Thèse Interactions Entre Transferts Hydrologiques de Surface Recharge des Aquifères et Usages Agricoles de l'Eau - une Approche Interdisciplinaire pour Évaluer les Scénarios Prospectifs des Plaine H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut Agro Montpellier École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau Laboratoire de recherche : G-EAU - Gestion de l'Eau, Acteurs, Usages Direction de la thèse : Gilles BELAUD ORCID 0000000173643195 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59 L'objectif de cette thèse est d'étudier le lien entre les processus hydrologiques de surface, la recharge des nappes phréatiques et l'utilisation de l'eau à des fins agricoles dans des zones d'étude potentielles dans le sud de la France et au Cambodge. Elle vise en particulier à mieux comprendre comment ces processus et les liens qui les unissent sont affectés par les changements climatiques mondiaux actuels ainsi que par les modifications de l'utilisation des sols et la construction d'infrastructures.

Pour atteindre ces objectifs, cette thèse adoptera une approche multidimensionnelle combinant des méthodes numériques et la télédétection. Elle permettra de :
- Caractériser les processus hydrologiques de surface dans les zones d'étude
- Analyser les liens entre les masses d'eau de surface, les zones inondées et la recharge des eaux souterraines
- Explorer les interactions entre les prélèvements d'eau de surface et souterraine pour la production agricole et la recharge des nappes phréatiques à partir des zones irriguées
- Évaluer le rôle des éléments d'infrastructure tels que les canaux et les systèmes d'irrigation
- Évaluer l'impact des facteurs de changement global sur ces processus et leurs interactions

La thèse sera hébergée à l'UMR G-EAU à Montpellier, en France, avec des missions de terrain prévues sur la zone d'étude (environ 25 semaines sur les 3 années de doctorat).
Cette thèse s'intègre dans le thème plus large des adaptations agricoles aux changements globaux à grande échelle. En utilisant une approche de modélisation, elle vise à mieux comprendre l'impact de l'infrastructure d'irrigation sur le cycle de l'eau dans les agrosystèmes, et comment il évoluera dans le cadre des changements futurs, y compris le changement climatique et les transitions d'utilisation des terres. D'une manière générale, il est également lié aux thèmes de la sécurité alimentaire et de la gestion durable de l'eau. En tant que tel, il peut s'inscrire dans le cadre des objectifs de développement durable (ODD) deux (Faim zéro) et six (Eau propre et assainissement) des Nations unies, ainsi que des problèmes non résolus en hydrologie (Unsolved Problems in Hydrology - UPH, Blöschl et al. 2019) n°1 (Le cycle hydrologique s'accélère-t-il/décélère-t-il au niveau régional dans le cadre du changement climatique et environnemental) et n°19 (Comment les modèles hydrologiques peuvent-ils être adaptés pour pouvoir extrapoler à des conditions changeantes).

