Origine des composés du soufre et du carbone dans les eaux d'un massif cristallin fracturé : le Mont-Blanc

par Saad Lebdioui

Thèse de doctorat en Géologie appliquée

Sous la direction de Directeur de thèse inconnu.

Soutenue en 1985

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

Le président du jury était Jean-Charles Fontes.

mots clés

• Circulations aquifères
• Milieu fracturé
• Géochimie isotopique
• Analyse en composantes principales
• Mont Blanc, Tunnel du

Résumé

Le tunnel du Mont-Blanc, par son rôle de drain en milieu fracturé et essentiellement cristallin, a permis une étude hydrogéochimique des modalités de circulations et d’acquisition de la charge saline des eaux. Les teneurs en isotopes stables de l’eau : ¹⁸O et ²H montrent que la recharge a lieu sur l’ensemble du massif avec un enrichissement (lié à l’évaporation) vers les extrémités du tunnel. Les variations de l’excès en deutérium (δ²H) des eaux ne sont pas liées à leur concentration en sels, ce qui suggère que l’évaporation a lieu avant l’acquisition de la charge saline. Les teneurs en tritium (³H) des eaux marquent la rapidité des circulations à l’intérieur du système avec une infiltration subverticale (temps moyen de transit = 3 ans, vitesse moyenne 10⁻³mS⁻¹). Les teneurs en isotopes lourds des espèces aqueuses du soufre (³⁴S, ¹⁸O) ont permis d’identifier au moins 3 sources pour les sulfates aqueux avec mélanges : - une composante « météorique » représentée dans les eaux écoulées par les venues dans le granite plus ou moins appauvri en isotopes lourds par rapport au sulfate marin. – une composante « évaporitique » dans les eaux écoulées par les venues dans les schistes internes riches en sulfates. – une composante de type « oxydation de minéraux sulfurés » dans les eaux des venues dans les calcaires riches en sulfate et appauvris en isotopes lourds des sulfates aqueux. Les teneurs en isotopes lourds des espèces aqueuses du carbone (¹³C, ¹⁴C) marquent l’origine de ces composés en solution : - le CO₂ apporté par le sol. Sa minéralisation a lieu aussi bien en présence de minéraux carbonatés (versant italien) qu’en leur absence (versant français). – un CO₂ apporté essentiellement par les gaz d’échappement pourrait être présent vers le centre du tunnel. Les teneurs ioniques et isotopiques des composés soufrés et carbonés en solution mettent en évidence le processus d’oxydation de minéraux sulfurés interférant avec les équilibres calco-carboniques dans les eaux calcaires. Le traitement statistique d’analyses en composantes principales « ACP » permet de caractériser les différentes venues d’eau en relation avec la lithologie de l’encaissant.

Résumé

The tunnel of Mont-Blanc, acts as a drain in fractured and essentially crystalline formation, and has allowed an hydrogeochimical study of the models of water circulations and of acquisition of aqueous salts contents. The stable isotopes contents of water ¹⁸O and ²H shows that the recharge takes place on the whole of the body with an enrichment (linked to the evaporation) towards the extremities of the tunnel. The variations of the deuterium excess are not linked to those of salts contents, and thus, they evaporate before they acquire their salinity. The tritium ³H contents of the water marks the velocity of the circulation into the system, with a subvertical infiltration (average transit time = 3 years, average velocity = 10⁻³mS⁻¹). The heavy isotopes contents in aqueous Sulphur compounds (³⁴S, ¹⁸O) have allowed to recognize at least 3 sources of Sulphur with possible mixings in the water: - A “meteorical” component, represented in the water flowing through the granite, more or less poor in heavy isotopes in comparison with marine sulphates. – An “evaporitical” component, represented in waters flowing through the internal schist rich in sulphates. – A component of the type “oxidation Sulphur bearing minerals” represented in the waters flowing through the limestones rich in isotopically light sulphates. The isotope contents of carbon aqueous compounds (¹³C, ¹⁴C) show their origin: - an organic CO₂ supplied by soils. Its mineralization takes place as well in presence of carbonated minerals (Italian side) than in their absence (French side). – A CO₂ brought essentially by escaped gases would be present towards the center of the tunnel. The isotope and ion contents of aqueous carbon and Sulphur compounds put into evidence the process of Sulphur minerals oxidation witch interfere with the calco-carbonical equilibrium in the waters of the limestones. The statistical treatment of principal component analysis is used for characterizing the different water types the lithology.