Panta rhei, "tout coule", disait Héraclite il y a 2500 ans pour décrire une nature en perpétuel changement. Si cet aphorisme fait écho aux changements globaux, il reflète également une grande ambiguïté : les systèmes hydrologiques paraissent simples, "tout coule", mais s’avèrent toujours plus complexes lorsqu'on essaie de différencier et caractériser les flux en détail. L'hydrologie a ainsi développé une pluralité de modèles qui témoignent de la complexité des systèmes hydrologiques et de la variété de leurs représentations causales, des plus simples aux plus sophistiquées. Au-delà d'une complexité subjective liée à notre difficulté à comprendre ou au souci du détail, les systèmes hydrologiques présentent également une complexité intrinsèque. Citons la nonlinéarité des processus et des interactions entre les variables, le nombre de variables au sein du système, ou dimension, et la façon dont elles s'organisent pour simplifier ou compliquer davantage la dynamique du système.

La thèse aborde ces aspects de la complexité hydrologique. Une analyse épistémologique et historique du concept de causalité explore la compréhension humaine des systèmes hydrologiques. Basée sur des approches empiriques appliquées au système karstique de la Lhomme à Rochefort en Belgique, la thèse étudie ensuite les méthodes pour analyser la nonlinéarité de la dynamique de tarissement de la Lhomme et l'associer à la complexité géomorphologique du bassin versant. La thèse aborde en outre la discrimination des comportements dynamiques dominants dans le continuum hydrologique du sous-sol à Rochefort en se basant sur un modèle de résistivité électrique et des méthodes de classification automatique regroupant des séries chronologiques en fonction de leur similarité. Finalement, l’étude cartographie l'organisation du système karstique de Rochefort en détectant les interactions causales entre les dynamiques de la résistivité du sous-sol et les percolations mesurées dans les grottes par des méthodes d'analyse de séries chronologiques et d'inférence causale.

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