d'une « lagune » du secteur de Villagrains-Landiras et d'une mare de thermokarst ont été construits à partir de données géophysiques (géoradar, résistivité électrique et polarisation provoquée spectrale). Des coupes stratigraphiques et des profils bathymétriques de « lagunes » et de mares de thermokarst ont également été comparés. Dans les deux cas, la morphologie, le contexte sédimentaire et les propriétés gélives des sédiments s'avèrent similaires. Dans le Triangle landais, des traces de solifluxion et de fluage, caractéristiques du dégel d'un pergélisol, sont visibles sur des coupes stratigraphiques en bordure de « lagunes ». Cependant, contrairement aux résultats obtenus au Nunavik, aucune de ces traces caractéristiques n'a pu être détectée en utilisant les méthodes géophysiques. Finalement, des modélisations géothermiques (1D) et hydrogéologiques (2D) du secteur de Villagrains-Landiras ont mis en évidence qu'un pergélisol discontinu peut théoriquement se développer dans le Triangle landais sous des conditions climatiques semblables à celles du Nunavik, mais que ses conséquences sont négligeables sur la recharge des nappes. À l'avenir, une modélisation hydro-géothermique plus complexe serait nécessaire pour étayer cette conclusion. / This Ph.D thesis aims at enhencing our understanding of the connection between surface water and groundwater in south-west France, by questionning the possible aggradation of permafrost in the Triangle landais area during the Last Glacial Maximum (LGM), and its consequences on groundwater recharge. Such a permafrost event has been proposed for two reasons. On the one hand, it could offer an explanation to the low recharge of the Cretaceous aquifer at the time of the LGM, and to its subsequent high recharge at the end of this period. On the other hand, it could explain the inset of the numerous ponds dotting this territory. This assumption is examined by means of a comparative study conducted on a watershed in the discontinuous permafrost zone in Nunavik (Québec, Canada). The research is structured in two steps: firstly by verifying whether the numerous ponds have typical thermokarst characteristics, and secondly, by quantifying the consequences of the presumed paleo-permafrost on groundwater recharge. From the available hydrogeological and geomorphological data, most of the ponds appear to originate from karstic or aeolian processes. However, the permafrost hypothesis cannot be rejected and seems to be the best explanation for a minority of ponds. More precisely, these ponds may correspond to thermokarst ponds resulting from the thaw settlement of the ground in a sporadic or discontinuous permafrost environment, but certainly not in a continuous one. Geophysical data (ground penetrating radar, DC electrical resistivity, and spectral induced polarization) have been used to build two conceptual stratigraphic models: one of a pond from the area of Villagrains-Landiras (SW France) and one of a thermokarst pond from Nunavik. For further comparison, stratigraphic sections and bathymetric maps were also produced on other ponds. As a result, the ponds from the Triangle landais and the thermokarst ponds seem closely related in terms of morphology, geological context and frost susceptibility of the ground. Solifluction and creeping features specific to thermokarst processes have been noticed in the vicinity of ponds in the Triangle landais. However, unlike in Nunavik, none of these characteristic features could be detected using geophysical methods. Lastly, using 1D geothermal and 2D hydrogeological modelings, it has been showed that climatic conditions similar to those in Nunavik could theoretically lead to discontinuous permafrost aggradation in the Villagrains-Landiras area. However, the consequences would be negligible regarding groundwater recharge. In the future, more complex hydro-geothermal modeling would be required to support this conclusion.

Ce travail réalise une synthèse des connaissances du programme de recherche PIREN Seine concernant la problématique de l'azote sur le bassin du Grand Morin (1200 km2). A cet effet, la plate-forme de modélisation CAWAQS (CAtchment WAter Quality Simulator) a été construite. CAWAQS simule la qualité de l'eau des différents compartiments d'un bassin versant: sols, aquifères, cours d'eau. Il a été construit à partir des modèles STICS, NEWSAM et ProSe. L'utilisation conjointe de techniques géostatistiques (logiciel Isatis®) et de CAWAQS a permis de dresser un état de la contamination en nitrate des aquifères sur la période 1977-1996. La confrontation des concentrations de nitrate simulées en rivière avec des observations à haute fréquence sur la période 1991-1996 permet l'estimation des capacités dénitrifiantes. On estime sur la période 1991-1996, que les nitrates infiltrés à la base de la zone racinaire (4 000 tN.an-1) sont exportés vers l'aval par le réseau hydrographique (41 %), stockés dans les aquifères (39%) et éliminés par dénitrification (20 %) dans les zones humides, les nappes alluviales, la zone hyporhéique, et par les processus benthiques en rivière. Des campagnes de terrain et des simulations numériques ont aussi été réalisées à l'aval du Grand Morin afin de prendre en compte les processus dominants dans la transformation des polluants pour les cours d'eau à faible profondeur. Les résultats obtenus suggèrent l'existence d'une forte élimination de l'azote ammoniacal par nitrification-dénitrification dans les compartiments benthiques. Pour l'ensemble du Grand Morin, la quantité d'azote éliminée par ce processus a été estimée à 140 tN.an-1.

