Caractérisation des processus aux interfaces air-eau et sédiment-eau pour la quantification des apports d’eaux souterraines par le radium et le radon

Characterization of processes at the interfaces air-water and sediment-water for the quantification of groundwater discharges by radium and radon

• Auteur / Autrice : Sabine Cockenpot
• Direction : Olivier Radakovitch, Christelle Claude
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences de l'environnement
• Date : Soutenance le 09/07/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian Leduc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Radakovitch, Christelle Claude, Sabine Schmidt, Pieter Van Beek, Thomas Stieglitz, Michel Condomines
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sabine Schmidt, Pieter Van Beek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Littoraux

Radon

Eaux souterraines -- Écoulement

Mots clés libres

Apports d'eaux souterraines

Radon

Radium

Flux diffusif

Flux atmosphérique

Zone côtière

Submarine groundwater discharges

Radon

Radium

Diffusive flux

Atmospheric flux

Coastal area

Résumé

Les apports d’eaux souterraines (Submarine Groundwater Discharge : SGD) peuvent constituer des apports considérables d'eau et de nutriments ou de contaminants en zone côtière. Le suivi des radio-éléments (radon, radium) dans ces zones permet de tracer les apports de SGD et leurs bilans de masse permettent de quantifier leurs flux. Cette méthode est utilisée depuis des années, mais les termes des bilans aux interfaces restent difficiles à appréhender. L'objectif de cette thèse est d'apporter des précisions sur ces termes afin de permettre une meilleure quantification des flux de SGD. Pour l'interface air-eau, les flux de dégazage du radon vers l'atmosphère ont été estimés pour différentes conditions de vent sur l’étang de Berre. Un dégazage permanent, même sans vent, a été mis en évidence. Pour l'interface sédiment-eau, nous décrivons une méthode de calcul et d’évaluation du flux diffusif du radon et proposons une nouvelle approche pour estimer celui du radium. Dans la lagune de Mar Menor, les flux de SGD estimés sont 5 à 200 fois plus élevés que les apports d'eau par les rivières et sont majoritairement causés par de la recirculation d’eau à travers les sédiments. Pour la première fois les suivis de radio-éléments ont été combinés à un modèle hydrodynamique, ce qui a permis de localiser précisément les SGD. L'étude du système karstique de la source de la calanque de Port-Miou a mis en évidence un système bicouche de la colonne d'eau. La combinaison des bilans en radio-éléments, d'eau et de sel nous a permis d'estimer un débit de la source très proche de celui mesuré par différence de pression, attestant ainsi de la fiabilité de cette méthode pour les systèmes karstiques.

Submarine Groundwater Discharges (SGD) may represent important inputs of water, nutrients as well as contaminants to the coastal zone. Monitoring radionuclides (radon, radium) in those areas allows to trace SGD inputs while their fluxes may be quantified through their mass balances. This method has been used for many years, even though the terms from the mass balance at these interfaces remain difficult to manage. The objective of this thesis is to develop methods to better describe and evaluate these terms, in order to get a better quantification of SGD fluxes. For the air-water interface, the radon atmospheric fluxes have been estimated for different wind conditions on the Berre lagoon. A permanent flux, even without wind, has been highlighted. For the sediment-water interface, new methods are proposed here in order to calculate and evaluate the radon diffusive flux, as well as a new approach for estimating the radium diffusive flux. In the Mar Menor, the estimated SGD fluxes are 5 to 200 times higher than water river inputs and are predominantly caused by lagoon water recirculation through sediments forced by tidal pumping. For the first time, the monitoring of radionuclides in this lagoon was combined to a hydrodynamic model, allowing to locate precisely the SGD inputs. The study of the karstic spring of the Port-Miou calanque shows a two-layer system in the water column. The combination of radionuclides, water and salt mass balances leads to calculate a spring flux similar to the one measured by pressure gradient, which confirms the reliability of this method for karstic systems.