Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie civil : Lille 1 : 2005. / Texte et résumé en anglais. Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. f. 192-203.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie civil : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3599. Texte en anglais. Résumé en anglais. Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. f. 180-193.

Située au Nord-Ouest de la Tunisie centrale, le bassin de Foussana du gouvernorat de Kasserine constitue une zone de transition entre la région tellienne pluvieuse au Nord et la région saharienne au Sud. Il est bordé par une série de reliefs de formes et de directions variées. Dans cette région aride à semi-aride, l’eau souterraine représente la principale réserve et ressource de production d’eau. Du point de vue tectonique, le bassin de Foussana est caractérisé par la présence de multiples failles. Les failles de direction NW-SE, dont la plus importante est celle qui s’aligne parallèlement à l’Oued Hatab (Faille de Foussana). Les failles qui bordent le fossé du côté est et du côté Ouest se placent dans la famille directionnelle NW-SE. Les failles de direction NE-SW, dont la plus importante est celle qui borde Jebel Chambi du côté sud, montrent une activité décrochante senestre à composante normale. Les failles de direction EW constituent la troisième famille de fracture ayant contrôlé l’évolution de cette structure effondrée. Le bassin d’effondrement de Foussana formé par le jeu de failles de direction NW-SE constitue une fosse subsidente comblée de dépôts MioPlioQuaternaires à caractère continental et renferment plusieurs niveaux aquifères avec des intercommunications latérales entre les grés miocènes et les niveaux Plio-Quaternaires le long des failles de bordure et par drainance le long de l’axe de la fosse matérialisé par l’oued El Hatab. Le Quaternaire couvre toute la cuvette. Sa constitution varie selon les régions, en bordure, nous retrouvons les éboulis de pente formés de gros éléments de calcaire sub- arrondis, parfois bien cimentés par de l’argile rouge. Ces dépôts laissent la place au centre de la cuvette de l’Oued Hatab à des dépôts plus fins constitués de sol sableux ou argilo - sableux avec une certaine proportion de limon. Dans les régions de bordure, les dépôts du PlioQuaternaire très grossiers sont directement superposés aux grès miocènes. Les aquifères profond du Pliocène (PQ2) et superficiel du Quaternaires (PQ1) sont susceptibles de constituer un aquifère unique, puisque leurs résistivités sont presque semblables, leurs salinités sont voisines, et leurs piézométries sont confondues. Les grès Miocènes varient d’une région à l’autre selon qu’on est dans les zones de bordures ou dans des fosses. Ils sont libres au Nord et au Sud de la plaine séparés par les deux grands accidents tectoniques. Les grès en affleurement sont non seulement plus grossiers mais aussi plus homogènes, ce qui attribue aux aquifères libres une grande perméabilité, contrairement aux aquifères des grès en charge où les alternances fréquentes d’argiles et de marnes réduisent énormément ce paramètre. Cette homogénéité croit également en profondeur. Dans l’optique de caractériser le fonctionnement du système hydrogéologique multicouche et de calculer un bilan hydrologique pour le système aquifère, une méthodologie multi techniques couplant l’ hydrochimie, l’isotopie et l’hydrodynamisme a été déployée. L’analyse détaillée des données hydrochimiques recueillies a mis en évidence la grande variabilité du fond géochimique local, directement fonction de la stratigraphie. Cette complexité stratigraphique induit une vision hydrogéologique complexe de nombreux corps aquifères. L’évolution de la chimie des eaux révèle la prépondérance du phénomène de dissolution des minéraux évaporitiques et la précipitation de la calcite comme principal mécanisme de contrôle de l’hydrochimie devant les phénomènes d’échange de base et par la pollution anthropique induit par