Les eaux souterraines du système aquifère complexe volcano-sédimentaire, exploité pour l’alimentation en eau potable de Djibouti-ville, connaissent une dégradation de leur qualité face à une croissance démographique élevée, un exode rural, une désertification qui s’accentuent dans un contexte à climat aride sévère. Cette dégradation s’exprime par la salinisation et la contamination des eaux en relation directe avec la surexploitation. Les données hydrogéochimiques ont été analysées en utilisant une combinaison de méthodes géochimiques et statistiques pour évaluer la qualité afin de connaitre les processus géochimiques contrôlant la chimie des eaux. L’étude a montré une variété d’origines et de processus de salinisation des eaux. Notre étude a démontré que l’anomalie de forte salinité est certainement due au phénomène d’intrusion marine. Le mélange des eaux de la nappe avec de l’eau de mer est justifié par les fortes teneurs en chlorures due à une proportion d’eau de mer significative. Cependant, la salinité est acquise par la contribution d’une autre source d’eau salée provenant de la remobilisation d’une eau salée ancienne probablement piégée dans les scories. Cette source est différente de l’eau de mer actuelle par son cortège cationique, et correspond à une eau de mer modifiée par l’interaction avec le basalte. L’étude a permis de mettre en évidence que les réactions d’échanges cationiques inverse liées à l’intrusion marine et les processus de dissolution géochimiques sont les caractéristiques géochimiques des eaux contaminées par les eaux marines. L’étude de la qualité chimique des eaux, montre des teneurs excessives en éléments majeurs dépassant largement les seuils autorisés. Les teneurs en éléments traces (Se, As) montrent une contamination importante dans les eaux de la plaine côtière. L’augmentation de ces éléments est probablement due à l’influence des formations volcaniques et est accentuée par l’intrusion saline, liée à une exploitation intensive. / Subterranean waters of the complex volcano-sedimentary aquifer system, exploited for drinking water supply of the Djibouti capital, undergo a degradation of their quality faced with high population growth, rural exodus, desertification which is accentuated in a context to severe arid climate. This degradation expresses itself by the salinization and the contamination of waters in direct relation with the overexploitation. The hydrogeochemical data were analyzed by using a combination of classic and statistical geochemical methods to estimate the quality in order to recognize the geochemical processes governing the chemistry of subterranean waters. The study indicated a variety of origins and processes of waters salinization. Our study has demonstrated that the anomaly of strong salinity is certainly due to the phenomenon of marine intrusion. The mixture of the groundwater sheet with some sea water is justified by the strong contents in chlorides. However, salinity is acquired by the contribution of another source of salt water resulting from the remobilization of old salt water, probably trapped in scorias. This second source of chlorinated water, is different from some current sea water by its cationic procession, and would correspond to sea water modified by the interaction with the basalt. Our study allowed highlighting that the reactions of inverse cationic exchange bounded to the marine intrusion and the geochemical dissolution processes are the geochemical characteristics of waters contaminated by marine waters. The study of the chemical water quality of various aquifers shows excessive contents in major elements exceeding widely the authorized thresholds. The contents in trace elements (Se, As) show an important contamination of groundwater of the coastal plain. The increase of the toxic elements is probably due to the influence of the volcanic formations and is stressed by the salt intrusion, related to an intensive exploitation.