La région de Tazareh qui fait l'objet de cette étude se situe entre les villes de Shahroud et Damghan, à la partie orientale de la chaine de l'Alborz et sur son flanc sud. Cette région est un des bassins charbonneux de l'Iran. La région étudiée au point de vue de la situation climatique est semi-aride au nord et aride au sud car les précipitations sont très faibles . Pendant la période d'étude la lame d'eau précipitée sur la ville neuve était de 102 . * * mm, et celle de la région de Tazareh 177 mm. Donc l'alimentation des nappes par les eaux précipitées sur la région est très faible. Environ les 2/3 des tormations géologiques qui constituent notre région sont des formations lias iques qui secomposent de grés, d'argiles et charbons. La majeure partie de la région, à cause de sa nature argileuse et plus ou moins imperméable, ne peut donc pas intervenir dans le domaine des nappes d'eau du bassin versant. Les formations calcaires et dolomitiques de la région ne sont pas" très 'iissurées et karstifiées , sauf dans le cas où les grandes failles drainantes passent par ces formations La plupart des points d'eau qui se trouvent dans la région soit des sources soit des puits, à cause du contact avec les formations charbonneuses du Lias ou du Dévonien- Carbonifère contenant des sulfates de calcium et de sodium sont riches en sulfates et ne peuvent pas être potables. Les calcaires de la formation de " Lar " ( Jurassique supérieur) présentent un intérêt hydrogéologique du fait de leur état de fracturation, mais les conditions topographiques ne sont pas sataisfaisantes pour alimenter notre bassin versant. L'eau des ruisseaux qui traversent notre région n'est pas utilisable pour les besoins industriels parce qu'elle sert pour les besoins agricoles des petits villages qui existent dans la région et au Sud de notre territoire d'étude.

Cette étude s'appuie sur la géologie, l'hydrogéologie et de la modélisation hydrogéologique de la plaine de Thessalie

Le bassin versant du Bandama blanc amont, au nord de la Côte d’Ivoire, est situé sur un socle fissuré, composé de granites et de schistes, et constitue un aquifère pérenne pour l’approvisionnement en eau des populations. Cet aquifère de type fissuré est mal connu, tant dans la géométrie des réservoirs que dans le potentiel hydrogéologique des réserves qu’il contient. La précarité des populations rurales est en partie liée au manque d’eau potable ainsi qu’au nombre encore insuffisant des points d’approvisionnement. Un nombre important d’échecs a été observé lors de la réalisation des ouvrages de captages des eaux souterraines, dont l'une des causes est une faible connaissance du fonctionnement du milieu. Cette étude consiste à améliorer les connaissances sur le fonctionnement hydrodynamique des réservoirs du socle fissuré (géométrie des aquifères, paramètres hydrodynamiques, recharge, disponibilité de la ressource) en vue de l’installation d’ouvrages de captage.L’approche méthodologique multidisciplinaire intègre des méthodes d’hydrogéophysique, d’hydrogéologie, de géologie et de chimie. Il s’agit de développer de nouvelles techniques et outils appropriés de prospection pour affiner la caractérisation du socle fissuré, afin de mieux contraindre l'exploitation des sites, notamment en termes de stabilité des débits prélevés.Pour étudier l’aquifère de socle du bassin versant du Bandana blanc amont, nous avons couplé des mesures électromagnétiques aux données lithologiques pour affiner la géométrie de l'aquifère et de mieux contraindre le choix pour les futurs localisations des forages. Cette étude présente donc une nouvelle approche hydrogéophysique pour améliorer la connaissance des ressources importantes dans un aquifère de socle, à l’échelle locale ou régionale, par l'utilisation du système électromagnétique multifréquentiel PROMIS. L'interprétation des résultats a conduit à proposer des modèles multicouches conformes à la structuration lithologique et discontinuités géologiques en place, et à la localisation de l'aquifère, sa géométrie et les interfaces de sa base et du toit.Cette méthode est efficace pour améliorer la caractérisation de l’aquifère de socle, et les résultats ont révélé une bonne concordance entre les sondages (1D), la section de résistivité (2D), les forages et les structures géologiques.La géométrie de l’aquifère présente une structure multicouche présentant de haut en bas de la cuirasse ferrugineuse, des arènes argileuses, une zone fissurée reposant sur un substratum rocheux. Nous sommes en présence d’une nappe captive, sous pression sous les argiles, contenue dans les arènes et la frange fissurée, et présentant