Mise en place d’un modèle d’écoulement conceptuel

Sur la base des paramètres physico-chimiques des eaux souterraines, des âges apparents et des différentes situations lithologiques, il est possible de définir trois modes d’écoulement différents pour les sources et deux pour les forages (Figure III-26).

Pour les sources :

 1) Dans la roche fissurée, quand elle est à l’affleurement, l’eau est faiblement minéralisée et l’âge apparent est jeune. Le modèle exponentiel est le plus approprié avec un MRT autour de 10 ans. La nappe est libre et le flux d’eau souterraine est rapide au travers des fissures et fractures des gneiss et paragneiss. La minéralisation est faible, du fait du temps de contact eau-roches court et de la faible solubilité des matériaux interceptés (Figure III-26-1).

 2-a) Dans les altérites, les eaux des sources sont plus minéralisées que celles issues de la roche fissurée à l’affleurement et les temps de séjour peuvent être plus longs. Le modèle mélange binaire ou le modèle piston sont possibles. Dans le cas d’un mélange binaire, la couche d’altérites n’est pas assez développée pour engendrer une barrière hydraulique entre les deux horizons (altérites et roche fissurée). Cette couche peut alors être considérée comme un horizon de transition. Cette configuration permet un mélange entre des eaux infiltrées dans un horizon altéritique peu développé et des eaux plus anciennes circulant dans la roche fissurée sous jacente. L’eau plus ancienne est plus minéralisée du fait d’un temps de transit et donc d’une durée d’interaction eau-roches plus importante. La géochimie globale du mélange est fortement influencée par cette eau ancienne. La minéralisation globale et les concentrations en éléments terrigènes sont donc plus fortes (Figure III-26-2 a).

 2-b) Si les altérites sont assez développées, le mélange entre les deux niveaux d’écoulement est impossible. Le flux d’eau souterraine prend alors place uniquement dans les altérites à travers des chemins d’écoulements isolés avec des temps de séjours variables (modèle piston de 11 ans à 22 ans ; Figure III-26-2 b) et des minéralisations positivement corrélées à l’âge apparent.

Pour les forages :

 3) Le modèle piston est le plus réaliste pour les forages qui captent les eaux les plus minéralisées. Dans ce contexte, la nappe captée est semi-captive. Les essais de pompages conduits en 2010 dans les ouvrages Ip2, Osp9 et Pe4 le confirment. Les forages exploités n’ont pas fait l’objet d’essais de pompages. Les écoulements se font ici dans la roche fissurée et/ou dans les altérites, mais sans mélange entre les deux. La couche d’altérites est alors assez développée (en terme d’épaisseur comme en terme de degré d’altération) pour empêcher les mélanges. Le temps de séjour est long (26 à 42 ans) dans le cas d’écoulements dans la roche fissurée enfouie (Figure III-26-3). L’âge apparent observé ici peut être relié à celui de la proportion ancienne des mélanges binaires dans les eaux de sources (25 ans à plus de 50 ans ; Figure III-26-2 a).

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L’âge apparent est plus faible dans le cas de circulations dans la couche d’altérites sus-jacentes (10 ans dans le forage AR3). Le temps de contact entre l’eau et la roche définit en partie la minéralisation des eaux. Les minéralisations plus élevées dans les ouvrages forés dans les cipolins sont attribuées aux matériaux en présence, mais le fonctionnement est similaire.

 4) La dernière catégorie concerne les forages interceptant des mélanges d’eau (Figure III-26-4). Dans cette situation, les modalités d’écoulement sont similaires à celles observées pour les eaux de sources issues de mélanges binaires (Figure III-26-2 a). La minéralisation globale du mélange est définie par la minéralisation des deux pôles et leurs proportions. Ainsi, une faible proportion d’eau ancienne très minéralisée résulte en un mélange global présentant une forte conductivité électrique comparée à celles généralement observées sur le massif de l’Ursuya.

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Figure III-26. Modèle conceptuel des écoulements souterrains dans les altérites et les gneiss et paragneiss du massif de l’Ursuya. Des détails sont donnés dans le texte.

184 4. BILAN

La comparaison de la géochimie de l’eau de recharge avec celle des aquifères est un outil pertinent permettant de préciser les caractéristiques globales des écoulements souterrains. Dans cette étude, la stabilité du signal géochimique des eaux souterraines s’explique par des conditions de mélanges au sein de l’aquifère de l’Ursuya permettant un lissage des variations chimiques et isotopiques observées dans la pluie.

A l’échelle du cycle hydrologique, les principales différences observées entre le signal d’entrée et les eaux souterraines sont en grande partie expliquées par un gradient altitudinal des compositions isotopiques, une recharge préférentielle en hiver et en automne, des interactions eau-roches et des influences anthropiques plus ou moins importantes, et l’existence de processus physico-chimiques d’oxydo-réduction au sein du milieu souterrain comme le phénomène de dénitrification.

Dans un second temps, l’utilisation combinée des CFCs et SF6 pour dater des eaux souterraines au temps de séjour peu élevés (quelques années à quelques décennies) s’avère être une approche adaptée, même dans le cas de scénarios de mélanges complexes et avec une faible densité de points de prélèvements. Une caractérisation géologique et hydrogéologique est cependant un pré-requis indispensable pour mener de telles investigations. Le couplage de ces données de datation aux mesures géochimiques et isotopiques fourni des informations précises et précieuses sur les différents modes d’écoulement en présence, en particulier dans le cas d’un système mal connu comme celui de l’Ursuya.

La division des aquifères cristallins selon le profil d’altération décrit dans le Chapitre 1, impacte fortement les conditions hydrodynamiques des circulations d’eaux souterraines. Ainsi, la présence de matériaux d’altération engendre des temps de séjour et des minéralisations plus importants. Le degré d’altération est également un facteur primordial puisque de lui dépend la probabilité de mélanges d’eaux entre les différents horizons de l’aquifère composite. Les écoulements au sein de la roche fissurée sont gouvernés par ces hétérogénéités, fractures et fissures en particulier. En dépit des difficultés d’accès à des informations précises sur ces aspects, des modes d’écoulements différents ont malgré tout été mis en évidence dans cet horizon. Ainsi, lorsqu’il est à l’affleurement, l’eau y circule rapidement et elle est peu minéralisée. Lorsqu’il est captif, les temps de séjour sont plus longs, les minéralisations plus fortes et des mélanges sont possibles avec les écoulements dans les altérites sus-jacentes.

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Chapitre IV. Vers une vision