Three-dimensional magnetic resonance imaging for groundwater

International audienceThe surface nuclear magnetic resonance method (SNMR) is an established geophysical tool routinely used for investigating one-dimensional (1D) and sometimes 2D subsurface water-saturated formations. We have expanded the tool by developing a 3D application. 3D-SNMR is a large-scale method that allows magnetic resonance imaging of groundwater down to about 80 m. Similar to most surface geophysical methods, 3D-SNMR has limited resolution, but it is effective for investigating water-saturated geological formations larger than several tens of meters. Because the performance of the method depends on variable survey conditions, we cannot estimate it in general. For demonstration purposes, we present an example of numerical modeling under fixed conditions. Results show that under certain conditions it is possible to detect a water volume as small as 500 m(3) and the detection threshold depends on the ambient electromagnetic noise magnitude and on the location of the target volume relative to the SNMR loops. The 3D-SNMR method was used to investigate accumulated water within the Tete Rousse glacier (French Alps). Inversion of the field measurements made it possible to locate the principal reservoir in the central part of the glacier and estimate the volume of accumulated water. These results were verified by 20 boreholes installed after the 3D-SNMR results were obtained and by pumping water out of the glacier. Very good correspondence between the 3D-SNMR and borehole results was observed

Suivi hydroclimatique dans une zone de crise humanitaire chronique - sud-est de Madagascar

International audienc

Monitoring of groundwater redistribution in a karst aquifer using a superconducting gravimeter

Geodetic tools monitor the earth’s deformation and gravity field. They are presently sensitive enough to record subtle changes triggered by hydrological processes, thus providing complementary data to standard hydrological measurements. Among these tools, superconducting gravimeter (SG) have proven useful to unravel groundwater redistribution, which significantly alter the gravity field. In the frame of the EquipEx MIGA (Matter wave-laser based Interferometer Gravitation Antenna) project, one SG (iOSG-24) was set up in July 2015 in the Low-noise Underground Laboratory (LSBB) at Rustrel, France, in a gallery located 500 m beneath the surface. In this work, we analyse the underground iOSG-24 gravity time series together with hydro-meteorological data and basic gravity modelling. We find that the gravimeter recorded the redistribution of water in the ground and that most of this redistribution occurs in the unsaturated zone located above the gravimeter. Nevertheless, residuals between our model and the gravity data suggest the occurrence of large lateral fluxes and rapid runoff not considered in our model. We discuss how the setting of a second SG, planned in July 2018, at the surface of the LSBB could help unravelling such hydrological processes

A study of karst hydrosystem recharge at the parcel scale, using modeling and correlation analysis - Low noise underground laboratory of Rustrel site

La caractérisation des flux d’eaux qui rechargent réellement les hydrosystèmes souterrains reste un frein à la compréhension du fonctionnement hydrogéologique des milieux souterrains. Lors d’événements pluvieux, quelle part de l’eau est évapo-transpirée ? Quelle part est temporairement stockée dans le sol ? Ces incertitudes sont particulièrement fortes dans le cas de la recharge des milieux hétérogènes tel que le karst. En général, les calculs de recharge des hydrosystèmes karstiques se basent sur une représentation simplifiée de l’évapotranspiration qui considère seulement le climat et pas le fonctionnement de la végétation. Dans cette étude, un modèle de végétation permettant de simuler les transferts d’eaux entre le sol et l’atmosphère en contexte forestier (le modèle CASTANEA), a été appliqué à une parcelle de Chêne vert. L’infiltration efficace (un indicateur de la recharge) estimé avec CASTANEA a été comparée à celle estimée par des approches classiques ainsi qu’à des séries long terme de flux d’eaux souterraines (9 années). Les résultats de cette analyse révèlent que l’infiltration efficace modélisée à partir d’un modèle de végétation comme CASTANEA est plus satisfaisante que les approches classiques ne tenant pas compte du fonctionnement de la végétation. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes pour mieux tenir compte du fonctionnement de la végétation et de l’usage du sol sur la recharge des hydrosystèmes karstiques.Assessing the recharge of underground hydrosystems remains an obstacle to understand their hydrologeological functioning. During a rain event, which part of the rain is evapotranspired ? And how much is temporarily stored within the soil ? These questions are particularly relevant in heterogeneous media such as karst hydrosystems. Currently, the models used to compute recharge of karst hydrosystems, rely on simplistic formulations of evapotranspiration that do not account for vegetation functioning. In this study, we used the vegetation process based model CASTANEA, which is designed to compute water transfer between soil, plant and atmosphere. We computed effective infiltration (an index of recharge) with CASTANEA and with other classical approach (based on precipitation minus ETP), and for a welldocumented holm oak site in Provence. Our results provide evidences that effective infiltration computed with CASTANEA yield more satisfactory correlation with measured outflow than simulations based on the classical approach. Our results provide a promising way to improve the simulation of karst hydrosystem recharge

