Gravimétrie hybride : application à l'étude du fonctionnement hydrologique du bassin versant du Strengbach

Hybrid gravimetry : application to the study of the hydrological functionning of the Strengbach catchment

• Auteur / Autrice : Quentin Chaffaut
• Direction : Jacques Hinderer, Frédéric Masson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Terre Environnement (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Braud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nolwenn Lesparre, Thomas Jacob
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Agnès Ducharne, Laurent Longuevergne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Montagnes

Hydrosystèmes

Ressources en eau

Hydrogéophysique

Gravimétrie (géophysique)

Géophysique

Mots clés libres

Gravimètre supraconducteur

Gravimétrie hybride

Hydrogéophysique

Dynamique des stocks d'eau

Ressource en eau

Bassin versant de montagne

Modèle hydrologique à base physique

Etude de sensibilité

Superconducting gravimeter

Hybrid gravimetry

Hydrogeophysics

Water storage dynamics

Water resources

Mountain headwater

Physics-based hydrological model

Sensitivity study

Résumé

Les hydrosystèmes de montagne contribuent à l’approvisionnement en eau des populations et des écosystèmes. La dynamique des stocks d’eau au sein de tels hydrosystèmes est complexe, du fait d’une grande variabilité des stocks d’eau dans l’espace et dans le temps. Le déploiement de réseaux de mesures in situ est donc indispensable pour caractériser leur fonctionnement hydrologique. La gravimétrie permet un suivi direct des variations de stock d’eau à une échelle de mesure intermédiaire. Nous avons mis en oeuvre un tel suivi gravimétrique hybride combinant : (i) un suivi continu des variations de gravité et (ii) des mesures relatives sur un réseau de 16 stations sur une période couvrant deux cycles hydrologiques sur le bassin versant du Strengbach (Vosges). On interprète les variations temporelles de gravité observées à l’aide d’un modèle hydro-gravimétrique homogène, et d’un modèle hydrologique distribué à base physique. On montre ainsi que les variations de stock d’eau sont hétérogènes spatialement, et que la gravimétrie hybride fournie des mesures distribuées permettant de mieux contraindre les modèles hydrologiques distribués à base physique.

Mountain hydrosystems contribute to the water supply of populations and ecosystems. The water storage dynamics within such hydrosystems is complex, due to a high variability of water stocks in space and time. The deployment of in situ measurement networks is therefore essential to characterize their hydrological functioning. Gravimetry allows a direct monitoring of water storage variations at an intermediate measurement scale. We have implemented such hybrid gravimetric monitoring combining: (i) a continuous monitoring of gravity variations and (ii) relative measurements on a network of 16 stations over a period covering two hydrological cycles in the Strengbach watershed (Vosges). The observed temporal gravity variations are interpreted using a homogeneous hydro-gravimetric model and a physically based distributed hydrological model. It shows that water storage variations are spatially heterogeneous, and that hybrid gravimetry provides distributed measurements allowing to better constrain physically based distributed hydrological models.