La circulation hydrothermale océanique est un élément clé dans le transfert de chaleur et de matière des profondeurs de la Terre vers sa surface. Certains sites hydrothermaux produisent de grandes quantités d'hydrogène et de méthane. C'est le cas du site de Rainbow (36°N), situé sur la dorsale médio-atlantique, auquel on s'intéresse ici. Les fortes concentrations d'hydrogène ([H2]=16 mM kg-1) et de méthane ([CH4]=2,5 mM kg-1) des fluides chauds (~365°C) émis par ce site ont été interprétées comme étant issues de l'hydratation des péridotites du diapir mantellique qui constitue son socle géologique du site, mais l'altération d'assemblages gabbroïques pourrait également être à l'origine de sa production d'hydrogène. Ces processus géochimiques dépendent fortement des caractéristiques de l'écoulement des fluides au sein de la matrice poreuse et fracturée du site. Cette étude a donc consisté au développement et à l'application de modèle numériques, thermo-hydrogéologique et géochimique et de leur chaînage, dans le but de caractériser la circulation hydrothermale, la production d'hydrogène et son transport au sein du site de Rainbow. Plusieurs résultats découlent de ces modélisations : la circulation hydrothermale est tridimensionnelle, de faible extension horizontale (Ø~2-8km), doit très probablement être canalisée par un chemin préférentiel de forte perméabilité, et peut être stable sur plusieurs milliers d'années. Nous avons pu montrer que l'hydrogène est produit par serpentinisation en amont de la zone de décharge et estimer les coefficients cinétiques in situ, la quantité d'hydrogène produite et montrer la possibilité d'une production d'une durée supérieure à 25 000 ans.

Cette thèse s'intéresse à la modélisation de la contamination nitrique de la nappe des calcaires de Champigny, ressource stratégique pour l'alimentation en eau potable de l'Île-de-France et pour laquelle plusieurs champs captants ont été identifiés comme prioritaires. Le couplage d'un modèle agronomique STICS et d'un modèle hydrogéologique MODCOU permet de modéliser le transfert des nitrates résultant des pratiques agricoles à travers l'hydrosystème.La mise en place de MODCOU sur la zone d'étude a nécessité d'apporter des modifications au logiciel afin de représenter le fonctionnement de l'hydrosystème comportant des singularités hydrogéologiques. L'application du modèle entre 1971 et 2011 a montré l'importance des échanges nappes-rivières dans le fonctionnement de la nappe et particulièrement sur les bassins d'alimentation des captages (BAC) prioritaires, préalablement identifiés lors d'études antérieures. Pour prendre en compte ces échanges dans la modélisation de la contamination nitrique, un module évaluant les concentrations en rivières par bassin versant a été développé et permet de reproduire l'évolution de la contamination du passé à l'actuel et de réaliser par la suite des scénarios prospectifs.Le développement d'une méthodologie spécifique a permis d'identifier les zones les plus contributives à l'alimentation des captages. Elles se révèlent être situées essentiellement le long des cours d'eaux et représentent un peu moins de la moitié de la superficie des BAC. La mise en rapport des zones d'alimentation principale et de la rapidité du transfert permet de déterminer les zones d'actions prioritaires les plus pertinentes sur lesquelles des mesures de protection pourraient être plus spécifiquement appliquées

Situé au SE de l'Espagne, le Campo de Cartagena est un cas emblématique extrême des changements hydrologiques et environnementaux causés par l'utilisation intensive des eaux souterraines pour l'agriculture dans les zones semi-arides du pourtour méditerranéen. Le développement agricole a entraîné la surexploitation des horizons les plus profonds de l'aquifère multicouche, tandis que l'augmentation de la recharge liée au retour d'irrigation causait une remontée des niveaux dans la nappe superficielle libre. Un grand nombre de forages multi-crépinés permettent une connexion artificielle entre les différents aquifères, et donc un possible transfert de contaminants d'origine agricole depuis la nappe superficielle vers les nappes profondes. Suite à la montée des niveaux piézométriques dans la nappe superficielle, un débit permanent est maintenant observé dans le réseau hydrographique. S'y ajoutent les rejets incontrôlés de saumures issues d'usines privées de désalinisation d'eau souterraine, aboutissant eux aussi à l'exutoire du système, la lagune de la Mer Mineure. Dans ce contexte, comprendre la