L'aquifère carbonate karstique de Chekka (Liban) et ses exutoires sous-marins (caractéristiques hydrogéologiques et fonctionnement)

Les sources sous-marines de Chekka au Liban, étudiées depuis longtemps, sont présentées comme étant parmi les plus importantes sources sous-marines connues. Les premières estimations, jamais remises en question, leur attribuent un débit moyen de l'ordre de 6 m3/s, dont 2.5 m3/s au moins pour la principale source en étiage. Des technologies nouvelles développées en France pour l'étude des sources sous-marines ont été mises en œuvre pour étudier leur fonctionnement et celui de leur aquifère, dans le cadre du projet européen MEDITATE. La principale source pérenne "S2" a été instrumentée pour une mesure en continu du débit, de la salinité, de la température et de la pression. Les premières données indiquent un débit d'étiage d'environ 60 l/s d'eau saumâtre, soit 30 l/s d'eau douce en étiage. Son fonctionnement est typiquement karstique, avec de grandes variations du débit, de la salinité et de la température de l'eau. Aux faibles débits sont associées de fortes salinités liées à une intrusion marine, par des conduits karstiques. De nombreux points d'eau de la région, dont les sources sous-marines et littorales, ont été l'objet d'un suivi géochimique. Le bassin hydrogéologique fut délimité : les rivières Asfour et Jaouz subissent des pertes dans leur traversée des calcaires du Crétacé supérieur, atteignant, selon la saison, plusieurs m3/s au total. Le bilan hydrologique du bassin d'alimentation de ces sources attribue un débit moyen d'eau douce de 2.15 m3/s au total, compatible avec les mesures directes faites en étiage. Les premières conclusions mettent en doute la possibilité d'exploitation directe de ces sources sous-marines. Un contrôle continu de la principale source sous-marine paraît être la mesure à envisager dans le cadre d'une surveillance de l'aquifère pour en faire une exploitation raisonnée durable de cette ressourceStudied for a long time, Chekka submarine springs in Lebanon are presented as being among the most important known undersea resources. Never questioned, the first estimates proposed an average flow of 6 m3/s, among them at least 2.5 m3/s for the main spring during low flow. New technologies developed in France to study submarine springs; their functioning and their aquifer were applied to these springs within the framework of a European project "MEDITATE". The main perennial spring was instrumented for monitoring its flow, salinity, temperature and pressure. First data indicate a minimum flow of approximately 60 l/s of brackish water during low flow. Its functioning is typically karstic, with wide variations of the flow, salinity and temperature of water. During low flow, high salinity is the consequence of sea water intrusion in karst conduits. Many water sites in the area, among them littoral and submarine springs were monitored for theit geochemical characteristics. The hydrogeological basin was delimited: the rivers Asfour and Jaouz undergo losses in their crossing of upper Cretaceous limestone, reaching, according to the season, several m3/s on the whole. Terms of the hydrological balance of spring recharge basin gave an average flow of fresh water 2.15 m3/s on the whole, in agreement with direct flow measurements during low flow. These first conclusions question the possibility of direct exploitation of these submarine springs. A permanent monitoring of the main submarine spring is required in a monitoring network of the whole aquifer to provide a sustainable exploitation of that important resourceMONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Specific climate classification for Mediterranean hydrology and future evolution under Med-CORDEX regional climate model scenarios