la présence des nitrates. En conséquence il n’a pas été possible de déduire de l’hydrochimie des eaux les preuves d’une recharge par drainance ascendante depuis l’aquifère du Miocene vers les aquifères superficiels, bien que la similarité des faciès hydrochimiques tend à consolider l’hypothèse d’une origine unique des eaux, sans toutefois permettre une identification des chemins d’écoulement. / The study area lies in the northern part of central Tunisia and extends over about 650 km2. It is located betweenthe rainy Tellian region in the North and the Saharan region in the South. The Foussana Basin is a typical closedinland basin surrounded by high mountains where the precipitation varies over space and time as a result oftopography and seasonality.The main outcrop that marks the watershed of Foussana basin is the quaternary alluvium, which is surrounded byCretaceous reef of deposits covering folds Mountains bounding. The Foussana basin is composed of two aquifers,the PlioQuaternary and the Miocene aquifers. The PlioQuaternary aquifer consists of clayey sand, coarse sand andsandstone deposits. This aquifer is composed of two permeable levels PlioQuaternary Aquifer (PQ1) and PlioceneAquifer (PQ2), which are separated by interbedded sandy marl. The Miocene aquifer consists of sandstone andcoarse sands. This aquifer constitutes an important water source in the study area because of its relativelysignificant thickness and its water quality. It‘s separated to the PlioQuaternary aquifer by a clay layer. The differentaquifers communicate through faults.The groundwater flows occurs from the borders to the center of the basin,i.e. from the surrounding hills to the depression area. The main source of aquifer recharge is infiltration of rainfalland dam water.Groundwater samples with low TDS values, which typically correspond to outcrops of the Miocene aquifer andsome samples of the first PlioQuaternary aquifer PQ1, are typically of SO4-Ca-HCO3-Na water type. In contrast,groundwater samples with high TDS values, most of which were collected in the PlioQuaternary aquifer (PQ1 andPQ2) and groundwater of the Confined Miocene, are typically of SO4-Ca-Na-Mg water type. The main sources ofthe water mineralization in the Foussana basin are the water-rock interaction processes i.e. dissolution ofevaporates and cation-exchange process.The isotopic signatures permit to classify the studied groundwaters into different groups. The PlioQuaternaryaquifer groundwater was classified into two groups. These are the non-evaporated groundwater, which ischaracterized by depleted δ18O and δ2H contents highlighting the importance of modern recharge at higher altitude,and the mixing process with the deep aquifer of the Miocene. The evaporated groundwater that exhibits enrichedstable isotope contents, these enriched values could be related to the evaporation process, which occurs possiblyin the upper part of the unsaturated zone of the PlioQuaternary aquifer (depression area).The Miocene aquifersgroundwaters are classified into two groups. The first group is characterized by relatively depleted isotope contentscorresponding to outcropping Miocene in the border indicating the altitude effect. The second group isdistinguished by relatively depleted contents of stable isotopes corresponding to the confined Miocene reflectinga palaeoclimatic origin. Tritium data permit to identify recent groundwaters originating from a mixture ofcontemporaneous and post-nuclear recharge; and ancient groundwaters deriving from pre-nuclear recharge.Radiocarbon activities decrease from 80 pmc in the recharge area to less than 3 pmc in the confined aquiferproviding ages from present day to 30 000 years BP.In conclusion, a conceptual model has been produced to describe the functioning of the aquifers. The modelling isused as a tool to synthesise the data and the functioning hypothesis. It gives a visualization mean and can put inevidence the aspects, which should be deepened in next works.