La dégradation de la qualité de l'eau, la variabilité climatique et la croissance démographique font partie des facteurs limitant la disponibilité de l'eau dans les régions semi-arides de Katari et de Lago Menor (6,350 Km2), entraînant une exploitation croissante des ressources en eaux souterraines. Cette thèse a pour but de conceptualiser le système d'écoulement souterrain à grande échelle et de détecter les sources de contamination par les nitrates dans les régions de Katari et Lago Menor.Dans cette étude, on a utilisé une approche multidisciplinaire comprenant un inventaire régional des sources d’eaux souterraines et des mesures du niveau piézométrique, des techniques d’investigation géophysique (sondages électromagnétiques à domaine temporel TDEM), la construction et l’installation de piézomètres, l’analyse chimique des ions majeurs et les isotopes de 15N-NO3 et de 18O-NO3.Les résultats ont permis d'identifier les limites de deux contextes géologiques différents (le sous-système du Piémont et la plaine lacustre), la géométrie du milieu géologique poreux du Quaternaire et les limites inférieures de l'aquifère. L’analyse régionale montre que les flux souterrains suivent le modèle classique d’écoulement basé sur la gravité. Six sous-domaines ont été identifiés possédant des propriétés hydrauliques différentes. Une grande partie de l'aquifère présente un comportement non confiné, en particulier sur le Piémont, alors qu'il reste confiné dans les zones de plaine. L'épaisseur de la portion non confinée varie de 50 à 150 mètres. Les valeurs de conductivité hydraulique pour la portion non confinée vont de 1.1E-4 à 5.0E-6 m/sec, le rendement spécifique de 0,16 à 0,20 et les valeurs de recharge vont de 118 à 382 mm/year. Tandis que pour la partie confinée, les valeurs de transmissivité se situent autour de 6.0 E-6 m2/sec avec une valeur de stockage de 1.2E-2 à 6.0E-3.En particulier, dans les hautes régions du Piémont où se trouvent les fortes pressions hydrauliques, les compositions minérales, chimiques et isotopiques montrent que la source d'eau souterraine est de bonne qualité. En revanche, dans la partie inférieure du Piémont, les nappes phréatiques moins profondes de la séquence alluvial-fluvioglaciaire-lacustre rendent cette zone plus vulnérable à la contamination. En fait, le faciès chimique et la composition isotopique du NO3 dissous ont révélé que l'origine principale de cet anion est liée aux engrais azotés vers le nord-ouest du Piémont et aux déchets humaines / animales vers le SE. De plus, les processus naturels d'atténuation du nitrate se produisent principalement dans le secteur inférieur du Piémont, lorsque les eaux souterraines se mélangent au réservoir d'origine lacustre.En revanche, les eaux souterraines s'écoulant dans les plaines présentent principalement des faciès de Na (K) -Cl mettant en évidence la présence d'évaporites. Dans cette zone, les eaux souterraines sont sujettes à la contamination, en particulier lorsque la couche d'argile est absente et dans les endroits où une connexion au Piémont est mise en évidence (canaux souterrains). La contribution des eaux souterraines au lac Titicaca actuel (baie de Cohana) semble être retardée en raison de la présence de la couche d'argile.Ce modèle conceptuel d'écoulement des eaux souterraines permet une bonne compréhension du fonctionnement de l’aquifère et fournit un guide pour la collecte future de données afin d'améliorer la robustesse d’une future modélisation numérique des flux d’eau souterrains. Toutes les informations scientifiques issues de cette recherche ont été rassemblées dans une base de données spatiales SIG pour aider les décideurs à gérer et à protéger les ressources en eaux souterraines. Ces informations scientifiques contribuent également à l'assainissement de l'environnement du lac Titicaca, une priorité nationale de l'État plurinational de Bolivie. / Water quality degradation, climate variability and population growth are among the factors that constrains water availability in the semi-arid Katari and Lago Menor region (6,350 Km^2), leading to an increasingly exploitation of groundwater resources. This thesis aims to conceptualize subsurface flow and trace nitrate contamination sources in the groundwater system within the Katari and Lago Menor Region.A multidisciplinary approach for field investigation was used in this study, including a regional groundwater source inventory and groundwater level measurements, geophysical investigation techniques (e.g. TDEM-Time Domain ElectroMagnetic soundings), piezometer construction and installation, and a regional sampling campaign and analysis for major ion chemistry and dual isotopes of 15N-NO3 and 18O-NO3.The results allowed identifying the limits of two different geological settings (Piedmont subsystem and Lacustrine plain), the geometry of the Quaternary porous geologic media and the bottom boundaries of the aquifer.The groundwater flow regime corresponds to a classical gravity-driven regional flow system. Six subdomains possessing different hydraulic properties were identified. A large portion of the aquifer presents an unconfined behaviour, particularly on the Piedmont, whereas it remains confined in the plain areas. The thickness of the unconfined portion varies from 50 to 150 meters. Values