I Réflexion concernant les critères - BRGM

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

Ministère de l'Industrie,des Postes et Télécommunicationset du Commerce extérieur

Réflexion concernant les critèresde définition des gisements d'eau

minérale

MARS 1994

R 37964 SGR/RHA 94

BRGMÉtude réalisée dans le cadre

des actions de Service Public du BRGM

BRGMDépartement Utilisation cl

Protcclion de l'Espace GéologiqueCentre Thématique Eaux Thcrmomincralcs

BP 2059, 29 Bd du 11 novembre69616 - VILLEURBANNE Cedex

Ministère de l'Industrie, des Postes et Télécommunications et du C o m m e r c e extérieur

Réflexion concernant les critères de définition des gisements d'eau

minérale

MARS 1994

M. LOPOUKHINE

BRGM l'ENTREPRISE A U SERVICE DE LA TERRE

Étude réalisée dans le cadre es actions de Service Public du B R G M

BRGM Département Utilisation et

Protection de l'Espace Géologique Centre Thématique Eaux Thermominéralcs

B P 2059, 29 Bd du 11 novembre 69616 - V I L L E U R B A N N E Cedex

Reßexion concernant les critères de définition des gisements d'eau minérale

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION 1

1. DEFINITION DE LA NOTION DE GISEMENT. 1

1.1 Définition académique (Petit Larousse illustré) 1

1.2 Cycle des eaux minérales 2

1.3 Gisement d'eau minérale : définition proposée 4

2. DISCUSSION 5

2.1 Structure géologique 5

2.2 Aire géographique 5

2.3 Identité de l'eau nouvellement captée 6

2.3.1 La signature isotopique de la molécule d'eau 6

2.3.2 La datation de l'eau 6

2.3.3 La signature chimique complète et détaillée de la "charge minérale" 6

2.4 Problème posé par les mélanges naturels 7

2.5 Le gaz des eaux minérales 7

3. CONCLUSION 8

3.1 A u plan technique 8

3.2 A u plan pratique 8

3.3 Propositions 8

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Les systèmes hydrothermaux Figure 2 : Coupe semi-schématique de la région du Bas Adour - Le circuit d'eau thermale et minérale de D a x Figure 3 : Gisements et périmètres de protection de Vittel et de Contrexéville Figure 4 : Diagramme de Schoeller Berkaloff Figure 5 : Diagramme de Schoeller Berkaloff

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Réflexion concernant les critères de définition des gisements d'eau minérale

RESUME

Cette réflexion a été menée dans le cadre des actions de service public du B R G M , pour le compte du Ministère de l'Industrie et à la demande de la Direction Générale de la Santé

L'évaluation de l'état de l'art en matière d'eaux minérales amène à préconiser pour caractériser le gisement d'eau minérale, la prise en compte globale et conjointe des éléments suivants :

• structure géologique souterraine et aire géographique concernée ;

• signature isotopique de l'eau ou des eaux concernées ;

• signature chimique de l'eau ou du mélange et de chacune des composantes du mélange.

Il est donc proposé que, dans les textes réglementaires en cours d'élaboration, cette démarche soit instituée en tant qu'objectif à atteindre par toutes les études réalisées et présentées, que les dossiers présentés dans un tel cadre soient soumis pour avis à un comité d'expert.

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REFLEXION CONCERNANT LES CRITERES DE DEFINITION DES

GISEMENTS D'EAU MINERALE.

INTRODUCTION

E n application de la loi n°92/3 sur l'eau, une réflexion a été engagée, concernant les eaux minérales, en vue d'élaborer de nouveaux textes réglementaires, spécifiques, mais tenant compte des objectifs et principes énoncés par cette loi.

Dans le cadre de ce travail, il est apparu nécessaire de tenter de préciser la notion de gisement d'eau minérale, notion qui sous tend directement ou indirectement, un certain nombre de points clés de la réflexion en cours et en particulier :

• la politique de protection des ressources en eau minérale ;

• les notions de mélange ou de regroupement d'eaux minérales issues de captages distincts ;

• l'allégement éventuel d'un certain nombre de procédures d'autorisation.

