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1 Laboratoire Pierre Süe, CEA Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette cedex, France. E-mail: joron{at}drecam.cea.fr.
2 ISTO, UMR CNRS-Univ.d’Orleans, 45100 Orléans cedex 2, France.
Afin d’étudier le transit des éléments dans les diverses parties de la nappe phréatique du Val d’Orléans, deux méthodes reposant sur l’étude du fractionnement des lanthanides (Ln) au cours de leur migration dans les eaux naturelles sont couplées. La première consiste à suivre l’évolution des distributions naturelles des Ln dans la nappe ainsi qu’à ses entrées et sorties. La seconde repose sur la réalisation de multi-traçages à l’aide de Ln complexés à l’EDTA. Cette étude est réalisée à partir d’un réseau d’observation comprenant d’une part, 52 piézomètres implantés dans l’environnement d’une carrière alluvionnaire et, d’autre part, les entrées et exutoires naturels de la nappe. La nappe phréatique du Val d’Orléans constituée d’un aquifère karstique (calcaire de Pithiviers) surmonté d’un aquifère alluvial (alluvions holocènes et récentes) est alimentée essentiellement par les pertes de la Loire via un réseau de chenaux karstiques très développé. Au niveau des entrées de la nappe (Loire à Jargeau), les distributions de Ln en solution (fraction < 0,22 µm) varient en fonction du régime de la Loire. En période de crue, les profils des courbes normalisées à la croûte continentale sont plats avec un léger enrichissement en Ln lourds. Lorsque le régime de la Loire tend vers l’étiage, la Loire s’appauvrit en Ln légers pour des teneurs en Lu constantes. La même évolution est observée dans l’espace entre les entrées et les sorties du réseau karstique: les courbes de distribution sont appauvries en Ln légers alors que les Ln lourds (Yb et Lu) sont conservés au cours du transit. De plus, l’appauvrissement en lanthanides légers est plus prononcé pour les exutoires les plus éloignés des entrées. Les complexes Ln-EDTA, injectés dans différentes parties de la nappe, fractionnent au cours de leur transit dans les alluvions, dans le calcaire, ainsi qu’entre ces deux formations. Les taux de restitution des traceurs varient toujours dans le sens Ln lourds > Ln légers. De plus, l’analyse des sédiments et la réalisation d’expériences de filtration à 0,02 µm des eaux contenant des complexes EDTA ont montré qu’en présence d’un ligand complexant fort, les lanthanides se fixent ou s’échangent sur les sédiments et sur les colloïdes avec des taux de fixation et d’échange qui suivent l’ordre Ln légers > Ln lourds. Par contre, en l’absence de ligand complexant, la filtration d’eau contenant des quantités importantes de colloïdes n’entraîne pas de fractionnement significatif des Ln.
Le transport des Ln naturels et artificiels dans la nappe phréatique du Val d’Orléans peut donc s’expliquer par le jeu de deux mécanismes complémentaires. (1) La décantation – filtration ou, à l’inverse, la remise en suspension des colloïdes. Ce mécanisme ne fractionne pas ou peu les Ln. (2) Des échanges de Ln entre complexes en solution et colloïdes ou sédiments. Ce mécanisme provoque alors un fractionnement des Ln selon l’ordre de stabilité de leurs complexes (Ln lourds > Ln légers). Compte tenu des fractionnements observés et des propriétés du milieu considéré, les ligands naturels capables de jouer ce rôle sont principalement les carbonates.
Sur le plan hydrodynamique, les expériences de traçage et les observations des teneurs en Ln naturels indiquent que les déplacements d’éléments dans la nappe alluviale sont pulsés par les battements de la Loire. En période de remontée, ils s’effectuent alors perpendiculairement et de manière centrifuge par rapport aux directions des axes de circulation karstique. En période de descente, les déplacements horizontaux sont quasi inexistants et les circulations s’effectuent alors essentiellement verticalement de la nappe alluviale vers la nappe du calcaire. Ce fonctionnement hydrodynamique confère au système (alluvions + calcaire non karstifié) une capacité de « confinement dynamique ». Le confinement est renforcé dans le cas des éléments à forte affinité pour les phases solides ou colloïdales (ex: Ln légers), les colloïdes étant retenus par filtration lors du passage de l’eau des alluvions au calcaire et par décantation dans les chenaux karstiques. Au total, ce modèle combine deux composantes: la première, hydrodynamique, tient à la répartition des charges pulsées par la Loire à travers le réseau karstique; la seconde, physico-chimique, tient à la répartition des éléments en fonction de leurs coefficients de répartition colloïdes/complexes en solution.
Key Words: Lanthanides • Traceurs • Colloïdes • Karst • alluvions • Orléans • Loire
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