Modélisation numérique de karst pour la protection des ressources en eau

Numerical modeling of karst for the protection of water resources

• Auteur / Autrice : Léo Chapuis
• Direction : Delphine Roubinet, Linda Luquot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : STE-Sciences de la Terre
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GM - Géosciences Montpellier

Mots clés

Mots clés libres

Milieux karstiques

Théorie de fantomisation

Simulations numériques

Ecoulement et transport réactif

Discontinuités et hétérogénéités

Karstic environments

Ghost-rock theory

Numerical simulations

Fluid flow and reactive transport

Discontinuity and heterogeneity

Résumé

Ce travail se concentre sur la formation et la dynamique des systèmes karstiques dans le cadre du projet de recherche KASPER. Les environnements karstiques fournissent des ressources en eau à un quart de la population mondiale et représentent la principale ressource en eau pérenne dans le bassin méditerranéen. La compréhension de leurs propriétés physiques (structurelles et hydrodynamiques) ainsi que de leur dynamique est essentielle pour une gestion adéquate des ressources en eau. Pour y parvenir, il est nécessaire d'approfondir notre compréhension des conditions et des processus hydrogéochimiques qui déterminent la formation et la dynamique des karsts. Ce projet se concentre en particulier sur la théorie de la fantomisation de la karstification, qui suppose un découplage des processus hydrologiques et chimiques le long des discontinuités et des hétérogénéités existantes. Pour cela, des simulations numériques seront réalisées à l'aide d'un code de recherche existant (notamment PFLOTRAN), de l'échelle de la fracture à celle du réseau de fracturations, en suivant plusieurs étapes. (i) Injection d'un fluide réactif dans une fracture dans une roche présentant de fortes hétérogénéités minéralogiques et comparaison avec des expériences réalisées en laboratoire, (ii) Simulations à l'échelle du réseau de fractures et impact de la dissolution des carbonates sur les propriétés du réseau, (iii) Application au site du Larzac avec l'intégration de différents types de données de terrain.

This work focuses on the formation and dynamics of the karst systems within the framework of the research project KASPER. Karst environments provide water resources for a quarter of the world's population and represent the main perennial water resource in the Mediterranean basin. Understanding their phyisical properties (structural and hydrodynamic) as well as their dynamic is essential for adequate water resource management. To achieve this, it is necessary to deepen our understanding of the hydrogeochemical conditions and processes that determine karst formation and dynamic. This project focuses in particular on the theory of ghost-rock karstification, which assumes a decoupling of hydrological and chemical processes along existing discontinuities and heterogeneities. To this end, numerical simulations will be performed using an existing research code (e.g., PFLOTRAN) from fracture to network scale, with the following steps. (i) Injection of a reactive fluid into a fracture with high mineralogical heterogeneities in the surrounding rock and comparison with laboratory experiments, (ii) Simulations at the fracture network scale and the impact of carbonate dissolution on network properties, (iii) Application to the Larzac site with the integration of different types of field data.