International audienceThe Mediterranean region is one of the most sensitive regions to anthropogenic and climatic changes, mostly affecting its water resources and related practices. With multiple studies raising serious concerns about climate shifts and aridity expansion in the region, this one aims to establish a new high-resolution classification for hydrology purposes based on Mediterranean-specific climate indices. This classification is useful in following up on hydrological (water resource management, floods, droughts, etc.) and ecohydrological applications such as Mediterranean agriculture. Olive cultivation is the characteristic agricultural practice of the Mediterranean region. The proposed approach includes the use of classic climatic indices and the definition of new climatic indices, mainly precipitation seasonality index I-s or evapotranspiration threshold S-PET, both in line with river flow regimes, a principal component analysis to reduce the number of indices, K-means classification to distribute them into classes, and finally the construction of a decision tree based on the distances to class kernels to reproduce the classification without having to repeat the whole process. The classification was set and validated by WorldClim-2 at 1 km high-resolution gridded data for the 1970-2000 baseline period and 144 stations' data over 30 to 120 years, both at monthly time steps. Climatic classes coincided with a geographical distribution in the Mediterranean ranging from the most seasonal and driest class 1 in the south to the least seasonal and most humid class 5 in the north, showing the climatic continuity from one place to another and enhancing the visibility of change trends. The MED-CORDEX ALADIN and CCLM historical and projected data at 12 and 50 km resolution simulated under the RCP4.5 and 8.5 scenarios for the 2070-2100 period served to assess the climate change impact on this classification by superimposing the projected changes on the baseline grid-based classification. RCP scenarios increase the seasonality index I-s by +80% and the aridity index I-Arid by +60% in the north and I-Arid by +10% without I-s change in the south, hence causing the wet season shortening and river regime modification with the migration north of moderate and extreme winter regimes instead of early spring regimes. The ALADIN and CCLM regional climate models (RCMs) have demonstrated an evolution of the Mediterranean region towards arid climate. The classes located to the north are slowly evolving towards moderate coastal classes, which might affect hydrologic regimes due to shorter humid seasons and earlier snowmelts. These scenarios might look favourable for Mediterranean cultivation; however, the expected impact on water resources and flow regimes will surely expand and directly hit ecosystems, food, health, and tourism, as risk is interconnected between domains. This kind of classification might be reproduced at the global scale, using the same or other climatic indices specific to each region, highlighting their physiographic characteristics and hydrological responses

Modélisation numérique d'ondes de crues ou de submersion

Au XIXeme siècle, une constatation sur la nature de l'écoulement des Crues naturelles constituera l'hypothèse principale à la base d'un modèle mathématique posé par Barré de Saint-Venant. En supposant que l'écoulement dans le cas des inondations est quasi bi dimensionnelle, l'intégration des équations de Navier-Stokes fournissent un système d'équations appelées les équations de Saint-Venant. Cependant, la résolution des ces équations s'est avérée une tâche difficile vu leur complexité et forte non linéarité, mais l'apparition de l'ordinateur et du calcul scientifique rend ce problème plus abordable. Dans ce travail, on présente une étude d analyse mathématique et une méthode de résolution numérique de ces équations basées sur un schéma en éléments finis combiné à la méthode des caractéristiques. Après l établissement de résultats d existence et d unicité de solutions, une estimation a priori de l erreur est validée. Quelques résultats de simulations sont présentés sur des cas tests académiques et réels dont certains sont comparés à ceux obtenus par le code de référence "FESWMS". Vu la grande taille des problèmes modélisés par ces équations, on aborde aussi dans ce travail le calcul parallèle avec une analyse algorithmique et une implémentation sous MPI des codes avec des résultats de performances correspondants.In XIXth century, an observation on the flow nature of floods constitutes the main assumption for a mathematical model given by Barré de Saint-Venant. By supposing that the flow in the case of the floods is two-dimensional, the integration of the Navier-Stokes equations provides a system of equations named Saint-Venant equations. The resolution of these equations is a difficult task regardind their complexity and strong non linearity, but the development of computers and scientific computation facilities makes this problem more accessible. In this work, we present a study of a mathematical analysis and a numerical method of resolution for these equations based on a scheme of finite elements method combined to the method of characteristics. After proving existence and uniquiness results of the solutions, an a priori study of the error estimation is also validated. Some results of simulations on real and academic test cases are presented and compared to those obtained by the reference code "FESWMS". Due to the large size of problems modelled by these equations, a part of this work is devoted for parallel computing with an analysis of algorithms and a MPI implementation followed by the corresponding results of performance.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Karst and artificial recharge: Theoretical and practical problems

