In the Veneto Città Diffusa, the decentralized urban landscape of the Veneto Region, Northeast Italy, the economic growth of recent decades brought about increased urbanization and agricultural intensification. The process of change has been accompanied by the extension and/or maximization of centralized services of drinking water, irrigation, waste water and drainage to meet greater demands for the provision and disposal of water. Accordingly, the structure of a formerly poor rural landscape has been adapted to support an affluent industrialized and urban one. However, all this has had detrimental side effects, which, in time might seriously compromise the quality of life in this landscape. On one side, the transformations that occurred have in fact given rise to unexpected problems of drought, flooding and pollution of water; and recent changes in climate patterns have further intensified these risks. On the other side, the long term fine grained carrying structures of the landscape fabric –like roads, field ditches, stream and river corridors, dirt roads, paths etc.-, as the very basis of the landscape’s unique ecological diversity, and once used to convey the area’s flows now risk general extinction. The existing road system is also increasingly under pressure to intensify traffic that creates congestion, pollution and unsafe conditions. From a planning and design perspective, this calls for adequate methods and tools that can help designers to tackle the needs for more sustainable water flows as well as the needs for a recovered ecological integrity (including spatial intelligibility) of this urban landscape. This can be of a great importance also for a better understanding of other territories of urban dispersion which are spreading especially over the European and –although in very different forms- the American continents. The present research aims to contribute to the planning and design answers to these urgent problems. For this purpose, the urban landscape of the Veneto Città Diffusa was approached with principles derived from an Integrated Water Management approach (IWM) that, recently, has been successfully applied in the urban context as an alternative to the technocratic approach of maximizing flows. Storage of water is the key principle, for it can bring about decentralized storage, which means new and different water flow management and spatial arrangements. This can ultimately be obtained through the placement and implementation of small scale and decentralized infrastructures.By focusing on the interrelation between flow patterns and spatial arrangements in a small portion of the Veneto Città Diffusa –i.e. the case study landscape- the study has elaborated and confirmed two specific closely related assumptions.The first assumption is that the recent loss of landscape diversity and the increasing problems of flood, drought and water pollution of the Veneto Città Diffusa are closely related and ascribable also to the processes of centralization of the water flows that accompanied the area’s economic growth. The changes of flow patterns and spatial arrangements of the case study area that happened over the last decades were systematically observed in a threefold area-flow-actor perspective. Insights into the present arrangements of irrigation, drainage, drinking water and waste water at the scale of the Consorzio di Bonifica Valli Grandi e Medio Veronese waterboard also accompanied the investigation. The diagnosis showed that the centralized systems arranged to perform greater inflows and outflows, draw heavily on resources and often risk exceeding the region’s ecological carrying capacity. Moreover, the centralized arrangement often conflicts with the decentralized character of the settlements. No synergetic relations have been developed between the man-made water system and the existing pervasive fine grained elements of the landscape. Instead, this rich capital asset has been left behind and even neglected. And such forms of negligence have ultimately brought about a massive loss of biodiversity, accessibility and spatial intelligibility of the local landscape.This leads to the second assumption that has been researched: in the decentralized urban landscape of the Veneto Città Diffusa, answers that design measures can give in response to increasing water-flow dysfunctions and loss of diversity can be based on decentralized water storage systems that make use of the existing fine grain structures of local landscapes –ditches, streams, land depressions, former pits, hedge-rows, dirt roads, paths etc.- and promote a local-based utilisation of resources (resilience), while fostering a stronger local identity, biodiversity and accessibility for more coherent spatial arrangements. Building on the Ecological Conditions Strategy conceived by Tjallingii (1996), a set of guiding models was developed. In the models, the principles of Integrated Water Management were tuned to those fine grained landscape elements that still structure the low plains of the Veneto –the built lot system, the agricultural field system, the road system, the stream system and the excavation site system. Principles and models of integration and decentralization drove the exploration of design options for different levels of decentralized management of water in the case study area. The creative design process of learning produced a useful toolbox of design models. The design exploration also proved that the dispersed urbanization of the Città Diffusa can be made suitable to accommodate modern integrated and decentralized water systems that, by re-activating the existing carrying structures, also contribute to recovering the landscape. Decentralized urbanization can actually be an ally in the search for sustainable and legible settlements that also reuse and recycle water locally.Designing an integrated water system that fits with the Città Diffusa and contributes to the ecological integrity of this urban landscape remains an important challenge. The tools that can be of practical help to designers and decision-makers who are willing to undertake this challenge were investigated and worked out. Nonetheless, the way to realize the outlined strategies is complex and affected by uncertainty. In this context more research is needed to investigate the effects of decentralization at the level of the region on one side, and on the other side to investigate how these integrated systems can be set to fit present institutional and market frameworks. In conclusion, the study generated concrete proposals for one or more pilot projects that will be extremely important to creating consensus in the decision process during the testing of models and strategies. / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les aquifères karstiques constituent l'essentiel des ressources en eau du pourtour Méditerranéen. Au delà de la zone saturée de ces systèmes, la zone non saturée constitue une entité importante quant au transfert et au stockage temporaire de l'eau. La structure et le fonctionnement de cette entité du karst sont complexes et mal connus à cause du processus de karstification qui hiérarchise la circulation hydrodynamique en son sein. Dans cette étude nous utilisons des méthodes géodésiques et hydrogéologiques afin d'observer de façon directe et de quantifier les processus de transfert et de stockage de la zone non saturée. Les mesures gravimétriques en surface et profondeur sur différents systèmes karstiques ont permis de quantifier les variations du stockage en eau saisonnier dans la zone non saturée. La gravimétrie différentielle montre que ces variations sont réparties dans les quelques premiers mètres de la zone non saturée. Il semble, de plus, que la capacité de stockage de la zone non saturée soit fonction de la lithologie de l'encaissant (calcaire et dolomie). Enfin, des observations directes du flux d'eau en zone non saturée ont été effectuées par le biais de mesures dans différentes cavités. Nous montrons que certaines caractéristiques du flux d'eau en zone non saturée, comme la présence d'un flux bipolaire lent-rapide, peuvent être généralisées quelques soit la profondeur de mesure et la surface d'impluvium. La modélisation de ce flux, à partir d'un schéma simple, a montré la complexité des processus de transfert engendrés au sein de la zone non saturée. / Karst systems are the most important groundwater reservoirs in Mediterranean area. Beyond saturated zone, unsaturated zone constitute an entity where water storage and transfer play a major role in a global behavior of spring water. This structure and functioning are complex and not well known because of the high heterogeneity created and organized by groundwater flow. In this study, we used gravimetric and hydrogeologic method to directly observe and quantify water storage and transfer processes in unsaturated zone of karst system. Surface to depth gravity measurements on several karst system allow quantifying seasonal water storage changes in unsaturated zone. We show that these variations occur in the first tens meters of unsaturated zone. Furthermore, water storage capacity of unsaturated zone seems to be influenced by lithology (limestone or dolomite). Finally, direct observations of water flow in unsaturated zone are done using caves access. We show that some characteristics of unsaturated water flow such as bipolar slow-fast flow can be widespread for whatever depth of measurement and recharge area. Model of this flow, using a simple modeling scheme, show the complexity of water transfer processes in unsaturated zone of karst system.

