Modélisation hydrogéologique de dépôts hétérogènes : l'alluvium de la Komadougou Yobé (bassin du lac Tchad, sud-est nigérien)

Hydrogeological modeling of heterogeneous deposits : the Komadugu Yobe alluvium (Lake Chad basin, southeastern Niger)

• Auteur / Autrice : Mathieu Le Coz
• Direction : Pierre Genthon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre solide : géodynamique des enveloppes supérieures, paléobiosphère
• Date : Soutenance le 06/12/2010
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : HydroSciences (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Genthon, Pierre m. Adler, Julio Gonçalvès, Christian Leduc
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Renard, Frédérick Delay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régions arides

Cours d'eau temporaires

Modèles en géologie

Bassins hydrographiques -- Tchad

Mots clés libres

Dépôts alluviaux quaternaires

Modélisation géologique

Statistiques multipoints

Zone non saturée

Milieu semi-aride

Rivière intermittente

Quaternary alluvial deposits

Geological modeling

Multiple-point statistics

Unsaturated zone

Semiarid area

Intermittent river

Résumé

La vallée de la Komadougou Yobé constitue un site privilégié de recharge de l'aquifère quaternaire du bassin du lac Tchad. Depuis les années 1980, le développement des cultures de rente (p. ex. poivron) a conduit à un doublement des surfaces irriguées (1995-2005) dans sa partie aval. Afin de quantifier la recharge supplémentaire induite, une modélisation des flux hydriques verticaux dans la zone non-saturée (0-8 m) a été engagée. La première étape, objet de ce travail de thèse, consiste à décrire l'organisation spatiale et les propriétés hydrodynamiques des corps sédimentaires constitutifs de l'alluvium.Des forages à travers les formations superficielles mettent en évidence des alternances sable-sable argileux dans la totalité de la zone non-saturée, conséquence des migrations du lit mineur de la Komadougou Yobé. Le calcul de la corrélation entre les forages indique une forte analogie avec les hétérogénéités identifiées en surface à partir de données de télédétection (Landsat 7 binarisée). Ces données sont donc utilisées pour l'apprentissage de statistiques multipoints représentatives des hétérogénéités et un modèle géologique 3D de l'alluvium est généré via l'algorithme snesim.Des suivis neutroniques de l'humidité le long de plusieurs profils caractéristiques des différentes unités sédimentaires associées à ce modèle sont réalisés pour des conditions de flux contrôlées en surface. A partir de simulations numériques 1D, des jeux de paramètres hydrodynamiques permettant de reproduire les humidités mesurées sont déterminés par une approche de type Monte-Carlo. Des densités de probabilité intégrant l'incertitude sur les mesures sont obtenues pour les paramètres de Mualem - van Genuchten décrivant les courbes de rétention et de conductivité hydraulique des sédiments.Une procédure 1D-distribuée est utilisée pour simuler les écoulements non-saturés verticaux au sein de plusieurs réalisations du modèle géologique et pour différents jeux de paramètres hydrodynamiques probables. La recharge diffuse calculée se montre particulièrement sensible au paramètre de pression d'entrée d'air attribué aux dépôts superficiels, siège des principales interactions sol-plante-atmosphère, ainsi qu'aux contrastes verticaux de conductivité hydraulique.

The downstream part of the Komadugu Yobe River is an important recharge area for the Lake Chad Quaternary aquifer. Since the 1980s, cash crop development (e.g. sweet pepper) has led to the doubling (1995-2005) of irrigated surfaces in the vicinity of the river. A modeling approach of vertical water fluxes through the vadose zone (0-8 m) was designed to quantify the related increase in groundwater recharge. The first step, which is the main topic of this PhD thesis, consisted in describing both spatial arrangement and hydrodynamic properties of the sedimentary bodies that make up the alluvium.Boreholes in surficial deposits highlighted sandy to clayey alternations within the whole unsaturated zone; this was interpreted as the result of frequent migrations of the River channel. Spatial correlation between bore logs showed strong similarities with heterogeneities depicted on ground by means of remote sensing data (binarized Landsat 7 image). This data were therefore used to train multiple-point statistics representative of heterogeneities, and a 3D geological model was generated through the snesim algorithm.For each representative sedimentary unit, soil moisture under controlled hydraulic surface conditions was monitored by vertical neutron probe soundings. Using 1D numerical simulations, different data sets of hydrodynamic properties that reproduced moisture measurements were determined by a Monte-Carlo approach. Probability density functions including measurement uncertainties were deduced for the Mualem - van Genuchten parameters which describe both retention and hydraulic conductivity curves.A 1D-distributed procedure was applied for modeling vertical flows in the unsaturated zone within several geological model realizations with different probable sets of hydrodynamics parameters. The simulated diffuse recharge was shown to be particularly sensitive to two main parameters: air-entry pressure linked to superficial deposits, where soil-plant-atmosphere interactions do occur, and vertical hydraulic conductivity contrasts within the alluvium.