Quantification de l'impact des forçages climatiques/anthropiques passés et futurs sur les circulations dans le Bassin de Paris

Version 2004

Mots clés

AGCM ; modélisation hydrogéologiques ; changement climatique ; forçages morphologiques ; traceurs

Résumé

Nos objectifs sont : (i) comprendre les circulations actuelles dans un système aquifère multicouche ; (ii) évaluer et quantifier l'impact de l'évolution des climats passés sur l'hydrodynamique actuelle d'un système multicouche ; (iii) identifier la nature des mécanismes climatiques et/ou anthropiques et/ou morphologiques et/ou hydrologiques pertinents pour comprendre l'évolution future du bassin ; (iv) prédire l'impact de différents scénarios de changement climatique futur sur les circulations. L'originalité de notre démarche est multiple puisque au travers d'une approche pluridisciplinaire fédératrice elle consiste à : (1) intégrer les résultats issus des simulations d'un modèle hydro-thermo-mécanique pour identifier les paramètres hydrodynamiques, thermiques et de transport issus des évolutions diagénétiques, les constantes de temps des processus de transfert des fluides à l'échelle du bassin, et en déduire les conditions aux limites pertinentes pour simuler l'état hydrodynamique actuel comme la conséquence d'une évolution transitoire sur les cinq derniers millions d'années. Ces simulations intégreront les forçages climatiques et anthropiques présentés ci-dessous ; (2) réaliser des simulations des climats de trois périodes clés grâce à la mise en œuvre d'un modèle de circulation générale de l'atmosphère (GCM) afin de générer des forçages paléoclimatiques qui nous permettront de calculer des flux de recharge aux systèmes aquifères "réalistes" et évolutifs dans le temps sur 5 Ma ; (3) porter une attention particulière aux archives polliniques disponibles afin d'en déduire des informations quantifiées sur les paléo-précipitations, paléo-températures, paléo-couvert végétal, paléotopographie des massifs environnants ; (4) rechercher les principaux traits morphologiques structurant l'évolution du bassin à l'aide d'une synthèse bibliographique exhaustive et réaliser la quantification des processus d'érosion (incision du réseau de drainage) ; (5) développer une approche de modélisation géoprospective. Au travers de notre projet nous tenterons d'apporter des réponses à des questions scientifiques qui suscitent un vif intérêt actuellement : (i) comportement et rôle du permafrost sur les écoulements ? (ii) quantification des processus d'érosion, incision des rivières, recul des formations de couverture ? (iii) mesure des vitesses de transfert dans les aquifères et semi-perméables et comportement des traceurs ? origine des surpressions dans les formations peu perméables ?

Keywords

AGCM ; modélisation hydrogéologiques ; changement climatique ; forçages morphologiques ; traceurs

Abstract

Our aims are to: (i) understand present day groundwater flow through a multi-layered system, (ii) quantify impacts of past climates on present day hydrodynamics, (iii) understand future hydrodynamic evolution of the sedimentary basin through identification of the dominant climatic, morphologic, hydrologic and or anthropogenic (via aquifer extraction) drivers, and, (iv) predict the impact of different future climate scenarios on groundwater flow. We propose a multidisciplinary and federative approach that is original in several key ways: (1) Employment of a hydro-thermal-mechanical modelling simulation to identify key hydrodynamic, thermal and mass transfer parameters. Our modelling simulation results have been constrained by geochemical data. They will be used to estimate the temporal constants of basin-scale fluid transfer, and to identify the hydrodynamic and mass transfer boundaries; these estimations will allow the simulation of the Paris basin transient regime hydrodynamic over the past five million years; (2) Employment of an Atmospheric General Circulation Model (AGCM) to simulation the climate over three key periods: present day (control simulation), Last Glacial Maximum (LGM - drier and cooler than the control), and Mio-Pliocene (MPL - wetter and warmer than the control). Using these simulations we will calculate the aquifer recharge flux in the Paris basin over the past five million years; (3) Validation of our simulated palaeo-precipitation and palaeo-temperature reconstructions using pollen records, and constraining our hydrological simulations with land-cover and morphological features deduced from pollen records; (4) Identification of the main morphological parameters driving the basin evolution and quantification of drainage pattern incision from an exhaustive literature review; and, (5) Development of a geoprospective modelling approach. The overarching goal of this project is to provide new insight into the following key scientific questions: (i) what is the behaviour of permafrost and its impact on groundwater flow? (ii) regarding erosion, what are the dynamics of channel incision and of the scouring of the cover layer along the outcrops? (iii) what is the velocity of aquifer and aquitard transfer and what is the behaviour of the geochemical and isotopic tracers? and finally, (iv) what is the origin of the overpressures recorded in the aquitard formations?

Données