L'étude des paramètres hydrodynamiques et de la charge piézométrique des aquifères ne suffit pas pour appréhender le fonctionnement hydrogéologique des grands bassins sédimentaires. Il est nécessaire de tenir compte de l'ensemble des couches et de leurs comportements hydrogéologiques sur le long terme. Ces systèmes sont en effet trop souvent analysés sur le court terme avec l'hypothèse que le régime hydrodynamique était stabilisé avant l'exploitation humaine. C'est donc sous une vision nouvelle que la compréhension de l'aquifère des Sables Infra-Molassiques, et plus globalement du système multicouche sud-aquitain, est abordée avec comme objectif son intégration dans un modèle hydrodynamique.<br />L'interprétation des données isotopiques et géochimiques a montré que seuls des transferts verticaux en complément ou non à un écoulement horizontal étaient à même d'expliquer les résultats des analyses et a permis d'exposer l'idée d'une phase de recharge importante à la fin du Pléistocène. La reconstitution du paléoclimat local a été entreprise afin de proposer un scénario des périodes potentielles de recharge du système aquifère sud-aquitain sur les 40000 dernières années. L'ensemble de ces résultats a révélé l'instabilité des conditions d'alimentation de ce multicouche et donc son état transitoire.<br />Une analyse majeure des caractéristiques géologiques, hydrogéologiques et géothermiques a été engagée et les données mises en cohérence afin de proposer un modèle couplé hydrodynamique et thermique 3D permettant d'étudier l'évolution récente mais également de longue durée. Comportant onze couches, l'extension du modèle est d'environ 32000 km². L'ajustement dans le modèle des données de température a été réalisé. Le calage en transitoire court d'exploitation avec les prélèvements et l'activité de deux stockages de gaz a été effectué. La simulation des variations eustatiques sur les derniers 100000 ans a montré la faible influence de celles-ci sur la nappe des Sables Infra-Molassiques. La simulation des variations de recharge liées aux fluctuations paléoclimatiques sur 40000 ans, objectif final de ce travail, a été exécutée et a permis d'établir trois principaux axes d'écoulement en cohérence avec les contraintes géochimiques. L'importance des transferts verticaux et horizontaux a pu être approchée à l'aide de bilans de flux. Enfin, la baisse piézométrique actuellement observée serait la conséquence des prélèvements de ces trente dernières années et, dans une moindre mesure, de la vidange naturelle du système amorcé il y a 150 ans, suite à une recharge importante au cours du Petit Âge Glaciaire.<br />Ce travail a mis en exergue l'existence d'échanges entre les différentes couches (aquifères et formations peu perméables), la recharge par drainance verticale importante dans certains secteurs ainsi que le régime transitoire sur plusieurs centaines voire milliers d'années avec un caractère continu. Au final, la compréhension de ce type de multicouche d'extension régionale nécessite de se détacher de la vision commune d'un fonctionnement qui n'aurait débuté qu'avec l'exploitation anthropique sur un système hydrodynamiquement stabilisé.

