Thèse Propagation d'Incertitudes dans la Modélisation des Étiages Karstiques H/F - 31

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : GET - Geosciences Environnement Toulouse
Direction de la thèse : David LABAT ORCID 0000000194597976
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Les aquifères karstiques carbonatés, qui couvrent 15 % de la surface terrestre et fournissent de l'eau douce à près de 25 % de la population mondiale, sont confrontés à un stress d'épuisement dû à l'augmentation des prélèvements d'eau, au changement d'affectation des sols et au changement climatique. L'évaluation des ressources en eau des aquifères karstiques reste un défi par rapport aux aquifères poreux classiques en raison de leur comportement de porosité double à triple. De nos jours, et en particulier depuis 2022, une attention particulière est accordée à l'estimation de la dynamique annuelle des basses eaux dans ces aquifères. Cela constitue un nouveau défi pour la communauté scientifique, car cette période critique dépend largement du processus de recharge hivernale et printanière et des différents prélèvements sur le bassin versant. À l'heure actuelle, la précision de l'estimation du débit minimal annuel n'est pas suffisante pour les agences chargées des ressources en eau, et une forte pression sociale rend nécessaire la mise en place de progrès rapides. Le projet vise à répondre à deux questions méthodologiques principales :

[1] Comment l'incertitude inhérente aux différents forçages météorologiques/climatiques des systèmes hydrogéologiques se propage-t-elle dans un modèle conceptuel hydrologique et génère-t-elle une incertitude dans les statistiques d'estimation des débits faibles ?
[2] Comment une procédure d'optimisation dédiée peut-elle améliorer l'estimation des statistiques de débit d'étiage ? Nous explorerons ici la possibilité d'un processus d'optimisation dynamique qui permettra d'une part de prendre en compte la non-stationnarité des paramètres du modèle au cours de l'année hydrologique et d'autre part une fonction objectif variable dans le temps sur l'année hydrologique.
Le projet vise à proposer de nouveaux paradigmes dans la modélisation hydrogéologique karstique grâce à l'introduction de nouvelles méthodes de propagation des incertitudes et de procédures d'optimisation originales qui pourraient être utilisées plus globalement dans la modélisation hydrologique. La méthodologie sera appliquée à trois bassins versants situés sur le territoire de l'Agence de l'eau Adour Garonne : le Baget, l'Ouysse et la Touvre. Le bassin versant non anthropisé du Baget constituera le bassin versant test, car il dispose de longues séries chronologiques. Le bassin versant de l'Ouysse est alimenté à la fois par des recharges autogènes et allogènes provenant de terres imperméables externes. Sa source karstique est une source primaire d'approvisionnement en eau domestique. La source karstique de la Touvre est la deuxième plus grande résurgence d'eau en France, rechargée par une zone autogène sur un impluvium karstique et par les pertes d'eau des cours d'eau souterrains qui drainent les bassins non karstiques externes de la Tardoire, du Bandiat et de la Bonnieure. Le bassin versant est fortement exploité pour l'irrigation des cultures et l'approvisionnement en eau domestique de plus de 110 000 habitants de la ville d'Angoulême.
L'application de la méthodologie à ces trois bassins versants permettra une diffusion aisée des résultats auprès des communautés universitaires et publiques spécialisées dans les ressources en eau.

Cet projet s'inscrit en continuité avec les thèses de V. Sivelle et d'I. El-Khoury mais comporte une nouvel axe de recherche plus méthodologique et fondamental notamment sur les procédés d'optimisation utilisés en hydrologie. Cependant, nous avons à coeur de l'appliquer sur des systèmes régionaux afin de pouvoir valider ce nouveau paradigme.
De plus ce projet s'inscrit dans le pilier Changement et impacts sociétaux de TIRIS avec notamment des focus sur les sous piliers 2.1 (de l'observation à la modélisation) et 2.2 (adaptation et transformation des mondes sociaux)

Proposer de nouvelles méthodes d'optimisation et de propagation d'incertitudes dans le but d'aide à la décision des gestionnaires des eaux

Optimisation de modèles hydrologiques avec un fonction objectif non stationnaire.
Applications aux débits d'étiage.