une épaisseur variable entre 15 et 30 m. Une connaissance détaillée de la géométrie de l'aquifère locale constitue la première étape cruciale avant d'aller plus loin dans une étude hydrogéologique complète. / The upstream watershed of White Bandama, north of Ivory Coast, is located on a fissured hard-rock, composed of granites and schists, and is a perennial aquifer for populations’ water supply. The upstream watershed of White Bandama, northern Ivory Coast, is located on a hard-rock aquifer which geometry and potential as an hydrogeological reserve is not yet well characterized. Insecurity of rural populations is partly due to lack of drinking water as well as still inadequate number of water supply points. A significant number of failures was observed when performing wells and boreholes for groundwater, one of the causes is a weak scientific knowledge on the environment.This study is to improve knowledge on the hydrodynamic behavior of the hard rock reservoir (geometry of aquifers, hydrodynamic parameters, recharge, availability of the resource) in order to drill perennial boreholes.The multidisciplinary methodological approach integrates hydrogeophysics, hydrogeology, geology, chemistry methods. It is to develop new techniques and appropriate exploration tools to refine the characterization of fissured hard-rock to better constrain the operation of sites, especially in terms of stability of pomped yield.To study the hard-rock aquifer of upstream watershed of White Bandama, we coupled electromagnetic measurements to lithological data to refine the geometry of the aquifer and to better constrain the choice for future drilling locations. This study presents a new hydrogeophysical approach using the multifrequency electromagnetic device PROMIS® to improve knowledge of resources on hard-rock aquifer, at the local or regional level.Our geophysical data are interpreted with multi-layer models consistent with the discontinuities observed in lithology logs and the geology of the site. This method is effecient to improve the characterization of the hard-rock aquifer, and the results showed good agreement between the soundings (1D), the resistivity cross-section (2D), drillings and geological structures.Results allow to precise the local thicknesses of the 3 main units of our study area down to 50 m, being from top to down, saprolite, a fissured-rock zone and the rock substratum. The fissured-rock zone constitutes the main aquifer unit under pressure, interesting target for productive water wells. Its thickness ranges from 15 to 30 m. A detailed knowledge of the local aquifer geometry constitutes the first and crucial step before going further into a complete hydrogeological study.

Des simulations numériques tridimensionnelles ont été réalisées pour évaluer les impacts de la migration de méthane en provenance de puits de production abandonnés dans des aquifères peu profonds. Les modèles conceptuels considérés impliquent la migration et la dissolution de méthane gazeux dans les eaux souterraines, la biodégradation du méthane (CH4) dissous dans des conditions anaérobies et aérobies et la production de sulfure (HS-). Les écoulements multiphases d’eau et de méthane et le transport réactif du méthane en milieu poreux sont simulés par les modèles numériques DuMux et BIONAPL/3D respectivement. Tout d’abord, l’impact de la migration de méthane dans un aquifère confiné peu profond en Alberta est évalué. Par la suite, un cas de contamination hypothétique d’un aquifère libre peu profond basé sur le site de Borden en Ontario est considéré. Dans le premier scénario, les simulations montrent que des taux d’oxydation du méthane compris entre 1×10-5 et 1×10-3 kg/m3/j associés à des débits de gaz de 2 à 20 m3/j appliqués pendant 2 ans à la base de l’aquifère permettent de reconstituer les concentrations en CH4 observées sur le terrain. Dans le cas le plus réactif, les concentrations en CH4 atteignent la limite de 10 mg/L après 5 ans alors qu’une concentration maximale en HS- de 142.5 mg/L est atteinte après 2 ans. Dans le second scénario, l’étendue du panache de méthane est beaucoup plus faible que dans le premier scénario et les taux d’oxydation élevés du méthane en conditions aérobie permettent une consommation rapide du CH4. La production de HS- est également moins importante. Les résultats obtenus suggèrent que l'aquifère libre considéré est moins vulnérable à la migration de méthane que le cas confiné. L’acquisition de connaissances sur les caractéristiques physicochimiques des aquifères est nécessaire pour appréhender les impacts de la migration de gaz dans les eaux souterraines.

