Fonctionnement d'un système hydrothermal hyperminéralisé en contexte alpin : Salins-les-Thermes, Savoie (France) : caractérisation hydrogéologique, hydrogéochimique et hydrodynamique en vue de la gestion de la ressource

Characterization of an hypermineralized hydrothermal system in alpine setting : Salins-les-Thermes, Savoie (France) : contributions of hydrogeology, hydrogeochemistry and hydrodynamic to the water resource management

• Auteur / Autrice : Camille Doublet
• Direction : Dominique Gasquet, Marc Dzikowski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers, et de l'environnement
• Date : Soutenance le 30/09/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements, dynamiques et territoires de la montagne (Le Bourget du Lac, Savoie)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Naffrechoux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Violette, Yves Siméon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Celle-Jeanton, Alain Dupuy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Salins-les-Thermes (Savoie)

Hydrogéologie

Mots clés libres

Hydrothermalisme amagmatique

Hyperminéralisation

Alpes occidentales françaises

Salins-Les-Thermes

Amagmatic hydrothermalism

Hypermineralization

Western French Alps

Salins-Les-Thermes

Résumé

Les eaux des sources artésiennes de Salins-les-Thermes (vallée de la Tarentaise, Savoie) sont thermales (39°C) et hyperminéralisées (19,4g/l) contenant du NaCl (14,6g/l) et du CaSO4 (3,6g/l), ainsi que de nombreux éléments mineurs et traces (Sr, Si, Br, Fe, Li, As, Rb, Mn, U…) et du CO2 (230mg/l). Cette étude a pour objectifs d’améliorer les connaissances sur le fonctionnement global du système hydrothermal en contexte alpin et plus précisément de la zone d’émergence située en fond de vallée. Une approche interdisciplinaire associant la géologie, l’hydrodynamique et l’hydrogéochimie a été menée.À partir de données bibliographiques et des reconnaissances de terrain, l’étude géologique a permis de caractériser les potentiels hydrogéologiques des formations du secteur et d’identifier la structure drainante pour l’ascension des eaux souterraines. Celle-ci se fait le long de la bordure SE du contact chevauchant divisant l’extrémité sud de l’unité de Moûtiers et recoupant la vallée de Salins au niveau des sources.L’étude hydrodynamique repose sur une analyse des variations, à long terme et lors de perturbations provoquées, des paramètres hydrodynamiques (débit et niveau d’eau) et physico-chimiques (température et conductivité) des eaux de l’ensemble des sources du site et des réservoirs de surface. Le fonctionnement hydrodynamique de la zone d’émergence consiste en un équilibre de pression entre la remontée thermominérale et les réservoirs de surface (système alluvial et réservoir de versant). Cet équilibre est sensible au système d’exploitation et contrôle la répartition des flux aux différentes émergences.Une étude des interactions eaux-roches et eaux-gaz a été menée à partir d’analyses sur les éléments majeurs, mineurs et traces des eaux et des précipités de boues, ainsi que des analyses isotopiques sur les eaux (δ18O, δ2H et δ13CCMTD), pour l’ensemble des eaux thermominérales et froides présentes sur le site. La minéralisation des eaux souterraines est acquise au sein des calcaires dolomitiques et des quartzites de l’unité de Moûtiers, en bordure des évaporites (anhydrite, gypse et halite) qui jalonnent le contact chevauchant. Le circuit souterrain atteindrait une profondeur de 2km environ, ce qui permettrait aux eaux d’acquérir une température de 60°C et de drainer du CO2 magmatique issu du socle. La faible minéralisation des eaux du système alluvial et du versant n’a pas permis de les distinguer dans les phénomènes de mélange avec les eaux thermominérales.Cette thèse apporte de nouvelles hypothèses sur la zone d’alimentation et des connaissances complémentaires sur le fonctionnement du système. Les apports sur la zone d’émergence ont permis d’évaluer la sensibilité de la ressource thermominérale et de proposer des préconisations pour la mise en place d’un forage profond aux acteurs de l’activité thermale (propriétaire et exploitant) menant un projet de développement pour une gestion durable de l’exploitation de cette ressource thermominérale.

Artesian springs waters of Salins-les-Thermes (Tarentaise Valley, Savoie) are thermal (39°C) and hypermineralized (19,4g/l) with NaCl (14,6g/l), CaSO4 (3,6g/l), many minor and trace elements (Sr, Si, Br, Fe, Li, As, Rb, Mn, U…) and CO2 (230mg/l). This study aims to improve knowledge on the functioning of the hydrothermal system in alpine setting and more precisely on the springs area in the valley. An interdisciplinary approach associating geology, hydrogeochemistry, and hydrodynamic was carried out.The literature data and geological field work allowed to determine the hydrogeological potential of local rock formations and to identify the deep tectonic fault which drains thermal groundwater towards the surface. Thermal groundwater rises along the thrust fault which divides the south of the Moûtiers unit and intersects the Salins valley in the spring area.The hydrodynamic study is built on variation analysis of hydrodynamic (water level, flow rate) and of physico-chemical (temperature, conductivity) parameters in water from thermal springs and subsurface aquifers, in long-term and during induced disturbance. The hydrodynamic functioning of the springs area consists of a pressure balance between the hydrothermal upwelling and subsurface aquifers (alluvial system and valley side rocks). This relationship is sensitive to the exploitation process of the thermal water and controls mixing processus at springs.Study of water-rock and water-gas interactions was carried out from analysis of major, minor and trace elements in water and in precipitated muds in addition with isotopic analyses (δ18O, δ2H et δ13CCMTD), for deep thermal and cold shallow groundwaters. The mineralization of deep groundwater results of interaction with dolomitic limestone and quartzite of the Moûtiers unit and evaporites (anhydrite, gypsum and halite) present along thrusts. The deep circuit would reach 2km depth, allowing groundwater to acquire a temperature of 60°C and CO2 magmatic from basement. The poorly mineralized both alluvial and valley side waters have not been differenciated in mixing processes with thermal groundwaters.This thesis provides news hypotheses about the infiltration area and additional knowledge on the functioning of the hydrothermal system. Contributions on the springs area allowed to estimate the sensitivity of resource and to propose recommendations to operators of the thermal activity to develop a deep borehole for sustainable management of the resource.