La contamination des aquifères de proche subsurface par les intrants d'origine agricole (nitrates) est un problème mondial.L'utilisation excessive d'engrais depuis plusieurs décennies a impacté la qualité des masses d'eau souterraines et soulève des enjeux pour la santé humaine comme pour celle des écosystèmes. Les nitrates dans les aquifères peuvent être réduits en diazote gazeux par l'activité microbienne hétérotrophique (la biomasse microbienne obtenant l'énergie nécessaire à ce processus via le carbone organique issu de la surface) et/ou par l'activité autotrophique (la biomasse microbienne obtenant cette fois ci son énergie depuis une source proche, lithologique). Les taux de dénitrification sont très variables spatialement, et sont régulés par l'interaction entre la structure des flux d'eau souterrains avec l'activité biogéochimique. Localiser l'activité biogéochimique dans les aquifères est difficilement réalisable à l'échelle des bassins versants, mais paraît crucial pour la gestion des masses d'eau souterraines. Bien que les processus de l'activité microbienne ne puissent pas être entièrement résolus à l'échelle locale, ce manuscrit de thèse propose une caractérisation des taux de dénitrification à l'échelle du bassin versant, basée sur l'analyse de données et sur une approche de modélisation intégrée. Cette thèse propose d'utiliser de manière extensive des traceurs conservatifs et réactifs associés aux flux d'eau souterraine et des modèles de transport afin d'identifier les contrôles géologiques et biogéochimiques sur les capacités de dénitrification dans les aquifères. Cette méthodologie a été appliquée à un aquifère libre cristallin de 76 km² situé en Bretagne. A partir des concentrations en CFC-12, O2, NO3- et N2 dissous mesurées dans 16 puits, il a été possible de reconstituer les chroniques d'apports de nitrate dans la zone saturée et de définir les variations spatio-temporelles de la dénitrification. Il est prouvé ici que la dénitrification est en premier lieu contrôlée par la position des donneurs d'électron. Ce travail propose un cadre d'interprétation général sur la base de l'utilisation combinée et complémentaire des traceurs et sur la modélisation semi-explicite pour estimer à l'échelle régionale les capacités de dénitrification et les stocks de nitrates dans les aquifères. / Unconfined shallow aquifers in agricultural areas are contaminated by nitrates worldwide. Excessive fertilization over the last decades has affected groundwater quality as well as human and ecosystem wellbeing. Nitrate in groundwater can be microbially reduced to dinitrogen gas by heterotrophic (microbes obtaining their energy from surface-derived organic carbon) and autotrophic (microbes obtaining their energy from a lithological source) processes. However, denitrification rates are highly spatially variable, following involved interactions between groundwater flow structures and biogeochemical activity. The location of biogeochemical activity in the aquifer is difficult to access at the catchment scale, but of vast importance to gain predictive capabilities for groundwater management. Even though microbial processes cannot be resolved at the local scale, this dissertation proposes a catchment scale characterization of denitrification rates based on an integrated model- and data-driven approach. The dissertation proposes an extensive use of conservative and reactive tracers combined with groundwater flow and transport models to identify the geological and biogeochemical controls on aquifer denitrification capacities. The methodology is applied to a crystalline unconfined aquifer of 76 km2 size in Brittany, France. Based on CFC-12, O2, NO3-, and dissolved N2 concentrations measured in 16 wells, it is possible to reconstruct historical nitrate inputs to the saturated zone and to define spatiotemporal denitrification activity. It is shown that denitrification is primarily controlled by the location of electron donors. The dissertation proposes a general interpretation framework based on tracer information combined with complementary semi-explicit lumped parameter models to assess regional denitrification capacities and nitrate legacy.