Cette étude s'intéresse sur la simulation numérique des aires d'alimentation des puits d'eau potable sous l'influence d'une interface eau douce-eau salée (SWI), aux Îles-de-la-Madeleine, au Québec. Trois approches sont étudiées pour représenter l'interface, une entièrement dispersée (ID) considérant l'écoulement des eaux souterraines à densité variable et le transport advectif-dispersif, et les approches simplifiées de l'interface horizontale (IH et MODFLOW) et de Ghyben-Herzberg (GH). Le modèle d'éléments finis 3D SALTFLOW est utilisé pour toutes les simulations, en appliquant l'approche de la probabilité de captage (CP), basée sur le transport advectif-dispersif en mode arrière, pour définir les aires. Une analyse de sensibilité est d'abord appliquée à un domaine rectangulaire 3D simplifié avec un puits de pompage foré dans un aquifère de grès hautement perméable. Cette étude d'analyse de sensibilité porte sur l'influence de la conductivité hydraulique, la profondeur de la crépine et l'augmentation du taux de pompage sur la taille et la forme des aires. Les aires d'alimentation définies avec l'approche de CP sont comparées selon les différentes représentations de l'interface eau douce-eau salée énoncées dans cette étude. L'approche est ensuite appliquée à un sous-domaine 3D hétérogène sur l'Île du Cap aux Meules, qui comprend dix puits de pompage. Pour les conditions considérées dans cette étude, les aires de CP délimitées avec l'IH ou GH sont approximativement égales à 5% des aires simulées avec l'ID. Cependant, les aires ID sont généralement plus grandes comparées à celles simulées avec le traçage de particules basé sur le modèle MODFLOW, en raison des différences dans le modèle conceptuel et l'effet de la dispersion hydrodynamique dans l'approche de CP. L'effet du type d'interface diminue en s'éloignant du littoral. Le CP est une approche potentiellement utile pour définir les aires des aquifères insulaires avec l'intrusion d'eau salée. L'avantage de cette approche de CP est qu'elle inclut les incertitudes à travers le terme de dispersion permettant aux décideurs de choisir des niveaux de risques acceptables. / This study focusses on the numerical simulation of water well capture zones under the influence of a freshwater-saltwater interface (SWI), in the context of groundwater protection on the Magdalen Islands, Québec. Three approaches for representing the interface are investigated, a fully dispersed interface considering density-dependent groundwater flow and advective-dispersive transport, as well as the simplified approaches of a Ghyben-Herzberg interface and a horizontal interface. The 3D finite element model SALTFLOW is used for all simulations, including application of the capture probability (CP) approach, based on backward-in-time advective-dispersive transport, for defining the capture zones. A sensitivity analysis is first applied to a simplified 3D rectangular domain with a single well pumping within a highly permeable sandstone aquifer. Probability capture zones are compared under the different representations of the saltwater interface, highlighting the influence of hydraulic conductivity, the depth of the well screen, and an increase of the pumping rate on the capture zone size and shape. The approach is then applied to a 3D sub-domain of the Island of Cap aux Meules, including ten pumping wells within a heterogeneous system. For the conditions considered in this study, capture zones predicted using the capture probability approach assuming a Ghyben-Herzberg or horizontal interface had surface areas within about 5% of the capture zones simulated using a dispersed interface. These capture zones, however, were generally larger compared to those simulated using advective particle tracks based on a MODFLOW model, due to differences in the conceptual model and to the effect of hydrodynamic dispersion in the CP approach. The effect of the type of interface on the capture zone decreased away from the coastline. Capture probability is a potentially useful approach for defining capture zones in island aquifers under saltwater intrusion as it includes uncertainty through dispersion allowing decision-makers to choose acceptable levels of risk. It is concluded that the Ghyben-Herzberg and horizontale Interface simplifications are acceptable approaches, considering the inherent uncertainties in the conceptual models.

