Magazine des Géosciences

GéochroniqueDécembre 2016 / 15 €

une coédition

Les forts vitrifiés et anatexie anthropiqueLe mythe de l'isthme durancien

L'Ediacarien, aube du monde moderneLe roman de l'exploration pétrolière

Grains de blé sur jeu d'échecs

Magazine des Géosciencesn°148 Décembre 2018 / 15 €

une coédition

Géochronique

Hydrogéologie isotopique

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Comité de directionDirecteur de la publication : Sylvain Charbonnier Rédacteur en chef : Nicole Santarelli Rédacteurs adjoints : Daniel Raymond,Jérémie Melleton – Jacqueline Lorenz Secrétaire de rédaction : Christine Appia Trésorier de la coédition : Daniel Obert Représentant du BRGM : Nicolas Charles Représentant de la SGF : Jean-Jacques Jarrige

Comité de rédactionJacques-Marie Bardintzeff - Bernard Bonin Philippe Bouysse - Françoise DebrenneFrançoise Dreyer - Bernard FourcadeAlexandre Fournel - Jean Labourguigne Philippe Lagny - Jacques Lambotte Michel Millet - Pierre Soléty Patrick Thommen – Catherine Viaux

CorrespondantsPascal Barrier - Jean-Paul DeroinPierre Duffaut - Jean FéraudPierre Nehlig - Jérémy Martin Emilien Oliot - Vincent Thiéry

AdministrationRevue fondée en 1982 par Geneviève Faury, Claude Lorenz et Claude Mégnien. Siège : Société géologique de France, 77 rue Claude Bernard, 75005 ParisISSN : 0292-8477 – CPPAP n°0119 G 88662 Tirage : 1 800 exemplaires.Dépôt légal : décembre 2018Maquette : Happygraphie Manuel PichonImprimerie : Chevillon imprimeur

Régie publicitaire et abonnementsSociété géologique de France, 77 rue Claude Bernard, 75005 ParisTél. 01 43 31 77 35 Le prochain numéro paraîtra en mars 2019.

Les opinions exprimées dans les articles de cette revue n’engagent pas Géochronique.

Contact : geochronique@geosoc.fr

Revue d’information d’expression française en sciences de la Terre, coéditée par la Société géologique de France et le BRGM.

ISSN : 0292-8477

SoMMaire n°148 / Décembre 2018Échantillonnage de la résurgence d’un captage dans le secteur de l’ancien district minier des Malines (Saint-Laurent-le-Minier, Gard) pour analyses chimiques et isotopiques des eaux.

> Nouveau record pour l’apparition de bactéries en Afrique du Sud > Un zircon hadéen découvert en Afrique du Sud> Des circuits géotouristiques dans le Jura> RST Lille 2018 : Premier bilan

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actualités > Les 110 ans de deux découvertes paléoanthropologiques exceptionnelles> Volcans d’Arménie> Journées d'automne de l'AGBP : Géologie et Grande Guerre dans les Vosges> L’hydrogène naturel : le cas du Mali> AGSO : excursion géologique en Corse

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Ce numéro comporte un bulletin d’abonnement en fin de numéro

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DOSSIER 12

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analyses d’ouvrages 59 > Curiosités géologiques des Pyrénées-Orientales> Lozère > Classification et évolution> Mémoires de naturalistes> La mine en France : Histoire industrielle et sociale> Tectonic Evolution of the Eastern Black Sea and Caucasus> Lake Pavin : History, geology, biogeochemistry and sedimentology of a deep meromictic maar lake> Crustal Evolution of India and Antarctica: The Supercontinent Connection> Terres de Vins : Promenades géologiques en Pays Catalan> Geomechanics and Geology> Curiosités géologiques du massif de Fontainebleau

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> Gérard Bossière (1938–2018) > Georges Busson (1929–2018)

HOMMAGE

Hydrogéologie isotopique 1 > Hydrologie et hydrogéologie isotopique Le cycle de l’eau vu au travers des isotopes de la molécule H2O Les isotopes du bore un traceur du cycle de l’eau continentale Les isotopes du lithium et la géothermie

