Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques    Thèse

Origine de l'eau et des éléments dissous
par traçage isotopique (H, O, S, Mg, Sr)
sur le bassin amont de la Moselle

Agnès Brenot

Ce travail propose d'identifier et de quantifier dans le temps et dans l'espace l'origine de l'eau et de certains éléments dissous sur le bassin versant amont de la Moselle en utilisant trois familles de traceurs isotopiques. La singularité du bassin étudié réside dans la diversité des lithologies drainées et une occupation des sols variée. Un fort contraste réside entre les Vosges cristallines avec des sols principalement forestiers en amont et le plateau lorrain carbonaté dominé par les activités agricoles en aval.

Un premier volet de ce travail a permis d'apporter des éléments à la compréhension du fonctionnement hydrologique du bassin versant de la Moselle. L'analyse de la composition isotopique de l'H et de l'O de l'eau a permis de décrire une dynamique des eaux et un temps de réponse au signal des eaux météoriques variable suivant le compartiment hydrologique étudié et la période de l'année. Les temps de réponse estimés sont de quelques jours pour les eaux de sols collectées par drainage en période de haut régime hydrique, à plusieurs semaines pour les eaux de rivières, jusqu'à plusieurs mois pour les eaux de sols collectées par bougies poreuses et les eaux de sources.

Un deuxième volet de ce travail a permis d'identifier l'origine spatiale et temporelles des sulfates dissous dans les eaux de rivières. Trois sources principales de sulfates ont été identifiées: les apports atmosphériques, le lessivage d'évaporites et le lessivage d'engrais soufrés. L'apport de sulfates provenant d'engrais soufrés est saisonnier et n'apparaît qu'en période de haut régime hydrique (octobre 2003 à mars 2004), lorsque le lessivage des sols agricoles est le plus intense et peut représenter jusqu'à 13% des sulfates exportés annuellement par le Madon à Mirecourt. La composition isotopique du Sr de la phase dissoute des rivières indique que le Sr des eaux de la Moselle provient d'un mélange simple entre le pôle silicate et le pôle carbonate/évaporite définis localement, témoignant d'une relative simplicité du système étudié. Nous avons donc abordé l'utilisation du Mg comme traceur isotopique en hydrochimie. Les compositions isotopiques en Mg sur le bassin de la Moselle sont parmi les premières valeurs mesurées pour le Mg dissous dans des eaux de rivières et de sols. Les eaux de rivières drainant uniquement des silicates (d_26Mg = -1,2 à -0,7) présentent un appauvrissement systématique en isotopes lourds par rapport aux roches silicatées (d_26Mg = 0,22 à 0,94) et à leurs sols associés (d_26Mg = 0,36 à 1,68).

Ce résultat suggère un fractionnement isotopique du Mg lors de l'altération. Les eaux de rivières drainant le plateau lorrain à dominante carbonatée ont une gamme de valeurs (d_26Mg = -1,6 à -1,2) significativement plus basse que celle du bassin silicaté. En plus d'être contrastées selon la lithologie drainée, les valeurs de d_26Mg du Mg dissous sont bien corrélées avec les rapports 87Sr/86Sr et Sr/Mg témoignant clairement de la capacité des isotopes du Mg à tracer la source de Mg dissous dans ces rivières. Enfin un important excès de Mg et de Sr par rapport au Ca a été mis en évidence pour les rivières drainant les roches sédimentaires du plateau lorrain et seule la perte de Ca dissous par précipitation de calcite permet de rendre de cet excès.

 

Vendredi 13 janvier 2006, 14h 15
Amphithéâtre du CRPG

Membres du jury :
Blanc G., Carignan J., Chabaux F.,
Dambrine E., France-Lanord C., Negrel P.



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