The sustainable management of aquifers is a growing problem since the end of the 20th century. For groundwater withdrawals to be considered as sustainable, the capture of environmental flow should remain acceptable over a long-term period. Groundwater modeling is an essential tool to move from a reactive management to an anticipatory approach. Hydrodynamic parameters characterizing the aquifers are often poorly constrained by prior information or history matching. The estimation of these parameters by inverse modeling suffers from the non-uniqueness of the solution. This is an issue when predicted values by groundwater model are used to define legal frameworks. A simplified approach for the quantification of uncertainties (linear analysis) is presented as a pragmatic alternative to stochastic methods that cannot be applied to operational groundwater management models. The implementation of a pilot experimental station brings possibility to evaluate different approaches for the estimate of groundwater recharge and hydrodynamic parameters estimation in order to reduce the uncertainty of groundwater management models. A 1D coupled soil-surface model was used to demonstrate that, in the studied context, matrix potential measurements alone appear as sufficient to constrain coupled model-based estimates of recharge. In addition, a joint interpretation of an unconfined aquifer-test and water table fluctuations has been conducted. Reliable estimates of groundwater recharge can be obtained from water level records when considering long recharge events and a consistent value of drainable porosity. This thesis highlights (i) the necessity to use algorithmic methods for parameters estimation and uncertainty quantification for a groundwater management model; (ii) the interest of different methods to collect reliable hydrodynamic parameters and groundwater recharge estimation. This work can be used to support a monitoring network for parameters estimation at a basin scale.

La gestion durable des aquifères est une problĂ©matique grandissante depuis la fin du 20ème siècle. L’exploitation d’une ressource en eau souterraine est qualifiĂ©e de durable lorsque la capture des flux environnementaux est considĂ©rĂ©e comme acceptable sur le long terme. La modĂ©lisation hydrodynamique s’impose comme un outil indispensable pour remplacer une gestion rĂ©active par une approche anticipative. Les paramètres hydrodynamiques qui caractĂ©risent un aquifère et contrĂ´lent les variables de sorties des modèles hydrodynamiques sont souvent mal connus. L’estimation de ces paramètres par la modĂ©lisation inverse souffre de la non-unicitĂ© de la solution optimale. Une approche simplifiĂ©e pour la quantification des incertitudes (analyse linĂ©aire) est prĂ©sentĂ©e comme une alternative pragmatique Ă  des mĂ©thodes stochastiques inapplicables pour des modèles opĂ©rationnels. A partir de la rĂ©alisation d’une station expĂ©rimentale pilote, diffĂ©rentes mĂ©thodes (parfois complĂ©mentaires) ont Ă©tĂ© Ă©valuĂ©es pour contraindre la recharge mĂ©tĂ©orique et les propriĂ©tĂ©s hydrauliques d’un aquifère afin de rĂ©duire l’incertitude prĂ©dictive. La rĂ©alisation d’un modèle vertical couplĂ© sol-surface a permis de dĂ©montrer que, dans le contexte Ă©tudiĂ©, la tension matricielle apporte suffisamment d’informations afin de contraindre la recharge prĂ©dite. Une interprĂ©tation conjointe d’un essai de nappe libre et des fluctuations piĂ©zomĂ©triques a permis une estimation intĂ©grĂ©e de la recharge et des paramètres hydrodynamiques de la nappe libre. Ce travail de thèse a ainsi permis (i) de dĂ©montrer l’intĂ©rĂŞt de disposer de mĂ©thodes algorithmiques pour la calibration et la quantification des incertitudes paramĂ©triques pour un modèle hydrodynamique de gestion ; (ii) de mener une rĂ©flexion mĂ©thodologique sur l’utilisation de mĂ©thodes existantes afin d’apporter de l’information complĂ©mentaire fiable sur les paramètres hydrodynamiques ainsi que sur la recharge mĂ©tĂ©orique. Ce travail offre des perspectives quant Ă  la mise en place d’un rĂ©seau de suivi complet Ă  l’échelle d’un bassin hydrogĂ©ologique.