Short- and Long-Term Occasional Teaching Work Arrangement Differences

This general qualitative study examined the differentiated nature of short- and long-term occasional teaching. Five occasional teachers experienced in transitioning between short- and long-term occasional teaching work arrangements each completed a semi-structured interview. Findings demonstrated that the work arrangements were differentiated in three key areas: (1) General teacher expectations; (2) School interactions; and (3) Professional presence. More favourably perceived long-term occasional teaching experiences in all three areas contributed to the formation of an internal teacher workforce values hierarchy that subordinated the short-term occasional teaching work arrangement. In addition, the short- to long-term occasional teaching transition was experienced as a progressive hierarchical shift, whereas a regressive hierarchical shift marked the long- to short-term occasional teaching transition. Hierarchical differentiation among the separate short- and long-term occasional teaching workgroups was found based on the amount of accumulated work. Policy and practice implications include approaching short- and long-term occasional teaching as heterogeneous work arrangements

Ce n'est pas so(u)rcier. Contribution à l'hydrogéophysique; de la mesure géophysique à l'exploration, à l'exploitation et à la gestion durable des ressources en eau souterraine – Approches intégrées

Les travaux présentés dans ce document d’HDR s’inscrivent dans la problématique générale de la caractérisation des ressources en eau souterraine en vue de leur gestion durable. Ce manuscrit synthétise les travaux de recherche et d'enseignement que j'ai menés depuis l'obtention de ma thèse de doctorat en 2006. Ils sont le résultat d'un travail collectif en interaction avec les doctorants,les post-doctorants, les enseignants-chercheurs et les chercheurs,principalement de l'UMR EMMAH mais aussi avec l'UMR IGE (anciennement LTHE) etl'UMR METIS(anciennement Sisyphe). Pour y arriver j'ai pu également bénéficier des étroites et fructueuses collaborations au travers de partenariats nationaux et internationaux avec un grand nombre de collègues français et étrangers. Le manuscrit est organisé de la façon suivante: Pour mieux cerner mon profil je propose de présenter dans une première partie mon parcours scientifique avec un Curriculum Vitae détaillé (formation et parcours professionnel, collaborations et projets nationaux et internationaux, encadrement d'étudiants et publications,rayonnement et animation de la recherche,tâches administratives et d’enseignement). Dans la deuxième partie j’introduirai d’abord au travers d'une brève revue bibliographique l’histoire, l’évolution, et les enjeux de l'hydrogéophysique. Je présenterai ensuite ma vision sur les évolutions qui ont permis l’émergence de l’hydrogéophysique ainsi que la prise en considération de cette sous-discipline transversale. La troisième partie est consacrée à mes activités de recherche qui s’inscrivent aux interfaces des deux grands champs disciplinaires: de l’hydrogéologie et de la géophysique. Je ferai une synthèse (non exhaustive) de ma contribution à la problématique générale autour de deux thèmes qui structurent aujourd’hui mon activité de recherche: 1.Apport de la mesure géophysique aux connaissances hydrogéologiques; différentes échelles temporelles et spatiales à des milieux géologiques divers. 2.Approches méthodologiques intégrées pour la gestion durable de la ressource en eau en milieux complexes. Les aquifères karstiques sont les hydrosystèmes privilégiés de mes travaux de recherche. Le manuscrit se conclut avec les perspectives de recherche qui s’ouvrent à court et moyen termes au travers des projets de recherche, d’innovation et de transmission du savoir

Application de méthodes géophysiques pour la reconnaissance et la protection de ressources en eau dans les milieux karstiques

