Description du sujet de thèse

Les travaux du projet EAU-SPRA à l’ITES s’articule autour du modèle hydrologique NIHM, qui est développé en interne depuis une dizaine d’années dans l’équipe Transferts dans les Hydrosystèmes Continentaux (TrHyCo) de l’Institut Terre et Environnement de Strasbourg. Il est composé de deux modules - un premier qui détermine la recharge en réalisant des bilans d’eau et d‘énergie dans les compartiments de surface et un second qui permet de décrire les écoulements dans les nappes souterraines et le réseau hydrographique – et a été appliqué sur plusieurs systèmes réels.
L’objectif de ce travail de thèse est de développer et d’implémenter une approche de quantification des incertitudes pour le modèle hydrologique NIHM, qui sera ensuite déployé sur le cas de la nappe d’Alsace. Plus spécifiquement, la personne en charge de ce travail devra :
I. S’approprier le modèle NIHM, les outils de pré et de post-traitement existants. Il faudra notamment comprendre les concepts fondateurs, la structure du modèle, et l’organisation des fichiers d’input/output afin de pouvoir faire tourner des simulations.
II. Développer une approche permettant de quantifier les incertitudes en s’appuyant sur des travaux précédemment menés avec des méthodes de type Monté Carlo. Un point spécifique concernera la quantification d’incertitudes dans le module hydrologique et la propagation d’incertitudes entre les deux modules. Il faudra également proposer une manière de présenter les résultats à des personnes potentiellement non-spécialistes.
III. Appliquer NIHM sur la nappe d’Alsace et quantifier les incertitudes de modélisation associées. Il s’agira ici de récolter les données nécessaires pour créer les fichiers d’entrée, de calibrer le modèle NIHM sur la nappe d’Alsace, et de quantifier les incertitudes avec l’approche développée précédemment.
L'étudiant(e) sera rattaché à l'ED 413

Contexte de travail

La modélisation hydrologique à base physique permet de décrire l’ensemble des processus d’écoulement dans les bassins versants en intégrant les interactions entre les principaux compartiments que sont le milieu souterrain, la surface topographique, la végétation et l’atmosphère. Ce type de modèles est développé dans la communauté depuis le début des années 2000. Les modèles à base physique sont aujourd’hui considérés comme des outils pertinents pour traiter de nombreuses problématiques en lien avec la gestion des masses d’eau de surface et/ou souterraines. C’est dans ce cadre que le projet EAU-SPRA a été financé par l’ADEME. L’objectif de ce projet – mené en collaboration entre ANTEA Group, les Mines de Paris et l’Institut Terre et Environnement de Strasbourg (ITES) - est de développer une plateforme s’appuyant sur les résultats de plusieurs modèles hydrologiques pour permettre aux gestionnaires et aux grands usagers de visualiser de façon relativement simple l’évolution quantitative des masses d’eau sur leur territoire. Trois verrous scientifiques en lien avec cette modélisation ont été identifiés pour permettre le développement d’une telle plateforme : l’évaluation des incertitudes, la calibration automatique et le changement d’échelle. Le travail de doctorat proposé se place dans ce cadre général.
Titulaire d’un Master en Hydrologie, en Hydrogéologie, en Sciences de l’Eau ou en Géosciences OU Diplômé d’une école d’ingénieur sur des thématiques Eau, Environnement ou Géosciences.
Compétences avancées attendues en hydrologie, en hydrogéologie, en modélisation environnementale et en programmation (Python ou fortran)
Enthousiasme et motivation pour travailler sur le développement et l’application de codes numériques.
Autres compétences attendues : compétences en statistiques et en mathématiques appliquées / capacité à lire et écrire en anglais / capacité à travailler en équipe / Capacité à communiquer des résultats scientifiques / Capacités à échanger avec des non-scientifiques.
Environnement de travail
L’Institut Terre et Environnement de Strasbourg (ITES) est une Unité Mixte de Recherche (UMR -7063) sous les tutelles du CNRS, de l'Université de Strasbourg et de l'ENGEES. Cette UMR s'appuie sur 4 piliers disciplinaires pour étudier la Terre et son environnement de surface : l’hydrologie, la géochimie, la géologie et la géophysique. L'ITES compte 6 équipes de recherche. Les travaux pour ce sujet de thèse seront réalisés dans l’équipe « Transfert dans les hydrosystèmes continentaux », qui étudie au sens large les processus de transferts dans les systèmes hydrologiques par des approches de modélisation (développements méthodologiques et/ou applications) ou expérimentales. Les recherches dans l’équipe couvrent notamment les thématiques de l’évolution qualitative et quantitative des masses d’eau, les processus de transferts dans le continuum sol – plantes – atmosphère, les processus de transferts dans les systèmes complexes, et la modélisation des couplages entre écoulement d’eau, transport d’éléments et/ou de chaleur et mécanique.

Contraintes et risques

Contraintes liées aux sorties de terrain