Pour une meilleure gestion de l’eau, la Directive Cadre sur l’Eau requiert la prise en compte des relations entre les masses d’eau superficielles et souterraines. Dans ce cadre, la dynamique des échanges entre eaux de surface et eaux souterraines est étudiée, pour un aquifère alluvial du Rhône. Deux approches sont utilisées: une analyse des séries temporelles de niveaux de nappes et de rivières, à l’aide de techniques de traitement du signal, et des modèles d’écoulements numériques, déterministes, à base physique. Ces techniques sont mises en œuvre sur un secteur (Péage-de-Roussillon) à forts enjeux socio-économiques pour l’usage de la ressource en eau. Les résultats sont analysés du point de vue de leurs complémentarités.Une analyse en composantes principales, à partir des signaux piézométriques, a montré que les fluctuations de niveaux du Rhône expliquent la majeure partie des variations de niveau de la nappe. Les analyses corrélatoires et spectrales, ont permis de caractériser la relation existant entre les niveaux du Rhône et de la nappe. Des comportements particuliers de l’hydrosystème ont été identifiés : colmatage du fond des cours d’eau, écoulements transverses aux cours d’eau,…. Ces comportements ont ensuite pu être étudiés, plus en détail, à l’aide d’un modèle hydrodynamique de la nappe qui intègre un module de calcul des écoulements surfaciques. Le modèle permet également de quantifier les flux échangés entre la nappe et le cours d’eau. / For better water management, the Water Framework Directive requires to take into account the relationships between surface water and groundwater bodies.In this frame, the exchanges dynamic between surface water and groundwater is studied, for a Rhône alluvial aquifer. Two sets of tools are employed: a time series analysis of groundwater and rivers levels, using signal processing techniques, and numerical flow models, deterministic and physically based. These techniques are implemented on an area (Péage-de-Roussillon) with high socio-economic stakes regarding water resources. The complementarities among the results are analysed.A principal component analysis, based on piezometric head signals, showed that the fluctuations of the Rhône water level explain most of the groundwater variations. Correlative and spectral analysis were used to characterise the relationship between the Rhône and the groundwater level. Specific behaviours of the hydrosystem were identified: clogging of river beds, transversal flows below river beds,… These behaviours were then studied, in details, using a hydrodynamic model of the aquifer, which incorporates a surface runoff calculation module. The model also allows quantifying the exchange rates between rivers and groundwater.

Pour de nombreux pays, la sécurité alimentaire est le défi majeur que l’agriculture doit relever, tout en assurant la durabilité environnementale. L’intensification durable de la production et la prévention des pertes de récoltes sont des éléments clés pour augmenter les productions et garantir leur régularité, l’utilisation massive d’intrants (Engrais, pesticides) est le plus souvent la solution la plus facile et la sure à court terme. Ces pratiques d’intensification entrainant des consommations parfois excessives d’engrais et de produits phytosanitaires ont un impact négatif sur l’environnement et la santé, ce qui pose aujourd’hui le problème de la durabilité de ces modes de production. Assurer la sécurité alimentaire par des processus d’intensification et la durabilité environnementale semblent être alors en opposition. Les conséquences sur l’environnement et la santé humaine de l’intensification des pratiques agricoles avec l’utilisation croissante de produits chimiques ont amené la société civile, et les pouvoirs publics à s’interroger sur la pérennité de ce système de développement et à interroger le monde scientifique pour proposer d’autres modes de production permettant un développement durable. Comment mettre en place des systèmes de production agricole durables dans les territoires, tout en répondant aux objectifs d’accroissement de la production pour assurer un niveau acceptable de sécurité alimentaire. Cette question aujourd’hui, s’inscrivant dans un contexte de changement climatique est devenue centrale pour les responsables des politiques. L’agriculture est associée à la notion de territoire, la durabilité environnementale à une problématique collective, ce qui modifie les paramètres de formulation des actions de politiques publiques. Il faut aujourd’hui construire des démarches de gestion intégrées et collectives de l’agriculture dans ses territoires, en prenant en compte les acteurs locaux et les potentialités et les spécificités de l’environnement physique. Pour construire un projet collectif, il est donc nécessaire de comprendre les représentations que les usagers et parties prenantes dans la gestion et l’utilisation de l’écosystème se font de sa dynamique et des interactions entre règles d’usages et comportements des acteurs locaux. Quels outils et méthodes doivent mettre en place les décideurs dans les territoires pour répondre à ces objectifs ? Le cadre de travail se situe à l’interface de différents champs scientifiques ; agronomie, géographie et économie. Une modélisation du fonctionnement du territoire comme instrument de support au dialogue semble être appropriée pour une telle démarche ; devant permettre de simuler différentes alternatives et de permettre des regards croisés. La première partie de la thèse va s’attacher à