complexité de l'évolution du bilan hydrique est un enjeu scientifique majeur. Le premier axe de recherche a consisté en une large tâche de collecte et d'interprétation d'informations sur l'évolution du système aquifère multicouche au cours du siècle passé. Elle a permis de mettre en évidence l'inversion des gradients hydrauliques entre les trois premiers aquifères et des baisses de niveau piézométrique atteignant 500m. Malgré 40 ans de chroniques piézométriques et géochimiques, les possibilités d'interprétation étaient limitées par les rares descriptions techniques complètes de forages. Une méthode reposant sur la méthode d'apprentissage automatique Random Forest a donc été mise en œuvre et a permis d'identifier l'aquifère d'origine de 107 échantillons d'eau souterraine, avec des résultats bien meilleurs à ceux de l'Analyse Discriminante Linéaire (LDA) ou des arbres de décision (CART). Le deuxième axe de recherche a été motivé par la difficulté d'actualiser le bilan hydrique du système aquifère, où le retour d'irrigation s'ajoute à l'infiltration des précipitations comme source de recharge de la nappe superficielle. Des traceurs environnementaux (14C, 13C, 2H, 18O, 3H) ont été employés pour caractériser l'évolution à long terme de la recharge des nappes ainsi que les principaux processus de mélanges, discriminés entre échelle régionale (entre aquifères) et locale (au sein des forages). L'identification des échantillons correspondant à une recharge ancienne (pré-anthropisation) ou à une recharge moderne (post-anthropisation) à permis de quantifier une augmentation des taux de recharge dans la plaine de plus d'un ordre de grandeur en conséquence de la mise en place de l'activité agricole, soit de 10 mm.an-1 à 210 mm.an-1. Le troisième axe de recherche a été la quantification de la décharge sous-marine d'eau souterraine (SGD) vers la lagune de la Mer Mineure à l'aide des isotopes du radon (222Rn) et du radium (223Ra, 224Ra), combinés à une modélisation hydrodynamique de la lagune pour comprendre l'impact des apports anthropiques sur le bilan de radionucléides. Les principales zones de SGD ont été localisées, de même que la zone d'influence du panache de radionucléides issus des eaux de surface et des rejets de saumure. Finalement, les bilans de masse en été et en hiver aboutissent à des flux de SGD totaux (incluant les recirculation salines) de 7.2 à 15.9 108 m3.an-1 (222Rn), 21.9-44.7 108 m3.an-1 (224Ra) et 6.9 108 m3.an-1 (223Ra, hiver). Cette étude d'un cas extrême d'anthropisation présente un large intérêt bien au-delà du système aquifère multicouche du Campo de Cartagena ou de la région de Murcie. Les méthodes mises en place dans cette thèse pourront être appliquées dans d'autres sites méditerranéens où l'exploitation de l'eau souterraine suit une évolution comparable, continue et apparemment inexorable.

Les études isotopiques couplées avec des informations géothermiques peuvent constituer des outils pertinents pour l’exploration des eaux souterraines en tant que ressources en eau potable ou géothermiques. Ce travail combine les deux approches, isotopes de l’environnement et radioactifs associés à des données de température sur des aquifères profonds, dans l’objectif d’enrichir et d’améliorer la connaissance des mécanismes de recharge (Bassin d’Aquitaine, France) ainsi que des mécanismes de recharge et du potentiel géothermique (Bassin Crétacé de Bohème, République Tchèque).Les isotopes stables (18O, 2H, 13C) utilisés conjointement avec des radioisotopes (14C, 3H) sont utilisés pour estimer l’époque de la recharge ainsi que les conditions climatiques qui prévalaient lors de l’infiltration depuis la fin de Pléistocène jusqu’à nos jours. Définir le type de recharge et les conditions d’écoulement est nécessaire pour parvenir à modéliser de façon satisfaisante et fiable les grands systèmes aquifères profonds. Trois types de recharge ont été définis en Europe - (i) continue, (ii) interrompue lors du dernier maximum glaciaire (LGM) – un troisième type (iii) correspond à des situations particulières de recharge.Les conditions géographiques et climatiques très différentes rencontrées en France et en République Tchèque ont engendrées une importante hétérogénéité des conditions et processus de recharge. Le sud de la France, avec un climat relativement doux depuis les derniers 40 ka BP, n’a pas enregistré d’interruption de la recharge. Le temps de séjour des eaux souterraines en Bohème est estimé à environ 11 ka BP au maximum. Cependant, l’appauvrissement des teneurs en isotopes stables