Bulletin de la Societe Geologique de France; January 2006; v. 177; no. 1;
p. 37-50; DOI: 10.2113/177.1.37
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Bilan des impacts hydrogéochimiques naturels et anthropiques à l’intérieur du réseau karstique du Val d’Orléans établi à l’aide des éléments majeurs : Confirmation et tentative de quantification du modèle de « confinement dynamique »
François Le Borgne1,
Michel Treuil1,
Jean-Louis Joron1 and
Michel Lepiller2
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’Orléans, 8 rue Léonard de Vinci, 45072 Orléans cedex 2, France.
La nappe phréatique du Val d’Orléans composée des alluvions de la Loire et du calcaire de Pithiviers sous-jacent est alimentée principalement par les pertes de la Loire via un réseau de chenaux karstiques très développé dont les exutoires principaux constituent les sources du Loiret comprenant la source du Bouillon. Ces entrées et sorties sont les éléments essentiels d’un véritable observatoire naturel permettant l’étude du transit des espèces chimiques à l’intérieur de la nappe. Cet observatoire a été complété depuis 1997 par la mise en place d’un réseau comportant 37 piézomètres al-luvionnaires et 15 piézomètres calcaires sur le domaine d’exploitation d’une carrière implantée dans les alluvions de la Loire au centre du Val, dans la commune de Sandillon. Les expériences de traçage réalisées à partir de ce dispositif ont montré que le réservoir à porosité interstitielle de la nappe phréatique possédait une grande capacité de « confinement dynamique » rendant en première approximation négligeables les apports d’eau de ce réservoir aux circulations karstiques. Le travail présenté vise à confirmer ce modèle en utilisant les éléments majeurs comme traceurs de ces échanges à grande échelle de temps et d’espace. A la source du Bouillon, les concentrations en Na+, K+, Mg2+, Cl– et SO42– sont globalement corrélées à celles de la Loire 3–4 jours plus tôt, montrant que le transit de ces éléments dans le karst est quasi conservatif. Des enrichissements importants sont observés en Ca2+, HCO3– et NO3– (teneurs moyennes annuelles respectives égales à 27,0 ; 87,8 et 4,9 mg.L–1 en Loire contre 37,3 ; 127 et 7,3 mg.L–1 à la source du Bouillon). Ils résultent principalement de la dissolution du calcaire accompagnant la dégradation microbienne de la matière organique. Les apports anthropiques liés aux cultures expliquent largement les enrichissements en NO3–, Cl– et SO42– de la nappe alluviale dont les teneurs sont respectivement 67,2 ; 24,0 ; 57,5 mg.L–1 contre 5,5 ; 12,7 ; 17,5 mg.L–1. Alors que la teneur moyenne en Na+dans la nappe (11,7 mg.L–1) reste voisine de celle de la Loire (12,9 mg.L–1), celle du potassium est net-tement inférieure à celle de la Loire (1,3 mg.L–1 contre 3,7 mg.L–1) et corrélativement celle de Mg2+ est nettement supérieure (17,0 mg.L–1contre 5,0 mg.L–1). Les fortes teneurs en éléments majeurs, observées dans certains piézomètres de la nappe des calcaires confirment l’existence d’échanges verticaux entre les parties alluvionnaire et calcaire de la nappe. De plus, l’hétérogénéité des enrichissements dans ces deux formations souligne l’existence d’une redistribution dynamique locale, mais sans lessivage significatif des apports anthropiques initialement répandus de manière homogène à cette échelle. Cette redistribution est pulsée par les remontées de la Loire dont les impacts sur la nappe sont clairement identifiés à l’aide d’un diagramme Mg/K-Na/K traduisant une fixation du potassium apporté par les eaux de Loire et une libération du magnésium des matériaux alluvionnaires. A l’aide des teneurs moyennes en K et Mg mesurées dans les différentes parties de l’aquifère en été et en hiver, on évalue la contribution volumique du domaine interstitiel de la nappe alluviale aux écoulements karstiques : 1,6 % en hiver et 1,2 % en été à la source du Bouillon ; 2,4 % en hiver et 3,9 % en été à la source de la Pie. Ce domaine interstitiel constitue donc un réservoir où s’exerce un « confinement dynamique » efficace contribuant cependant en moyenne pour 10 % des apports en nitrates aux résurgences karstiques. Le bilan géochimique saisonnier établit qu’en hiver les nitrates sont apportés à 60 % par la Loire, à 10 % par l’eau de la nappe et à 30 % par l’oxydation de la matière organique. Ces contributions relatives atteignent respectivement 30 %, 10 % et 60 % en été. Ce même bilan établi pour le calcium fait ressortir la nécessité d’un apport complémentaire de CO2 en hiver par ruissellement et pénétration des eaux des précipitations locales.
Key Words: Eléments majeurs • Loire • Karst • Nappe alluviale • Val d’Orléans
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