une revue de littérature des instruments et méthodes existant dans ce domaine, notamment en termes d’indicateurs de caractérisation et de solutions alternatives en terme de production. Le choix en terme de méthode générique s’oriente pour l’instant vers l’élaboration d’outils de simulation spatialisés, collectifs et interactifs. L’objectif est de pouvoir construire une méthode d’élaboration de plans stratégiques agricoles permettant de poser les fondements d’une politique publique territorialisée. Le terrain d’application sera la région de la Bekaa au Liban , qui est une zone d’intensification agricole au Liban, et contribuant de manière très importante à la production agricole du Liban. / For many countries, food security is the biggest challenge facing agriculture, while ensuring environmental sustainability. Sustainable intensification of production and preventing crop losses are key element to increase production and ensure their consistency, massive inputs (fertilizers, pesticides) use is most often the easiest and the safe solution in the short term. These intensification practices resulting sometimes in increasing excessive consumption of fertilizers and pesticides have a negative impact in both environment and human health, which today pose the problem of the sustainability of these production methods. Ensuring food security through process intensification and environmental sustainability seem to be in opposition. The impact on the environment and human health from the intensification of agricultural practices with the increase in using chemicals has carry civil society and governments to query the sustainability of this development system and to question the scientific community to provide other types of production for sustainable development. How to build sustainable systems of agricultural production in the territories, while responding to the objectives of increased production to ensure an acceptable level of food security. This question as part of climate change today has become central to policy makers. Agriculture is associated to the concept of territory, environmental sustainability to a collective problem; modify the parameters for the formulation of public policy actions. We must now build integrated management approaches and collective agriculture in these territories, taking into consideration the local stakeholders, the potentialities and the specifications of the physical environment. To build a collective project, it is crucial to understand the representations that users and stakeholders in the management and the ecosystem uses should be done in dynamics and interactions between rules of practice and behavior of local actors. What tools and methods must implement policy-makers in the territories to meet these goals? The framework is at the interface of different scientific fields; agronomy, geography and economics. A model of the operation planning as an instrument of support for the dialogue seems to be appropriate for such approach; possible to simulate different alternatives and allow viewpoints. The first part of the thesis will focus on a literature review of existing instruments and methods in this area, particularly in terms of indicators of characterization and alternative solutions in terms of production. The choice in terms of generic method is oriented on elaborating of tools in spatially, collective and interactive simulation. The goal is to build a method for developing an agricultural strategic planning to allow the basis of a territorial public policy. The field of application will be the Bekaa region in Lebanon, which is an intensive farming area in Lebanon, and contributing very significantly to agricultural production in Lebanon.

La caractérisation des transferts hydrologiques entre le domaine continental souterrain et la zone côtière est essentielle afin de mieux contraindre les bilans hydrologiques et de matière dans ces zones. Ce travail porte sur l'étude du fonctionnement hydrologique de la zone côtière sud de la lagune de Venise, et plus précisément sur les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines des aquifères superficiels côtiers, où la charge hydraulique et le niveau du sol sont en dessous du niveau marin. <br />Les éléments majeurs et les isotopes stables de l'eau sont utilisés pour caractériser les processus de mélange au sein de l'aquifère de surface (0-30m). Nos résultats mettent en évidence la restriction de la salinisation de l'aquifère à une étroite bande côtière (<1km), en bon accord avec les résultats des travaux de modélisation hydrodynamique. En amont, le système de canaux constitue une barrière efficace de l'intrusion saline, malgré la subsidence de la zone, et le système d'irrigation/drainage permet un rafraîchissement permanent.<br />Les apports d'eau souterraine dans la lagune sont quantifiés en utilisant les traceurs des isotopes du radium et du radon. Leurs activités mesurées dans la lagune sont en excès par rapport à la mer et nécessitent un apport d'eau souterraine enrichie en ces traceurs, ce qui est confirmé par une approche de modélisation géochimique. Un bilan de masse à l'état stationnaire permet de calculer un flux variant entre 8.1x10^5 et 1.5x10^7 m3.j-1, dépendant fortement de la composition du pôle d'eau souterraine choisi. Ce flux, principalement dû à la recirculation d'eau lagunaire au sein des sédiments, est 2 à 10 fois plus élevé que le flux de surface, et représente potentiellement une source significative d'éléments dans les eaux côtières.