of hydraulic conductivity for the unconfined portion range from 1.1E-04 to 5.9E-08 m/sec, specific yield ranges from 0.16 to 0.20 and recharge values range from 118 to 382 mm/year. While for the confined part the transmissivity values range around 6.0E-06 m^2/sec with a storavity value of 1.2E-02 to 6.0E-03.In the high Piedmont areas where the hydraulic heads are high, the low mineralization and the chemical and isotopic compositions showed that the groundwater source is of good quality. In contrast, in the lower sector of the Piedmont, the shallower water tables of the alluvial-fluvioglacial-lacustrine sequence, make this area more vulnerable to contamination. Chemical facies and the isotopic composition of the dissolved NO3 revealed that the main origin of this anion is related to nitrogen fertilizers towards the NW of the Piedmont and human/animal waste towards the SE. Moreover, natural nitrate attenuation processes occur mainly in the lower sector of the Piedmont, when groundwater mixes with the reservoir of lacustrine origin. Groundwater flowing in the plain areas, present primarily Na(K)-Cl facies relating the presence of evaporites. In this area groundwater is prone to contamination, especially when the clay layer is absent and in places where a connection to the Piedmont is evidenced (subterranean channels). The contribution of groundwater to the current Lake Titicaca (Cohana Bay) appears to be retarded due to the presence of the clay layer.This basin-scale conceptual groundwater flow model provides a good understanding of the aquifer functioning, and a guide to future data collection, in order to improve the robustness of future groundwater flow numerical modeling. All the science-based information generated from this research was arranged into a GIS spatial database to support decision makers in the management and protection of groundwater resources. This science-based information also contributes to the environmental remediation of Lake Titicaca, a national priority for the Plurinational State of Bolivia.

Pour la climatisation de bâtiments ou d’installations industrielles, les nappes d’eaux superficielles représentent une source de frigories très convoitée. Leurs exploitations intensives depuis plusieurs dizaines d’années conjuguées au redéploiement de la filière géothermique ces dernières années, soulèvent des préoccupations quant à la préservation des ressources en eau. Dans ce contexte, la présente étude vise à évaluer l’impact de variations locales de température sur la qualité physico-chimique et microbiologique des eaux souterraines sur la base (i) de suivis in-situ au niveau de 3 installations réelles exploitant les nappes d’eaux superficielles et, (ii) d’expérimentations sur un pilote (BIOTHERMEX) permettant de reproduire, en conditions parfaitement maitrisées, l’effet de la propagation d’un panache thermique dans un modèle réduit d’aquifère. Dans la gamme de température relevée sur site, les principaux résultats obtenus montrent que les impacts thermiques sont circonscrits au voisinage immédiat de l’installation, pouvant altérer jusqu’à plus d’une dizaine de degrés la sténothermie des nappes. Le suivi des paramètres physico-chimiques n’ont pas fait apparaitre de perturbations significatives sur la période de surveillance, constat étayé par des modélisations hydrogéochimiques. En revanche, une influence significative a été relevée au niveau des principaux descripteurs microbiologiques (activité, diversité de la microflore totale). Enfin, les expériences menées à l’échelle du laboratoire ont permis d’appréhender finement le comportement réactionnel du système et de définir une température de réinjection critique, au-delà de laquelle des désordres potentiels sont attendus. / The use of shallow groundwater as heat source for heat pump is very coveted for air-conditioning of building or industrial facilities. Their intensive use during many years combined with the redeployment of the geothermal industry these last years, raise concerns about the safeguarding of the water resources. In such a context, the present study aims to evaluate the impact of local variations of temperature on the physicochemical and microbiological quality of groundwater systems on the basis of (I) field investigation and, (II) experiments on a pilot (named BIOTHERMEX) making it possible to reproduce, in perfectly supervised conditions, the effect of the propagation of a thermal plume in a reduced aquifer model. Within the temperature recorded on site, principal outcomes showed that thermal impacts are confined in the immediate vicinity of the installation, and were able to deteriorate, up to about ten degrees, the stenothermy of the groundwater systems. The evolution of the physicochemical parameters did not reveal any significant disturbances over the monitoring period, this being also predicted by hydrogeochemical modeling. On the other hand, a significant influence was raised about some microbiological indicators-descriptors (namely activity, diversity of the total microflora). Lastly, the experiments undertaken on the laboratory scale made it possible to finely apprehend the reactional behavior of the system and to define a critical temperature of re-injection beyond which, potential disorders are expected.

