Datation des eaux de la nappe de la craie (France et Allemagne) : approche chimique et isotopique

par Wolfram Kloppmann

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Sciences de la terre

Sous la direction de Laurent Dever.

Soutenue en 1995

à Paris 11 .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    La présente étude met en évidence l'évolution chimique et isotopique des eaux de l'aquifère de la craie à partir de la zone de recharge jusqu'à la nappe captive profonde dans le centre du bassin de Paris et de l'Allemagne du Nord. Le but principal est l'estimation du temps de résidence des eaux dans l'aquifère par des méthodes indépendantes (isotopes stables de l'eau, tritium, isotopes du carbone, gaz rares). Bassin de Paris : Des apports météoriques (variations de Cl-, SO4^(2-), [delta]^18O, [delta]^2H) et anthropogéniques (NO3-, K+, 3H) ainsi que les interactions eaux-roches (variations de Mg2+, Sr2+, [delta]13C, A14C par dissolution incongruente des carbonates) déterminent la composition des eaux de la nappe libre de la craie. La drainance des eaux des couches tertiaires sus-jacentes constitue une source pour certains éléments majeurs et traces (Ca^(2+), Mg^(2+), Sr^(2+), SO4^(2-), U^T). Il existe dans la nappe de la craie deux domaines d'oxydo-réduction bien individualisés et séparés par une " barrière d'oxydo-réduction ". La nappe profonde montre les signatures chimiques (rapports Mg/Ca, Sr/Ca élevés) et isotopiques (variations de [delta]13C et de A14C) d'une interaction eau-roche extensive par dissolution incongruente qui est liée au temps de résidence de l'eau dans l'aquifère. Les âges radiométriques 14c des eaux estimés à l'aide d'un modèle multi-stage de dissolution de la craie s'étalent entre 0 et 14000 ans b. P. L'incertitude qui pèse sur l'âge des eaux à pu être quantifiée par une approche statistique. Les eaux les plus anciennes portent la signature d'une température de recharge inférieure à celle des eaux récentes (appauvrissement relatif en [delta]18O et en [delta]2H). L'hypothèse d'une composante pleistocène dans les eaux profondes de la craie du bassin de Paris est confirmée par des températures de recharge calculées à partir des teneurs en gaz nobles inférieures à celles des eaux proches de la zone de recharge. Bassin de l'Allemagne du Nord : La forte salinité des eaux profondes de la craie de Lägerdorf (Allemagne) témoigne de l'influence du sel permien sous-jacent. Les variations chimiques et isotopiques en fonction de la profondeur indiquent une stratification dans l'aquifère. La dissolution incongruente des carbonates, les échanges cationiques et les processus de mélange déterminent le caractère de ces eaux. Les mélanges impliquent un pôle " récent " (teneurs en 3H et en N-NO3-) et un pôle " ancien " (âges 14C élevés).


  • Résumé

    The comparative geochemical and isotopic study of confined and unconfined Chalk-groundwater of the Paris basin and of northern Germany proves a significant chemical evolution with groundwater flow from the recharge zone to the deep confined aquifer. A principal aim is the determination of groundwater residence time by several independant methods (stable isotopes of water, tritium, carbon isotopes, inert gages). In the Paris Basin, inputs from the atmosphere influencing Cl-, SO4^(2-), [delta]18O and [delta]2H anthropogenic inputs (N-NO3-, K+, 3H) and incongruent dissolution processes of the chalk matrix determine unconfined groundwater chemistry. Some confined groundwater shows indications of leakage from the tertiary strata affecting in particular Ca2+, Mg2+, Sr2+, SO4(2-) and U^T concentrations. The evolution of Eh, dissolved O2,N-NO3-, FeT and MnT during groundwater flow shows the existence of a "redox barrier" in the confined aquifer seperating oxidizing and reducing groundwaters. Deep groundwaters show signs of extensive water-rock interaction by incongruent dissolution of carbonates (high Mg/Ca and Sr/Ca ratios, 13c enrichement of TIDC) which is directly related to groundwater residence time. Radiocarbon "ages" from recent to 14000 years b. P. Have been determined by a multistep dissolution model adapted to the specific geochemical conditions of the chalk aquifer. Model- inherent uncertitudes of the age determination are quantified by a statistical approach. The oldest groundwaters are significantly depleted in heavy isotopes (18O, 2H) which indicates recharge under cooler climatic conditions. Low noble gas temperatures for this group of waters confirms the hypothesis of a pleistocene component in deep Paris basin chalk groundwater. High salinities of groundwater of the chalk of Lägerdorf (Northern Germany) show the influence of the of the underlying permian salt. The groundwater body seems to be chemically stratified with two with two distinctly different groundwater types. Their chemical character is determined by incongruent carbonate dissolution, cation exchange processes and mixing between recent tritium and nitrate-containing components as well as old saline groundwater showing high radiocarbon ages.

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Informations

  • Détails : 2 vol.(181, 101 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.166-181 (tome I)

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(1995)282(1)
  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(1995)282(2)
  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH2014-012358
  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH2014-012359
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