enregistré suggère une recharge liée à la fonte de la calotte glaciaire Nord Européenne après le dernier maximum glaciaire (LGM), autour de 18-20 ka BP. Des investigations sur les isotopes du carbone minéral dissous des eaux souterraines du bassin de Bohème ont montrées d’importantes interactions avec différentes sources de carbone qui ont été identifiées.Pour le site d’étude tchèque, les informations apportées par la géochimie ont été complétées par des données géothermiques afin d’améliorer la connaissance des flux et de la dynamique des eaux souterraines. Plus d’une centaine d’enregistrements diagraphiques de température ont été utilisés pour estimer le gradient géothermique. Plusieurs phénomènes viennent perturber le gradient géothermique de la région. Les flux d’eau souterraine verticaux et les variations lithologiques et topographiques sont à l’origine d’une distribution complexe du flux de chaleur, étant majoritairement conditionné par les écoulements souterraines. Les discontinuités peu profondes et les nombreux pointements volcaniques exercent aussi une influence importante sur l’écoulement souterrain et donc aussi sur le potentiel géothermique du réservoir. Les investigations sur la géothermie ont ainsi fourni des informations fondamentales sur le potentiel géothermique mais aussi sur les conditions d’écoulement des eaux souterraines. La prise en compte de ces informations s’avère nécessaire afin de proposer des modèles mathématiques d’écoulement réalistes. / Isotopic investigations combined with geothermal applications represent powerful tools for the exploration of groundwater potential as a drinking or geothermal resource. This Ph.D. thesis combines both approaches, environmental and radioactive isotopes together with temperature data in deep aquifers, in order to enrich and update the knowledge concerning the aquifer recharge processes in the Aquitaine Basin (France) and the aquifer recharge processes and geothermal potential in the Bohemian Cretaceous Basin (Czech Republic).Stable isotopes (18O, 2H, 13C) combined with radioisotope data (14C, 3H) are used to estimate the recharge timing and climatic conditions prevailing during the infiltration from the Late Pleistocene up to modern time. The character of groundwater recharge and regime are necessary to generate relevant source data for the accurate modelling of complex groundwater systems. Three groups of groundwater recharge types can be distinguished throughout Europe – (i) continuous recharge and (ii) interrupted recharge during Last Glacial Maximum and (iii) a group corresponding to particular recharge conditions.The contrasted geographic and climate conditions at both study sites in France and Czech Republic have entailed a great heterogeneity of the recharge conditions and processes. Southern France, with generally mild climatic conditions during the last 40 ka BP, did not experienced considerable hiatus in groundwater recharge. The residence time of groundwater in the Bohemian aquifers is estimated about 11 ka BP at the maximum but the depletion in the stable isotopes suggests that this groundwater originates in the melting of the north European ice sheets after the Last Glacial Maximum period, i.e. 18-20 ka BP. Further investigations on both stable and radioactive carbon isotopes indicated numerous groundwater interactions within the reservoir that were used to delineate the carbon origin within the Bohemian aquifers.Information on groundwater geochemistry was supplemented in the Czech case study by geothermal data in order to improve our knowledge of groundwater flow and dynamics. More than a hundred of temperature records from well-logging measurements were used to assess the geothermal gradient in the Bohemian Cretaceous Basin which is the most promising heat accumulation within the country. Many phenomena can affect the thermal field in the region. Vertical groundwater flow and variations in the lithology and the topography lead to a complicated areal distribution of the geothermal gradient and the heat flux which is dominantly controlled by groundwater. Shallow tectonic structures and numerous volcanic rocks exercise an influence on groundwater flow and therefore exert a secondary effect on the thermal field. The geothermal investigation provided useful information on the geothermal resources within the region but also represents an important tool for understanding groundwater flow, and for constructing realistic hydrogeological models in such a complex geological, tectonic and geothermal context.

