Soutenance de thèse de Marion DROUZY

Ces travaux de thèse présentent l’adaptation d’un modèle hydrodynamique au lagon de Nouvelle-Calédonie, zone de véritables enjeux de conservation environnementale. L'aire d'étude, située à l’extrême Sud de la Grande Terre est potentiellement impactée par l’activité nickélifère, pouvant avoir de lourdes répercussions sur l’écosystème terrestre et marin. Ce risque environnemental souligne l’importance d’assurer non seulement des opérations de suivis environnementaux, mais également la construction d’outils prévisionnels, d’estimation et de gestion spatio-temporelle des risques pour les zones localisées en aval des sites miniers. La modélisation hydrodynamique en trois dimensions représente un tel outil. Une phase entière de la thèse a été consacrée à l’élaboration d’un réseau de mesures et à l’acquisition de mesures physico-chimique et sédimentaires. Ces données sont indispensables à la création et à la paramétrisation du modèle. La comparaison entre observations in situ et résultats du modèle permet également l’évaluation de sa capacité à reproduire le mouvement des masses d’eau et ainsi, sa fiabilité. Une fois adapté à la zone d’étude,le modèle MARS3D a été mis en œuvre afin d’étudier la dispersion d’une matière dissoute (traceur) déversée par la rivière. Le suivi de ce traceur, sous l’influence de différents forçages physiques, a permis d’appréhender le devenir de potentiels polluants dissous (métaux lourds ou contaminants chimique) issus de l’industrie minière. Les simulations ont contribué à l’interprétation des données, à la lumière des différents forçages physiques appliqués isolément. Le rôle prédominant du vent par rapport aux courants de marée et aux débits de rivière a notamment été mis en évidence dans la dispersion des matières dissoutes dans la couche de surface. L’un des objectifs de ces travaux de thèse a été le développement d’un outil numérique d’évaluation des risques environnementaux. Un temps de résidence caractéristique de l’hydrodynamique, calculé au moyen du modèle et dénommé le « local e-Flushing time » (eFTs), a donc été proposé afin de déterminer les zones de stagnation potentielle d’un contaminant dissous, en fonction des forçages physiques et météorologiques. Il s’agit d’un indicateur temporel déjà mis à l’épreuve à plusieurs reprises. L’étude de ce paramètre temporel a permis la mise en évidence des zones aux temps de résidence les plus longs, et par conséquent, la prédiction des aires de stagnation d’éventuels polluants dans la colonne d’eau. Il a été montré que La distribution de ces eFTs et des zones potentielles de stagnation dépendent des forçages physiques appliqués, en particulier des conditions de vent, puis de la marée.Les zones de plus longs eFTs, toutes conditions météorologiques confondues, sont les zones à surveiller en cas de pollution. Cet indicateur constitue donc un outil informatif prévisionnel, facilement et rapidement exploitable dans une approche d’estimation des risques de pollution. La mise en place du couplage entre le module hydrodynamique existant et le module sédimentaire a constitué la dernière phase des travaux de thèse. Une importante phase de test des différentes options de paramétrage a été nécessaire afin de reproduire les caractéristiques sédimentaires mesurées in situ. Plusieurs informations restent manquantes ce qui rend complexe l’utilisation du module à des fins prévisionnelles. La configuration simpliste des simulations lancées, par le temps de calcul impliqué et la complexité du système, demande de futures études approfondies pour améliorer la paramétrisation, l’instauration de différents types de vases (carbonatée et terrigènes) et la prise en compte des phénomènes de houle. Toutefois,l’influence des apports terrigènes sur l’ensemble du domaine modélisé a été mise en évidence, soulevant les potentiels risques de contamination liés à la fixation des contaminants issus de l'activité minière sur les particules déposées.

This thesis presents the adaptation of a hydrodynamic model to the New Caledonian lagoon, a zone where environmental conservation is at stake. The study area, located at the extreme south of the " Grande Terre", is potentially impacted by nickel activity, which can have a significant impact on the terrestrial and marine ecosystem. This environmental risk highlights the importance of ensuring not only environmental monitoring operations, but also the construction of forecasting tools, estimation and spatio-temporal management of risks for areas located downstream of mining sites. Hydrodynamic modeling in three dimensions represents such a tool. An entire phase of the thesis was devoted to the elaboration of a network of measurements and the acquisition of physicochemical and sedimentary measurements. This data is essential for the creation and parameterization of the model. The comparison between in situ observations and model results also allows the evaluation of its ability to reproduce the movement of water masses and thus, its reliability. Once adapted to the study area, the MARS3D model was implemented to study the dispersion of a dissolved material (tracer) discharged by the river. The tracking of this tracer, under the influence of various physical forcings, made it possible to apprehend the fate of dissolved pollutants (heavy metals or chemical contaminants) resulting from the mining industry. The simulations contributed to the interpretation of the data, in the light of the different physical forcings applied in isolation. The predominant role of the wind in relation to tidal currents and river flows has been highlighted in the dispersion of dissolved matter in the surface layer. One of the objectives of this thesis work has been the development of a digital tool for environmental risk assessment. A residence time characteristic of hydrodynamics, calculated using the model and called the "local e-Flushing time" (eFTs), has therefore been proposed in order to determine the zones of potential stagnation of a dissolved contaminant, as a function of physical and meteorological forcings. This is a time indicator that has been tested several times. The study of this temporal parameter allowed the highlighting of the zones with the longest residence times, and consequently the prediction of the stagnation areas of possible pollutants in the water column. It has been shown that the distribution of these eFTs and potential zones of stagnation depend on the physical forcings applied, in particular the wind conditions, then the tide. The zones of longer eFTs, all meteorological conditions combined, are the zones to be monitored in case of pollution. This indicator is therefore a predictive information tool, easily and quickly exploitable in an approach pollution risks assessment. Coupling between the existing hydrodynamic module and the sedimentary module constituted the last phase of the thesis work. An important test phase of the various parameterization options was necessary to reproduce the sedimentary characteristics measured in situ. Several pieces of information remain missing, which makes it difficult to use the module for forecasting purposes. The simplistic configuration of the simulations launched, by the calculation time involved and the complexity of the system, requires future in-depth studies to improve the parametrization, the introduction of different types of vases (carbonate and terrigenous) and the taking into account of the phenomena of swell. However, demonstration has been made of the influence of terrigenous inputs on the whole area considered, and the anthropogenic influence of particles on the sediment, until then considered intact of any pressure of mining activity.