1. DEFINITION DE LA NOTION DE GISEMENT

1.1 Définition académique (Petit Larousse illustré)

U n gisement est une accumulation naturelle, locale , de matière minérale solide, liquide, ou gazeuse susceptible d'être exploitée.

Pour définir un gisement, il faut donc préciser :

• la structure permettant l'accumulation ;

• la matière minérale susceptible d'être exploitée

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Les eaux minérales, par rapport à cette approche, présentent au moins deux aspects très particuliers :

• les structures concernées sont affectées par un flux d'entrée et un flux de sortie caractérisant non pas une accumulation, mais un écoulement ;

• la matière minérale est en réalité constituée par de l'eau ( H 2 0 ) qui sert de solvant et de vecteur à la "charge minérale" (minéralisation) de l'eau et à la température.

1.2 Cycle des eaux minérales

E n reprenant les termes de B . Blavoux (Colloque Thermalliance 1994) "l'eau minérale est une eau de pluie infiltrée, qui acquiert ses caractéristiques physico-chimiques au cours d'écoulements très lents en profondeur, puis rejoint rapidement la surface à la faveur d'accidents géologiques".

O n peut distinguer ainsi (cf. figure 1) :

• en A , une aire d'alimentation avec infiltration d'eau météorique ;

• en B , un réseau d'infiltration ou colonne d'infiltration, vaste en volume, à vitesse d'écoulement très lente;

• en C , un axe de collecte agissant c o m m e un drain et permettant la remontée rapide de l'eau minérale, jusqu'à une zone d'émergence, caractérisée par une ou plusieurs sources.

L'ensemble de ce circuit souterrain, depuis l'infiltration jusqu'à l'émergence, est parcouru en un temps qui peut être assimilé à l'âge de l'eau depuis sa précipitation : il peut être déterminé d'une façon relativement précise, au moyen , notamment, de techniques isotopiques ; selon les exemples connus, ces durées peuvent varier de quelques années (Evian entre 10 et 20 ans) à quelques dizaines de milliers d'années (certaines sources thermales des Pyrénées).

Pendant toute la durée de son cycle d'infiltration, l'eau est soumise à des conditions de pression et de température croissantes, qui jointes, le cas échéant, à l'action des gaz, entraînent des réactions chimiques avec les roches encaissantes ; l'eau va donc progressivement acquérir sa composition chimique originale aux dépens des minéraux constitutifs de la roche traversée.

L'essentiel de la minéralisation d'une eau est donc acquis à la fin de l'étape B . et c'est notamment au cours de cette phase que se constituent les équilibres entre les différents ions.

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L a phase C vient, par contre, compliquer les choses : au cours de cette étape, dont la durée peut être considérée c o m m e négligeable par rapport aux étapes antérieures, l'eau minérale va remonter jusqu'en surface, rapidement ; elle va donc traverser des terrains de plus en plus froids et à perméabilité de plus en plus forte, contenant notamment des nappes d'eau superficielles, de plus en plus oxygénées et en règle générale très peu chargées en sels par rapport à l'eau minérale, mais parfois vulnérable à la pollution.

A u cours de l'étape C vont donc se produire éventuellement :

• des dilutions en proportion variable de l'eau minérale profonde : on peut observer souvent sur un m ê m e site l'existence de plusieurs sources, qui, s'il est clair qu'elles appartiennent à la m ê m e "lignée géochimique", présentent des températures et des minéralisations variées ;

• des rééquilibrages chimiques secondaires, c o m m e par exemple la précipitation d'une partie du calcium de l'eau sous l'effet d'un dégazage ou encore l'oxydation de sulfures en sulfates.

Ces rééquilibrages, s'ils n'induisent sur la minéralisation globale de l'eau que des effets quantitatifs généralement mineurs, ne peuvent cependant pas être négligés, car au plan qualitatif, ce sont parfois ces variations ultimes qui peuvent conférer à l'eau quelques unes de ses propriétés originales, exploitées notamment dans le thermalisme.

