Ressources en eau et transferts de soluts dans

Ressources en eau et transferts de solutés dans les zones altérées superficielles de la Bretagne Quentin Courtois, Jean Marçais, Tamara Kolbe, Charlotte le Traon Jean-Raynald de Dreuzy Laurent Longuevergne Géosciences Rennes 30/06/2017 Quentin Courtois 1

Contexte Projet Aqui. FR Aquifères bretons Répartition des domaines modélisés (extracted from metis UMR 7619 / Aqui. FR) 30/06/2017 Quentin Courtois 2

Fractured Zone Wright, E. P. (1992), The hydrogeology of crystalline basement aquifers in Africa, Geological Society, London, Special Publications, 66, 1 -27. 50 m Weathered Zone 10 m Aquifères superficiels (0 -60 m)

Site de Pleine-Fougères • 35 km 2 agricultural catchment • 76 km 2 modelled zone • The site is part of the European Long. Term Ecosystem Research network LTER (www. lter-europe. net) with extensive background data from previous studies Thèse de Tamara Kolbe (2014 -2017)

Modèle hydrogéologique calibré FEFLOW • Steady state • Ratio of weathered to fractured zone mean thickness • Effective porosity θ=15% • Hydraulic conductivity K KWG = 2 KWS and KFG = 2 KFS in the range of 10 -6 to 2 x 10 -5 m/s Thèse de Tamara Kolbe (2014 -2017)

Structure des circulations Topography control Recharge control Haitjema, H. M. , and S. Mitchell-Bruker (2005), Are water tables a subdued replica of the topography? , Ground Water, 43(6), 781 -786, Hillsope controlled

Stratégie de modélisation Echelle régionale Agrégation de modèles de versant Développements en Python Interfaçage avec Open. Palm Carte géologique de la Bretagne (extracted from info-terre) Kirkby, M. J. (1978). Hillslo Echelle des bassins versants 20 -200 km 2 Décomposition en versants Echelle des versants 1 -10 km 2

Etapes de modélisation • Modèle d’écoulement – Echelle du versant – Agrégation des versants – Ecoulements en rivière • Données – Charges – Débits en rivière – Concentrations en rivière • Modèle inverse – Calibration: porosité, transmissivité • Intégration – Spatiale – Logicielle 30/06/2017 Quentin Courtois 8

Etapes de modélisation • Modèle d’écoulement – Echelle du versant – Agrégation des versants – Ecoulements en rivière • Données – Charges – Débits en rivière – Concentrations en rivière • Modèle inverse – Calibration: porosité, transmissivité • Intégration – Spatiale – Logicielle 30/06/2017 Quentin Courtois 9

Modèles d’écoulement 1 D 2 D Décomposition en versants Modélisation 1 D à l’échelle du versant : Hillslope 1 D Modélisation 2 D à l’échelle du Bassin versant : Modflow Recomposition des débits Débit à l’exutoire 30/06/2017 Quentin Courtois 10

Modèles d’écoulement à l’échelle du versant Evaluation de l’approche 1 D Hillsope 1 D 2 D (Modflow) Troch, P. A. , et al. (2003). "Hillslope-storage Boussinesq model for subsurface flow and variable source areas along complex hillslopes: 1. Formulation and characteristic response. " Water Resources Research 39(11). 08/06/2017 Quentin Courtois 11

Modèles d’écoulement à l’échelle du versant Evaluation de l’approche 1 D Hillsope 1 D 2 D (Modflow) Recharge R(t) Q= 0 W(x) Qr(t) Z(x) q. S(x, t ) S(x, t) S = cste i K, S Drain X Suintement et échange avec la rivière Outlet 08/06/2017 Quentin Courtois 12

Etapes de modélisation • Modèle d’écoulement – Echelle du versant – Agrégation des versants – Ecoulements en rivière • Données – Charges – Débits en rivière – Concentrations en rivière • Modèle inverse – Calibration: porosité, transmissivité • Intégration – Spatiale – Logicielle 30/06/2017 Quentin Courtois 13

Evaluation de l’approche 1 D Bassin versant de Kerbernez (1. 28 km 2) DEM 08/06/2017 Quentin Courtois 14

Comparaison de 3 approches 1 versant équivalent 3 versants 2 D (Modflow ) 08/06/2017 Quentin Courtois 15

Comparaison de 3 approches 1 versant 3 versants 2 D 08/06/2017 Quentin Courtois 16

Segmentation des versants et recomposition des débits (Hs 1 D) Exutoire 1 2 3 4 5 6 7 Bassin versant de Pleine-Fougère (BV 5) découpé en 7 versants d’ordre 1 30/06/2017 Quentin Courtois 17

Etapes de modélisation • Modèle d’écoulement – Echelle du versant – Agrégation des versants – Ecoulements en rivière • Données – Charges – Débits en rivière – Concentrations en rivière • Modèle inverse – Calibration: porosité, transmissivité • Intégration – Spatiale – Logicielle 30/06/2017 Quentin Courtois 18

Calibration des applications (Hs 1 D) Analyse de récessions Décomposition d’un hydrogramme (extracted from Hydrology : A Science of Nature, Musy & Higy) 30/06/2017 Quentin Courtois 19

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Calibration de la transmissivité 30/06/2017 Quentin Courtois 21

Conclusions • Développements réalisés – Ecoulements sur les versants (matlab, python) – Transport sur les versants (matlab) • En cours – Décomposition des bassins versants – Agrégation des débits – Ecoulements en rivière (routage) • Perspectives – Calibration sur des chroniques de débit exploitables – Intégration dans Open. Palm – Transport d’éléments conservatifs et réactifs 30/06/2017 Quentin Courtois 22

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