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Université de Montpellier (2021)

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

Kreis, Marjorie

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

Origin and dynamics of the salinity in crystalline fractured aquifers of the semi-arid region of Ceará, Brazil

Auteur : Kreis, Marjorie

Etablissement de soutenance : Université de Montpellier co tutelle Universidade federal do Ceará

Grade : Doctorat : Sciences de l’Eau 2021

Résumé partiel
La forte salinité des eaux souterraines observée dans les roches cristallines du socle dans le nord-est 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 (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 et la recharge des aquifères, l’étude a montré que la recharge saisonnière est faible, de l’ordre de 1 à 6 % de la pluie annuelle (≈10 à 40 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 flux 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

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Page publiée le 15 novembre 2022