La France, à l'instar de nombreux pays européens, connaît un recul assez net de sa population paysanne et par la même occasion de son potentiel agricole. Cette baisse sensible, enregistrée sur les trente dernières années est la conséquence directe de l'exode massif des populations vers les grandes agglomérations. Cette mutation s'est accompagnée de la fermeture progressive des paysages, marqués le plus souvent par une colonisation rapide par des espèces forestières. Ces évolutions sont également dues au changement climatique qui favorise certaines espèces par rapport à d'autres. Du point de vue de la gestion du bassin versant, il est très important de savoir comment ces changements pourraient affecter les ressources en eau. La mise en œuvre de la directive-cadre sur l'eau du 24 octobre 2012, définit des structures de gestion de l'eau sur des unités hydrologiques (bassin versant, nappe d'eau souterraine) pour un bon état des eaux en 2015, et le respect des objectifs pour 2027 dans le cadre d'une nouvelle directive-cadre sur l'eau (DCE). Cette mise en œuvre nécessite de prendre en compte la diversité spatiale et thématique des données sur l'unité hydrologique considérée. La télédétection et les Systèmes d'Information Géographiques (SIG) sont des outils utiles permettant de représenter cette diversité. Ils servent à la fois à l'organisation, à l'actualisation et à l'analyse des données spatiales. Ils sont utiles également pour le paramétrage de modèles hydrogéochimiques afin de modéliser la variabilité spatio-temporelle des ressources en eau. L'intérêt de la télédétection et des SIG couplés au modèle hydrogéochimique WARMF, est mis en évidence dans l'étude du cas d'un grand bassin versant du Massif Jura : l'Ain (4780 km²). Une telle étude répond aux problèmes qui se posent lors d'une DCE : estimation des quantités des eaux sur des secteurs non-mesurés, prévision des quantités en fonction de scénarii de l'occupation des sols et de scénarii météorologiques, vulnérabilité des ressources en eau superficielles, effet de la matière organique sur la qualité des eaux. Cette étude fournit une base scientifique pour la formulation de stratégies pour la gestion de la ressource en eau. Le couplage de la télédétection et des SIG au modèle hydrogéochimique est une nouvelle approche offrant de grands avantages en matière de disponibilité des données, de construction des scénarii, et d'interprétation des résultats. Cette approche sera un outil efficace d'aide à la décision pour la gestion intégrée de la ressource en eau des lacs et plus largement du bassin versant (oxygène, pH, etc.). / France, as well as other European countries, experiences a sharp decline in rural population and at the same time its agricultural potential. This significant decline recorded over the past thirty years is the direct result of the mass exodus of the population to big cities. This change was accompanied by the gradual closure of landscapes usually marked by a rapid colonization of forest species. These changes also felt under the direct impact of climate change, which favors certain species than others. From the point of view of watershed management, it is very important to know how these changes might affect water resources. The implementation of the framework directive on water, 24 October 2012, defines the structures of water management on hydrological units (watershed, groundwater, etc.) for a good water status by 2015 and compliance goals for 2027 under a new water framework directive (WFD). This implementation requires taking into account the spatial and thematic diversity data on hydrologic unit considered. Remote Sensing (RS) and Geographic Information Systems (GIS) are useful tools to represent this diversity. They serve both the organization, updating and analysis of spatial data. They are also useful for setting the hydrogeochemical models in order to simulate the spatio-temporal variability of water resources. The value of RS and GIS coupled in the hydrogeochemical model WARMF is highlighted in the case study of a large watershed of the Massif Jura: Ain watershed (4780 km ²). This study addresses the problems that arise when a WFD: estimating quantities of water on non-measured sectors, forecasting quantities according to land-use and climate scenarios, vulnerability of water resources, the effect of organic matter on water quality. This study provides a scientific basis for the formulation of strategies for the management of water resources. The coupling of remote sensing and GIS in the hydrogeochemical models is a new approach offering great benefits in terms of data availability, the construction of scenarios, and interpretation of results. This approach will be an effective tool for decision support for integrated management of water resources of lakes and wider catchment (oxygen, pH, etc.).

