Hydrogéophysique des buttes de pergélisol et des mares de thermokarst du Québec nordique et de la Nouvelle-Aquitaine : apports à la compréhension de la paléorecharge des grands aquifères par analogue de terrain actuel

Hydrogeophysics of permafrost mounds and thermokarst ponds in northern Quebec and Nouvelle-Aquitaine : a contribution to the understanding of the paleorecharge of large aquifers using a field analogue

• Auteur / Autrice : Lea Bussière
• Direction : Alain Dupuy, Richard Fortier, Myriam Schmutz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies (terre, eau, image)
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux 3 en cotutelle avec Université Laval (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Montaigne-Humanités (Pessac, Gironde ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géoressources et Environnement (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Christelle Marlin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Dupuy, Richard Fortier, Myriam Schmutz, Frédéric Nguyen, Pascal Bertran, Marc Saltel, Jean-Michel Lemieux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christelle Marlin, Frédéric Nguyen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pergélisol

Karst

Landes (France ; région)

Eaux de surface

Mots clés libres

Mares

Thermokarst

Pergélisol

Tomographie

Résistivité électrique en courant continu

Polarisation provoquée spectrale

Géoradar

Induction électromagnétique

Modélisation

Aquitaine

Nunavik

Cryptokarst

Ponds

Thermokarst

Permafrost

Tomography

DC electrical resistivity

Spectral induced polarization

Ground penetrating radar

Electromagnetic induction

Modeling

Aquitaine

Nunavik

Cryptokarst

Résumé

Ces travaux de thèse sont motivés par la volonté de comprendre les relations hydriquespassées et présentes entre les eaux superficielles et les nappes souterraines du Trianglelandais (France), en interrogeant la possible présence d’un pergélisol dans ce secteur auDernier Maximum Glaciaire (DMG) et les conséquences associées sur la recharge desnappes. L’hypothèse de l’occurrence d’un pergélisol a été évoquée historiquement pourdeux raisons : justifier d’une part le régime hydrique de la nappe crétacée, dont la rechargesemble avoir été réduite au DMG puis abondante à la fin de cet épisode, et expliquerd’autre part le processus de formation des nombreuses mares (appelées localement des“lagunes”) qui parsèment ce territoire. Cette hypothèse est évaluée à l’aide d’une étudecomparative menée sur un bassin versant en domaine de pergélisol discontinu au Nunavik(Québec, Canada), et s’articule autour de deux axes : vérifier d’abord si les “lagunes”présentent des caractéristiques typiques d’un thermokarst, puis quantifier les conséquencesdu paléo-pergélisol supposé sur la recharge des nappes.D’après les données hydrogéologiques et géomorphologiques disponibles, une majoritéde “lagunes” semblent issues de phénomènes de karstification ou de déflation éolienne.Toutefois, l’hypothèse d’un pergélisol ne peut pas être rejetée et semble être la meilleureexplication pour une minorité d’entre elles. Elles pourraient en particulier correspondre àdes mares de thermokarst issues du dégel d’un pergélisol sporadique ou discontinu, maisnon continu.Des modèles stratigraphiques conceptuels d’une “lagune” du secteur de VillagrainsLandiras et d’une mare de thermokarst ont été construits à partir de données géophysiques (géoradar, résistivité électrique et polarisation provoquée spectrale). Des coupesstratigraphiques et des profils bathymétriques de “lagunes” et de mares de thermokarstont également été comparés. Dans les deux cas, la morphologie, le contexte sédimentaireet les propriétés gélives des sédiments s’avèrent similaires. Dans le Triangle landais, destraces de solifluxion et de fluage, caractéristiques du dégel d’un pergélisol, sont visiblessur des coupes stratigraphiques en bordure de “lagunes”. Cependant, contrairement auxrésultats obtenus au Nunavik, aucune de ces traces caractéristiques n’a pu être détectéeen utilisant les méthodes géophysiques.Finalement, des modélisations géothermiques (1D) et hydrogéologiques (2D) du secteurde Villagrains-Landiras ont mis en évidence qu’un pergélisol discontinu peut théoriquement se développer dans le Triangle landais sous des conditions climatiques semblablesà celles du Nunavik, mais que ses conséquences sont négligeables sur la recharge desnappes. À l’avenir, une modélisation hydro-géothermique plus complexe serait nécessairepour étayer cette conclusion

This Ph.D thesis aims at enhencing our understanding of the connection between surface water and groundwater in south-west France, by questionning the possible aggradation of permafrost in the Triangle landais area during the Last Glacial Maximum (LGM),and its consequences on groundwater recharge. Such a permafrost event has been proposedfor two reasons. On the one hand, it could offer an explanation to the low recharge of theCretaceous aquifer at the time of the LGM, and to its subsequent high recharge at the endof this period. On the other hand, it could explain the inset of the numerous ponds dottingthis territory. This assumption is examined by means of a comparative study conductedon a watershed in the discontinuous permafrost zone in Nunavik (Québec, Canada). Theresearch is structured in two steps: firstly by verifying whether the numerous ponds havetypical thermokarst characteristics, and secondly, by quantifying the consequences of thepresumed paleo-permafrost on groundwater recharge.From the available hydrogeological and geomorphological data, most of the pondsappear to originate from karstic or aeolian processes. However, the permafrost hypothesiscannot be rejected and seems to be the best explanation for a minority of ponds. Moreprecisely, these ponds may correspond to thermokarst ponds resulting from the thawsettlement of the ground in a sporadic or discontinuous permafrost environment, butcertainly not in a continuous one.Geophysical data (ground penetrating radar, DC electrical resistivity, and spectralinduced polarization) have been used to build two conceptual stratigraphic models: oneof a pond from the area of Villagrains-Landiras (SW France) and one of a thermokarstpond from Nunavik. For further comparison, stratigraphic sections and bathymetric mapswere also produced on other ponds. As a result, the ponds from the Triangle landais andthe thermokarst ponds seem closely related in terms of morphology, geological context andfrost susceptibility of the ground. Solifluction and creeping features specific to thermokarstprocesses have been noticed in the vicinity of ponds in the Triangle landais. However,unlike in Nunavik, none of these characteristic features could be detected using geophysicalmethods.Lastly, using 1D geothermal and 2D hydrogeological modelings, it has been showedthat climatic conditions similar to those in Nunavik could theoretically lead to discontinuous permafrost aggradation in the Villagrains-Landiras area. However, the consequenceswould be negligible regarding groundwater recharge. In the future, more complex hydrogeothermal modeling would be required to support this conclusion.