The investigation methods currently suggested concerning the recognition and the protection of the karstic aquifers call only seldom upon geophysical measurements. The goal of these research tasks is to show that the combination of various geophysical methods (TDEM, FDEM, RMP) makes it possible to draw from the sub surface, the necessary information to characterize, partly and on various space scales, the geometry of the tanks and the distribution of the zones of high permeability in the karstic mediums. Three experimental sites, characteristic of karstic areas observed around the Mediterranean basin, were selected: the site of Loussoi (north-eastern of the Peloponnese - Greece), the site of Poumeyssen (Lot - France) and the site of Paralia Andreas Agios (eastern Peloponnese - Greece). Geophysical techniques adapted to the geological context and the hydrogeological questions were selected and used. New results were obtained in three fields: (1) the geological knowledge of the studied sites, (2) the specific developments of the geophysical techniques and (3) the definition of a methodological approach using geophysics to the study of the karsts.Les méthodes d'investigation actuellement proposées concernant la reconnaissance et la protection des aquifères en milieu karstique ne font que rarement appel aux mesures géophysiques. Le but des présents travaux de recherche est de démontrer que la combinaison de diverses méthodes géophysiques (TDEM, FDEM, RMP) permet de tirer du sous-sol l'information nécessaire à caractériser, en partie et à différentes échelles spatiales, la géométrie des réservoirs et la distribution des zones de haute perméabilité dans les milieux karstiques.Trois sites expérimentaux, caractéristiques de régions karstiques observées autour du bassin Méditerranéen, ont été choisis. Le site de Loussoi (nord-est du Péloponnèse – Grèce), le site de Poumeyssen (Lot - France) et le site de Paralia Agios Andreas (est du Péloponnèse – Grèce). Des techniques géophysiques adaptées au contexte géologique et aux questions hydrogéologiques ont été sélectionnées et utilisées.Des résultats nouveaux ont été obtenus dans trois domaines : (1) la connaissance géologique des sites étudiés, (2) des développements spécifiques des techniques géophysiques et (3) la définition d'une approche méthodologique d'application des méthodes géophysiques à l'étude des karsts

Application de méthodes géophysiques pour la reconnaissance et la protection de ressources en eau dans les milieux karstiques

The investigation methods currently suggested concerning the recognition and the protection of the karstic aquifers call only seldom upon geophysical measurements. The goal of these research tasks is to show that the combination of various geophysical methods (TDEM, FDEM, RMP) makes it possible to draw from the sub surface, the necessary information to characterize, partly and on various space scales, the geometry of the tanks and the distribution of the zones of high permeability in the karstic mediums. Three experimental sites, characteristic of karstic areas observed around the Mediterranean basin, were selected: the site of Loussoi (north-eastern of the Peloponnese - Greece), the site of Poumeyssen (Lot - France) and the site of Paralia Andreas Agios (eastern Peloponnese - Greece). Geophysical techniques adapted to the geological context and the hydrogeological questions were selected and used. New results were obtained in three fields: (1) the geological knowledge of the studied sites, (2) the specific developments of the geophysical techniques and (3) the definition of a methodological approach using geophysics to the study of the karsts.Les méthodes d'investigation actuellement proposées concernant la reconnaissance et la protection des aquifères en milieu karstique ne font que rarement appel aux mesures géophysiques. Le but des présents travaux de recherche est de démontrer que la combinaison de diverses méthodes géophysiques (TDEM, FDEM, RMP) permet de tirer du sous-sol l'information nécessaire à caractériser, en partie et à différentes échelles spatiales, la géométrie des réservoirs et la distribution des zones de haute perméabilité dans les milieux karstiques.Trois sites expérimentaux, caractéristiques de régions karstiques observées autour du bassin Méditerranéen, ont été choisis. Le site de Loussoi (nord-est du Péloponnèse – Grèce), le site de Poumeyssen (Lot - France) et le site de Paralia Agios Andreas (est du Péloponnèse – Grèce). Des techniques géophysiques adaptées au contexte géologique et aux questions hydrogéologiques ont été sélectionnées et utilisées.Des résultats nouveaux ont été obtenus dans trois domaines : (1) la connaissance géologique des sites étudiés, (2) des développements spécifiques des techniques géophysiques et (3) la définition d'une approche méthodologique d'application des méthodes géophysiques à l'étude des karsts

Hydrogeophysical monitoring of intense rainfall infiltration in the karst critical zone: A unique electrical resistivity tomography data set

International audienceThe common hydrogeological concepts assume that water mostly enters and flows in fractured and karstified media through preferential pathways related to discontinuities. But it is difficult to locate discontinuities and even more to relate those to possible or effective water routes, particularly when soil or scree covers near surface features. When and where does water flow underground? How fast? Are we able to monitor the infiltration processes? A unique large scale Electrical Resistivity Tomography (ERT) surface based time-lapse experiment was carried out in fractured and karstified carbonate rock during a typical Mediterranean autumn rainy episode (230mm of rain over 17 days). 120 ERT time-lapse sections were measured over the same profile during and after this event (30 days). The gradient array was chosen for his robustness and rapidity. The site is covered by typical Mediterranean forest and is a good example of the surface conditions found in Mediterranean karst. There is no major karstification features (i.e. cave, sinkhole) or major tectonic accident (i.e. fault). In a previous paper, several commercial and research inversion software were tested on this dataset. This processing highlighted some limitations in inversion process. At the actual stage, apparent resistivity data provides insight about recharge/discharge processes that are almost valuable as the inverted resistivity results. Due to his quality, the availability of this unique dataset acquired under natural conditions will allow to the scientific and engineer community exploring advances and limits of ERT approach and to test new software or new data processing strategy