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Université de Montpellier (2021)

Origine et dynamique de la salinité dans les aquifères cristallins fracturés de la région semi-aride du Ceará, Brésil

Kreis, Marjorie

Titre : Origine et dynamique de la salinité dans les aquifères cristallins fracturés de la région semi-aride du Ceará, Brésil

Origem e dinâmica da salinidade dos aquíferos cristalinos fraturados da região semiárida Cearense (Brasil)

Auteur : Kreis, Marjorie

Université de soutenance : Université de Montpellier co tutelle Université Fédérale du Ceará,

Grade : Doctorat en Sciences de l’Eau 2021

Résumé partiel
La forte salinité des eaux souterraines observée dans les roches cristallines du socle dans le nordest du Brésil semi-aride a stimulé la recherche depuis les années 1960. La présente étude utilise des méthodes hydrodynamiques (données piézométriques mensuelles et horaires) et hydrochimiques (Conductivité Electrique-CE, ions majeurs, Cl/Br, éléments traces) en plus d’une vaste investigation analytique basée sur une approche multi-traceurs (180, 2H, 3H, 14C, CFC, SF6) pour identifier l’origine des sels, caractériser les processus de recharge et de circulation et déterminer les mécanismes qui conduisent à la salinisation des aquifères cristallins des régions semi-arides. Le suivi piézométrique a souligné la forte réactivité des aquifères aux précipitations et suggère que la recharge de la nappe dépend des événements pluvieux significatifs de la saison des pluies qui ont probablement favorisé la création de ruissellements et l’accumulation d’eau de surface. En effet, l’investigation menée avec plus de 500 analyses en isotopes stables a mis en évidence que cette recharge se fait par des infiltrations directes avec une proportion plus ou moins significative d’infiltrations indirectes d’eaux de surface évaporées. Même s’il n’y a pas de relation directe entre la pluie totale annuelle (ou mensuelle) et la recharge des aquifères, l’étude a montré que la recharge saisonnière est faible, de l’ordre de 1 à 3 % de la pluie annuelle (≈7 à 21 mm/an). Les aquifères cristallins sont caractérisés par de faibles transmissivités (valeur médiane autour de 3,10-6 m²/s), porosités (< 0,5%) et perméabilités (de l’ordre de quelques centimètres par jour). La compartimentation latérale des aquifères est réduite (absence d’écoulement régional). L’analyse multi-traceurs a souligné que les temps de résidence des eaux souterraines sont courts (de quelques dizaines à centaines d’années, avec une contribution importante d’eau post-1950) et que les processus de circulation sont rapides. Il s’agit toutefois d’âges apparents car en réalité, les flux de circulation dans les aquifères fracturés sont beaucoup plus complexes et sont essentiellement composés par des flux saisonniers d’infiltration verticale (directe et indirecte) et des transferts horizontaux de transit plus long (infiltration anté-1960). Ainsi, en plus d’une forte hétérogénéité spatiale, une forte stratification verticale est observée dans le socle fracturé cristallin (augmentation de la CE de l’eau avec la profondeur des fractures). Les eaux sont caractérisées par des concentrations en chlorures élevées (jusqu’à 5 g/L), des faciès essentiellement chlorurés (mixtes ou sodiques) et des CE variant de 890 à 19300 µS/cm. L’étude chimique suggère que les eaux, originellement de faciès bicarbonatés, sont devenues chlorurées en raison de la dissolution et du lessivage de sels (calcite, dolomite, gypse, halite et probablement MgCl2) qui ont précipité dans le sol, la ZNS et/ou les sédiments en raison des forts taux d’évapotranspiration (ETR) des pluies et des eaux de surface. Cependant, les modélisations ont montré que l’aridité climatique et les forts taux d’ETR ne peuvent pas conduire à une forte salinisation de la nappe sur une période de temps de l’ordre d’une centaine d’années, mais conduisent à des concentrations en chlorures de l’ordre de quelques dizaines de mg/L, 100 à 200 mg/L tout au plus

Mots clés : Roches cristallines, Aquifères fracturés, Semi-aride, Salinisation, Isotopes stables (18O, 2H), Datation multi-traceurs (3H, 14C, CFC, SF6), Piézométrie

Présentation

Version intégrale 33,2 Mb)

Page publiée le 16 février 2022