Les milieux poreux fracturés sont des milieux composés d'une roche présentant des zones de fracturation. Géologiquement, ces milieux sont caractérisés par la présence de fractures sur plusieurs échelles avec des propriétés hétérogènes créant des zones fortement perméables à comparer de la roche environnante. Hydrauliquement, ces milieux sont caractérisés par des temps de réponses courts correspondant aux sollicitations des structures fortement perméables et des temps de réponses longs correspondant aux sollicitations des structures faiblement perméables. Ce type de milieux est impliqué dans de nombreux enjeux sociétaux tels que l'étude de sites contaminés, le stockage d'éléments et l'exploitation de ressources. Le principal défi de la modélisation des milieux poreux fracturés réside en la représentation des hétérogénéités géométriques et physiques caractérisant ces milieux. Une représentation exacte du milieu naturel étant impossible, il s'agit de déterminer quelles sont les propriétés caractéristiques de ces milieux, c'est-à-dire les propriétés principales "responsables" de leur comportement. Mes travaux de thèse ont consisté à étudier l'impact des propriétés géométriques et physiques des fractures et de la matrice de l'échelle locale de la fracture et du bloc matriciel à l'échelle globale du réseau de fractures. Une première partie du travail correspond à la mise au point de méthodes d'évaluation des effets des structures et de leurs propriétés sur les échanges et une seconde partie en l'exploitation de ces méthodes. Au final, je propose un modèle double-porosité discret prenant en compte les propriétés du milieu identifiées comme caractéristiques de son comportement.

La connaissance des processus de mobilisation et de migration de l’uranium dans les milieux souterrains est un enjeu majeur pour évaluer les risques environnementaux associés aux activités anciennes ou actuelles d'installations nucléaires en vue d'anticiper et gérer tout impact environnemental. La mobilisation et la migration sont habituellement décrites comme fortement contrôlées par les réactions d'adsorption, la présence de ligands, notamment sous forme colloïdale, étant susceptible de l'augmenter considérablement. La capacité des entités colloïdales à transporter l'uranium sur de longues distances va dépendre de leur origine, de leur composition, de leur structure, de leur stabilité et de leur réactivité, ainsi que de leur capacité à complexer l'uranium de manière forte et irréversible. Cependant, les faibles concentrations colloïdales dans les eaux souterraines s’avèrent parfois être un verrou analytique à la détection et à la caractérisation de la mobilisation et du transport colloïdaux de polluant(s) dans les eaux souterraines. Les protocoles d'extraction des phases colloïdales depuis les sols ou les méthodes destinées à concentrer les colloïdes depuis un échantillon d'eau souterraine ne sont pas toujours optimisés pour à la fois assurer un rendement d'extraction satisfaisant et respecter l'intégrité physiques et chimiques des entités colloïdales.Dans ce contexte, deux axes de recherche ont été définis dans ce travail de thèse afin 1) d’appréhender l’impact de l’utilisation de méthodes de préconcentration sur la phase colloïdale et 2) d’améliorer notre compréhension de la dynamique de mobilisation de l’uranium au sein d’un sol podzolisé et ainsi améliorer les modèles prédictifs du transport colloïdal de l’uranium dans les eaux souterraines.Les méthodes de séparation membranaires permettent de préconcentrer la phase colloïdale des eaux souterraines tout en assurant un recouvrement supérieur à 80%. Elles engendrent néanmoins des modifications des paramètres intrinsèques des entités colloïdales avec en particulier un décalage vers les grandes tailles de la distribution en taille de ces entités ainsi qu’une modification de la distribution des espèces entre phases dissoute et colloïdale. Ces modifications peuvent mener à une mauvaise appréciation non seulement des concentrations colloïdales mais aussi des mécanismes de complexation/sorption impliquant la surface des entités