Les acquisitions de mesures de températures et de conductivités thermiques ont enrichi la connaissance du régime thermique du bassin sédimentaire de Paris et ont mis en évidence des hétérogénéités thermiques spatiales ou temporelles. Afin de mieux les comprendre, ces variations doivent être intégrées dans une vision multidisciplinaire confrontant données et modèles. La revue bibliographique sur le sujet a permis d’intégrer les données de natures diverses, de les confronter par SIG et d’investiguer les connaissances. Cette étude a mis en évidence et réinterprété les variations verticales de flux géothermal. Les simulations conduites à partir de scénarios diffusifs paléoclimatiques montrent que le système a gardé en mémoire l’effet des paléoclimats. Par ailleurs, nous identifions pour la première fois une décroissance systématique du flux géothermal au niveau des principales formations aquifères. Des simulations thermo-hydrauliques transitoires des phénomènes paléoclimatiques mettent en évidence le développement de zones froide et chaude suivant les régions d’écoulement. Une explication de l’anomalie de température de plus de 20°C entre les installations géothermiques situées au nord et au sud de Paris au Bathonien est proposée. Les modélisations effectuées montrent clairement la contribution potentielle de zones fracturées, ainsi que celle des failles, à l’hétérogénéité observée dans le champ de température du bassin en permettant des écoulements contraints par le gradient de charge régional et les instabilités densitaires. Ces travaux ont montré le lien entre les formations du bassin qui sont exploitées pour leurs ressources ou utilisées comme milieu de stockage. / The acquisition of measurements of temperature and of thermal conductivity has enriched the understanding of the thermal regime of the Paris sedimentary basin and brought to light spatial and temporal thermal heterogeneities. In order to understand them better, these variations need to be integrated into a multidisciplinary vision of the basin by comparing data against models. The bibliographic review made it possible to integrate data of diverse sorts, to compare them using GIS and to investigate the knowledge base. This study has highlighted and reinterpreted the vertical variations of geothermal flux. Simulations carried out based on diffusive palaeoclimatic scenarios show that the system has retained a memory of the effects of palaeoclimates. Furthermore, for the first time, a systematic decline of the geothermal flux has been identified at the level of the main aquifer formations. Transitory thermo-hydraulic simulations of palaeoclimatic phenomena show the development in the sedimentary basin of cold and hot zones according to the areas of flow. An explanation of the temperature anomaly of over 20°C between the geothermal installations located to the north and south of Paris in the Bathonian is put forward. The models produced clearly show the potential contribution of fractured zones, as well as that of the faults, to the heterogeneity observed in the temperature field of the basin by allowing flow constrained by the regional charge gradient and unstable densities. This work has shown the link between the formations in the basin which are exploited for their resources or used as a storage medium.

Le sous-sol urbain est aujourd’hui reconnu comme un espace riche en ressources, espace disponible, eau, géo-matériaux et géothermie jouant un rôle fondamental dans l’aménagement durable des territoires mais dont la réglementation reste lacunaire. Dans un contexte de développement urbain vertical, l’eau souterraine peut être impactée. L’objectif de la thèse est de développer une compréhension quantitative des impacts des ouvrages souterrains sur l’ eau souterraine urbaine afin de proposer des éléments d’aide à la décision destinés aux aménageurs du territoire. Ces travaux de thèse ont permis d’améliorer la compréhension du rôle joué par différents types ouvrages souterrains à une échelle de prise de décision. Les résultats montrent que les ouvrages impliquant des systèmes de pompages sont responsables d’une fragmentation des systèmes d’écoulement. Dans des conditions de faible gradient hydraulique, les ouvrages imperméables ont un impact marginal sur la position de la surface libre. Le comportement hydrodispersif des ouvrages a également été étudié et un effet de mélange dispersif a été mis en évidence au droit des ouvrages souterrains. Il favorise la migration verticale des contaminations urbaines. L’impact des ouvrages souterrains sur la temperature de l’eau souterraine urbaine a également été étudié. Le transfert de thermique entre les ouvrages et l’aquifère urbain a été quantifié et a mis en évidence l’ampleur des zones thermiquement impactées. Enfin, la compréhension des impacts des aménagements souterrains sur l’eau souterraine urbaine a permis de formuler des recommandations afin de prévenir les risques et nuisances inhérents à la construction de nouveaux ouvrages : risque d’inondation par remontée de nappe, risque d’altération qualitative de la ressource, menace et opportunité vis-à-vis du potentiel géothermique d’un aquifère urbain. / Urban subsoil provides space, groundwater, geothermal energy and geomaterials, and the importance underlying the management of this strategic space is well-known. In the context of vertical urban growth, groundwater management, is a crucial issue. The aim of the PhD thesis was to improve the knowledge related to the impacts caused by underground structures on groundwater resource in order to provide a basis for the decision making dedicated to urban planners. The understanding of the role played by numerous types of underground structures was improved at the decision-making scale. Underground structures involving pumping devices were shown to be responsible for the fragmentation of flow systems, which can modify the urban groundwater regime. Under low gradient conditions, impervious structures were confirmed to have a nonsignificant effect on water table elevation. Regarding quality, reservoir theory was applied to assess the impact of underground structures on groundwater quality. This theory allows to take into account the advective and dispersive part of groundwater flow. A dispersive piston effect is shown to occur under the structures, favoring the vertical spreading of pollutants. In addition, the impacts of underground structures on urban groundwater temperature were investigated. The annual heat from underground structures were computed deterministically, highlighting the significant thermally affected zones. Finally, the impacts of underground structures on groundwater flow quality and temperatures were analyzed in order to prevent risks and disturbances : flood risk, degradation of groundwater quality, jeopardizing geothermal potential.