Les aquifères de socle fracturés très répandus en Bretagne, constituent des formations géologiques hétérogènes renfermant des ressources en eau. Ces structures sont souvent constituées d'une zone altérée et d'une zone fracturée. La zone altérée est peu épaisse et proche de la surface, elle est constituée de roches altérées envahies par l'eau souterraine qui y circule rapidement des hauts topographiques du bassin versant vers l'exutoire. L'eau y présente des temps de résidence courts (<20 ans) et est souvent polluée par les nitrates. La zone altérée située plus en profondeur et plus épaisse est constituée de roches dures traversées par des fractures. L'eau circule exclusivement au travers de fractures et lentement, le temps de résidence de l'eau y est donc long (>40 ans). Dans cette zone, l'eau est plus minéralisée et souvent riche en fer en Bretagne. Ces différentes circulations d'eau, induisent des conditions chimiques contrastées dans les zones altérée et fracturée, mais leur effet sur l'écosystème microbien des eaux souterraines n'a jamais été exploré. Cette étude montre que les circulations hydrologiques influencent à l'échelle régionale et locale la structuration des communautés microbiennes au sein des eaux souterraines d'aquifères de socle. La position d'une eau souterraine le long des voies de circulations des eaux souterraines dites « boucles hydrologiques » contrôle directement la structure des communautés microbiennes via le contrôle de la succession des donneurs et accepteurs d'électrons disponibles. Les communautés microbiennes analysées montrent une prédominance de Nitrobacter. Dans l'eau souterraine récente (<20 ans) donc principalement dans la zone altérée, les Nitrobacter. sont surtout des Comamonadaceae et Oxalobacteraceae, microorganismes versatiles et capables de dénitrifier. Dans l'eau souterraine ancienne (>40 ans) et isolée donc dans la zone fracturée, ce sont en grande majorité des Gallionellaceae, microorganismes microaérophiles spécialisés dans l'oxydation du fer(II). La prédominance des Gallionellaceae dans la zone fracturée suggère un écosystème profond basé sur l'oxydation du fer(II). Cependant, ce processus suppose une arrivée minimale d'oxygène dans la partie profonde, via par exemple un mélange avec une masse d'eau récente oxygénée. La proportion de Gallionellaceae dans les différentes eaux analysées montre une corrélation positive avec le degré de mélange des eaux anciennes avec des eaux récentes, jusqu'à une limite de 20% d'eau récente. Le suivi temporel de la dynamique des communautés d'un aquifère avant et au début de la recharge a montré dans la zone altérée des conditions chimiques très fluctuantes et une communauté microbienne très changeante mais toujours constituée de nombreux potentiels dénitrifiants. Dans la zone fracturée, la communauté dominée par les Gallionellaceae est relativement stable, malgré des changements chimiques ponctuels substantiels et un degré de mélange transitoire important (jusqu'à 60% d'eau récente) au début de la recharge. Les Gallionellaceae semblent donc capables de résister à des changements ponctuels et importants des conditions chimiques. Les eaux souterraines de la partie profonde des aquifères, bien qu'isolées, restent relativement connectées à la surface ce qui permet probablement le maintien de l'écosystème microbien profond. / Hard-rock aquifers are heterogeneous geological structure very widespread in Britany that have the property to store groundwater. These aquifers are often made of a weathered zone and a fractured zone. The weathered zone is a rather thin layer close to the surface and is constituted of weathered rocks submerged in groundwater. In this zone, groundwater circulates rapidly from the upper parts of the watershed to the aquifer outlet, thus shows short groundwater residence time (< 20y) and is often polluted by nitrates. The fractured zone is located deeper and is thicker. It is composed of fresh rocks crossed by fractures in which groundwater exclusively flows with a very slow velocity, thus groundwater residence time in this zone is rather long (>40 y). In the fractured zone, groundwater is much more mineralized and often rich in iron, in Britany. The differences of flow velocities in the weathered and the fractured zones are responsible for contrasted chemical conditions in these two zones, but the influence of groundwater flow velocity on the microbial ecosystem in groundwater remains largely unexplored. This work shows hydrologic circulations influence the microbial community structuration in hard-rock aquifer groundwater at regional and local scales. Position of a groundwater along a hydrologic flowpath or a “hydrological loop” directly controls microbial community structure through the control of the successively available electron donors and acceptors. The analyzed microbial