colloïdales et de leur stabilité dans les eaux souterraines. La matière organique constitutive des eaux du sol d’étude a été identifiée comme étant le vecteur principal de la remobilisation de l’uranium dans les eaux de sol, sans toutefois avoir un contrôle total de ce processus. Elle est constituée majoritairement d’acides fulviques et humiques de petite taille qui tendent à s’agglomérer au cours du temps, lors de la lixiviation du sol. La composition moléculaire de la matière organique varie de manière temporelle à la fois à l’échelle de l’horizon superficiel mais aussi le long du profil de sol. Divers processus (réduction, dénitrification…) interviennent durant la migration de la matière organique vers les horizons plus profonds et pourraient modifier ainsi sa nature. A l’échelle de l’horizon superficiel, les mécanismes de mobilisation diffèrent selon l’élément considéré. L’uranium en particulier est mobilisé rapidement mais de manière limitée (<2% du sol considéré), tandis que la matière organique est générée en continu et de manière pseudo-linéaire. / Knowledge of the processes of mobilization and migration of uranium in underground environments is a major challenge to assess the environmental risks associated with ancient or current activities of nuclear facilities in order to anticipate and manage any environmental impact. Mobilization and migration are usually described as strongly controlled by adsorption reactions, the presence of ligands, especially in colloidal form, being able to increase considerably. The ability of colloidal entities to transport uranium over long distances will depend on their origin, composition, structure, stability and reactivity, as well as their ability to complex uranium in a significant and irreversible manner. However, low colloidal concentrations in groundwater sometimes prove to be an analytical lock on the detection and characterization of colloidal mobilization and transport of pollutant(s) in groundwater. Protocols for extracting colloidal phases from soils or methods for concentrating colloids from a groundwater sample are not always optimized to both ensure satisfactory extraction yield and respect physical and chemical integrity colloidal entities.In this context, two lines of research have been defined in this thesis work to 1) to understand the impact of the use of preconcentration methods on the colloidal phase and 2) to improve our understanding of mobilization dynamics of uranium within a podzolized soil and thus improve predictive models of colloidal uranium transport in groundwater.The membrane separation methods make it possible to preconcentrate the colloidal phase of the groundwater while ensuring a recovery greater than 80%. Nevertheless, they cause modifications of the intrinsic parameters of the colloidal entities with, in particular, a shift towards the large sizes of the size distribution of these entities as well as a modification of the species distribution between dissolved and colloidal phases. These modifications may lead to an inaccurate appreciation not only of colloidal concentrations but also of complexation/sorption mechanisms involving the surface of colloidal entities and their stability in groundwater. The constituent organic matter of the study soil waters has been identified as the main vector for the remobilization of uranium in the soil water, without having a complete control of this process. It consists mainly of small fulvic and humic acids that tend to agglomerate over time, during leaching of the soil. The molecular composition of organic matter varies temporally both at the level of the superficial horizon and also along the soil profile. Various processes (reduction, denitrification ...) occur during the migration of organic matter to deeper horizons and could thus change its nature. At the level of the superficial horizon, mobilization mechanisms differ according to the element considered. Uranium in particular is mobilized quickly but in a limited way (<2% of the considered soil), while organic matter is generated continuously and in a pseudo-linear way.