La compréhension des processus de recharge et de l’hydrodynamique des systèmes aquifères karstiques est indispensable pour estimer la vulnérabilité et la disponibilité des réserves en eau souterraine. Afin d’améliorer cette compréhension, de nombreuses études ont utilisé l’information issue du comportement de plusieurs éléments chimiques et des isotopes naturels dans les eaux souterraines. Parmi eux, les quatre isotopes du radium (223Ra, 224Ra, 226Ra et 228Ra) et le radon (222Rn), tous radioactifs, sont de plus en plus utilisés. Ces traceurs naturels permettent d’identifier l’origine des différentes masses d’eau et leurs processus de transport et de mélange dans plusieurs types de systèmes aquifères. Cependant, leur application aux systèmes karstiques est principalement développée dans les systèmes côtiers ou thermaux, dont les eaux sont souvent riches en Ra. Très peu de travaux ont été menés dans les aquifères karstiques continentaux, probablement en raison de la faible activité de ces radionucléides, qui les rend difficiles à quantifier et nécessitant le prélèvement de plusieurs litres d’eau. La première partie de ce travail a donc consisté au développement d’un nouveau dispositif de prélèvement capable de concentrer in-situ le radium contenu dans plusieurs dizaines de litres d’eau (20-300 L) à l’aide de de fibre acrylique imprégnée de MnO2 et d’améliorer la mesure des activités par spectrométrie gamma. Grâce à cette méthode, nous avons été capables de mesurer, pour la première fois, les faibles activités des quatre isotopes de Ra (0,4 à < 7,0 mBq/L pour 226Ra, 228Ra et 224Ra et de 0,05 à 0,3 mBq/L pour 223Ra) dans les eaux de deux hydrosystèmes karstiques continentaux Méditerranéens, les systèmes du Haut Vidourle et du Lez (Sud de la France). La méthode de quantification de 222Rn a également été optimisée. L’étude du comportement des isotopes de Ra et de Rn dans la zone d’étude a mis en évidence les diverses applications avérées ou potentielles de la mesure de ces radionucléides dans les aquifères karstiques. En général, les valeurs des activités de 226Ra et du rapport (228Ra/226Ra) des eaux sont cohérentes avec le type de lithologie dans lesquelles elles circulent ou sont stockées. Nous avons pu ainsi mieux préciser l’influence des eaux du Vidourle à la recharge allogénique de l’aquifère de Sauve. Nous avons montré que parfois, les activités des isotopes de Ra correspondent plutôt à des valeurs typiques des différents compartiments aquifères qu’à celles de la roche encaissante. Ces résultats nous ont permis de déterminer les proportions de mélange des trois différents pôles géochimiques composant le flux d’eau qui s’écoule à la source du Lez suivant les conditions hydrodynamiques. Les isotopes à longue période (226Ra et 228Ra) combinés aux isotopes à courte période (224Ra et 223Ra), permettent potentiellement de déterminer, en même temps, les taux de mélange et le temps de transfert des eaux. De plus, l’excès des isotopes à courte période traduirait l’arrivée d’eaux souterraines en surface, 223Ra et 224Ra devenant de meilleurs traceurs des échanges superficiels que Rn car ils ne subissent pas de processus de dégazage vers l’atmosphère. Par contre, l’étude de l’évolution temporelle du radon à la source du Lez a mis en évidence que ce gaz radioactif naturel est un très bon traceur des processus de recharge diffuse des aquifères karstiques. Les relations entre 223Ra et 222Rn, ainsi qu’entre 210Pb et 222Rn, peuvent fournir des informations sur le temps de transfert des eaux souterraines. Cependant, des études complémentaires et à plus long terme sont nécessaires. / Understanding recharge processes and hydrodynamics of karstic systems is an essential rule to assess their vulnerability and their groundwater resource availability. Numerous studies use the behavior of natural geochemical elements and isotopes in groundwaters to improve this understanding. The radium quartet (223Ra, 224Ra, 226Ra and 228Ra) and the radon (222Rn), natural radioactive elements, have been commonly applied for studies devoted to the identification of water mass origins and to their mixing and transfer processes in different type of aquifers. Nevertheless, the applications to karstic systems