Thèse soutenue

Modélisation de l'interaction surface – souterrain du système aquifère Tumbaco - Cumbayá en Equateur, avec une approche hydrodynamique et géochimique
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Auteur / Autrice : Carla J. Manciati
Direction : Christian LeducJean-Denis Taupin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Eaux continentales et Société
Date : Soutenance le 07/07/2014
Etablissement(s) : Montpellier 2
Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR G-eau (Gestion de l'eau, acteurs et usages, Montpellier) - Gestion de l'Eau- Acteurs et Usages / UMR G-EAU
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Leduc, Jean-Denis Taupin, Moumtaz Razack, Sophie Violette, Séverin Pistre, Yves Travi
Rapporteurs / Rapporteuses : Moumtaz Razack, Sophie Violette

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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L'aquifère Tumbaco – Cumbayá, sujet de la présente étude, se situe dans le contexte typique des aquifères volcano-sédimentaires. Cet aquifère se localise dans la Vallée Interandine, à 15 Km à l'Est de Quito. L'aquifère principal est la formation volcano-sédimentaire Chiche. Il est limité par la rivière Chiche et San Pedro, la faille de Quito et le volcan Pasochoa. Le volcan Ilaló se trouve au milieu de la zone d'étude. Il forme un second aquifère essentiellement volcanique soumis à un géothermalisme lié au volcan, dont la partie enterrée du cône est apparemment au-dessous de la formation Chiche. La couche géologique en surface est appelée Cangahua. Elle recouvre toute la zone et elle est imperméable. L'exploitation des aquifères Chiche et Ilaló a été théoriquement suspendue à partir de 2006, quand des teneurs en arsenic supérieures à la norme de 10 microg/l ont été détectées. Notre objectif est d'améliorer la connaissance du fonctionnement intégral de ce système aquifère en utilisant trois axes principaux de recherche : i) l'hydrodynamique, ii) la géochimie et, iii) les isotopes stables, 18O et 2H, et radioactifs, 3H et 14C.L'hydrodynamique montre que le système aquifère a une saisonnalité très faible. Par ailleurs, les aquifères sont actuellement exploités par un usage industriel et domestique, contrairement à ce qui a été pensé au début. Le volcan sépare les parties Sud et Nord de l'aquifère Chiche et il fonctionne comme une barrière hydraulique du flux. Les rivières Chiche et San Pedro sont des axes de drainage de l'aquifère, au Nord et au Sud.L'analyse des paramètres physiques de l'eau ont mis en évidence deux aquifères bien différenciés : l'aquifère Chiche avec des CE et des températures plus basses que l'aquifère Ilaló. La chimie des ions majeurs a révélé un faciès de l'eau qui évolue d'un pôle Mg-HCO3 à un pôle Na-HCO3, dans l'aquifère Chiche et aussi dans l'aquifère Ilaló, alors que l'aquifère Chiche Sud est plus Mg-HCO3. Les teneurs en As sont plus élevées dans l'aquifère Ilaló que dans l'aquifère Chiche, où les teneurs baissent au fur et à mesure que l'on s'éloigne du volcan. Cet élément est d'origine naturelle, mais aucune corrélation significative n'a pas été trouvée pour l'aquifère Chiche. Cependant, dans l'aquifère Ilaló, une corrélation de 57% a été trouvée avec le fer, suggérant une interaction avec les oxydes de fer de la formation géologique.L'isotope radioactif 3H n'a pas été détecté dans l'eau des aquifères, à exception d'une source au Nord de la zone d'étude, dans la formation Chiche. Cette infiltration probable d'eaux récentes a été confirmée par le 14C, qui a des teneurs supérieures à 100%. Le reste des points de l'aquifère Chiche ont des activités 14C entre 45,4 et 87,4 pmc. Pour l'aquifère Ilaló les activités 14C sont < 20 pmc. L'âge de l'eau a été calculé et corrigée à partir du 13C qui montrait une contamination par le CO2 profond, qui donne des âges plus anciens qu'en réalité. Malgré la correction, les âges de l'eau continuent à se montrer très élevés, pour Chiche entre 400 et 4000 ans et Ilaló entre 11000 et 44000 ans. Les isotopes stables ont été utilisés pour identifier les zones de recharge. L'eau de l'aquifère Chiche a montré un comportement isotopique en 18O et 2H sous la droite météorique locale, avec une pente de 3,5, signal d'un fractionnement isotopique d'échange avec la roche chaude qui n'a pas été observé dans l'aquifère Ilaló. Le calcul de l'altitude de recharge a montré que l'aquifère Chiche s'alimente au pied du volcan Ilaló au Nord et au pied du volcan Pasochoa au Sud, en considérant des conditions climatiques similaires aux conditions actuelles. Pour l'aquifère Ilaló, la zone de recharge se trouverait sur les flancs du volcan, en supposant des conditions climatiques de recharge plus froides que les conditions actuelles. Mais cette zone ne serait plus fonctionnelle dû au dépôt de Cangahua.Les résultats suggèrent que les eaux de l'Ilaló se mélangent avec l'aquifère Chiche.