Interactions fluides-roches actuelles dans un bassin sédimentaire : cas d’étude du Bassin de Grenade (Cordillères Bétiques, Espagne)

Present-day fluid-rock interaction in a sedimentary basin : study case of the Granada Basin (Betic Cordillera, Spain)

• Auteur / Autrice : Claire Lix
• Direction : Pierpaolo Zuddas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 15/03/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre de Paris (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : José Benavente Herrera
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maryse Rouelle, Xavier Guichet, Mickael Barbier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Sarda, Mohamed Azaroual

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux souterraines -- Écoulement

Interaction eau-roche

Bétiques, Cordillères (Espagne)

Géochimie de l'environnement

Mots clés libres

Géochimie aqueuse

Modélisation géochimique

Interaction fluide-roche

Isotopes hélium

Géothermie

Cordillères Bétiques

Aqueous geochemistry

Geochemical modeling

Fluid-rock interaction

He isotopic composition

Geothermal system

Betic Cordillera

Résumé

Comprendre les circulations des fluides dans les bassins sédimentaires joue un rôle crucial dans les divers domaines des ressources naturelles. Dans cette thèse, une approche géochimique est développée pour caractériser la géochimie des eaux souterraines actuelles et pour étudier les réactions affectant un système sédimentaire, en prenant le bassin de Grenade comme cas d'étude. La composition isotopique de l'hélium des gaz libres et dissous a été étudiée afin de contraindre la structure lithosphérique de la région. La composition isotopique de He montre une composante radiogénique dominante avec une contribution mantellique atteignant 1 %. L'évaluation des mécanismes de transport de l'He montre que la croûte est actuellement dissociée du manteau. Nous proposons donc que l’He mantellique observé pourrait résulter d’une contribution fossile du manteau associée à une production crustale à partir de roches riches en Li. Les interactions eau-roche dans les Cordillères Bétiques ont été étudiées en caractérisant les systèmes géothermaux de faible et moyenne enthalpie. Cette étude montre une relation étroite entre la température et la pCO2 dans le réservoir et met en évidence le rôle des tampons minéraux du remplissage sédimentaire et du socle sur la réactivité du CO2. L’étude plus approfondie de la réactivité dans le bassin de Grenade permet de mieux comprendre les écoulements à l’échelle de l’ensemble du bassin. L'évolution de la saturation des eaux vis-à-vis des carbonates, des alumino-silicates et des sulfates permet d'évaluer les chemins possibles d’écoulement dans le bassin et d'appréhender un modèle conceptuel de transport réactif.

Understanding fluid circulations in sedimentary basins plays a critical role in the diverse fields of energy and natural resources. In this thesis, a geochemical approach is developed to characterize the present-day groundwater geochemistry and to investigate the reactions affecting a sedimentary system, taking the Granada Basin as a regional study case. Helium isotopic composition of bubbling and dissolved gases has been investigated to set constrains on the lithospheric structure of the area. We found that the He isotopic composition has a dominant radiogenic component with a mantle-derived He contribution reaching mainly 1 %. The evaluation of helium transport mechanisms shows that the crustal system is currently dissociated from the mantle system. We therefore propose that the observed mantle-derived He could result from fossil mantle contribution associated to crustal production from Li-rich rocks. Water-rock interactions in the Central Betic Cordillera have been investigated by characterizing the low- to medium-enthalpy thermal systems. This study, combining geothermometrical methods, shows a strong relationship between the temperature and the pCO2 in the reservoir and highlights the role of the potential mineral buffers of both the sedimentary infilling and the basement on the reactivity of CO2. Further investigations on the reactivity within the Granada Basin allow us to give insights on the groundwater flows at the scale of the whole basin. The evolution of the groundwater saturation with respect to carbonates, alumino-silicates, and sulfates allows to assess the possible flow paths in the basin and to apprehend a conceptual reactive transport model.