La caractérisation de l'agencement spatial des propriétés hydrauliques est essentielle pour prédire les écoulements et le transport des solutés dans les milieux hétérogènes. Les méthodes de tomographie hydraulique, principalement développées pour estimer les propriétés des milieux poreux, n'ont qu'une faible résolution spatiale qui ne reflète pas la vraie hétérogénéité des distributions de fractures des milieux fracturés. Le principal objectif de cette thèse est de développer une nouvelle méthode d'inversion spécifique pour imager les propriétés hydrauliques et de transport des milieux fracturés à l'échelle du site. Pour atteindre ces objectifs, des expériences in situ ainsi qu'une nouvelle approche de modélisation inverse sont proposées, notamment en utilisant la température comme marqueur des écoulements. Nous proposons tout d'abord la tomographie d'écoulement basée sur des tests séquentiels de débimétrie entre puits, comme une nouvelle approche pour caractériser la connectivité des fractures ainsi que leur transmissivité. À partir de simulations numériques reproduisant des cas d'études synthétiques, nous montrons que l'approche par tomographie réduit significativement l'incertitude sur les paramètres estimés, et fournit une caractérisation détaillée du réseau de fracture sans requérir à l'utilisation d'obturateurs hydrauliques. Nous montrons ensuite comment les mesures de température peuvent être utilisées pour quantifier les écoulements dans les milieux fracturés. Le grand intérêt d'utiliser la température est d'obtenir facilement et de façon continue en puits des profils de température. En utilisant un modèle numérique d'écoulement et de transfert de chaleur à l'échelle du puits, une méthode d'inversion pour estimer les vitesses d'écoulement dans le puits à partir des données de température est proposée. Nous couplons ensuite les deux approches présentées précédemment dans une nouvelle approche expérimentale consistant en des enregistrements séquentiels de température dans un puits dans des conditions de pompage entre puits. L'application de cette approche de tomographie en température sur le site de Stang er Brune montre des résultats encourageants pour l'identification du réseau global de connectivité et des zones d'écoulement principales. Enfin, nous discutons de l'intérêt d'utiliser la chaleur comme traceur par rapport à l'utilisation de traceurs classiques. Nous montrons que réaliser des tests de traçage thermiques en milieu fracturé fournit des contraintes supplémentaires importantes sur les propriétés de transport du milieu. / The accurate characterization of distribution of hydraulic properties and connectivity distribution is essential to predict flow and transport in fractured media. Classical approaches were developed for homogeneous aquifers and result in smooth tomograms that often do not match true heterogeneity distribution of fractured media. The main goal of this thesis is to develop new inverse approaches specifically for imaging hydraulic and transport properties in fractured media at the field-scale. To attain this objective new in situ measurement methods as well as new inverse modelling frameworks are proposed.We first propose flow tomography (i.e., sequential cross-borehole flowmeter tests) as a new approach for characterizing fracture connectivity and transmissivities. Based on a discrete fracture network approach, we present a general method to invert flow tomography data. From synthetic case studies, we show that the tomographic approach reduces significantly the uncertainty on the parameter estimation. Flow tomography approach provides detailed characterization on fracture networks without the necessity of using packers. We then study the contribution of temperature measurements for quantifying flow in fractured media. The advantage of using temperature data is that temperature profiles can be obtained more easily and continuously in space, compared to flowmeter profiles. Using a numerical model of flow and heat transfer at the borehole scale, a method to invert temperature measurements to derive borehole flow velocities was proposed. We then couple the two previously proposed approaches in a new experimental approach which we call temperature tomography. This experiment consists of sequential borehole temperature logging under cross-borehole flow conditions. The full inverse framework is then presented to interpret temperature tomography experiments. Application of the temperature tomography approach to Stang er Brune field site showed encouraging results for the identification of general connectivity patterns and transmissivities of the main flowpaths. Finally, we explore the interest of using push-pull thermal tracer tests. Through field experiments and numerical modelling, we demonstrate that conducting push-pull heat tracer tests provide important constraints on the effective transport behavior.