Etablissement d'une typologie des eaux thermales par une approche hydrochimique, isotopique et tectonique : exemple du Maroc

Typology establishment of thermal springs by an hydrochemical, isotopic and tectonic approach : example of Morocco

• Auteur / Autrice : Anne Winckel
• Direction : Laurent Dever, Jean-Luc Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux souterraines -- Écoulement

Effet isotopique

Géochimie

Sources thermales

Résumé

L'approche structurale et géochimique des sources thermales marocaines permet d'élaborer des modèles conceptuels du fonctionnement des sources, en tenant compte des problèmes de l'origine des eaux, de l'acquisition de leurs minéralisations et également de leurs modes de circulation. La moitié des sources étudiées émerge dans un contexte plissé de type "thrust and fold belt", les autres étant liées à une intersection de failles. Quel que soit le contexte, la direction moyenne des failles drainantes à l'échelle de l'affleurement est NE-SW. La majorité des eaux circule dans un réservoir carbonaté (calcaire du Lias), néanmoins, les eaux présentent majoritairement un faciès chimique de type chloruré sodique, rendant compte d'un lessivage des évaporites triasiques. Certaines sources ont un faciès bicarbonaté, lié à un apport de C02 d'origine profonde. Pour ces sources, la présence de C02 rend impossible l'estimation des temps de séjour des eaux. Pour les sources non carbogazeuses, l'origine du carbone dissous est double : C02 biogénique et matrice carbonatée. Pour ces eaux, les temps de séjour varient de quelques milliers d'années à plus de 20 000 ans B. P. Les teneurs en isotopes stables (18_O et 2_H) indiquent que les eaux sont d'origine météorique atlantique. L'estimation des altitudes de recharge, couplée aux données géographiques et géologiques permet de déterminer les zones de recharge des eaux qui se situent principalement au sein de la même zone structurale que leur émergence. Sur certains sites, des échantillons de calcite secondaires ont été prélevés dans des fractures drainantes. Les teneurs en 18_O et 13_C de ces calcites indiquent qu'elles sont en majorité d'origine hydrothermale. Les activités carbone-14 indiquent un âge supérieur à 50 000 ans B. P. Les teneurs isotopiques en uranium et thorium de ces calcites donnent quant à elles un âge maximum de 900 000 ans B. P. Les circulations actuelles sont donc non incrustantes et se distinguent de celles ayant conduit aux précipitations de calcite lors du dernier rejet tectonique.

Structural and geochemical investigations of Moroccan thermal springs allow to establish conceptual models of spring circulation, taking into account problems on the water origin, the acquisition of their mineralization, and also on circulation patterns. Half of the studied springs emergences is located in a context of "thrust and fold belt" while the others are linked to faults intersections. In both cases, the waters emerge preferentially along NE-SW trending faults. Although, most of waters circulates in a carbonate aquifer (Liassic limestone), the chemical type of these waters is mainly Na-Cl, linked to the leaching of Triassic evaporitic layers. Some of the springs are HC03-Na type, due to the presence of gaseous C02 of deep origin. In such a case, it was impossible to estimate the residence time of waters due to this 14C-free input. For non-carbogaseous waters, the dissolved carbon comes from both soil biogenic C02 and the carbonated matrix. Their residence time varies from several thousand years to more than 20000 years B. P. The isotopic compositions of springs (18_0 and 2_H) clearly indicate a meteoric origin of waters, coming from the Atlantic Ocean. The estimation of the recharge altitudes, associated with geographical and geological data, has been used to define the recharge areas of spring waters, which are generally located in the same structural area that of their emergences. On some sites, secondary calcite from open faults were analyzed for 18_0 and 13_C compositions highlighting their hydrothermal origin. The radiocarbon ages are at the detection limit of the 14_C method, i. E. About 50 000 years B. P. However, according to the uranium and thorium isotopic contents, these calcites are not older than 900 000 years B. P. This means that the paleocirculations, related to the last tectonic event, which allow for the precipitation of those calcites, were different from present ones.