La ville de Bangui, capitale de la République Centrafricaine, est sujette à de grandes difficultés en termes d'alimentation en eau potable. Un moyen de diversifier les ressources est de mettre en exploitation de façon plus importante les eaux souterraines à proximité de la zone urbaine. Deux aquifères existent sur le territoire, un aquifère superficiel dans les niveaux latéritiques et un aquifère en profondeur dans les niveaux carbonatés du Précambrien. L'aquifère superficiel, bien que très exploité, est un réservoir vulnérable et fortement marqué par les sources de pollutions anthropiques. Les caractéristiques isotopiques des eaux indiquent une très forte dépendance aux conditions hydrologiques de recharge et un rôle massif des processus d'évaporation sur la signature des eaux. L'aquifère profond est, quant à lui, dans des conditions semi-confinées et assez bien isolé des influences anthropiques. Les caractéristiques isotopiques des eaux sont en faveur d'une recharge plus homogène, au sein d'un réservoir de taille importante et sur une superficie notable autour de la zone urbaine de Bangui. Les temps de séjour calculés à l'aide du radiocarbone sur les eaux souterraines les plus profondes indiquent des "âges" de l'ordre de plusieurs siècles à environ 3000 ans, traduisant une forte inertie du système aquifère et par là même sont potentiel favorable à une exploitation pérenne et qualitative pour fins de production d'eau potable. / Bangui, capital of the Central African Republic, is subject to great difficulties in terms of drinking water supply. One way to diversify resources is to operate more importantly groundwater near the urban area. Two aquifers exist in the area, a surface water in lateritic levels and a deep aquifer in carbonate levels of the Precambrian. The surface aquifer, although very exploited, is a vulnerable reservoir and is also strongly influenced by anthropogenic sources of pollution. Isotopic characteristics of the water indicate a very strong dependence on hydrological recharge conditions and a massive part of the evaporation of water on the isotopic signature. The deep aquifer is, meanwhile, in a semi-confined situation and relatively well isolated from anthropogenic influences. Isotopic characteristics of the water are in favour of more homogeneous recharge processes, in a large reservoir and over a substantial area around the urban zone of Bangui. The residence times calculated using radiocarbon on the deeper groundwater indicate "ages" of the order of several centuries to about 3000 years, reflecting a strong inertia of the aquifer system and thus favourable exploitation conditions for the development of a sustainable and qualitative drinking water supply from groundwater.

