Thèse soutenue par Harsh BERIA, le 30 septembre 2020, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)
Le changement climatique modifie mondialement les schémas de précipitation et entraîne des changements sans précédent dans les différentes facettes du cycle de l’eau. Afin d’être préparés aux potentiels effets négatifs dus au changement climatique sur les ressources en eau, nous devons améliorer notre compréhension du cycle de l’eau. Les traceurs environnementaux tels que les isotopes stables de l’eau constituent un moyen pour démêler le complexe réseau des processus du système terrestre. Ces isotopes stables de l’eau sont naturellement présents aussi bien dans la pluie que dans les chutes de neige, ce qui en fait un traceur idéal pour suivre le parcours d’une particule d’eau tout au long de son cycle de vie.
Dans cette thèse, j’utilise les isotopes stables de l’eau pour améliorer la représentation des processus hydrologiques se produisant dans les paysages montagneux dans les modèles de pluie et de ruissellement.
Dans le premier chapitre, j’entreprends un examen complet des différentes façons dont les isotopes stables de l’eau ont été utilisés dans l’hydrologie et en particulier de la neige, en mettant l’accent particulier sur les environnements montagneux. Cette revue explique les différentes transformations qu’une particule d’eau subit une fois dans le paysage, par la pluie ou par les chutes de neige.
Dans le deuxième chapitre, je construis un nouveau modèle mixte bayésien qui tire de précieuses informations des données isotopiques de l’eau, tout en tenant compte des nombreuses limites des données de terrain.
Dans le troisième chapitre, je propose un nouveau cadre de modélisation hydrologique qui utilise les informations dérivées des isotopes stables de l’eau, comme illustré dans le chapitre 2, pour construire des modèles fiables de précipitations et de ruissellement, ceci en limitant à la fois la célérité et la vitesse des bassins versants. Ce cadre de modélisation est évalué de manière exhaustive dans Vallon de Nant, un bassin versant des Alpes suisse.
Enfin, dans le quatrième chapitre, j’utilise les isotopes stables de l’eau, l’analyse par récession du débit des cours d’eau et un modèle conceptuel des eaux souterraines pour montrer comment le changement climatique pourrait augmenter la recharge souterraine en eaux dans les Alpes suisses.
Cette thèse améliore donc notre compréhension des processus hydrologiques dominants qui se produisent dans les environnements montagneux, et fournit une nouvelle approche pour paramétrer ces processus dans les modèles de pluie et de ruissellement. Les principales conclusions sont résumées dans le dernier chapitre, où je souligne également les défis pratiques de l’hydrologie isotopique et propose des orientations de recherche pour l’avenir.
