Modalités d’écoulement des eaux et processus de transfert de polluants au sein des aquifères carbonatés

AUTEUR: Célestine Delbart

RESUME: La protection des aquifères carbonatés fracturés et/ou karstiques de par leur utilisation majoritaire pour l’alimentation en eau potable et du fait de leur forte vulnérabilité aux pollutions est un axe majeur de recherche actuellement. En effet, un aquifère carbonaté fracturé karstique se caractérise par la présence d’une distribution des porosités (porosité de matrice, fracture et conduit) qui génère une forte hétérogénéité spatiale et temporelle des modalités d’écoulement et des vitesses de transferts. Ainsi, comprendre et définir les modalités d’écoulement de l’eau souterraine et des solutés au sein de ce type d’aquifère nécessite (i) de discrétiser les masses d’eau présentes dans l’aquifère en fonction de leur origine et de leur vitesse de transfert et de déterminer la contribution de chacune d’elle, (ii) de caractériser la variabilité spatiale et temporelle des différents types d’écoulement.  Pour répondre à cette problématique, l’approche adoptée dans ces travaux de recherche a consisté à caractériser géochimiquement et hydrodynamiquement ces différentes masses d’eau. Deux méthodes complémentaires ont été utilisées : (i) l’analyse de chroniques piézométriques et débitmétriques à partir d’outils de traitement du signal et (ii) la caractérisation géochimique et isotopiques des eaux souterraines basée sur l’utilisation d’une large palette de traceurs (paramètres physico-chimiques, anions et cations majeurs, isotopes stables de l’eau, δ13C, tritium, CFCs, SF6, 3H/3He, 85Kr, 39Ar). Ces travaux de recherche mettent en évidence que l’utilisation de traceurs géochimiques est un outil adapté afin de déterminer l’origine des masses d’eau et de polluants, de déterminer la proportion des différentes masses d’eau mais également leur temps de résidence et donc leur vitesse de transfert au sein d’un aquifère carbonaté. Ces travaux de recherche et notamment le développement d’une nouvelle approche de traitement du signal a permis de souligner la variabilité des porosités mise en jeu lors de l’infiltration au sein de la zone non saturée en fonction des conditions hydrologiques. De plus, ces travaux de recherche ont permis de mettre en évidence que dans le cas des différents sites étudiés, une organisation spatiale des écoulements est présente malgré l’hétérogénéité spatiale des paramètres hydrodynamiques tels que la porosité et la perméabilité. La mise en évidence de cette organisation spatiale des écoulements rapides souligne la faisabilité de l’utilisation de modèles numériques dans le cas d’aquifères carbonatés fracturés peu karstifiés et ce, notamment dans le cadre d’étude de pollution diffuse où l’utilisation d’outils de modélisation pour tester différents scénarios est un atout majeur.

Mots-clefs : Hydrogéologie, aquifères carbonatés, relation nappe-rivière, traceurs géochimiques, traitement du signal, modélisation numérique