Les ressources en eau disponibles pour l'humanité sont limitées et directement affectées par le changement climatique. Dans ce cours, les processus physiques et biophysiques régissant le cycle hydrologique seront présentés pour aider à comprendre comment la disponibilité de l'eau changera et comment nos méthodes de gestion devront être adaptées.
Le cycle hydrologique est étroitement lié au bilan d’énergie de la Terre et à la thermodynamique des changements de phase de l'eau. La vapeur d'eau est transportée par des processus turbulents dans l'atmosphère. A la surface, lorsque l’eau est liquide, elle se diffuse et est stockée dans un milieu poreux. Les processus biophysiques des plantes couplent les cycles de l'eau et du carbone de la Terre et confèrent également à l'hydrologie ce rôle crucial pour nos sociétés.
Ce cours fournira les connaissances nécessaires pour évaluer les informations disponibles sur l'état actuel de nos ressources en eau et fournira les outils qui permettent de comprendre les prévisions produites par les sciences climatiques et hydrologiques. Ce sont des éléments clés nécessaires pour guider les décisions de nos sociétés pour la gestion de l'eau face au changement climatique.
The aim of the course is to offer a primer to the concepts and methods, including modelling, that can be used to address water-related problems in the environment. The nature and magnitude of these problems will be highlighted in the introductory session, focusing on human needs, withdrawals and consumption, on water pollution and its impact on water use, and on water rights and policy in developed and developing countries. The remainder of the course is organized in two blocks, focusing first on hydrogeology (flow of groundwater in porous media), and then on quantitative hydrology (flow on the land surface and in rivers)
Teaching staff
- Ghislain de MARSILY, Hydrogeologist, Académie des sciences, Emeritus professor at University Pierre and Marie Curie
- Pierre-Alain Roche, Ingénieur général des ponts, des eaux et des forêts
- Jérôme Fortin, Geophysicist, CNRS scientist at Ecole Normale Supérieure, Paris
Course outline
• Introduction to the water cycle and to the World major water-related problems (G. de Marsily). Water policy in the developed and the developing world (B. Barraqué) and management of human-origin bacterial water pollution (J.M. Mouchel).
• “Hydrogeology” Block (J. Fortin)
- Governing equations of flow in porous media, conservation equation, diffusivity equation, unsaturated flow.
- Typology of aquifer systems, confined vs. unconfined (water-table aquifers), multi-layered systems in large sedimentary basins.
- Classical analytical solutions of the diffusivity equation to estimate water velocity, flow rates, piezometric heads.
- Solute and heat transport in porous media, in the study of groundwater pollution by human activities.
• “Quantitative hydrology” Block (P.-A. Roche) -
- Global challenges in the field of water and international negotiations (introduction to a “role-play” organized in four lab-classes); development of large European rivers, from the art of engineering to ecological techniques, sizing of hydraulic installations, statistical evaluation and decision-making; operational hydrology: from real-time measurements to flood prediction. Role-play: this year the theme of the role-play is clustered on international negotiations (currently on-going) on the future place of water in the United Nations “sustainable development objectives” for the 2016-2025 period.
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L'objectif de ce module est d'offrir une introduction aux concepts et méthodes, y compris la modélisation, qui permettent d'aborder les grandes questions environnementales liées à l'eau. Ces grandes questions seront présentées dans une séance introductive, abordant les besoins en eau des sociétés humaines, les prélèvements et les rejets qui en résultent, ainsi que les pollutions ponctuelles ou diffuses engendrées par l’homme et leurs traitements éventuels. La « politique de l’eau » dans différents pays du monde sera aussi résumée. La suite du cours portera sur la physique du cycle de l'eau, en séparant deux blocs, ciblés l’un sur l'hydrogéologie (dans les milieux poreux souterrains), et l’autre sur l’hydrologie de surface (écoulements dans les rivières), le dimensionnement des ouvrages hydrauliques et la prévision des crues.
Equipe pédagogique :
Ghislain de Marsily, Pr. Emérite à l’Université Paris VI, Académie des Sciences
Pierre-Alain Roche, Ingénieur général des ponts, des eaux et des forêts
Jérôme Fortin, Département de Mécanique et CNRS-Ecole Normale Supérieure, Paris
Plan du cours :
• Séance introductive (G. de Marsily) - Introduction générale sur le cycle de l’eau et les grands problèmes liés à l’eau. PC : Politique de l’eau dans les Pays Développés (B. Barraqué) et gestion de la pollution bactérienne d’origine anthropiques (J-M Mouchel).
• Bloc « Hydrogéologie » (G. de Marsily, J. Fortin) – Seront abordées les lois d’écoulement dans les milieux poreux (équation de la diffusivité), la typologie des aquifères (nappes libres, nappes captives, systèmes multicouches), les solutions analytiques classiques de l’équation de la diffusivité dans ces aquifères pour estimer les vitesses de l’eau, les débits et les charges piézométriques, et enfin le transport de solutés et de chaleur dans les milieux poreux, pour aborder les problèmes de pollution des eaux souterraines.
• Bloc « Hydrologie quantitative » (P-A Roche) - Enjeux mondiaux dans le domaine de l’eau et négociations internationales (introduction à un « jeu de rôle » qui se déroulera en quatre petites classes) ; aménagement des grands fleuves européens, de l’art de l’ingénieur à l’ingénierie écologique ; dimensionner des ouvrages hydrauliques, évaluation statistique et décision ; hydrologie opérationnelle : de la mesure en temps réel à la prévision des crues. Jeu de rôle : Cette année le thème du jeu de rôle est consacré aux négociations internationales (actuellement en cours) sur la place de l’eau dans les futurs « objectifs de développement durable » des Nations-Unies pour la période 2016-2025.
Niveau requis : Ce cours est accessible sans prérequis
Langue du cours : Anglais
Credits ECTS : 4
- Teaching coordinator: Polcher Jan
- Teaching coordinator: Roche Pierre-Alain