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Les réservoirs karstiques résultent de la dissolution d’un volume de roche carbonatée sous l’effet de circulations de fluides acides et constituent des espaces de stockage considérables pour les ressources souterraines. Les hétérogénéités des systèmes karstiques et de leur structure interne constituent un obstacle à l’élaboration de modèles hydrologiques fiables. La récente mise en évidence des processus de karstification par « fantômisation » suggère l’existence d’importants volumes pour la ressource en eau souterraine.

L’objectif de cette thèse CIFRE est double :

1. Créer d’un outil d’analyse des réservoirs karstiques. On a développé un outil numérique qui permet l’acquisition, la centralisation, la visualisation et l’archivage de données pertinentes pour l’analyse des karsts. Ce véritable SIG en 3D constitue une solution d’analyse, d’interprétation et de communication sur les réservoirs karstiques.
2. Contribuer à la compréhension de la nature, la géométrie et l’organisation des réservoirs karstiques dans un massif carbonaté, à partir de l’exemple du Larzac sud (Sud de la France). La construction d’un modèle géologique 3D de l’intervalle du Jurassique dans le Larzac sud permet de définir l’enveloppe dans laquelle se développe le réservoir karstique, au cours de phases successives, sur le temps long (1 – 10 Ma). On montre que le squelette du réservoir karstique est constitué par des couloirs d’altération qui résultent d’un processus de fantômisation, puis du débourrage partiel ou total des altérites résiduelles.

Les couloirs d’altération ont été identifiés et cartographiés en surface et en profondeur sur le Larzac sud. On caractérise ainsi la structure et la texture du réservoir géologique. On met en évidence trois étapes successives de débourrage des couloirs d’altération, en lien avec les modifications connues des conditions hydrodynamiques, contrôlées par l’évolution tectonique et morphologique du Larzac sud. Ensuite, l’intégration des connexions hydrologiques établies par les opérations de traçages avec la structure du réservoir géologique permet de proposer des chemins de drainages des circulations d’eaux souterraines actuelles et passées, à l’échelle du Larzac sud.

On montre que l’intérieur des couloirs d’altération présente des faciès différents, en fonction de leur stade d’évolution. L’impact des différents faciès sur les modalités de circulations des eaux et sur l’estimation des réserves en eaux souterraines est discuté. L’étude des calcaires du Barrois (Meuse et Haute-Marne) à proximité du site Cigéo a servi de ‘démonstrateur’ pour i) tester et améliorer l’outil méthodologique (SIG), ii) reproduire la méthode de cartographie des couloirs d’altération et iii) valider les modèles conceptuels d’organisation tridimensionnelle des structures karstiques et leur rôle dans l’organisation des chemins de drainage souterrain.

Cette thèse apporte i) une nouvelle compréhension de la structure et de la texture d’un réservoir karstique, et ii) un outil, adapté à l’étude du karst, qui permettent de répondre de manière pragmatique et cohérente aux questions posées par les collectivités, les décideurs et les industriels, quant à la nature du sous-sol en domaine karstique.

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La méthode EPIK 2.0 est une approche multicritère qui aide l’hydrogéologue à évaluer le temps de séjour de l’eau entre un point d’un bassin d’alimentation et un captage des eaux souterraines.

La nature de l’épikarst (E), la couverture protectrice (sol ou moraine) surmontant la formation karstique (P), les conditions d’infiltration, diffuse ou concentrée (I), et les caractéristiques du réseau karstique (K) sont évaluées et combinées pour produire une carte de vulnérabilité transposable en zones de protection (S1, S2, Sh, Sm et Au/Ao) selon l’ordonnance fédérale sur la protection des eaux (OEaux).

Rapport disponible ici : Télécharger le rapport

Les eaux souterraines représentent une réserve majeure d'eau potable à l'échelle mondiale. Parmi les aquifères les plus utilisés, le karst alimente environ 25 % de la population mondiale. Ces hydrosystèmes sont caractérisés par un degré élevé d'hétérogénéité et d'anisotropie, leur conférant une forte vulnérabilité aux contaminations naturelles et anthropiques, ainsi qu’une complexité hydrogéologique intrinsèque.

Pour comprendre leurs processus internes (recharge, transfert et stockage), des approches géologiques, hydrodynamiques et hydrochimiques ont été développées depuis le XXᵉ siècle. Les approches hydrochimiques et hydrodynamiques sont considérées comme plus globales et moins chronophages, s'appuyant souvent sur une géologie à grande échelle.

Ce travail montre qu’une analyse structurale multi-échelle est indispensable pour intégrer la complexité des milieux karstiques dans les modèles conceptuels. Appliquée au karst d’Arcier (Jura, France), cette démarche fournit un modèle conceptuel amélioré pour une gestion durable de cette ressource vitale.

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L’association BFC Nature vous présente son dernier hors-série : Le karst franc-comtois.

Cet ouvrage offre une perspective à la fois scientifique et visuelle sur la formation et l’évolution du karst, mettant en lumière les conceptions modernes.

Le karst est un ensemble de formes de surface ou souterraines qui se développent dans des roches sensibles à la dissolution, avec une circulation complexe et un stockage localisé de l’eau.

Illustré par des images et des schémas, il explore les sites remarquables de la Franche-Comté, démontrant leur origine et leur développement, essentiels à l’approvisionnement en eau des villes et villages.

Ouvrage en commande ici : Le karst franc-comtois

Le réchauffement du climat est le principal problème auquel l’humanité doit faire face au XXIᵉ siècle. Cet ouvrage explore l’histoire du climat dans les montagnes du Jura, à l’avant de la chaîne des Alpes.

Structuré chronologiquement de la préhistoire à aujourd’hui, il met en lumière les interactions entre variations climatiques, écosystèmes et sociétés, offrant une réflexion sur les défis futurs.

