Etude des modes d'acquisition de la signature isotopique en carbone des eaux souterraines et préservation du signal environnemental lors de la recharge des aquifères

par Marina Gillon

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Hydrogéologie


  • Résumé

    La gestion des ressources en eau souterraine consiste en partie à l’estimation du temps de séjour de l’eau dans l’aquifère. La décroissance radioactive du 14C au cours du temps est une méthode couramment utilisée. Cependant, elle repose notamment sur l’estimation de l’activité 14C (A14C) initiale des eaux souterraines. L’eau se minéralise en carbone lors de son transfert à travers la zone non saturée (ZNS) par interaction avec le CO2 et la matrice carbonatée, interactions qui font l’objet de cette étude. Un équipement spécifique au prélèvement du gaz, de l’eau et de la matrice a été mis en place sur deux sites d’étude en France, les sables de Fontainebleau non carbonatés (Yvelines) et les sables astiens carbonatés (Hérault). Les mesures in-situ sont couplées à une approche numérique afin de mieux contraindre les différents facteurs à l’origine de la composition isotopique du CO2 à la base de la ZNS. En l’absence de carbonates, le 13C du CO2 dépend du 13C moyen du CO2 produit, des quantités de CO2 produit et du coefficient de diffusion du CO2. Les variations saisonnières du 13C du CO2 en sub-surface tendent à disparaître en profondeur. Avant 1950, l’A14C du CO2 peut être considérée égale à celle du CO2 atmosphérique. Après 1950, suite aux essais nucléaires atmosphériques, elle est intermédiaire entre celle du CO2 atmosphérique et celle de la matière organique à taux de renouvellement rapide. En présence de carbonates, le 13C du CO2 augmente (l’A14C diminue) avec la profondeur. Cette évolution dépend du flux de précipitation/dissolution des carbonates, des quantités de CO2 produit et du coefficient de diffusion du CO2 dans la ZNS.

  • Titre traduit

    Study of groundwater carbon isotopic composition origins and environmental signal transfer during aquifer recharge


  • Résumé

    The management of groundwater needs the estimation of the water residence time in aquifers, that can be done through the measurement of 14C radioactive decay of the Total Dissolved Inorganic Carbon (TDIC). This approach requires the knowledge of the TDIC 14C initial activity in recharge water. The groundwater mineralisation occurs in the Unsaturated Zone (UZ), where water interacts with CO2 and carbonates (if existing). We focus here on these interactions between both CO2, TDIC and carbonates. Two UZ have been investigated in France: the carbonate-free Fontainebleau sands and the carbonated Astian sands. Each site is equipped with a specific and experimental equipment to collect groundwater, UZ water, gas and solid matrix (organic matter and carbonate). The field-data are completed by a numeric approach in order to evaluate the different factors that define the CO2 isotopic composition at the bottom of the UZ. The 13C of CO2 depends on the mean 13C of produced CO2, the amount of produced CO2 and the diffusion coefficient of CO2. Subsurface seasonal variations of 13C disappear with depth. Before 1950, the 14C activity of CO2 can be assumed equal to atmospheric 14C level. After 1950, due to the atmospheric nuclear test, it depends on 14C activity of young organic matter and atmospheric CO2. The presence of carbonates leads to a 13C-enrichment of and a 14C-depletion of CO2 with depth, depending on the carbonate precipitation/dissolution flux, the amount of produced CO2 and the diffusion coefficient of CO2.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-230 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 145-155

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2008)38
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