Caractérisation géochimique et datation des circulations d'eaux profondes dans la zone critique : cas du bassin versant du Strengbach

Geochemical characterization and dating of deep water circulation in the critical zone : case of the Strengbach catchment

• Auteur / Autrice : Coralie Ranchoux
• Direction : François Chabaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance le 25/05/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'hydrologie et de géochimie de Strasbourg (1997-2020)
• Jury : Président / Présidente : Luc Aquilina
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Désirée Schmitt, Sophie Rihs
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Condomines, Emmanuelle Petelet-Giraud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux souterraines

Interaction eau-roche

Géochimie isotopique

Mots clés libres

Bassin versant du Strengbach

Eaux souterraines

Datation des eaux aux CFCs

14C et 4He

Interactions eaux-roches

Isotopes du Strontium et du Néodyme

Strengbach catchment

Groundwater

Dating water (CFCs, 14C and 4He)

Water-rock interactions

Strontium and Neodymium isotopes

Résumé

Le travail de thèse porte sur la caractérisation géochimique et la détermination des temps de résidence des eaux circulant dans la partie profonde du substratum du bassin versant du Strengbach. Le travail s’appuie sur l’étude comparée des variations chimiques, isotopiques (87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd et (234U/238U)) et des geochronomètres des eaux (CFC-SF6, 14C, 4He) d’échantillons de sources, de piézomètres (15 m de profondeur) et de forages profonds. Les résultats mettent en évidence deux types d’eaux, avec des eaux peu chargées en surface (eaux de sources et de piézomètres) et des eaux plus chargées en profondeur, au regard des principales fractures. L’origine de ces différences a été discutée en termes de variation des temps de résidence et d’un point de vue des interactions eaux-roches. Cette étude a montré qu’un facteur important expliquant ces différences est le temps de résidence des eaux, avec des eaux récentes dans le système superficiel et des eaux anciennes (sup. à 1000 ans) dans le système profond. L’analyse isotopique a montré que les signatures Sr-Nd des différentes masses d’eaux peuvent, au premier ordre, s’expliquer par la dissolution des pôles phosphates-plagioclase-biotite classiquement utilisés sur le bassin. La variation entre les différentes eaux profondes suggère des interactions avec des minéraux secondaires spécifiques pour chacune des eaux.

The PhD thesis concerns the geochemical characterization and the determination of the residence times of the water circulating in the deep part of the substratum of the Strengbach catchment. The work is based on the comparative study of chemical, isotopic variations (87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd and (234U/238U)) and water geochronometers (CFC-SF6, 14C, 4He) of samples from spring, piezometers (15 m deep) and deep boreholes.The results highlight two types of water, with lower cationic loads for surface waters (spring and piezometer water) than deep water, sampled in front of the main fractures. The origin of these differences has been discussed in terms of variation in residence times and from a point of view of water-rock interactions. This study has shown that an important factor explaining these differences is the residence time of waters, with recent waters in the surface system and old waters (more than 1000 years) in the deep system. The isotopic analysis has shown that the Sr-Nd signatures of the different water can, at first order, be explained by the dissolution of the phosphate-plagioclase-biotite end-members conventionally used on the catchment. The variation between the different deep waters suggests interactions with specific secondary minerals for each of the waters.