Faculté des sciences

Scaling behaviours of karst networks around Tulum (Mexico) : characterization, model and application

Hendrick, Martin ; Renard, Philippe (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2016.

La compréhension de la structure et du comportement à grandes _échelles des réseaux karstiques reste une question en suspens, bien que, la caractérisation de ces systèmes soit de première importance pour de nombreuses raisons pratiques liées à l'exploitation et à la préservation de la qualité de l'eau. L'objectif de cette thèse est d'étudier les propriétés invariantes... Plus

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    Résumé
    La compréhension de la structure et du comportement à grandes _échelles des réseaux karstiques reste une question en suspens, bien que, la caractérisation de ces systèmes soit de première importance pour de nombreuses raisons pratiques liées à l'exploitation et à la préservation de la qualité de l'eau.
    L'objectif de cette thèse est d'étudier les propriétés invariantes d'échelles des réseaux de karsts localisés dans la région de Tulum (Mexique). Nous avons mis en évidence la structure fractale de ces systèmes. Cette caractérisation nous a permis de construire un modèle réaliste de réseaux karstiques. Ce modèle nous apprend que la structure des réseaux de Tulum est telle qu'elle tend à minimiser l'énergie dissipée par friction dû à l'écoulement de l'eau tout en gardant une taille totale restreinte. Le modèle développé est ensuite utilisé pour étudier le transport de polluant et la vulnérabilité de la région de Tulum.
    Summary
    An unsolved problem in the field of karst networks is to understand and describe their large scale behaviours. The characterization of the structure of karst systems is crucial for many practical purposes, as for example, ground surface stability assessment and water resource management. However, there is no general framework that allows to fully characterize and model a network.
    Natural systems often present scale invariant features. The objective of this thesis is then to initiate the characterization and the modelling of karstic structures based on scale invariances. We study, at different length scale, the properties of the mapped karst networks in the region of Tulum, Mexico. We find that these networks are well defined fractal structures. Based on this characterization, we build a model that is able to generate networks exhibiting similar scale invariances than those observed. We make the assumption that Tulum's karstic networks are structures that dissipate a minimal amount of energy due to friction forces for a minimal number of conduits. In the examined region around Tulum, there are still several unexplored areas where we expect to find similar karstic networks. Therefore, in a second step, our model is used to generate realistic networks that could be located in these zones. The aim of this last part is to simulate the networks in a region where they are unknown as a prerequisite to assess the aquifer's vulnerability which suffers from the development of tourism.