Les études de caractérisation hydrogéologiques peuvent être relativement longues et coûteuses. Pour caractériser rapidement les bassins versants de la vallée du Saint-Laurent et permettre une compréhension générale de l'hydrogéologie de ces derniers, cinq modèles empiriques d'interprétation hydrologique ont été testés, les variables morphométriques représentant les variables indépendantes et les données hydrogéologiques les variables dépendantes. Le bassin versant de la rivière Châteauguay a été utilisé pour calibrer les modèles, alors que le bassin versant de la rivière Beaurivage, un sous bassin versant de la rivière Chaudière a été sélectionné pour la validation. Les réseaux de neurones (modélisation non linéaire multivariée) se sont avérés particulièrement performants, compte tenu du peu de données disponibles. La combinaison de deux variables morphométriques a été, en général, plus performante que l'utilisation seule de ces dernières. La densité de drainage relative, qui représente le rapport entre la densité de drainage et le relief du bassin a été la variable morphométrique la plus performante.

L'impact des eaux souterraines sur le bilan d'eau en surface et sur le climat a récemment fait l'objet de plusieurs études. Dans cette thèse, un schéma d'aquifère simplifiée à été développé dans le système hydrologique continental ISBA-TRIP utilisé au CNRM et évalué sur la France et à l'échelle globale. D'abord implémenté dans le modèle de routage TRIP, ce schéma a permis d'améliorer la comparaison entre les débits simulés et observés. La bonne comparaison des stocks d'eau simulées avec les estimations du satellite GRACE a en outre confirmé la cohérence des nappes d'eau simulées. Le principal effet des aquifères est d'introduire un temps de résidence qui décale et lisse les variables hydrologiques simulées. L'introduction des remontées capillaires de la nappe vers le sol d'ISBA a nécessité l'utilisation de la version explicite et multi-couche du schéma de sol d'ISBA. Son évaluation sur la France et à l'échelle globale a démontré l'intérêt d'une représentation plus physique des processus hydrologiques du sol en améliorant significativement les débits et stocks d'eau simulés. Le principal effet des remontées capillaires est d'augmenter l'évapotranspiration en période sèche. Cette évaluation révèle cependant un manque de dynamisme tendant à sous-estimer les débits moyens annuels et à augmenter la sensibilité d'ISBA à la résolution. Il reste en outre de nombreuses incertitudes. Certaines paramétrisations sont discutables et nécessiteraient sans doute d'être améliorées ou corrigées. L'objectif ultime de ces travaux sera l'introduction du système complet ISBA-TRIP dans le modèle de climat du CNRM afin d'évaluer l'impact des aquifères sur la simulation du climat récent et futur. / The impact of groundwater on surface water budget and climate has recently received increasing attention. In this thesis, a simple groundwater scheme is developed in the continental hydrological system ISBA-TRIP used at Météo France, and evaluated over France and at global scale. This scheme has been first introduced in the TRIP river routing model. It improves the comparison between observed and simulated river discharges. The good comparison between simulated terrestrial water storage and estimates of the GRACE satellite mission confirms the coherence of the simulated water table heads. The main effect of groundwater is to introduce a time lag which shifts and smooths the simulated hydrological variables. The introduction of the capillary rises from the water table to the soil requires the use of the explicit multi-layer scheme soil of ISBA. His evaluation over France demonstrates the relevance of a more physically-based representation of the soil hydrological processes by improving the simulated river discharges and terrestrial water storages. The main effect of capillary rises is to increase the evapotranspiration during dry periods. However, this evaluation point out a lack of dynamism which leads to underestimate the mean annual river discharges and to increase the sensitivity to the resolution. Moreover, numerous uncertainties still remain. Some parameterizations are questionable and would require to be improved. The ultimate objective will be to introduce the fully-coupled ISBA-TRIP system into the CNRM global climate model in order to assess the relevance of groundwater processes for the simulation of both recent and future climates.