are mainly concerned to coastal and thermal systems, because of their uncommon Ra enrichment. Just a few works have been undertaken in continental karstic aquifers, probably because of these radionuclide low activities in such environments. This statement makes their quantification not easy and requires large water sampling. The first part of our research work has been devoted to the development of a new sampling system able to pre-concentrate in situ the radium present in several tens of liters of water (20-300 L) with MnO2-fibers and to improve the determination of Ra quartet activities by means of gamma spectrometry. This method gave us the ability of measuring, for the first time, the very low activities of the four radium isotopes (0.4 to < 7.0 mBq/L for 226Ra, 228Ra et 224Ra and from 0.05 to 0.3 mBq/L for 223Ra) in the waters of two Mediterranean karstic hydrosystems, the Haut Vidourle and the Lez systems (both located in South of France). The radon measuring method has also been optimized and improved. The study of the Ra isotope and Rn behavior over the survey area put in evidence the multiple applications of measuring these radionuclides in karstic aquifers. 226Ra activities and (228Ra/ 226Ra) ratios in water are in agreement with the existing lithologies into which the waters flow or are stored. The effective participation of Vidourle river water to the allogenic recharge of the Sauve aquifer has been specified. We showed that sometimes, the Ra isotope activities correspond to characteristic values of the aquifer compartments instead of the bedrock. These data also allow us to estimate the mixing proportions of the three geochemical endmembers composing the waters flowing at the Lez karstic spring in relation with hydrodynamic conditions. Coupling the long-lived radium isotopes (226Ra and 228Ra) together with the short life isotopes (223Ra and 224Ra) potentially led us, at the same time, to determine the mixing rates and the transfer time of the groundwaters. Moreover, the short life isotope excess would express groundwater venues at surface, 223Ra and 224Ra becoming more reliable tracers of superficial exchanges than radon because insensitive to degassing processes towards the atmosphere. On the other end, the study of the radon time evolution at the Lez spring confirmed that this natural radioactive gas is a good tracer of the diffuse recharge processes of karstic aquifers. The relations between 223Ra and 222Rn as well as between 210Pb and 222Rn, could give access to the transfer time of groundwater. However, more exhaustive researches are needed.

La présente étude traite du comportement de mâchefers d'incinération des ordures ménagères (MIOM) en scénario de valorisation (sous-couche routière), dans l'optique d'évaluer l'impact environnemental. La démarche mise en oeuvre associe des approches de caractérisation physico-chimique et minéralogique, d'expérimentation à différentes échelles (laboratoire et sites réels), et de modélisation hydro-géochimique. L'utilisation conjointe de différentes techniques d'investigation cristallochimique (microscopie optique, DRX, MEB, XRF, SIMS, EXAFS) ont permis d'apporter de nouvelles informations sur les teneurs en éléments traces des verres primaires et sur la spéciation de Pb dans une phase dite scoriacée. Le suivi des percolats issus d'une portion de route construite avec des mâchefers dix ans après la mise en service ainsi que l'observation des MIOM prélevés dans la sous-couche a fourni un retour d'expérience inédit tout en mettant en évidence le rôle prépondérant de l'hydrodynamique sur la stabilité du matériau et l'atténuation du caractère alcalin et chargé des eaux de percolation. Un modèle géochimique de MIOM a été élaboré à partir des données issus de l'étape de caractérisation, des résultats expérimentaux des essais de lixiviation et des informations recueillies lors du suivi de sites réels. Ce modèle a été appliqué pour simuler, via le code de calcul couplé géochimie-transport HYTEC, le comportement des éléments inorganiques et l'évolution minéralogique inhérent aux différents essais en laboratoire, à la portion de route suivie durant cette thèse et à un autre site réel faisant l'objet d'une étude suédoise.

