Groundwater systems are components of the Critical Zone, in dynamic balance with the climate and human pressure. Water and heat fluxes control biogeochemical processes and regulate both resource potential and system vulnerability. Evaluating system responses to climate and land use changes requires an estimation of subsurface structure, flow dynamics, and the spatial distribution of recharge and discharge zones. Classical hydrological data, such as water levels and river discharge, are commonly coupled with unconventional methodologies, including heat tracing, electrical resistivity tomography, and surface wave analysis. Their coupling via time-lapse monitoring and inversion frameworks enables the characterization of thermal, electrical, and mechanical interactions, thus encouraging a transition from static structure description to transient representations of groundwater. We identify key challenges, including data limitations, model uncertainty propagation, and the integration of transient variables and parameters into inversion workflows. Petrophysical and geostatistical approaches help overcome these issues by coupling geophysical and groundwater models, quantifying spatio-temporal uncertainties, and addressing scale change. Finally, choices regarding experimental design, parameter reduction, dimensionality, model hypotheses, and inversion scale must be assessed to balance parsimony with model accuracy. These developments underscore the central role of hydrogeophysics in advancing Critical Zone science and sustainable groundwater management. Emphasizing transient processes is essential for capturing how subsurface systems evolve over time in response to environmental changes. Les aquifères constituent une composante majeure de la Zone Critique, en équilibre dynamique avec le climat et les pressions anthropiques. Les flux d’eau et de chaleur contrôlent les processus biogéochimiques et déterminent la vulnérabilité et le potentiel de la ressource. Aux données hydrologiques classiques s’ajoutent des méthodes d’imagerie géophysique permettant de visualiser l’eau dans le sous-sol. Le traçage thermique, la tomographie de résistivité électrique et l’analyse d’ondes de surface fournissent des images tridimensionnelles dont la répétition temporelle conduit à une imagerie 4D, révélant la dynamique transitoire des aquifères et les variations de stockage d’eau et de chaleur. Plusieurs défis persistent : la rareté des données, la propagation des incertitudes et l’intégration des paramètres transitoires dans les schémas d’inversion. Les approches pétrophysiques et géostatistiques contribuent à y répondre en couplant modèles géophysiques et hydrogéologiques, en quantifiant les incertitudes et en traitant les changements d’échelle. Les choix liés à la conception expérimentale, à la réduction des paramètres et aux hypothèses de modélisation doivent également être évalués pour assurer un compromis entre parcimonie et fiabilité. Ces développements confirment le rôle central de l’hydrogéophysique pour analyser l’évolution des aquifères, renforcer la surveillance des nappes et soutenir une gestion durable compatible avec la transition énergétique. Ils contribuent également à améliorer la compréhension des cycles biogéochimiques et de l’évolution des structures et propriétés de la Zone Critique.
Rivière et al. (Tue,) studied this question.