Modélisation des flux d'eau et d'énergie dans le bassin de la Seine ...

L’objectif de ce travail de thèse est de développer un modèle de transfert des flux d’eau et de chaleur à l’échelle du bassin de la Seine comprenant un des systèmes aquifères les plus importants d’Europe. La gestion durable des ressources en eau, tant du point de vue de sa disponibilité, que de sa qualité physico-chimique et écologique, en passant par son potentiel de production d’énergie, sera sous-tendue dans le futur par notre capacité à anticiper les effets du changement climatique, l’évolution des demandes, et les nouveaux systèmes de gouvernance relatifs à la gestion des milieux anthropisés (gestion des infrastructures, politiques de développement territorial). Il sera ainsi impératif de décrire aussi précisément que possible les évolutions temporelles et spatiales des transferts de chaleur et d’eau dans les différents compartiments tout en tenant compte des changements globaux. Dans ce cadre, l’équipe SHR développe, en collaboration avec l’IPSL, un outil de modélisation intégrée visant à simuler des échanges thermiques entre l'atmosphère et la surface (sol, rivière et lac) et les systèmes aquifères. Un premier couplage lâche entre la plateforme ORCHIDEE (développée par l’IPSL) et la plateforme CAWAQS (développée au Centre de Géosciences), basé sur la résolution au pas de temps horaire d’un bilan énergétique, est en développement actuellement dans l’équipe SHR. Il sera appliqué au bassin des Avenelles (46 km²). Le travail de thèse s’appuiera sur cette première maquette et aura pour ambition de changer d’échelle depuis le bassin des Avenelles jusqu’au bassin de la Seine (75000 km2). Afin de simuler l’ensemble du système aquifère du bassin de la Seine, la formation aquifère du Jurassique sera tout d’abord introduite dans le modèle qui se limite actuellement aux argiles de Gault. Une synthèse des différentes acquisitions de mesures de températures et de conductivités thermiques dans les différents compartiments de l’hydrosystème Seine (les différents aquifères et aquitards, sol, interface nappe-rivière et plan d’eau) en utilisant les travaux réalisés sur le bassin parisien est nécessaire afin de calibrer le modèle Seine.  Un module prenant en compte l’ombrage de la végétation des berges sera également développé afin de pouvoir simuler correctement le bilan énergétique des rivières. Sur la base de cette première structure de modélisation, un premier bilan des performances de la plate-forme sera réalisé à l’échelle des masses d’eau de surface (cours d’eau et rivière) et des masses d’eau souterraine à l’aide d’une base de données qui sera construite à partir de données in situ en rivière et en aquifères, ainsi que de produits issus de l’imagerie satellitaire Ce premier diagnostic permettra de déterminer les développements conceptuels à mener, tels que les rétroactions aquifère-sol-atmosphère, ou la représentation des transferts entre aquifères, afin d’aboutir, en fin de thèse, à une cartographie fonctionnelle hydro-thermique des masses d’eau et à une évaluation  de sa sensibilité aux changements climatiques et globaux.