La datation des eaux souterraines

Pourquoi vous intéressez-vous à l’âge des eaux souterraines ?

Nous avons bien en tête le renouvellement quasi continu de l’eau des rivières qui coule des montagnes vers la mer. Le trajet depuis l’océan jusqu’à la pluie et de la pluie au retour vers la mer, ne dure que quelques jours. Dans le sol et le sous-sol, le renouvellement de l’eau est également la règle et les nappes ne sont pas des réserves fermées. En revanche, le trajet depuis la surface, puis au sein du milieu souterrain jusqu’au retour vers la surface (dans des sources, des rivières…) peut durer quelques années à quelques dizaines années, parfois plus longtemps encore dans des milieux profonds.Le temps de résidence de l’eau dans le milieu souterrain, son « âge souterrain », correspond au temps écoulé depuis que l’eau s’est infiltrée depuis la surface. C’est un des paramètres importants pour comprendre le fonctionnement des aquifères. Il permet de quantifier le renouvellement de l’eau mais aussi les chemins qu’elle va emprunter au sein de tous les interstices de la roche. Des autoroutes, des nationales ou un grand nombre de petites départementales…

Quelles ont les applications concrètes de la datation des eaux ?

Par exemple, en datant l’eau des nappes, on peut analyser la répartition de ces âges géographiquement et déterminer les zones d’entrée et les zones de sortie. On peut aussi analyser la répartition avec la profondeur et déterminer la manière dont l’eau s’écoule dans le milieu.
En termes de qualité, cette connaissance est importante. Elle permet de mieux calibrer le temps nécessaire pour que des mesures agri-environnementales soient efficaces. Elle permet aussi de mieux comprendre pourquoi l’eau va, ou pas, se transformer chimiquement au sein de l’aquifère. On s’intéresse par exemple aux processus de consommation des nitrates par les bactéries au sein de ces aquifères et l’effet de pompages qui modifient le trajet de l’eau et son temps de résidence sur ces réactions.

En quoi consistent vos travaux de recherches ?

À Rennes, une méthode a été adaptée aux milieux géologiques bretons. Elle analyse dans l’eau des gaz dissous (chlorofluorocarbones - CFC et hexafluorure de soufre - SF6), présents en concentrations extrêmement faibles et produits par l’homme depuis quelques dizaines d’années. Leur concentration dans l’eau est liée à celle dans l’atmosphère qui a augmenté depuis les années 1950. À une concentration donnée correspond donc une année précise. Analytiquement, cela revient à doser à des niveaux extrêmement faibles.

Qui sont vos partenaires ?

Cette méthode a été développée au sein de l’ unité mixte Géosciences (Université Rennes 1-CNRS), en partenariat avec le BRGM, l’ IRSN, l’ IUEM (UBO - CNRS), le laboratoire des sciences de l’Environnement et du Climat (Université Versailles-Saint-Quentin-CNRS-CEA) et le centre de Géochimie de la Surface (Université Pasteur-CNRS).

Le début de notre travail s’est réalisé au sein d’un projet régional entre 2004 et 2008, avec un financement du Conseil régional de Bretagne, du CNRS, de l’IRSN, du BRGM et de l’Université Rennes 1. Ce programme, outre les aspects scientifiques, a permis la création d’une entreprise : le LADES (Laboratoire de Datation des Eaux Souterraines).

Aujourd’hui, nous participons à de nouveaux projets en Inde, en Angleterre, en Ukraine sur le site de Tchernobyl avec d’autres équipes et les analyses de datation continuent à nourrir nos réflexions et nos projets en Bretagne.

Quels sont vos résultats à ce jour et vos perspectives ?

Répartition des âges de l'eau souterraine en fonction de la profondeur de la limite altéré/fracturé

Les premiers travaux montrent que les âges de l’eau augmentent avec la profondeur, selon une loi qui semble homogène à l’échelle de la Bretagne, avec une progression moyenne de l’ordre de 1 à 3 mètres par an.

On observe également une forte compartimentation avec des âges actuels dans la zone de fluctuation du niveau de la nappe, puis entre les 20 à 30 premiers mètres des aquifères où la roche est transformée (altérée) et où les temps de résidence sont plus importants et pour finir la partie plus profonde (zone dite fracturée) où ils peuvent être encore plus grands, souvent supérieurs à quelques dizaines d’années.
Cela nous donne donc une nouvelle image du milieu souterrain, indispensable pour mieux gérer la ressource en eau.

Contact

Luc Aquilina, Université de Rennes 1 - Unité mixte de recherche Géosciences Rennes, courriel