communities show a predominance of Betaproteobacteria. In recent groundwater (< 20y) thus particularly in the weathered zone, Betaproteobacteria are mainly Comamonadaceae and Oxalobacteraceae, which are generalists able to do denitrification. In old and isolated groundwater (> 40y) thus particularly in the fractured zone, Betaproteobacteria are mainly Gallionellaceae, which are microaerophilic iron-oxidizer. The predominance of Gallionellaceae in the fractured zone suggests a deep ecosystem based on iron oxidation. However, this process implies a minimal input of oxygen in the deeper part, for instance via mixing with recent oxygenated groundwater. Proportion of Gallionellaceae in the different analyzed groundwater shows a positive correlation with the degree of mixing between old and recent groundwater, up to a limit of 20% of recent groundwater. The temporal microbial community dynamics in a single aquifer, before and during the beginning of recharge, demonstrated in the weathered part very fluctuant chemical conditions and a shifting microbial community that remains always composed of numerous potential denitrifiers. In the fractured part, microbial community is dominated by Gallionellaceae and remains rather stable, despite the punctual but substantial changing of the chemical conditions and degree of mixing (up to 60% of recent groundwater) at the beginning of the recharge. Gallionellaceae seem thus able to resist to important and punctual chemical conditions changings. Groundwater in the deeper part of aquifers, even isolated, remains relatively connected to surface, likely allowing the deep microbial ecosystem to maintain.

L'imagerie électrique (ou tomographie électrique) est la reconnaissance multidimensionnelle des propriétés électriques intrinsèques du milieu étudié. En géophysique, cette technique permet de traduire des données acquises en surface ou en sub-surface en une image interprétable en termes géologiques. L'imagerie électrique est fréquemment employée dans différents domaines (hydrogéologie, génie civil, environnement, archéologie) avec une approche bi-dimensionnelle (2D). En supposant l'objet bi-dimensionnel, cette approche 2D est loin de décrire correctement l'objet imagé, puisque dans la nature la plupart des structures géologiques sont en tri-dimensionnelles (3D). Dans ces conditions, puisque les données contiennent les informations concernant la présence d'éventuelles structures 3D, une alternative à l'imagerie électrique 2D pour extraire le maximum d'informations aux données est d'utiliser une approche 3D. Pour un milieu à géométrie complexe, par exemple en milieu volcanique, une approche 3D est indispensable. La première partie des travaux de cette thèse est consacrée à un développement méthodologique d'un outil de modélisation (direct et inverse) 3D pour interpréter des données électriques collectées avec une distribution quelconque de quadripôles de type Schlumberger. Généralement une procédure d'interprétation en géophysique consiste à résoudre deux problèmes : le problème direct (calcul direct) et le problème inverse. Dans cette étude, notre code d'interprétation utilise un programme qui consiste à résoudre le problème direct via la méthode des dfférences finies. Pour la partie minimisation nous avons utilisé une variante de la méthode de plus grande pente qui permet de déterminer une solution du problème inverse sans calculer la matrice sensibilité. Cet outil d'interprétation 3D est testé et validé avec des données synthétiques et appliqué à des données réelles collectées à grande échelle (km) sur la plaine de Djibouti. Les modèles de résistivité ainsi obtenus sont interprétés en termes hydrogéologiques et mettent en évidence des unités conductrices, probablement des réservoirs d'eau saumâtre isolés par une structure résistante NO-SE. L'autre partie de ce manuscrit traite d'une application à plus petite échelle réalisée sur un Site Expérimental Hydrologique (SEH) développé dans le cadre du projet Mawari, situé sur la plaine de Djibouti ville. Une imagerie électrique de haute résolution a été conduite sur ce site pour comprendre le fonctionnement de la nappe de Djibouti ville et l'origine de la nappe d'eau saumâtre qui l'envahit. Les données collectées sur ce site expérimental ont été interprétées selon une approche 2D et 3D avec des programmes d'inversion commerciaux (Res2dinv et Res3dinv). Les résultats obtenus mettent en évidence la présence d'un petit bassin orienté SO-NE dont la géométrie est contrôlée par une faille SO-NE en proche surface. Les modèles de résistivité obtenus ont également mis en évidence une unité conductrice en profondeur que nous avons associée à l'aquifère d'eau saumâtre. Cette nappe d'eau saumâtre est très localisée sur le SEH et son réservoir est essentiellement constitué par une unité de scories très poreuse.