HYDRAUMATH

Axe Environnement

Mathématiques
∩ Géosciences

Aperçu

Développer les mathématiques pour les hydrosystèmes du littoral à l’aquifère et améliorer la compréhension de leur fonctionnement.

Mots clefs

Littoral, aquifère, ressource en eau, salinisation et pollution des aquifères, risques littoraux et côtiers, résilience des aquifères côtiers en contexte de changement global, dynamique des vagues, écoulement en milieux poreux, physique des vagues, modélisation, EDP, optimisation, analyse du signal

Coordination  

• Catherine Choquet (Mathématiques, Fédération Mathématique de Recherche en Région Nouvelle-Aquitaine (MARGAUx), FR 2045, CNRS, Bordeaux INP, La Rochelle Université, Université de Bordeaux, Université de Limoges, Université de Pau et des Pays de l’Adour (UPPA), Université de Poitiers)
• Frédéric Bouchette (Physique, Géosciences Montpellier (GEOSCIENCES MONTP.), UMR 5243, CNRS, Université de Montpellier)

Financement

• ≈ 1 million d’euros sur 5 ans

Résumé

En repartant des mathématiques, le projet ciblé Hydraumath vise à développer des connaissances fondamentales et des outils pratiques sur des sujets clés tels que l’hydro-morphodynamique côtière couplée à la dynamique des eaux souterraines et l’analyse de l’évolution des propriétés spatio-temporelles des hydrosystèmes côtiers sous diverses contraintes anthropiques et naturelles. 

Un hydrosystème côtier est un domaine où le littoral rencontre un ou plusieurs aquifères et où s’exprime le couplage entre les processus côtiers et l’écoulement des eaux souterraines. Les activités anthropiques qui ont un impact sur les hydrosystèmes côtiers (exploitation du sous-sol, prélèvement de sable sur la côte, utilisation des sols, activités industrielles et agricoles) sont nombreuses et croissantes en territoire côtier et se superposent aux effets du changement global (tempêtes, élévation relative de la mer, évolution de la recharge des aquifères côtiers,…). Pour adapter la gestion des territoires face à cette situation, il est important d’améliorer notre compréhension de la dynamique des hydrosystèmes côtiers, et en particulier celle du couplage entre la dynamique des eaux littorales et celle des aquifères côtiers.

Sur cette thématique, du fait, d’une part, des interactions complexes entre fluides et matériaux et, d’autre part, de la superposition de nombreux processus à différentes échelles de temps, les difficultés sont nombreuses en termes de conceptualisation, modélisation et quantification. Les sujet suivants ont été identifiés comme prioritaires pour avancer sur la question du couplage littoral/aquifère: 

• #A : les interactions vagues/vagues et vagues/courant non linéaires et leur impact sur les écoulements souterrains ;
• #B : les interactions entre plage sableuse et aquifère, à l’échelle de la vague ;
• #C : le contrôle de la morphodynamique de plage sur les écoulements souterrains (à toutes les échelles de temps, incluant érosion, tendance évolutive des littoraux, …) ;
• #D : le développement de formalismes nouveaux pour la compréhension des mécanismes de salinisation des aquifères côtiers et leur quantification ;
• #E : l’amélioration des modèles d’écoulements souterrains en interaction avec les écoulements de surface ;
• #F : Interactions hydrauliques/complexes des fonds marins et dynamique des eaux souterraines ;
• #G : Interactions hydrodynamiques et caractéristiques solides ;
• #H : la prise en compte de la croissance des vagues en faible profondeur (récif, lagune, lagon, lac) et leur effet sur la dynamique des écoulements souterrains adjacents ;
• #J : travaux de rupture pour la gestion de la ressource en eau souterraine côtière ;
• #K : travaux formels et numériques pour l’utilisation de méthodes de calcul massif sur la dynamique des écoulements souterrains en zone littorale (afin de permettre un déploiements des codes développés dans le projet sur des applications grande échelle) ;
• #L : travaux exploratoires pour la caractérisation hydro-thermo-géophysique des aquifères : concepts, méthodes et outils numériques. 

Le projet est organisé autour de 7 tâches dont 3 (T1, T2 et T7) encadrent les autres tout au long du projet : a) l’exploration et l’utilisation de données existantes sur la problématique (T1), b) le développement et la gestion des modèles numériques développés (T2) et c) la stratégie éditoriale (T7). Quatre autres tâches accompagnent la démarche scientifique en termes : d’élaboration d’états de l’art (T3), d’exploration des questions de rupture en hydro-morphodynamique littorale et dynamique souterraine (T4), d’exploration des méthodes de couplage littoral/aquifère (T5) et de stratégies de validation des développements théoriques et numériques par la donnée observationnelle (T6). Le projet mise principalement sur l’interdisciplinarité et le travail collectif pour surmonter les difficultés inhérentes à ce sujet très exploratoire. Pour ce faire, un ensemble d’outils de travail collaboratif et de rédaction supervisée a été mis en place pour maximiser la qualité des résultats, au terme de l’initiative.