Apport de la caractérisation de la variabilité des concentrations en radon-222 dans l'eau à la compréhension du fonctionnement d'un aquifère en milieu fracturé de socle : exemple du site de Ploemeur

par Thomas Le Druillennec

Thèse de doctorat en Géosciences marines

Sous la direction de Georges Tymen.

Soutenue en 2007

à Brest .


  • Résumé

    Les aquifères fracturés hétérogènes se développant dans les roches cristallines, telles que les schistes et les granites, assurent 20% de l’alimentation en eau potable de la Bretagne. Ces milieux fracturés présentent une large gamme de perméabilités. Dans ces aquifères, les circulations de fluides et le transport des éléments dissous dans l’eau sont fortement dépendants de la géométrie du réseau de fractures. Une meilleure compréhension du fonctionnement hydrogéologique de ces systèmes est essentielle pour la gestion et la protection de ces ressources en eaux souterraines. Le radon-222 est un gaz rare radioactif dissous dans l’eau et issu de la chaîne de désintégration de l’uranium-238 contenu dans la roche encaissante de l’aquifère. Les concentrations en radon dans les eaux souterraines sont donc susceptibles d’apporter des informations sur la surface de contact entre l’eau et la roche ainsi que d’être utilisés comme ml traceur des échanges hydrauliques entre les différentes zones de l’aquifère. Trois résultats principaux ont été obtenus dans cette étude: 1. Une caractérisation détaillée des activités volumiques du radon dans l’eau de l’aquifère de Ploemeur (Morbihan) a été réalisée. Une variabilité spatiale importante des concentrations en radon dans l’eau a été mise en évidence dans l’aquifère, la gamme de concentrations mesurées s’étendant de 0 à 1500 Bq. L-¹. 2. L’influence de l’épaisseur des fractures sur la quantité de radon dissous dans l’eau a été mise en évidence lors de la modélisation des activités volumiques du radon dans l’aquifère. En effet, les résultats satisfaisants obtenus lors de l’utilisation d’un modèle considérant le réseau de fractures sous la forme, d’une fracture unique semble souligner le rôle prépondérant joué par les propriétés géométriques des fractures. 3. La mesure de la concentration en radon dans l’eau de l’aquifère pendant des essais de pompages a mis en évidence une augmentation de l’activité volumique en radon lorsque les ressources en eau souterraines sont sollicitées. Cette évolution semble liée à l’existence de flux hydrauliques entre les zones très perméables du système, constituées des fractures principales d’épaisseur importante, et les zones beaucoup moins perméables, telles que la matrice rocheuse peu altérée et le réseau de fractures secondaires. La comparaison de la variabilité des activités volumiques du radon dans l’eau avec celle d’autres traceurs a permis de conforter cette hypothèse. En effet, des corrélations ont été établies entre la concentration en radon dans l’eau et le rapport NO3/SO4² ainsi que la teneur en SF6 des eaux souterraines. Les résultats obtenus à l’aide de ces traceurs semblent confirmer une contribution de l’eau contenue dans la matrice rocheuse au flux d’eau circulant dans le réseau de fractures.


  • Résumé

    Heterogeneous fractured aquifers which developed in. Crystalline rocks, such as schist or granite, supply 20% of tap water production cf Brittany. These fractured media present a large range of permeability. In these aquifers, fluid flow and transport cf elements dissolved in water are strongly related on the geometry of the fractured network. Increasing the knowledge of the hydrogeological behaviour of the aquifer is fondamental for the management and the protection of the groundwater resources. Radon-222 is a radioactive noble gas produced from radium-226 further to the radioactive decay of uranium-238; it occurs naturally in ground waters and derives primarily from U-rich rocks and minerais that have been in contact with water. Radon-222 concentrations in waters are hable to provide significant and relevant information on both the geometry of a fracture network and the flow distribution. Furthermore, radon may also be used as a tracer in the aquifer of water exchanges between zones of variable permeability. Three main results were obtained in this study : 1. An accurate characterisation of the radon concentrations in water was carried out in the Ploemeur aquifer (Brittany, France). These results higjilight die variability in die spatial and vertical distributions of ²²²Rn activity in groundwater together with a wide range of concentrations extending from 0 to 1500 Bq. L-¹. 2. The influence of fracture aperture on radon content in -groundwater bas been demonstrated with the modelling of radon concentration. Indeed, the satisfactory results obtained with a simple crack model highlight that the geometry of the fracture network controls the radon activity in groundwater. 3. Thus, the results of pumping tests performed in the boreholes improved our understanding of the system. After the pumping test, an increase of the radon content in groundwater occurred and evidenced a contribution of a radon-rich water to supply tle flow rate that seems to come from the low-permeability rock matrix. Indeed, a water flow seems to occur between the most permeable zones of the aquifer, made up of the main flow pathways, and the zones with low permeability, consisted of the unfractured rock matrix and secondary fractures of lower permeability. Then, we compared the variability of radon volume activity with the evolution of the NO3/SO4² ratio and the SF6 content of groundwater. The results obtained with these tracers seem to allow the hypothesis of a water flux from the rock matrix te the fractured network.

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  • Détails : 1 vol. (254 p.)

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