D'ici 2050, la population mondiale devrait atteindre 10 milliards de personnes, contre 8 milliards en 2022 (World Bank 2024). Cette croissance entraîne une augmentation de la demande de produits agricoles et l'expansion des zones irriguées, d'autant plus que le changement climatique a entraîné des précipitations plus irrégulières ou globalement plus faibles dans de nombreuses régions du monde (Konapala et al. 2020). Les zones irriguées ne représentent que 20 à 25% des terres cultivées, mais plus de 90 % de la consommation d'eau (Hoekstra et al., 2012). En France, par exemple, les zones irriguées reprennent leur expansion, avec une augmentation de 15 % depuis 2010 (Scotti et Loubier 2024), cette tendance étant amenée à se poursuivre avec l'augmentation des besoins en eau du fait des changements climatiques (France Stratégie 2025). Ces zones contribuent de manière significative aux volumes d'eau prélevés et évaporés dans le pays. Dans le même temps, les ressources en eau disponibles sont soumises à une pression accrue, toujours en raison des effets du changement climatique et de l'augmentation des autres usages (Fu et al. 2022). Mehta et al. (2024) ont même constaté que la moitié de l'expansion de l'irrigation au XXIe siècle s'est produite dans des régions qui connaissent déjà un stress hydrique. Dans l'ensemble, cela conduit à des situations de crise dans lesquelles des restrictions de l'utilisation de l'eau, voire des interdictions de prélèvement, deviennent nécessaires, ainsi que la mise en oeuvre d'ajustements structurels ayant des impacts environnementaux controversés.
Dans ce contexte, il est crucial de comprendre l'impact des infrastructures d'irrigation sur le cycle de l'eau et d'adapter leur gestion pour d'une part réduire leur impact négatif, d'autre part, à l'inverse, leur permettre de fournir un certain nombre de services. En particulier, l'impact des infrastructures utilisant les cours d'eau de surface comme source d'eau d'irrigation présente un intérêt certain. Non seulement elles jouent un rôle essentiel pour l'agriculture, mais elles ont également un impact sur le cycle de l'eau local et régional et sur de nombreux services environnementaux associés. Certains de ces services sont bien reconnus et quantifiés, comme la recharge des nappes phréatiques, d'autres le sont moins (comme la biodiversité associée aux infrastructures, liée aux masses d'eau et à la végétation qui en dépend). L'importance d'autres encore est peu explorée, voire controversée, comme les volumes d'eau évaporés dans l'atmosphère par les cultures et les infrastructures, qui pourraient conduire à une augmentation des précipitations locales (McDermid et al. 2023).
La thèse vise donc à :
- caractériser le rôle des infrastructures hydroagricoles sur les flux hydrologiques;
- décrire et quantifier les services environnementaux liés à ces infrastructures;
- modéliser l'ensemble, de façon à permettre d'explorer des scénarios d'évolution (hydroclimatiques, socio-économiques) des territoires.
L'approche générale de cette thèse s'appuiera sur les travaux déjà réalisés à l'UMR G-EAU sur les systèmes irrigués en France, en Afrique du Nord, en Afrique de l'Ouest et en Asie du Sud-Est (Orieschnig et al. 2021, Orieschnig et al. 2022, Vandôme et al. 2025). Il utilisera la caractérisation in situ, la télédétection et la modélisation hydrologique à toutes les échelles.
La zone d'étude prévue est le Delta du Mekong au Cambodge, zone fortement aménagée via des infrastructures d'irrigation et drainage (voire navigation fluviale) affectant fortement les circulations hydrologiques. Cette zone bénéficie d'un programme d'observation hydrologique mené par l'IRD et de travaux de caractérisation de l'aquifère (thèse en cours). En cas d'impossibilité de mener le travail de terrain au Cambodge, un cas d'application est envisagé en France (plaine de la Crau) où un programme de recherche est également mené.
Dans tous les cas, l'objectif est de prendre en compte les développements spécifiques à la région, de les généraliser et de les intégrer dans un outil de simulation utilisé à plus grande échelle.
Pour ce faire, la thèse comprendra trois étapes générales :
1- Caractérisation des systèmes hydrologiques et des flux
Cette partie sera réalisée à partir de bases de données existantes, de travaux de terrain, ainsi que d'analyses spécifiques basées sur la télédétection (croisement d'informations pour détecter les circulations d'eau, les dynamiques de végétation liées aux infrastructures hydroagricoles et à leur gestion, etc.). Cette démarche aboutira à une typologie des unités agro-hydrologiques (chacune intégrant un ensemble de parcelles, de masses d'eau, de réseaux d'écoulement, de règles de gestion, etc.) ). Elle permettra en outre de caractériser les flux hydrologiques à différentes échelles, par exemple en explorant différents produits d'évapotranspiration et en utilisant la télédétection thermique.
2- Développement d'un modèle à base physique
L'objectif du modèle est de représenter les processus hydrologiques à l'intérieur des mailles et les interactions avec l'aquifère (recharge, prélèvements). L'approche consistera à représenter explicitement les connexions entre les unités hydrologiques. Des fonctions de transfert au sein de ces unités seront construites, en vue de simuler les changements temporels (échelle journalière) dans l'ensemble du système.
3 - Simulation et comparaison des évolutions régionales
La dernière composante est l'application du modèle développé pour simuler des scénarios futurs de transitions d'utilisation des terres, de changement climatique, de règles d'allocation de l'eau, etc. Cela permettra d'obtenir une image nuancée du rôle des infrastructures - leur conception et leur gestion - sur le cycle de l'eau et les différents flux dans diverses conditions.

Les compétences requises pour ce projet sont les suivantes
- Une compréhension approfondie des processus hydrologiques à l'échelle locale et régionale et de la manière de les représenter dans les modèles hydrologiques.
- Connaissance des agro-systèmes et de la gestion de l'eau
- Compétences en analyse spatiale
- Compétences de base en codage en R, Python ou autres langages scientifiques.
- Volonté de travailler sur le terrain, y compris à l'étranger
- Curiosité scientifique
- Indépendance, esprit d'initiative et enthousiasme
Les compétences supplémentaires, qui ne sont pas requises mais qui sont utiles, sont les suivantes :
- Télédétection à l'aide de données satellitaires
- Météorologie ou climatologie
- statistiques
- Compétences générales en communication : interactions avec les pairs scientifiques et les parties prenantes, communication écrite et orale.