Les caractéristiques originales d'une eau minérale donnée sont donc fonction :

a) : de la composition, notamment isotopique, de l'eau météorique s'infiltrant dans la zone d'alimentation A (sa latitude et son altitude conditionnent les teneurs en Deuterium et Oxygène 18 de la molécule d'eau ; de plus, ces isotopes étant stables, leur concentration va en principe rester "figée" pendant toute la durée du circuit souterrain).

b) : de la nature et de la géométrie de la structure géologique constituant l'axe de collecte B :

• sa nature pétrographique et sa porosité (surface de contact) contrôlent le type de réactions chimiques qui vont conférer à l'eau minérale son faciès caractéristique ;

• sa géométrie et sa perméabilité conditionnent l'extension du circuit souterrain de l'eau, et ce, dans les trois dimensions. C o m p t e tenu de l'existence d'un gradient géothermique dans le sous-sol, la géométrie et la perméabilité de la structure géologique considérée, déterminent donc la température à laquelle vont s'effectuer progressivement les réactions chimiques entre roche et eau, ainsi que le temps disponible pour ces réactions.

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c) : de la nature et de la géométrie de l'axe de collecte C .

D e leurs caractéristiques vont dépendre :

• la vitesse de remontée de l'eau,

• l'importance éventuelle du refroidissement, • l'importance des dilutions éventuelles, • l'importance éventuelle du dégazage de l'eau, • l'importance des rééquilibrages chimiques secondaires.

E n résumé : la composition chimique et isotopique d'une eau minérale est donc fonction directe ou indirecte de l'ensemble du circuit souterrain qu'elle a parcouru depuis la zone d'alimentation A , jusqu'à la zone d'émergence C .

1.3 Gisement d'eau minérale : définition proposée

"un gisement d'eau minérale est l'ensemble de la structure géologique souterraine, depuis la zone d'alimentation et jusqu'à la zone d'émergence, située au droit d'une zone géographique bien déterminée, et de laquelle il est possible d'extraire, moyennant la mise en oeuvre de techniques appropriées, une eau souterraine de qualité déterminée, stable, reproductible, et identique, aux fluctuations naturelles près, à la qualité de la source le cas échéant, déjà agréée".

Cette définition impose pour chaque site un niveau de connaissance tel, qu'il permette de définir de façon cohérente :

1. la structure géologique concernée : il faut pouvoir être à m ê m e d'avancer une interprétation géologique argumentée du type de celle présentée figure 2 .

2 . l'aire géographique, concernée par l'ensemble du trajet souterrain de l'eau minérale depuis l'aire d'alimentation jusqu'à l'aire de captage. L a combinaison de ces deux informations revient à définir la structure géologique en trois dimensions.

3 . l'identité de l'eau nouvellement captée avec l'eau minérale déjà agréée. Cette identité doit être établie et maintenue, en cours d'exploitation, au moyen de signatures indépendantes portant sur le fluide lui m ê m e (H20), et sur sa "charge minérale" (minéralisation).

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2. DISCUSSION

2.1 - Structure géologique

La connaissance de la structure géologique concernée n'est pas explicitement imposée par les textes actuels pour l'agrément d'une ressource ou l'autorisation de l'exploitation.

Il peut donc sembler très contraignant de l'imposer : cependant d'une part, il est également logique de n'autoriser l'exploitation d'une ressource du sous-sol qu'à la condition que celle-ci soit relativement bien connue et évaluée et que d'autre part, cette contrainte de connaissance de la structure géologique concernée, s'impose d'elle m ê m e , dès que le premier captage de la ressource initiale par les émergences naturelles devenant insuffisant, il s'avère nécessaire de recourir à des forages pour développer l'exploitation.

Il s'agit donc d'une contrainte technique qui de toute manière s'imposera d'elle m ê m e , dans toute exploitation bien conçue et bien gérée et deviendra incontournable, dès lors que l'on abordera le thème de la protection des eaux minérales.