International audienc

Classification climatique méditerranéenne pour l'hydrologie

La Méditerranée est une zone tempérée occupée par diverses populations la rendant une des régions les plus sensibles aux changements anthropiques et climatiques. L'objectif de ce travail est d'établir une classification climatique pour l'hydrologie qui met en évidence la continuité climatique d'un lieu à un autre et pourrait évaluer les tendances des changements. La démarche proposée comporte une Analyse en Composantes Principales pour réduire le nombre des indices climatiques et ne considérer que les plus contributaires, une classification en K-moyennes pour distribuer les stations en un certain nombre de classes, ici 5 et finalement la construction d'un arbre de décision à partir des distances aux noyaux des classes climatiques pour déterminer si un lieu quelconque possède ou non un climat méditerranéen et à quel type appartient-il. Les données de 144 stations au pas de temps mensuel dans 20 pays méditerranéens sont utilisées pour caler la classification, 36 autres stations pour vérifier cette classification en Méditerranée et 21 stations pour la vérifier au Chili et en Afrique du Sud connus pour leur climat à caractère Méditerranéen. Les résultats montrent que la distribution en 5 classes coïncide avec une distribution géographique en Méditerranée et l'analyse de la connexité interclasse montre que l'évolution du climat se fait de façon continue, puisqu'une même station peut obéir aux critères d'appartenance de plusieurs classes

Etude préliminaire du couvert neigeux et modèle de fonte des neiges pour le Mont Liban

Correspondance: [email protected], [email protected] audienceThe physical properties of snow, including apparent density, snow cover distribution and snowmelt in the Nahr El Kelb basin (Mount Lebanon), were studied in order to design a simple empirical snowmelt model. In February 2001, snow covered an area of 1600 km2 on Mount Lebanon, representing a water equivalent of 1.1 . 109 m3. The snow surface area was calculated by combining TM5 images with a digital elevation model, and field observations made every three days, from 1400 to 2300 m altitude. The depletion of snow cover was measured from the end of December 2000 to the end of June 2001. The snowmelt was measured from surface depletion on a degree-day basis. A simple model relating the daily snowmelt to the product of wind speed and average positive daily air temperature, is presented and discussed. For Mount Lebanon, this model gave a better approximation of snowmelt than a simple degree-day model.Les caractéristiques physiques de la neige, celles de sa répartition sur les versants, et de sa vitesse de fonte ont été étudiées sur le haut bassin du Nahr El Kelb (Mont Liban) en vue de produire un modèle de fonte empirique simple. En février 2001, la neige a couvert le Mont Liban sur une superficie de 1600 km2, soit une quantité équivalente à 1.1 . 109 m3 d’eau. Cette superficie a été calculée à partir d’imagettes satellites TM5, d’un modèle numérique de terrain et d’observations faites sur le terrain à toutes les altitudes, tous les trois jours. L’évolution dans le temps de cette superficie a été suivie entre fin décembre 2000 et fin juin 2001. Un modèle simple calcule la fonte journalière du manteau neigeux par rapport au produit de la moyenne des températures positives et de la vitesse du vent calculées de manière journalière. Ce modèle donne une meilleure approximation de la fonte qu’un simple modèle degré-jour

Etude préliminaire du couvert neigeux et modèle de fonte des neiges pour le Mont Liban

Correspondance: [email protected], [email protected] audienceThe physical properties of snow, including apparent density, snow cover distribution and snowmelt in the Nahr El Kelb basin (Mount Lebanon), were studied in order to design a simple empirical snowmelt model. In February 2001, snow covered an area of 1600 km2 on Mount Lebanon, representing a water equivalent of 1.1 . 109 m3. The snow surface area was calculated by combining TM5 images with a digital elevation model, and field observations made every three days, from 1400 to 2300 m altitude. The depletion of snow cover was measured from the end of December 2000 to the end of June 2001. The snowmelt was measured from surface depletion on a degree-day basis. A simple model relating the daily snowmelt to the product of wind speed and average positive daily air temperature, is presented and discussed. For Mount Lebanon, this model gave a better approximation of snowmelt than a simple degree-day model.Les caractéristiques physiques de la neige, celles de sa répartition sur les versants, et de sa vitesse de fonte ont été étudiées sur le haut bassin du Nahr El Kelb (Mont Liban) en vue de produire un modèle de fonte empirique simple. En février 2001, la neige a couvert le Mont Liban sur une superficie de 1600 km2, soit une quantité équivalente à 1.1 . 109 m3 d’eau. Cette superficie a été calculée à partir d’imagettes satellites TM5, d’un modèle numérique de terrain et d’observations faites sur le terrain à toutes les altitudes, tous les trois jours. L’évolution dans le temps de cette superficie a été suivie entre fin décembre 2000 et fin juin 2001. Un modèle simple calcule la fonte journalière du manteau neigeux par rapport au produit de la moyenne des températures positives et de la vitesse du vent calculées de manière journalière. Ce modèle donne une meilleure approximation de la fonte qu’un simple modèle degré-jour