La plaine du Souss est délimitée au nord par le Haut-Atlas, au sud par l’Anti-Atlas et à l’estpar le massif cristallin de Siroua. Les principales formations géologiques sont des marnocalcaireset conglomérats assez perméables, les calcaires du Turonien qui leur sont sousjacentset le lit fossile de l’oued Souss composé d’alluvions sablo-graveleuses trèsperméables.La nappe du Souss est la plus importante du sud du Maroc, elle est très exploitée par unsecteur agricole exportateur, la surexploitation de la nappe s’est traduite par une baissecontinue des niveaux. Depuis 1970, les prélèvements dépassent de loin les ressourcesrenouvelables de la nappe (déficit : 185 Mm3 en 1976, 358 Mm3 en 1998, 228 Mm3 en 2003).Le barrage d’Aoulouz est principalement destiné à la recharge artificielle de la nappe par deslâchers d’eaux stockées pendant les périodes pluvieuses. En zone semi-aride, une estimationprécise de la recharge est souvent délicate, la variabilité spatio-temporelle de la recharge étantgénéralement forte et les processus variés.Ce travail a permis de mieux caractériser l’impact de la recharge sur la nappe et d’évaluer letemps de séjour et le renouvellement des eaux souterraines.L’évolution de la piézométrie à la suite des lâchers d’eau à partir du barrage Aoulouz montredes remontées locales du niveau piézométrique sur la haute plaine, environ 85% des eauxlâchées à partir du barrage d’Aoulouz s’infiltrent 80 km entre Aoulouz et Taroudant.Toutefois, le niveau général de la nappe continue de baisser.Le faciès géochimique est principalement bicarbonaté calcique (dissolution des carbonates), etpar endroits sulfaté calcique (évaporites au pied du Haut-Atlas). Les eaux de surface ont unfaciès bicarbonaté calcique et magnésien acquis lors de leur circulation sur des calcaires et desdolomies.[...] / The Souss valley is bounded to the North by the High Atlas, to the South by the Anti-Atlasand to the East by the Siroua crystalline massif. The main geological formations arecalcareous marls of the Plio-Quaternary, the Turonian limestones that underlie them, and thefossil bed of River Souss formed by sands, sandstones and gravels from high permeabilityalluvium.The Souss aquifer is the most significant aquifer in southern Morocco, highly exploited by anagricultural exporting activity. Groundwater overexploitation induced a decreases ofpiezometric heads. Since 1970, water demand far exceeds renewable groundwater resources(balance defecit: 185 Mm3 in 1976, 358 Mm3 in 1998, and 228 Mm3 in 2003).The mean role of the Aoulouz dam is the artificial recharge of the Souss plain by release ofwater stored during rainy periods in the plain.In semi-arid areas, estimating recharge is often difficult, the spatial and temporal variabilitiesof recharge are generally high, and processes are varied.This work has enabled to characterize the impact of artificial recharge and to estimate therenewal of water in the aquifer.Water releases from Aoulouz dam has permitted an increase of the piezometric level on thehigh plain, about 85% of the water released are unfiltered in the first 80 Km between Aoulouzand Taroudant cities. However, the general water level decline goes on.The geochemical facies is mainly calcium bicarbonate type (dissolution of limestone), andlocally calcium sulphate type (evaporites of the High Atlas). Surface waters are a calcium andmagnesium bicarbonate types, acquired during their flow through limestones and dolomitesoutcrops.[...]

La récupération in situ (ISR) est une méthode d'exploitation minière qui consiste à extraire le minerai in situ par le biais de solutions d'attaque acides ou alcalines. Comme l'ISR a lieu en sous-sol, la gestion de l'ISR reste globalement empirique. La modélisation numérique de cette technique minière permettrait d'optimiser la conduite de ce type d'exploitation. Trois types de phénomènes doivent être pris en compte pour la modélisation de la lixiviation de l'uranium par ISR: (1) les réactions géochimiques; (2) les cinétiques de ces réactions et (3) l'influence du transport hydrodynamique sur ces réactions. Des tests de lessivage ont été menés sur des échantillons du site minier de Tortkuduk (Kazakhstan), où l'ISR de l'uranium est réalisée par voie acide. Deux types de tests de lessivage ont été menés en laboratoire : (1) des essais en batchs; (2) des essais sur colonnes. Les hypothèses concernant les mécanismes de lessivage ont été testées et validées en modélisant ces tests avec les codes de calcul CHESS et HYTEC, développés à Mines ParisTech. Un modèle 1D couplant géochimie et transport du procédé ISR à l'échelle du laboratoire a été proposé. Il permet de traduire la séquence des mises en solutions en une séquence de réactions géochimiques. Les facteurs contrôlant la dissolution de l'uranium et les précipitations secondaires ont été mis en évidence ainsi que leur importance relative.