A u plan technique enfin, l'expérience montre qu'un recours judicieux à la panoplie des différentes techniques d'étude géologiques ou géophysiques disponibles, permet d'avancer des réponses à la plupart des questions posées.

2.2 Aire géographique

Cette notion vient en complément de la première, dans la mesure où l'étude tendant à définir la structure géologique souterraine donnera du m ê m e coup, les éléments de délimitation de l'aire géographique concernée.

Elle est également complémentaire de cette notion dans la mesure où l'on peut envisager qu'une m ê m e structure géologique étendue puisse donner naissance à plusieurs ressources en eau minérale distincte.

C o m m e n t différencier nettement en effet les structures géologiques de Vittel et de Contrexéville, sinon en les complétant par la notion de bassin (figure 3).

L e recours à ces deux notions complémentaires prend tout son sens également pour les eaux minérales issues de milieux cristallins, (granites ou assimilés), où les circulations se faisant par des réseaux de fractures, on est parfois bien en peine de définir précisément la structure géologique concernée (exemple de certaines sources de la limagne de Loire, ou de l'Ardèche).

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Réflexion concernant ¡es critères de définition des gisements d'eau minérale

2.3 Identité de l'eau nouvellement captée

Trois signatures indépendantes doivent être exigées.

2.3.1 L a signature isotopique de la molécule d'eau qui caractérise la zone d'alimentation (Deuterium, Oxygène 18). Cette signature est inaltérable et bien qu'elle puisse être atténuée par l'effet de dilutions intervenant lors de la phase C , elle peut être reconstituée après comparaison et interprétation des résultats d'une campagne d'échantillonnage judicieuse.

2.3.2 L a datation de l'eau (durée approchée du temps de séjour souterrain de l'eau) par le Tritium de la molécule d'eau ou les isotopes du Carbone de sa charge minérale, etc ...

2.3.3 L a signature chimique complète et détaillée de la "charge minérale" (minéralisation de l'eau) qui est le reflet direct de la minéralisation acquise, au contact des minéraux constitutifs des roches, au cours de son circuit souterrain.

O n doit à ce propos exiger une caractérisation chimique aussi complète que possible (éléments majeurs et traces), car si l'on se contente des éléments majeurs, trop d'ambiguïté sont encore possibles :

Exemples

• Figure 4 : deux gisements, à l'évidence distincts puisque situés l'un dans le département des Vosges (Contrexéville), l'autre dans le Tarn et Garonne (St Antonin Nobleval) fournissent des eaux (Great Source et Source du Prince Noir), tout à fait comparables par leurs éléments majeurs ; il faudra donc tenter de compléter leur caractérisation, par une analyse des éléments en trace, et les déterminations isotopiques.

• Figure 5 : trois sources (Sail sous Couzan : Brault 3 - St Alban : Antonin - St Romain le Puy : source Parot) ont des minéralisations totales voisines et des "profils chimiques" très comparables. Toutes trois sont issues des formations granitiques fracturées de la bordure ouest de la Plaine du Forez (42), dans laquelle il est difficile de délimiter de façon précise des structures géologiques souterraines. Les informations devront donc être complétées par :

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• une délimitation géographique de chaque "bassin" ;

• une caractérisation des éléments traces et des isotopes de chacune de ces sources.

A u plan technique, l'interprétation des résultats d'analyses chimiques détaillées, d'une campagne d'échantillonnage portant sur l'ensemble des points d'eau (minéralisée ou non) présente dans la zone d'émergence, permet de caractériser :

• les affluents types d'eaux en présence et leurs relations (dilution et mélanges de la phase C ) • l'eau minérale dans son gisement ;

• de fournir une information sur la température et la profondeur attenante au cours de la phase B ) .

2.4 Problème posé par les mélanges naturels

Il arrive fréquemment que des sources d'eau minérale naturelles, captées en surface, dont on a déjà reconnu les propriétés favorables à la santé, et faisant donc l'objet d'une autorisation ministérielle d'exploitation, soient en réalité constituées d'eaux minérales profondes diluées en proportions variables, par mélange avec des eaux peu minéralisées provenant de nappes de subsurface, et que lors d'études et de travaux de développement du site concerné, on soit amené à retrouver par forage, chacune des composantes de ce mélange naturel.

