Ce projet serait sous la direction de : M. Laurent CANER et M. Pierre FISCHER

Unités de recherche : IC2MP – Equipe HydrASA

Ecole doctorale : Rosalind Franklin – énergie, environnement, bio santé

Intitulé du sujet :

Caractérisation des écoulements souterrains par propagation d’ondes harmoniques, applications en aquifère karstique

Mots clés : Hydrogéologie, Aquifère, Modélisation

Début de thèse : à partir du 01/10/2026 (pour une durée de 36 mois à temps plein)

 

Résumé :

Ce projet de thèse vise à améliorer la caractérisation des propriétés hydrodynamiques associées aux écoulements souterrains à partir de réponses à des signaux harmoniques de pression générés dans une nappe. Cette idée a été proposée très récemment dans la littérature mais n’a encore jamais appliquée sur le terrain en raison du défi technique et scientifique qu’elle peut représenter. La démarche proposée vise à produire, par pompage, un signal harmonique unique composé d’une somme de sinusoïdes à des fréquences multiples. Ce signal de pompage promet de maximiser les informations contenues dans les réponses mesurées, tout en réduisant le temps d’expérimentation.

La thèse permettra de constituer un jeu de données inédit, issu de pompages harmoniques, oscillatoires et classiques, qui sera analysé dans le but de proposer de nouveaux outils améliorant la caractérisation des propriétés hydrodynamiques du milieu souterrain (conductivité hydraulique, emmagasinement, …).

 

Contexte et problématique :

La caractérisation des propriétés hydrodynamiques d’un aquifère est essentielle pour mener une étude quantitative des écoulements dans une nappe. Classiquement, les propriétés régissant les écoulements sont interprétées à partir des rabattements générés par un pompage à débit constant, à paliers de débits ou à débit oscillatoire. Dans des milieux très hétérogènes (fracturés ou karstifiés) cette caractérisation devient un défi en raison du contraste spatial qu’il existe dans les valeurs de ces propriétés.

 

Description du sujet :

Ce sujet de thèse vise à explorer et valider expérimentalement le concept théorique récemment proposé par Patterson & Cardiff (2025). Il repose sur la génération d’une onde harmonique (signal composé d’une somme de sinusoïdes à fréquences multiples) dans le débit d’un pompage pour améliorer la caractérisation des aquifères hétérogènes. Multiplier les fréquences dans un même signal de pompage permet d’enrichir considérablement les informations extraites des rabattements de nappe, tout en optimisant le temps d’expérimentation. Un seul pompage pourrait ainsi fournir autant de données qu’une série de pompages oscillatoires à fréquences distinctes.

– Patterson, J. R., & Cardiff, M. (2025). Multi-frequency oscillatory hydraulic tomography improves heterogeneity imaging and resolution and reduces uncertainty. Water Resources Research, 61, e2024WR039606.
https://doi.org/10.1029/2024WR039606

 

 

Méthodologie et mise en œuvre :

La thèse comportera une phase de terrain qui permettra de constituer un jeu de données riche et inédit, issu de pompages harmoniques. La mise en œuvre des pompages sera réalisée sur le Site Expérimental Hydrogéologique (SEH) de Poitiers, plateforme transverse de l’IC2MP et labellisé CNRS/INSU au sein du SNO H+ (https://hplus.ore.fr/poitiers-2/) dans l’IR OZCAR. Créé en 2002, le SEH dispose d’une quarantaine de forages instrumentés, concentrés sur une petite surface, dans l’aquifère karstique du Jurassique moyen en bordure du bassin parisien.

Les données de terrain seront analysées pour apporter des réponses concrètes à une problématique centrale en hydrogéologie : la caractérisation fine des propriétés hétérogènes du milieu souterrain. En croisant les nouvelles données multifréquences acquises au cours de la thèse avec les connaissances du milieu et les nombreux résultats de pompages classiques et de traçages artificiels déjà réalisés sur le SEH, ce sujet offre une opportunité d’avancer sur la question de l’imagerie des réseaux de conduits karstiques souterrains. Une part importante de l’activité du sujet de thèse consistera en une modélisation numérique des écoulements au sein de nappe et des analyses des rabattements mesurés à partir d’outils mathématiques (transformée de Fourier, techniques d’inversions, …).

 

Profil recherché :

Formation de Master 2 en hydrogéologie.

Le candidat ou la candidate devra être motivée par le sujet et le monde de la recherche et avoir une appétence particulière pour le terrain et pour le traitement de données. Des bonnes compétences en modélisation numérique et programmation (Matlab) sont exigées.

Ce sujet demande rigueur scientifique et organisation. Sont également attendues de bonnes capacités rédactionnelles et de synthèse en français et en anglais et un esprit d’initiative

 

Contacts pour plus d’informations et pour candidater jusqu’au 29/05/26 :

Pierre FISCHER : pierre.fischer@univ-poitiers.fr