Ouvrage en commande ici : Histoire du climat dans les montagnes du Jura : Écosystèmes et sociétés face à un avenir incertain

Le Département du Doubs, appuyé par le Pôle Karst, a récemment produit un article de synthèse sur le réseau Quarstic déployé sur le bassin de la Loue (25).

Ce bilan couvre cinq cycles hydrologiques (2016-2021) focalisés sur l’azote et les nitrates, avec estimation des flux par sous-bassins et comparaisons aux seuils réglementaires et aux valeurs admissibles par le milieu.

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« L’objectif global du projet NUTRI-Karst (BRGM, CIA25, AERMC) est d’étudier l’impact des activités anthropiques (en particulier agricoles) sur les transferts d’eau et de nutriments dans les bassins karstiques du massif du Jura. »

Le projet comporte quatre tâches : 1) réponses des agro-hydro-systèmes du massif face au changement climatique et aux activités anthropiques ; 2) caractérisation hydrogéologique et délimitation des zones contributives ; 3) transferts de nutriments agricoles aux différentes échelles ; 4) partage des connaissances pour une vision collective.

Ce rapport présente les résultats de la tâche 1, évaluant les effets du changement climatique et des activités anthropiques sur la qualité des eaux des rivières comtoises sur plusieurs décennies.

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Cette étude aborde la mise en place des milieux karstiques jurassiens par des approches géomorphologiques. Focalisée sur le réseau du Verneau (25), elle combine tracé des niveaux d’érosion via MNT, scan 3D des salles et carottages de concrétions pour datation absolue.

Les informations recoupées permettent de proposer un modèle cohérent de genèse du réseau souterrain du Verneau durant le Quaternaire, soulignant l’impact des obstructions liées au retrait glaciaire et les captures progressives entre bassins de la Loue et du Lison.

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Les rivières du massif du Jura ont connu deux épisodes d’étiages majeurs en 2018 et 2020, motivant ce rapport.

Il caractérise les séquences de très basses eaux via les chroniques de débits disponibles pour dresser un état des lieux spatial et temporel et évaluer si les récents épisodes (2018, 2020, 2022) traduisent un changement profond ou un phénomène ponctuel.

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Ce modèle GeoModeller 3D, élaboré par le BRGM pour Grand Besançon Métropole, intègre des profils sismiques et des données terrain pour cartographier la fracturation N-S guidant la circulation des eaux karstiques profondes.

Construit en trois étapes entre juin 2020 et juin 2022, il met en évidence l’influence de la structuration géologique et des failles sur la déconnexion et partition des aquifères profonds.

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Plus de 200 pages en quadrichromie, classées par zone géologique et illustrées de photographies, topographies, cartes documentées, schémas et diagrammes. 26 articles, plus de 208 photos, 99 documents et 61 cartes.

Ouvrage disponible ici : Commander Le Karst comtois n°3

Outils et méthodes pour caractériser les échanges rivière–karst dans les plateaux calcaires, testés sur les gorges de la Cèze (30) dans le cadre du programme ZABR.

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Définition et analyse des signatures hydrologiques de bassins karstiques en crue, typologie des processus et pistes d’amélioration de modélisation, basé sur 120 stations et 10 ans de données.

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Le Conseil Départemental du Jura (CD39) et le Pôle Karst ont mandaté l’ISSKA pour réaliser une carte du karst sur l’emprise de la zone d’étude. Cette note technique détaille les conditions d’infiltrabilité des formations calcaires à l’affleurement et sous couverture.

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Atlas à l’échelle régionale, agglomération et grands systèmes karstiques, mise à jour numérique de l’inventaire de 1987, représentant les circulations souterraines par traçages.

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Étude multiscale du réseau du Verneau (30 km, 15 km²) quantifiant pluie, recharge localisée et diffuse, transferts dans les conduits. Bilan annuel sur 30 ans montre environ 187 mm/an de fuites (21 % du système).

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Analyse de la compartimentation et des dynamiques de niveau d’eau par compartiment, schéma conceptuel et compléments sur la genèse du réseau souterrain du Verneau.

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Première grande synthèse des régions karstiques et cavités majeures de France et d’outre-mer, organisée en 166 notices thématiques et régionales, synthétique et illustrée.

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Les courbes de niveau, essentielles aux cartes topographiques, sont généralement dérivées automatiquement de MNT, mais mal restituées sur plateaux karstiques à dolines. Cet article propose un processus QGIS améliorant ces courbes autour des dolines pour un rendu fidèle, validé par l’IGN.

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L’ARB Bourgogne-Franche-Comté étudie l’usage du casse-cailloux et son impact sur sols, biodiversité et paysages du massif du Jura, fournissant un premier état des lieux et recommandations pour la conservation.

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Guide de sensibilisation à la préservation de la Cascade des Tufs aux Planches-Près-Arbois, classée et géotope, illustrant les enjeux locaux et limites des dispositifs de protection.

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Article quantifiant l’influence du karst sur les processus hydrologiques de ruissellement via des descripteurs hydriques, hydrogrammes et échanges latéraux, basé sur 100 stations en Jura, Cévennes et Normandie.

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La Bienne est l’un des principaux cours d’eau du massif du Jura. Cette étude analyse les polluants métalliques et organiques dans sédiments, eau, matières en suspension et biofilm, explorant leurs dynamiques spatiales et temporelles et évaluant les impacts écotoxicologiques.

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Entre 2009 et 2015, des rivières du Doubs ont subi des mortalités piscicoles. Cet ouvrage sociologique examine les enquêtes menées, la complexité multifactorielle du phénomène et la dimension politique de l’explication par « la pollution ».

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