Les milieux de socle cristallins fracturés et altérés représentent souvent la seule ressource en eau viable pour les régions arides et semi-arides. Toutefois, ces milieux fortement hétérogènes restent encore mal connus, notamment les principales structures qui contrôlent les écoulements et le transport de contaminants. Afin d'améliorer la connaissance de ces milieux, nous avons effectué une analyse détaillée des propriétés hydrologiques du site expérimental de Choutuppal (Andhra Pradesh, Inde du Sud) qui bénéficie d'un réseau dense de forages d'observation. L'étude porte à la fois sur 1) l'identification des structures pertinentes et la variabilité spatiale des propriétés hydrauliques et 2) sur les processus dominant le transport de soluté dans ces milieux fracturés. Dans un premier temps, l'évolution des propriétés en fonction de la profondeur a permis d'identifier les structures les plus perméables. Les propriétés du milieu ont ensuite été étudiées dans des conditions hydrologiques très contrastées. En conditions de hautes eaux, l'interface saprolite-granite contrôle les écoulements souterrains à l'échelle du bassin versant. En revanche, lorsque les niveaux piézométriques sont plus bas que cette interface, une compartimentation hydrologique apparaît en raison de la diminution de la connectivité et du nombre de fractures perméables en profondeur. Un modèle conceptuel d'écoulement souterrain est proposé à l'échelle du bassin-versant pour illustrer ces comportements hydrologiques contrastés. Pour identifier le rôle respectif des processus advectifs et diffusifs affectant tous deux le transport de soluté, deux types d'expériences de traçages artificiels ont été réalisés sous différentes configurations d'écoulements. La combinaison d'expériences de traçages entre puits et sur puits seul (push-pull) ont permis de mettre en avant le rôle prédominant de l'advection hétérogène. La diffusion dans la matrice peut être négligée, au moins pour les échelles de temps considérées. Les expériences de push-pull ont également permis d'identifier l'impact de l'échelle d'investigation sur le transport anormal de soluté. L'ensemble de ces résultats fournit une meilleure connaissance des propriétés et de la vulnérabilité de ces milieux soumis à une forte pression anthropique. / The fractured and weathered crystalline aquifers are often the only viable water resource in arid and semi-arid regions. Nevertheless, these highly heterogeneous media are still poorly understood, especially the major structures that control groundwater flows and contaminant transport. To improve knowledge of those media, we have conducted a detailed analysis of the hydrological properties of the Choutuppal experimental site (Andhra Pradesh, Southern India) which has a dense network of observation boreholes. The study focus on 1) the identification of relevant structures and the spatial variability of hydraulic properties and 2) the dominant solute transport processes in these fractured media. First, the evolution of properties with depth highlights the most permeable structures. The properties were then studied in highly contrasted hydrological conditions. In high water level conditions, the saprolite – granite interface controls groundwater flows at watershed scale. By contrast, when groundwater level is lower than this interface, hydrological compartmentalization appears due to the decrease of the number of permeable fractures with depth which in turns decreases considerably connectivity with depth. A conceptual model of groundwater flow is proposed at the watershed scale to illustrate these contrasting behaviors. To identify the respective role of advective and diffusive processes affecting both solute transport, two kind of tracer experiments were conducted under different flows configurations. Combination of tracer experiments between boreholes and single borehole tests (push-pull) permit to highlight the predominant role of heterogeneous advection. Matrix diffusion can be neglected at least for the time scales considered. The push-pull experiments have also allowed identifying the impact of investigation scale on anomalous solute transport. All results give a better understanding of the properties and the vulnerability of those media subject to strong anthropogenic pressure.

Ce travail de thèse a porté sur l'étude des perturbations hydrogéochimiques potentiellement induites par le CO2 dans un aquifère salin profond. Dans un premier temps, cet aspect a été étudié à partir de sources hydrothermales naturellement riches en CO2. Une étude de la composition chimique des eaux en fonction de l'augmentation de leur teneur en CO2 a montré une baisse de pH et un enrichissement systématique en cations majeurs et en alcalinité en fonction de la teneur en CO2. Les réactions en jeu ont été étudiées par une approche cinétique afin d'estimer la réactivité des minéraux en fonction de la perturbation en CO2, par le calcul des variations de surfaces réactives. Les résultats obtenus ont montré que la surface réactive des minéraux pouvait varier de 2 à 4 ordres de grandeur en fonction de la perturbation en CO2. Dans un second temps, une expérience d'injection d'eau saturée en CO2 a été effectuée. Une analyse de la variation de la composition chimique des eaux de l'aquifère, avant et après injection, a permis d'étudier l'impact d'une perturbation par le CO2 sur la composition de l'eau. Une attention particulière a été portée sur le comportement des métaux dissous. Les résultats ont montré une baisse du pH (de 7.3 à 5.7), accompagnée d'un enrichissement en alcalinité, cation majeurs et métaux dissous (Fe, Zn, Mn et