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RÉSUMÉ
Le cycle hydrologique est la série de transformations qui se produit au sein de la circulation de l'eau. L’ensemble de ces transformations sont de plus en plus renseignées par la géochimie et tout particulièrement par l'application des traçages isotopiques. Ces analyses permettent de définir pour chacun des systèmes étudiés, l'origine naturelle ou anthropique des éléments chimiques, leurs comportements, leur transport dans des compartiments différents (par exemple, forme dissoute et/ou particulaire pour les fleuves), les schémas de circulation des eaux et fluides profonds et les interactions entre les eaux et les différents types de roches encaissantes. Cet article s'appuie sur des études et des publications scientifiques réalisées par l'auteur et les géochimistes isotopistes du Bureau de recherches géologiques et minières BRGM.
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Philippe NÉGREL : Responsable de l'Unité traceurs isotopiques et datations - Service métrologie, monitoring et analyses - BRGM (Bureau de recherches géologiques et minières)
INTRODUCTION
Les concepts d'origine, de sources, de processus et de bilans font souvent appel à des outils et des raisonnements communs parmi lesquels l'utilisation des traceurs géochimiques tient une part prépondérante. Les traceurs utilisés permettent l'identification des sources de matière, des conditions et des processus de leur formation ou transformation, la quantification des flux, l'estimation des processus de transfert des éléments entre différents réservoirs ainsi que l'identification des sources des éléments d'origine naturelle ou anthropique. Ces traceurs sont souvent sélectionnés pour leurs caractères spécifiques et le but ultime de leur utilisation est d'intégrer l'ensemble des données dans un modèle hydrochimique destiné à déterminer les flux d'eau, les flux de matière (taux d'érosion, bilans de transfert…) dans les différents compartiments du bassin.
Les circulations et les interactions des eaux, qu'elles soient de surface ou souterraines, avec les roches encaissantes, sont de plus en plus renseignées par l'utilisation de la géochimie et tout particulièrement par l'application des traçages isotopiques. Ces traçages permettent, entre autres, de définir pour chacun des systèmes étudiés, l'origine naturelle ou anthropique des éléments chimiques, leurs comportements, leur transport dans des compartiments différents (par exemple, forme dissoute et/ou particulaire pour les fleuves), des schémas de circulation des eaux et fluides profonds et les interactions entre les eaux et les différents types de roches encaissantes.
Ce dossier s'appuie sur des études et des publications scientifiques réalisées par l'auteur et les géochimistes isotopistes du Bureau de recherches géologiques et minières BRGM dans le domaine de l'application des méthodes isotopiques à la meilleure connaissance du cycle de l'eau au sein des programmes de recherche. Ce dossier n'est bien sur pas exhaustif et ne comprend qu'une sélection des travaux menés.
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2. Isotopes et cycle de l'eau
2.1 Traçage dans l'atmosphère
Les aérosols sont la source principale des éléments chimiques transportés par les pluies. L'atmosphère, par le biais des dépôts secs (aérosols) ou humides (pluies), est reconnue comme une source majeure des éléments dissous dans les hydrosystèmes continentaux (eaux de surface et eaux souterraines). Les composants dissous dans l'eau de pluie peuvent être divisés en trois groupes :
-
ceux dérivés des aérosols marins ;
-
ceux dérivés des aérosols terrigènes (poussières des sols, émissions biologiques) ;
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ceux dérivés des activités anthropiques (industrie, agriculture…).
Afin de mieux comprendre les apports par les pluies vers les bassins versants, à l'échelle locale, les rapports isotopiques du strontium, du plomb et les concentrations en éléments majeurs et traces ont été mesurés dans des eaux de pluies collectées sur une période de 15 mois dans le Massif central [9] [10]. Chaque échantillon représente une série mensuelle d'événements pluvieux prélevée automatiquement par un collecteur asservi au début et à la fin de chaque événement pluvieux. Entre deux pluies, le collecteur est fermé et aucun dépôt sec (aérosols) ne peut y être introduit.
Si l'on s'intéresse à une échelle plus grande, le suivi des pluies à l'échelle nationale permet d'établir un référentiel pour la fonction entrée des hydrosystèmes (rivières et aquifères) sur le territoire français en utilisant une dizaine de stations. Cette approche a été réalisée au travers des isotopes du strontium avec un essai de caractérisation des pluies à l'échelle du territoire [11].
Enfin, la caractérisation fine d'un suivi des aérosols dans l'agglomération parisienne...
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BIBLIOGRAPHIE
TREUIL (M.) - Éléments chimiques. Émergence des concepts dans les développements de la pensée humaine et de la recherche scientifique. - In Introduction à la géochimie et ses Applications, R. HAGEMANN et M. TREUIL éditeurs, Commissariat à l'Energie Atomique, Université Pierre et Marie Curie – Paris 6, Collection enseignement, Chap. 1, 59 p. (1998).
TREUIL (M.), JORON (J.L.) - Abondances et lois de distribution des éléments chimiques et de leurs isotopes. - In Introduction à la géochimie et ses Applications, R. HAGEMANN et M. TREUIL éditeurs, Commissariat à l'Energie Atomique, Université Pierre et Marie Curie – Paris 6, Collection enseignement, Chap. 2, 93 p. (1998).
FOURCADE (S.) - Les isotopes : effets isotopiques et base de radio-géochimie. - In Introduction à la géochimie et ses Applications, R. HAGEMANN et M. TREUIL éditeurs, Commissariat à l'Energie Atomique, Université Pierre et Marie Curie – Paris 6, Collection enseignement, Chap. 4, 80 p. (1998).
MOOK (W.G.) - Environmental Isotopes in the hydrological cycle. Principles and applications IHP-V Technical Documents in Hydrology. - UNESCO – IAEA, available at http://www-naweb.iaea.org, no 39 (2001).
BOUCHOUX (G.), SABLIER (M.) - Spectrométrie de masse - Principe et appareillage. - [P 2 645] Éditions techniques de l'ingénieur (2005).
BOUCHOUX...
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