Hydrologie isotopique des circulations lentes en milieu cristallin fracturé : essai de méthodologie

Isotope hydrology of slowly circulating groundwaters in fractured crystalline rocks : methodological contribution

• Auteur / Autrice : Jean-Luc Michelot
• Direction : Jean-Charles Fontes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hydrologie
• Date : Soutenance en 1988
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traceurs radioactifs

Déchets radioactifs

Eaux souterraines

Déplacement isotopique

Hydrologie

Roches cristallines

Mots clés libres

Circulations aquifères profondes

Cristallin fracturé

Isotopes du milieu

Bouclier Baltique

Socle de Suisse septentrionale

Stripa

Résumé

L'étude des circulations en milieu cristallin fracturé, souvent réputé imperméable, a connu un récent développement, lié aux possibilités d'isolation géologique en roches cristallines de produits de haute toxicité. Le mémoire décrit l'application des méthodes de l'hydrochimie et de l'hydrologie isotopique à ce type d’étude. La première partie est consacrée à une approche théorique et bibliographique de l’emploi comme traceurs naturels des teneurs en isotopes lourds des composés aqueux du soufre et des teneurs en chlore-36. La seconde partie présente deux études de sites: la mine de Stripa, en Suède centrale, siège du Stripa. Project et les forages de la Coopérative Nationale pour l'Entreposage des Déchets Radioactifs (CEDRA/NAGRA), dans le socle de Suisse septentrionale. D'après les données hydrochimiques et isotopiques, deux types d'eau peuvent être distingués dans le système aquifère du batholite cristallin de Stripa. Les eaux superficielles, peu chargées en sels dissous, sont récentes. Leur origine peut être trouvée dans les précipitations locales. Les eaux profondes, plus salées, résulteraient d'un mélange entre une composante relativement récente, eau météorique dont la zone de recharge serait plus élevée que la région de Stripa, et une très faible part d'une composante ancienne, saumure probablement d'origine sédimentaire piégée dans des formations précambriennes. Les eaux captées par les forages de la CEDRA circulent dans le socle cristallin ou dans sa couverture sédimentaire. L'examen des teneurs ioniques et isotopiques met en évidence les relations entre les unes et les autres et permet en particulier de démontrer la participation de saumures ou sels permiens à la forte salinité de certaines eaux prélevées dans les formations cristallines. En conclusion, la troisième partie du mémoire analyse et critique l'emploi des différents marqueurs naturels hydrochimiques et isotopiques, et tente de mettre en relief leur apport à la connaissance de l'hydrogéologie du milieu cristallin fracturé.

Hydrogeological research in fractured crystalline rocks, often considered as being impervious, has been particularly advanced in recent years, in relation with feasibility studies for disposal of waste. This dissertation describes the practice of hydrochemical and isotope hydrology methods in such studies. The first part is a theoretical and bibliographical approach to the use of the isotope contents in aqueous sulphur compounds and of chlorine-36 as natural tracers. The second part presents two site studies: the Stripa mine in Central Sweden (Stripa Project) and the deep boreholes of the Swiss National Cooperative for the Storage of Radioactive Waste (NAGRA) in the crystalline basement of Northern Switzerland. From hydrochemical and isotope data, two water types can be distinguished in the aquifer system of the Stripa granite. Shallow waters, with low mineralization, are recent recharged. Their origin can be attributed to local precipitations. The deep groundwaters, with higher mineralization, may have resulted from a mixing between a relatively modern water mass (meteoric waters recharged at a higher elevation than the Stripa area) and an old brine of sedimentary origin, trapped in Precambrian rocks. The NAGRA boreholes tap waters circulating in the crystalline basement and in overlying sedimentary formations. Hydrochemistry and isotope hydrology show the relationship between these two kinds of waters and demonstrate the contribution of Permian salts or brines to the high salinity of some of the waters collected in the crystalline rocks. In conclusion, the third part of the dissertation critically examines the use of the various hydrochemical and isotope tracers trying to emphasize their contribution to the knowledge of crystalline rock hydrology.