Traçage géochimique des transferts de matière dans l'hydrosystème de la vallée du Rhin supérieur : Apport des déséquilibres isotopiques 238U-234U-226Ra

• Auteur / Autrice : Sébastien Durand
• Direction : François Chabaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'univers. Géochimie
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux souterraines

Eaux de surface

Traceurs radioactifs

Isotopes radioactifs en hydrologie

Rhin, Vallée du

Eau -- Chimie

Interaction eau-roche

Résumé

L'objectif de ce travail est de comprendre les processus qui contrôlent la distribution et le comportement des éléments chimiques dans l'hydrosystème du Rhin supérieur. Pour aborder ce thème, les éléments majeurs, en traces et les isotopes Sr, U et Ra ont été analysés dans la charge dissoute des échantillons d'eau prélevés dans les principaux réservoirs du graben du Rhin, i. E. Le Rhin, ses affluents majeurs et divers aquifères plus ou moins profonds. La mesure des isotopes du Ra a nécessité l'installation à Strasbourg d'une nouvelle méthode d'analyse par spectrométrie de masse à thermo-ionisation. A l'échelle régionale, nos résultats confirment que les variations des éléments majeurs, en traces et les rapports isotopiques du Sr des eaux échantillonnées sont principalement contrôlées par les changements lithologiques du bassin versant. L'étude plus spécifique de la Lauter localisée dans les grés du Trias inférieur démontre l'importance de l'influence des eaux souterraines sur la composition chimique des eaux de rivières. Plus de 50 % de la charge totale dissoute de la rivière est apportée par les eaux profondes. Cette contribution peut modifier significativement la composition chimique des rivières et en particulier la systématique 238U-234U-226Ra. Au sud de la vallée du Rhin supérieur, la nappe alluviale a été contaminée par des infiltrations d'eaux salées provenant du lessivage des terrils des mines de potasse d'Alsace. Les données géochimiques des langues salées montrent non seulement des processus de mélange mais aussi des mécanismes d'interactions eau-roche intenses. Les échanges ioniques expliquent les pertes en éléments alcalins (Na, K, Rb) et les gains en éléments alcalino-terreux (Ca, Mg, Sr) observés dans la nappe. Néanmoins, d'autres processus sont nécessaires tels que des phénomènes de dissolution et de précipitation. Ces mécanismes d'interactions eau-roche affectent largement le comportement des isotopes Sr, U et Ra observés dans la nappe.

The aim of this study is to show the processes controlling the distribution and behavior of the elemental budget in the upper Rhine hydrosystem. For this purpose, major elements, trace elements and Sr, U and Ra isotopes were analyzed in the dissolved load of water samples collected in the main reservoirs of the Rhine graben, i. E. The Rhine River, its main tributaries and shallow and deep ground waters in several different aquifers. Determining the Ra concentration required the implementation of a new analysis method by thermal ionization mass spectrometry in Strasbourg. At the regional scale, our results confirm that variations of major elements, trace elements (especially Sr and Rb) and Sr isotope ratios of the water samples are mainly correlated to the lithological variations of the watershed. The specific study of the Lauter stream located in the lower Triassic sandstones demonstrates the importance of groundwater influences on the chemical composition of river waters. More than 50 % of the total dissolved load of this stream is supplied by deep waters. It is shown that this contribution significantly modifies the chemical composition of the stream; especially the 238U-234U-226Ra systematic. In the South of the upper Rhine valley, the alluvial groundwater have been contaminated by salt brine coming from the activities of the Alsatian potash mines. The geochemical data of the salt groundwaters suggest not only a mixing process but also water-rock interactions. Ion exchanges explain most of the loss in alkaline elements (Na, K, Rb) and gain in earth-alkaline elements (Ca, Mg, Sr) observed in the alluvial groundwater. Chemical reactions such as dissolution and precipitation are also put forward as an explication. The diversity of the water-rock interactions accounts for the behavior of the Sr, U and Ra isotopes observed in the alluvial groundwater.