Comprendre l’eau pour mieux la protéger : les travaux du centre de Géosciences

L’eau, un système dynamique et invisible

Quand on parle de ressource en eau, on pense spontanément aux rivières, aux lacs ou aux nappes phréatiques. Mais ces compartiments ne fonctionnent jamais isolément. L’eau circule en permanence entre la surface, le sous-sol, l’atmosphère et les écosystèmes vivants, en transportant avec elle de la matière, de l’énergie et des éléments chimiques. 

C’est précisément à cette vision intégrée de l’eau que s’attache Nicolas Flipo. Hydrologue et hydrogéologue de formation, il étudie le devenir de la ressource en eau dans les territoires, les échanges entre eaux de surface et eaux souterraines, les processus biogéochimiques qui s’y déroulent, et leur réponse aux forçages climatiques et anthropiques. L’objectif : fournir des outils scientifiques robustes pour éclairer les décisions publiques et accompagner la transition vers une gestion plus durable de l’eau. 

Changement climatique : des effets profonds sur les nappes souterraines

Parmi les questions majeures abordées récemment figure celle de l’impact de la variabilité climatique à long terme des nappes phréatiques. Une étude récente, menée en collaboration avec M2C – Morphodynamique continentale et côtière – UMR 61430,  CNRS – Université de Rouen Normandie, montre que les fluctuations climatiques interannuelles et décennales peuvent entraîner des variations de plusieurs mètres du niveau des nappes dans le bassin de la Seine.

Ces résultats sont essentiels : ils révèlent que de subtils changements dans la variabilité des pluies peuvent accroître la fréquence et la sévérité des sécheresses souterraines ou, au contraire, des inondations liées aux nappes. Mieux comprendre ces mécanismes permet d’anticiper les risques futurs et d’adapter la gestion de l’eau potable, de l’agriculture ou des infrastructures.

La vie microscopique de l’eau : un enjeu climatique et écologique

Les capteurs in situ permettent aujourd’hui de mesurer à haute fréquence la qualité de l’eau, notamment l’oxygène dissous dans les rivières. Ces données sont précieuses, mais les modèles classiques supposent souvent des paramètres biologiques constants, alors que l’activité des microorganismes varie dans le temps.

Pour répondre à cette limite, dans le cadre de travaux pluridisciplinaires menés au Centre de Géosciences, en collaboration notamment avec Thomas Romary et les doctorants Shuaitao Wang et Masihullah Hasanyar, le logiciel ProSe-PA a été mis au point. Cet outil singulier permet, grâce à des méthodes d’assimilation des mesures d’oxygène dissous avec le modèle biogéochimique RIVE, d’estimer l’évolution des propriétés physiologiques des communautés de microorganismes présentes dans les eaux des fleuves, comme le phytoplancton et les bactéries.

Cette approche améliore significativement la simulation de l’oxygène dissous, en particulier lors des proliférations algales, avec des paramètres cohérents avec la littérature scientifique. Des pistes d’amélioration subsistent toutefois pour mieux intégrer les capteurs de dernière génération pour un suivi plus précis des flux de matière organique qui constitue l’un des moteurs de l’activité des microorganismes, influençant fortement les concentrations en oxygène en période de bas débit.

Observer, partager, décider : une science au service de la société

Au-delà de la recherche fondamentale, Nicolas Flipo s’investit dans des dispositifs d’observation innovants, comme l’écosystème MOLONARI, qui mesure in situ les échanges d’eau et d’énergie entre les rivières et leur lit. Il a également contribué à la mission satellitaire internationale SWOT (NASA/CNES), destinée à observer les eaux de surface à l’échelle planétaire.

Cette articulation entre observations, modélisation et dialogue avec les acteurs publics illustre l’engagement de Mines Paris – PSL : produire une science rigoureuse, ouverte et utile, capable d’éclairer les choix collectifs face aux défis de l’eau.

Mieux comprendre l’eau pour mieux la préserver

À l’heure du changement climatique et de la raréfaction de certaines ressources, les travaux de Nicolas Flipo rappellent une évidence scientifique et sociétale : on ne protège bien que ce que l’on comprend. En révélant les dynamiques cachées des hydrosystèmes, Mines Paris – PSL contribue activement à construire une gestion de l’eau plus résiliente, à la hauteur des enjeux du XXIᵉ siècle.

Pour aller plus loin :

Lisa Baulon, Manuel Fossa, Nicolas Massei, Nicolas Flipo, Nicolas Gallois, et al.. Sensitivity of groundwater levels to low-frequency climate variability in a large watershed. Science of the Total Environment, 2024, 957, pp.177636. ⟨10.1016/j.scitotenv.2024.177636⟩. ⟨hal-04807953⟩

Shuaitao Wang, Nicolas Flipo, Josette Garnier, Thomas Romary. Bayesian inversion of bacterial physiology and dissolved organic carbon biodegradability on water incubation data. Science of the Total Environment, 2024, 955, pp.177252. ⟨10.1016/j.scitotenv.2024.177252⟩. ⟨hal-04765188⟩

Shuaitao Wang, Vincent Thieu, Gilles Billen, Josette Garnier, Marie Silvestre, et al.. The community-centered freshwater biogeochemistry model unified RIVE v1.0: a unified version for water column. Geoscientific Model Development, 2024, 17 (1), pp.449-476. ⟨10.5194/gmd-17-449-2024⟩. ⟨hal-04456280⟩

Shuaitao Wang, Nicolas Flipo, Thomas Romary, Masihullah Hasanyar. Particle filter for high frequency oxygen data assimilation in river systems. Environmental Modelling and Software, 2022, 151, pp.105382. ⟨10.1016/j.envsoft.2022.105382⟩. ⟨hal-03635705⟩

Carte : Gallois, N. (2024). Modélisation des pollutions diffuses d’origine agricole sur le territoire Seine-Normandie – Actualisation des modélisations de l’état de pollution nitrique des masses d’eau souterraine en prévision de l’état des lieux 2025 de l’Agence de l’Eau Seine-Normandie. Rapport technique d’étude R11012024NGAL, ARMINES/Mines Paris, PSL Université, Centre de Géosciences, 146 p.

Dépot git des logiciels open-source :

• CaWaQS
• ProSe-PA