Hétérogénéité géologique, spéléogenèse et hydrodynamique du karst : du concept à la modélisation numérique

Cette thèse a pour but d'intégrer explicitement la géométrie des conduits karstiques dans les modèles numériques d'écoulement. A partir d'observations du développement des réseaux de conduits karstiques sur le terrain et de modélisations des processus spéléogénétiques et hydrogéologiques, trois sujets scientifiques sont développés dans ces travaux. Premièrement, les investigations sur le système de la fontaine de Vaucluse, essentiellement en zone non saturée, permettent d'identifier les principaux paramètres qui contrôlent la géométrie des réseaux de conduits karstiques. Ces paramètres géologiques et hydrologiques impactent les écoulements préférentiels et les niveaux saturées en eau. Sur la base des connaissances acquises, le développement des conduits est ensuite étudié par le biais de la modélisation 3D. Des modèles synthétiques permettent d'étudier les relations entre les contrastes de conductivité hydraulique de la matrice, l'architecture et l'hétérogénéité des failles et l'architecture du réseau de conduits qui en résulte. De plus, les concepts établis et la méthodologie de spatialisation des données sont améliorés et critiqués sur une partie du système d'étude.Troisièmement, des modèles hybrides sont construits pour étudier l'effet sur le comportement hydrodynamique de la représentation explicite conjointe des conduits karstiques et de la zone non saturée. Ces modèles sont confrontés aux concepts de la littérature à l'échelle du voisinage d'un conduit karstique et à l'échelle du réservoir. Les expériences numériques réalisées permettent de valider l'utilisation de ces modèles hybrides pour reproduire les comportements hydrodynamiques attendus. Elles permettent de quantifier l'influence des propriétés des réseaux de conduits et des propriétés pétrophysiques de la matrice sur les écoulements. En synthèse de cette thèse, une méthodologie de travail est proposée pour modéliser les réservoirs karstiques en intégrant au mieux leur hétérogénéité, de la matrice aux réseaux de conduits.