As). Les calculs d'indice de saturation ont montré qu'une dissolution des oxydes métalliques type ferrihydrite était corrélée à l'enrichissement en métaux dissous. Une approche de cinétique chimique sur la base des résultats expérimentaux a été proposée. Cela a montré que la dissolution des oxydes métalliques obéissait à des cinétiques d'ordre complexe. Ces résultats montrent que l'effet de la perturbation par le Co2 dans les conditions choisies, engendre un enrichissement en éléments dissous, avec un effet plus significatif sur les métaux. Ces phénomènes devront être regardés de près dans l'éventualité du développement de la technologie de stockage géologique du CO2, an aquifère salin profond / The aim of this thesis was to investigate hydrogeochemical perturbation induced by CO2 in natural aquifers. In a first step, we used chemical data from natural CO2-rich hydrothermal water. We studied variation of fluid chemical composition as a function of CO2 content in order to evaluate reactivity of minerals composing the initial reservoir. Fluid chemical analyses showed decrease in pH, and systematic enrichment in alkalinity and major cations correlated to increase in CO2 content. Chemical reaction was studied by kinetic approach to estimate variation of mineral reactive surface area as function of CO2 perturbation. Results showed that mineral reactive surface area could varied by two to four orders of magnitude as a function of CO2 perturbation. In a second step a field experiment of injection of water saturated with CO2 in aquifer has been carried out. Analysis of groundwater composition before and after injection allowed to study the impact of CO2 perturbation on water-rock interaction processes. A particular focus was made on dissolved metals behavior. Results showed a decrease in pH (from 7.3 to 5.7), involved with enrichment in alkalinity by a factor two, and by approximately one order of magnitude for dissolved metals (Fe, Mn, Zn) and by a factor two for As. Saturation index showed that dissolution of metals oxide such as ferrihydrite was correlated to iron release. These results showed that, in our field experimental conditions, CO2 perturbation induced an enrichment in dissolved elements with more significant effect on dissolved metals. These results highlight the importance of proper physic-chemical characterization of fluid and reservoir rock and in-situ kinetic of reaction in the eventual option of Co2 geological storage

Les processus gravitaires dans l’évolution de la morphologie des reliefs se produisent à de nombreuses échelles de temps et d’espace. Leur compréhension, fondamentale pour envisager la gestion des risques associés à ces phénomènes destructeurs, est subtile et complexe. En effet, les caractéristiques intrinsèques aux versants étudiés sont spécifiques et les facteurs externes agissant sur la dynamique de la déstabilisation présentent des temporalités et des intensités très variées. Afin de comprendre comment ces forçages influencent le comportement des instabilités de versant, une approche systémique a été adoptée dans ce travail pour mettre en perspective l’ensemble des processus en jeu dans l’évolution temporelle de leurs comportements. A travers deux cas d’étude situés dans les Alpes Maritimes (La Clapière à Saint-Etienne-de-Tinée et le Prat de Julian à Vence), véritables observatoires naturels disposant de plusieurs années de suivi multi-paramètres, la faculté de l’observation instrumentale à déterminer des paramètres comportementaux clés contrôlant l’évolution dynamique des versants instables a été explicitée. Des analyses multivariées intégrant l’état de surface (déplacements, déformations, perturbations) et interne (niveau piézométrique, résistivité électrique de la subsurface) ont permis de quantifier les liens entre l’état comportemental du versant étudié et les contributions météorologiques. Ce travail met finalement en avant l’importance des études observationnelles multi-paramètres dans l’élaboration des modèles descriptifs et prédictifs, ainsi que les systèmes d’alerte associés à ces risques majeurs. / Gravity processes occur at many scales of time and space in the evolution of landforms’ morphology. Their understanding is subtle and complex and it is fundamental to consider the management of the risks associated with these destructive phenomena. Indeed, the intrinsic characteristics of the studied slopes are specific and the external factors acting on the dynamics of the destabilization present a wide range of temporalities and intensities. In order to understand how these forcings influence the behavior of slope instabilities, a systemic approach has been adopted in this work to put into perspective all the processes involved in the temporal evolution of their behaviors. Through two study cases located in the Alpes Maritimes (La Clapière at Saint-Etienne-de-Tinée and the Prat de Julian at Vence, France), real natural observatories with several years of multi-parameter monitoring, we were able to clarify the ability of instrumental observation to determine key behavioral parameters controlling the dynamic evolution of unstable slopes. Multivariate analyzes integrating the surface (displacements, deformations, disturbances) and internal state (groundwater level, electrical resistivity of the subsurface) allowed to quantify the links between the behavioral state of the studied slope and the meteorological contributions. This work finally highlights the importance of multi-parameter observational studies in the development of descriptive and predictive models, as well as the alert systems associated with these major risks.