Apport de la caractérisation de la variabilité des concentrations en radon-222 dans l’eau à la compréhension du fonctionnement d’un aquifère en milieu fracturé de socle : exemple du site de Ploemeur, Morbihan

Thomas LE DRUILLENNEC, Thèse de doctorat de l'Université de Bretagne Occidentale, Ecole doctorale des Sciences de la Matière de l'Information et de la Santé, 278p. soutenue le 26 juin 2007

Les aquifères fracturés hétérogènes se développant dans les roches cristallines, telles que les schistes et les granites, assurent 20% de l’alimentation en eau potable de la Bretagne. Ces milieux fracturés présentent une large gamme de perméabilités. Dans ces aquifères, les circulations de fluides et le transport des éléments dissous dans l’eau sont fortement dépendants de la géométrie du réseau de fractures. Une meilleure compréhension du fonctionnement hydrogéologique de ces systèmes est essentielle pour la gestion et la protection de ces ressources en eaux souterraines. Le radon-222 est un gaz rare radioactif dissous dans l’eau et issu de la chaîne de désintégration de l’uranium-238 contenu dans la roche encaissante de l’aquifère. Les concentrations en radon dans les eaux souterraines sont donc susceptibles d’apporter des informations sur la surface de contact entre l’eau et la roche ainsi que d’être utilisés comme un traceur des échanges hydrauliques entre les différentes zones de l’aquifère.
Trois résultats principaux ont été obtenus dans cette étude :
1. Une caractérisation détaillée des activités volumiques du radon dans l’eau de l’aquifère de Ploemeur (Morbihan) a été réalisée. Une variabilité spatiale importante des concentrations en radon dans l’eau a été mise en évidence dans l’aquifère, la gamme de concentrations mesurées s’étendant de 0 à 1500 Bq.L-1.
2. L’influence de l’épaisseur des fractures sur la quantité de radon dissous dans l’eau a été mise en évidence lors de la modélisation des activités volumiques du radon dans l’aquifère. En effet, les résultats satisfaisants obtenus lors de l’utilisation d’un modèle considérant le réseau de fractures sous la forme d’une fracture unique semble souligner le rôle prépondérant joué par les propriétés géométriques des fractures.
3. La mesure de la concentration en radon dans l’eau de l’aquifère pendant des essais de pompages a mis en évidence une augmentation de l’activité volumique en radon lorsque les ressources en eau souterraines sont sollicitées. Cette évolution semble liée à l’existence de flux hydrauliques entre les zones très perméables du système, constituées des fractures principales d’épaisseur importante, et les zones beaucoup moins perméables, telles que la matrice rocheuse peu altérée et le réseau de fractures secondaires. La comparaison de la variabilité des activités volumiques du radon dans l’eau avec celle d’autres traceurs a permis de conforter cette hypothèse.
En effet, des corrélations ont été établies entre la concentration en radon dans l’eau et le rapport NO3-/SO42- ainsi que la teneur en SF6 des eaux souterraines. Les résultats obtenus à l’aide de ces traceurs semblent confirmer une contribution de l’eau contenue dans la matrice rocheuse au flux d’eau circulant dans le réseau de fractures.