L'impact des infrastructures de transport sur l'environnement est une des préoccupations du ministère en charge de l'environnement. Le ruissellement des eaux de pluie sur les surfaces urbanisées engendre un effluent complexe plus ou moins pollué. L'objet de ce travail était de préciser le rôle de la fraction colloïdale sur la mobilité des éléments traces en assainissement routier. Pour cela nous avons procédé à deux échelles, d'une part d'une manière globale en instrumentant un bassin d'infiltration des eaux pluviales, afin de collecter et de qualifier l'effluent au cours de la chaîne d'infiltration depuis la route jusqu'aux eaux interstitielles ; d'autre part en simulant à l'échelle de la colonne de laboratoire, les sollicitations subies par le sédiment au cours de l'année, c'est à dire des variations de force ionique et des variations de charge hydraulique. L'isolement de la fraction colloïdale a été assurépar un protocole d'ultrafiltration et la caractérisation a été réalisée en couplant les analyses physicochimiques (ICP-AES, SAA, MEB, MEBE, MET, XPS) et un code de calcul géochimique. Les résultats obtenus sur le terrain mettent en évidence l'existence et la grande variabilité de la fraction colloïdale. Seul le cuivre y est toujours présent entre 4 et 59 % de sa concentration totale. Une méthodologie visant à réduire l'incertitude a été mise au point. La chute de la force ionique entraîne une mobilisation colloïdale d'aluminium, de cuivre, de plomb et de matière organique, alors que les cycles d'arrêt-reprise du débit mobilisent le cuivre, le fer, le zinc, le nickel et des composés organiques. La caractérisation colloïdale des éluats montre que les éléments traces sont associés à des oxydes d'aluminium et de fer accompagnés de substances organiques issues de la dégradation biologique mais qui sont à identifier.

Cette thèse a pour but de contribuer à l'étude des réservoirs carbonatés karstiques par une approche intégrant modélisation géologique numérique 3D et hydrogéologie. Une méthodologie originale a été ainsi développée pour être appliquée à la caractérisation des ressources en eau souterraine de l'Unité du Beausset (Bouches-du-Rhône et Var, SE France). Cette méthodologie lie l'architecture géologique 3D du réservoir à ses propriétés hydrodynamiques extraites de son étude hydrogéologique. Cette zone est un synclinal de roches sédimentaires mésozoïques d'une épaisseur pouvant atteindre 3000m. Ces roches affleurent sur environ 650 km², et ont subi de nombreuses phases de fracturation et karstification. La synthèse des données existantes permet de définir sept intervalles lithostratigraphiques qui représentent la compartimentation verticale de l'unité. Ce découpage a servi de base à l'élaboration d'une série de coupes géologiques proposant de nouvelles interprétations structurales. Ces coupes, basées sur une récolte de données de terrain, ont permis de construire un géomodèle structural 3D du secteur. Le terrain a également fait l'objet de l'acquisition de nouvelles données hydrogéologiques : sept sources ont fait l'objet d'un suivi en continu à l'aide de sondes de conductivité électrique, température et pression (CTD) ; plusieurs campagnes hydrochimiques exhaustives ont été menées pour obtenir le contenu en ions majeurs et en isotopes de l'eau des exutoires ; deux campagnes de jaugeages ont également eu lieu. Les enregistrements CTD ont été analysés selon les techniques d'analyses des séries temporelles. Deux nouvelles méthodes de traitement du signal sont proposées pour qualifier la fonctionnalité karstique des aquifères à partir de ces enregistrements CTD. Les analyses hydrochimiques ont permis de définir des bassins hydrogéologiques d'alimentation de sources par traçage naturel. Et les jaugeages ont servis à discuter de l'établissement d'un bilan hydrique général. Ces données hydrogéologiques représentent les caractéristiques hydrodynamiques des aquifères " échantillonnés " à travers les sources. La connaissance de la géométrie 3D des couches, et de leurs propriétés géologiques et karstologiques, ouvre la voie à un changement d'échelle pour caractériser le réservoir dans son ensemble. Cette approche lie les observations de surface et de subsurface pour définir la compartimentation hydraulique de l'unité et cibler les intervalles les plus propices à l'exploitation de nouvelles ressources. La proposition de nouvelles ressources aquifères est discutée à l'échelle des sources ou à celle d'un forage profond. L'implantation de forages profonds se fait sur la base de carte de potentialité de présence de ressources aquifères. Ces cartes sont construites à l'aide du géomodèle 3D et d'une approche paramétrique de qualité des aquifères, intégrant données statiques et dynamiques. L'approche choisie pour cette étude permet donc d'intégrer dans un même cadre numérique des observations et des données, d'origines et de résolutions variées, pour caractériser un réservoir carbonaté karstique.