Déterminisme climatique et hydrogéologique de l'évolution à long terme des niveaux piézométriques

Un grand nombre d’aquifères présentent des niveaux de nappes avec des variations interannuelles à décennales (i.e., basse fréquence) assez marquées. Ces variations bassesfréquences sont à l’origine de la succession d’années humides (hauts niveaux piézométriques) et d’années sèches (bas niveaux piézométriques) qui peut être observée pour certaines nappes. Elles n’affectent pas seulement la piézométrie, mais aussi toutes les variables hydroclimatiques (précipitations, températures, débits des cours d’eau, évapotranspiration), puisqu’elles sont liées à la variabilité naturelle du climat. A l’aide d’une base de données de piézomètres peu influencés par les pompages directs, cette thèse vise à étudier la variabilité basse fréquence (VBF) des niveaux piézométriques (NP), son influence sur les tendances et extrêmes piézométriques de France métropolitaine, et d’étudier son lien avec les patrons de la circulation atmosphérique à large-échelle.D’après les résultats, les tendances piézométriques sont majoritairement à la baisse sur le territoire métropolitain et les deux périodes de référence utilisées, 1996-2019 et 1976-2019. Cependant, la VBF influence significativement les tendances piézométriques, qu’elle est capable d’accentuer, atténuer, inverser, ce qui peut fortement perturber l’identification de tendances liées au changement climatique. D’autre part, elle contrôle fortement l’occurrence et la magnitude des événements piézométriques extrêmes. Ceci suggère que : (i) toute mauvaise projection de la variabilité climatique dans les sorties de modèles de circulation générale, utilisées ensuite pour réaliser les projections à long terme des NP, pourrait entraîner de fortes incertitudes sur les estimations de tendances et extrêmes piézométriques futurs ; (ii) une modification de la variabilité climatique pourrait conduire à des changements substantiels des tendances et extrêmes piézométriques.Les drivers climatiques, atmosphériques et océaniques, de la VBF des NP ont ensuite été explorés. Les résultats montrent qu’ils diffèrent selon l’échelle de variabilité considérée, interannuelle (~7 ans) ou décennale (~15 ans), ce qui laisse supposer que des phénomènes climatiques et modalités de circulation atmosphérique différents sont impliqués dans la VBF des niveaux de nappe. D’un point de vue spatial, les drivers climatiques sont identiques à l’échelle du Bassin parisien, mais sont différents de ceux identifiés pour le sud de la France. Les centres d’action des patterns atmosphériques identifiés sont décalés par rapport à ceux d’indices climatiques standards décrivant les grands modes de circulation et variabilité atmosphérique connus et qui sont généralement pris comme référence tels que l’Oscillation Nord Atlantique (NAO). Ces résultats apportent ainsi des pistes de réflexion pour l’évolution des modèles de prévision des NP à moyen terme (quelques années), et soulignent dans tous les cas que ces modèles devraient prendre en compte : (i) les drivers climatiques de chaque échelle de VBF, (ii) des indices dérivés des patterns climatiques identifiés expliquant au mieux la variabilité hydrologique locale.La dernière partie de ce travail cherche à évaluer l’influence d’un changement d’amplitude de la VBF des précipitations sur les NP (moyenne, variabilité, extrêmes) simulés du Bassin de la Seine. Ici, l’approche consiste à perturber la VBF d’un champ de précipitation utilisé en entrée d’un modèle hydro(géo)logique distribué sur le bassin versant de la Seine, pour analyser la réponse piézométrique à de telles perturbations. Les résultats indiquent des modifications particulièrement importantes de la moyenne et la variance des NP, ainsi que de l’occurrence et de la sévérité des extrêmes. Ceci confirme qu’une modification de la variabilité climatique ou que l’utilisation de données climatiques biaisées en termes de VBF pourrait affecter significativement la piézométrie future ou les simulations-projections des NP produites.