A u plan technique, les cas de mélange peuvent et doivent être démontrés au moyen des techniques déjà énumérées.

Il importera dans un tel cas, de caractériser de la m ê m e manière le mélange ainsi que chacune des deux composantes du mélange (eau minérale et eau douce de dilution).

Par contre dans un tel cas, la nappe d'eau de dilution doit elle être traitée également c o m m e une eau minérale ? Doit-elle faire l'objet des m ê m e s procédures ? Peut-on autoriser la reconstitution par l 'homme d'un mélange qui se faisait naturellement dans le sous-sol ?

C e sont là des points de réglementation et de droit qui débordent le cadre de cette réflexion.

2.5 L e gaz des eaux minérales

Il paraît peu réaliste dans l'état actuel des connaissances, d'espérer une signature spécifique des gaz de chaque gisement d'eau minérale gazeuse ; il y a peut être cependant là, matière à réflexion et recherche complémentaire.

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3. CONCLUSION

3.1 A u plan technique et dans l'esprit qui guide cette réflexion, la caractérisation des gisements d'eau minérale doit nécessairement être réalisée par la prise en compte de plusieurs paramètres dont aucun, considéré seul, ne sera suffisant en lui-même, mais dont la prise en compte globale seule, permettra d'atteindre un niveau de certitude et de clarté suffisant. Ces paramètres sont :

• structure géologique souterraine et aire géographique concernée dont la combinaison équivaut à définir en 3 dimensions, ce que l'on pourrait appeler "le bassin minéral" ;

• signature isotopique de l'eau ou des eaux concernées (cas des mélanges) ;

• signature chimique complète de l'eau ou du mélange et des composantes du mélange.

3.2 A u plan pratique, il faut admettre, compte tenu en particulier de la nature intrinsèque des saisonnements géologiques, qu'à un instant donné, c'est-à-dire, dans le cas considéré, au m o m e n t de la constitution du dossier de demande d'agrément de l'eau, la s o m m e et la combinaison des différentes informations disponibles, puisse ne pas être suffisante pour valider l'interprétation proposée pour la structure géologique en trois dimensions.

3.3 Propositions

Dans les textes en cours d'élaboration :

• la définition et la délimitation du gisement d'eau minérale doit constituer l'objectif vers lequel doivent tendre toutes les études réalisées et présentées.

• la mise en oeuvre d'une procédure d'autorisation allégée, ne peut être envisagée que c o m m e une alternative à la procédure classique. Néanmoins, cette procédure allégée aura l'intérêt de pouvoir être applicable aux sites faisant l'objet d'études et de travaux intensifs, qui sont évidemment les sites dont l'évolution constante des conditions d'exploitation rend justement nécessaire l'existence d'une telle procédure allégée plus rapide.

• il serait souhaitable que les dossiers présentés dans un tel cadre et visant à démontrer l'existence et la spécificité d'un gisement d'eau minérale, soient soumis, pour avis, à un comité d'experts.

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FIGURES

R 37964 SGR/RHA

Figure 1

INFILTRATION

* " * * *

LES SYSTEMES HYDROTHERMAUX

Figure 2

b Colonne d'infiltration

C Drain d e collecte

COUPE SEMI-SCHEMATIQUE DE LA REGION DU BAS ADOUR LE CIRCUIT D'EAU THERMALE ET MINERALE DE DAX

Figure 3

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Périmètres de protection

Vittel

Contrexeville

GISEMENTS ET PERIMETRES DE PROTECTION DE VITTEL ET DE CONTREXEVILLE

Figure 4

DIAGRAMME de

SCHOELLER BERKALOFF

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IFigure 5

DIAGRAMME de

SCHOELLER BERKALOFF

ST.ROMAIN-LE-PUY : SOURCE PAROT

SAH. S/COUZAN : BRAULT3

ST.ALBAN : SOURCE AOTONIN

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Documents

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