Ce travail de recherche est axé sur l'étude des instabilités gravitaires dans les Pyrénées et sur le rôle des facteurs géologiques, hydrogéologiques et mécaniques dans le déclenchement des glissements de terrain. Cette réflexion est menée à travers l'étude de deux types différents de glissements de terrain : l'un en milieu rocheux, l'autre en milieu granulaire. Dans le premier cas il s'agit du glissement rocheux historique de Pleysse datant de 1982 et situé en Vallée d'Ossau, dans l'autre cas il s'agit du glissement de Gouetsoule activé en 1997 et localisé en Vallée d'Aspe. Au terme de ce travail, les différents facteurs géologiques, hydrogéologiques et mécaniques ont été définis pour chaque glissement de terrain afin de déterminer les facteurs déclenchants. Leurs études ont aussi permis d'améliorer la compréhension d'une instabilité gravitaire tant en milieu granulaire que rocheux.

Cette thèse est une des premières études géotechniques complète. Son périmètre est la cluse de Grenoble ; le remplissage alluvial, la nappe phréatique et les versants sont étudiés.

A la suite d'une demande de divers secteurs en développement, comme !'-enfouissement des déchets (nucléaires, industriels et ménagers), et l'amélioration des ressources géothermiques, pétrolières ou en eau souterraine, la recherche sur les circulations de fluides dans les milieux fracturés a connu un essor croissant ces dernières années. Malheureusement, la modélisation des écoulements dans ces milieux se heurte à la complexité géométrique des champs de failles qui présentent une large gamme de longueurs et d'ouvertures, ainsi qu'une distribution spatiale non-homogène. La superposition de ces paramètres géométriques conduit en particulier à des effets d'échelles sur les coefficients de transport qui restent encore mal définis. Après avoir entrepris une analyse statistique bi-dimensionnelle de la géométrie de plusieurs réseaux de failles naturels, nous avons développé une approche fondée sur la théorie de la percolation, dans le but de déterminer les principaux paramètres géométriques gouvernant les propriétés de transport des milieux fracturés. La description géométrique d'une faille nécessite au moins trois paramètres géométriques, que l'on peut supposer a priori indépendants : sa position dans l'espace, sa longueur et son orientation. Pourtant, en analysant séparément leurs distributions spatiales nous avons montré qu'entre les différents paramètres géométriques, il existe des corrélations nettes qui résultent probablement des interactions mécaniques inteNenant lors de la croissance des champs de failles. En particulier, nos résultats suggèrent l'existence d'une relation entre la dimension fractale des barycentres de failles et l'exposant de la loi d'échelle de la distribution des longueurs de failles. L'adaptation de la théorie de la percolation à la géométrie spécifique des milieux fracturés en général, et à leur très large distribution de longueurs, en particulier, a permis de décrire leurs propriétés de connectivité. Cette analyse théorique a pu être vérifiée en deux et trois dimensions, grâce à un .modèle numérique. Les implications de cette analyse reposent en grande partie sur une quantification du rôle des "grandes" et des "petites" failles, qui permet de définir l'obseNable pertinent. La géométrie des chemins de connection (amas percolant) et des chemins d'écoulement (backbone) au seuil de percolation est décrite sous la forme de lois d'échelles. Il est également montré comment certaines distributions de longueurs, fréquentes dans la nature, impliquent nécessairement l'existence d'une échelle au-dessus de laquelle les réseaux de failles sont bien connectés (longueur de corrélation finie). L'application de notre analyse à plusieurs réseaux de failles naturels a permis de montrer l'adéquation de l'approche théorique développée. Ce travail définit un cadre théorique qui permettra de fournir les bases d'une modélisation originale des propriétés de transport des systèmes fracturés. Cette proposition de modèle s'appuie à la fois sur l'éventuelle dépendance d'échelle des coefficients de transport, qui a par ailleurs été obseNée grâce à une étude expérimentale menée sur le site de Ploemeur (Morbihan), et sur l'utilisation de distributions géométriques appropriées aux systèmes fracturés.

Ce travail a pour but de déterminer le coefficient d'infiltration et d'expliquer la circulation superficielle et profonde du bassin versant du Bruyant/Cuves de Sassenage/Furon .

Cette étude est localisée le long de la c6te soudanaise du rift de la Mer Rouge, entre 17 et 20° de latitude nord. Une monographie géomorphologique décrit les appareils fluviatiles avec leur bassin versant et leur delta . La sédimentologie permet de reconstituer l 'histoire sédimentaire et tectonique de cette région au Plio-Quaternaire et de restituer la paléogéographie des deltas. L ' étude hydrogéologique - quantitative et qualitative - précise les possibilités d ' exploitation des nappes et indique les mesures de protection à observer.