ÉVOLUTION DES PROFILS DES ÉLÉMENTS MAJEURS EN FONCTION DE LA PROFONDEUR

Pour se rendre compte de la variabilité verticale entre la surface et le lit de la rivière, on peut retracer l'évolution verticale des concentrations en éléments majeurs selon la profondeur (Figure 4-17).

Les deux campagnes de terrains réalisées en avril 2015 ont été faites alors que la rivière présentait des conditions "standard", soit une hauteur d'eau moyenne au niveau de la zone d'étude de 40 centimètres. Le point situé à une profondeur de 0 centimètre correspond à de l'eau prélevée dans la rivière. Les paramètres physico-chimiques indiquent que les conditions ne sont pas les mêmes dans la rivière et dans la zone hyporhéique. Ainsi, la conductivité passe d'une valeur moyenne de 600 µS/cm dans la rivière à près de 1000 µS/cm à partir de 30 cm de profondeur. À l'inverse, le pH diminue entre la rivière et la zone hyporhéique. D'une semaine sur l'autre et en conditions permanentes, l'ensemble des résultats sur les ions majeurs est similaire, ce qui indique que la zone hyporhéique se trouve en conditions d'équilibre.

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Les concentrations en anions et cations majeurs évoluent entre la rivière et la zone hyporhéique : certains présentent une concentration qui augmente avec la profondeur alors que d'autres au contraire voient leur concentration diminuer. Ainsi, les ions bicarbonate, potassium, calcium et magnésium présentent une augmentation de la concentration entre celle mesurée dans la rivière et celles mesurées à différentes profondeurs dans les sédiments. La plupart des courbes croissantes présentent une évolution similaire : un maximum atteint entre 20 et 30 centimètres de profondeur puis une stabilisation de la concentration à plus grande profondeur. Les ions chlorure, sulfate et sodium, quant à eux, présentent une diminution de leur concentration entre la rivière et la zone hyporhéique. Il a été impossible de tracer la courbe d'évolution des nitrates, car la plupart des échantillons présentaient une valeur inférieure au seuil de détection. Cependant, les résultats dans la rivière et les premiers centimètres de la zone hyporhéique indiquent que la concentration de nitrates dans la rivière diminue fortement dans la zone hyporhéique, jusqu'à disparaître à partir de 30 centimètres de profondeur. Au niveau de la nappe, on peut retrouver un signal en nitrates non nul sur les échantillons prélevés dans les piézomètres des formations superficielles.

Les zones délimitant les concentrations observées dans la nappe de Beauce montrent que l'on ne peut pas systématiquement relever un passage d'une concentration représentative de la rivière à une concentration représentative de la nappe. Ainsi, la conductivité et la concentration en ions bicarbonate et calcium sont beaucoup plus importantes dans les sédiments que dans la rivière ou dans la nappe de Beauce. Du fait de la diminution du pH dans la zone hyporhéique et de l'augmentation de la concentration en calcium et bicarbonate, on peut penser que la zone hyporhéique présente des conditions favorables à la dissolution du carbonate de calcium. Le calcul des indices de saturation montre également que l'on passe d'un environnement favorable à sa précipitation (avec des indices positifs et relativement élevés) à un environnement plus défavorable. L'augmentation de la conductivité de l'eau porale pourrait donc être expliquée par ce processus de dissolution.

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Figure 4-17 : Évolution des principaux paramètres physico-chimiques et concentrations en éléments majeurs et isotopes stables en fonction de la profondeur dans la zone hyporhéique lors de deux campagnes de terrain en avril 2015. Les valeurs minimales et maximales observées dans la nappe de Beauce sont représentées en pointillés roses. Le dispositif P1, prélevé les 14 et 21 avril, est

représenté par les courbes vertes et bleues. Le dispositif P2, prélevé uniquement le 14 avril, est représenté en rouge lorsque les informations sont disponibles.

On peut donc mettre en évidence plusieurs processus au sein de la zone hyporhéique en régime permanent. Certains ions sont issus des eaux de surface et se rapprochent d'une concentration de nappe avec la profondeur : le chlorure, le sulfate, le sodium, le potassium et potentiellement les nitrates. Ces éléments sont soit conservatifs, et donc inertes au sein de la zone hyporhéique, soit actifs et sont alors peu à peu dégradés. À l'inverse, les changements de paramètres hydrodynamiques comme le pH provoquent une déstabilisation de l'équilibre géochimique et la mise en solution de certains ions par dissolution des carbonates.

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I.4-CONCLUSION

Pour conclure, on peut proposer un certain nombre de processus hydrogéochimiques qui ont lieu au sein de la zone hyporhéique en fonction de la profondeur dont :

i. La dénitrification : la réaction de dénitrification a lieu au sein des formations tourbeuses de la zone d'étude. L'odeur caractéristique du sulfure d'hydrogène a pu être sentie sur le terrain dans les formations tourbeuses, ainsi que dans les sédiments du lit de la rivière.

ii. La dissolution : la dissolution de particules calcaires permet l'augmentation de la concentration en calcium, mais aussi en magnésium, dont le pic de concentration entre 20 et 30 cm de profondeur est similaire sur les deux profils.

iii. La réduction du sulfate : cet élément est présent dans les premiers centimètres mais sa concentration diminue fortement lorsque la profondeur augmente.

iv. La respiration/dégradation de la matière organique : dans les formations tourbeuses, cette réaction permet la dégradation progressive de la matière organique en présence d'oxygène. La dégradation n'est pas complète si la quantité d'oxygène devient insuffisante. D'autres réactions anaérobies peuvent alors se mettre en place. Cette réaction s'accompagne en général d'une diminution du pH comme observé ici.

Tous ces éléments sont en accord avec les observations faites sur les différents éléments chimiques. La zone hyporhéique est le siège de nombreuses interactions biogéochimiques, qui modifient l'équilibre et les échanges au sein de cette zone (Figure 4-18). La plupart de ces réactions sont dues aux interactions biogéochimiques, avec un impact majeur de la biodiversité sur les réactions géochimiques possibles.

Figure 4-18 : Schéma récapitulatif des principales réactions biogéochimiques ayant lieu au sein de la zone hyporhéique sur notre site d'étude.

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