2> Hydrogéologie isotopique en contexte anthropique La forensie environnementale : un travail de détective ! Ressources en eau et hydrogéologie isotopique : la nappe de l’Albien du Bassin parisien Les isotopes dans les eaux ou l’évidence des extrêmes 3> Exemple d’une approche multi-méthodes Origine et processus de salinisation des aquifères côtiers : exemple de Recife

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CONCOURS PHOTO RST I-IV

Conf

éren

ce itinérante de la SGFRetrouvez toutes les dates

de cette conférence en 2019 sur :

Conférence animéepar Patrick DE WEVER

geosoc.fr/biodiversite

Biodiversitéau cours du temps :acquis et idées reçues

Professeur au Muséum national d’Histoire naturelle

Conférence itinérante de la SGF

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12 Géochronique 148 • 2018

La matière est constituée d’éléments chimiques tous bâtis sur le même modèle : l'atome est constitué d'un noyau composé de protons (chargés positivement) et de

neutrons (électriquement neutres). Autour de ce noyau gravitent des électrons, particules char-gées négativement. Chaque atome se distingue donc par son nombre de protons (ou d'élec-trons), également appelé numéro atomique Z, le nombre de neutrons N et le nombre de nucléons (protons + neutrons) A.

Le nombre de protons est égal au nombre d'électrons, ce qui assure la neutralité de l’atome. L'ensemble des atomes dont le noyau possède le même couple (Z, A) est appelé un nucléide ; un élément chimique correspond à l'ensemble des atomes de même numéro atomique Z.

E : élément chimique

A : masse atomique (protons + neutrons)

Z : numéro atomique (nombre de protons)

Le mot isotope, composé du grec isos "égal, le même" et topos "lieu, place", proprement "qui occupe la même place", fait référence à la clas-sification de Mendeleïev (fig. A) car pour un même élément chimique, il peut exister différents noyaux. En effet, si le nombre de protons est tou-jours égal à Z, le nombre de neutrons peut varier et on parle alors d'isotopes de l'élément chimique. Les isotopes sont caractérisés par le nombre de nucléons (protons + neutrons) A. On différencie

les isotopes d'un élément E par la notation AE avec par exemple, le noyau de l'atome d'hydrogène qui est constitué d'un proton pouvant à l'état naturel être accompagné de zéro, un ou deux neutron(s). L'hydrogène existe donc sous trois formes isoto-piques 1H, 2H (appelé deutérium, noté D) et 3H (appelé tritium, noté T). Les propriétés chimiques des isotopes d'un même élément sont identiques car ces isotopes ont le même nombre d'électrons. L’ensemble des isotopes d’un élément constitue un système isotopique.

L’un des plus profonds changements dans l’étude des Sciences de la Terre et du système solaire au cours des dernières décennies est l’apparition de nouveaux outils analytiques, tels que la géochimie isotopique, en complément des outils descriptifs plus classiques. Ce bond en avant est maintenant défini comme le cadre de la géologie isotopique (Faure, 1986 ; Bowen, 1988 ; Allègre, 2005) dans lequel l'hydrologie et l'hydro-géologie isotopique sont de grands défis (Fritz et Fontes, 1980 ; Clark et Fritz, 1997 ; Aggarwal et al., 2005).

La géologie isotopique a débuté avec la data-tion des événements géologiques par le biais de divers systèmes isotopiques (U, Pb, Sr, Nd ; Faure, 1986), puis est montée en puissance à la faveur de la compétition entre les programmes d'exploration lunaire et la possibilité d'analy-ser des roches lunaires. La géologie isotopique a abouti à la description complète du système terrestre qui a conduit à l’obtention du Prix Cra-foord (récompensant et promouvant la recherche

Hydrogéologie

Fig. A. – Classification des éléments chimiques dans le tableau de Mendeleïev.

En exemple, les couleurs identifient les différentes systématiques

isotopiques appliquées, en développement et en projet

au BRGM à la date de ce document.

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Fig. B. – Prélèvement d’une eau géothermale en Islande.

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dans les disciplines scientifiques en mathéma-tiques, géologie, biologie et astronomie qui ne sont pas éligibles au prix Nobel) en géosciences partagé par G. Wasserburg et C.J. Allègre en 1986 (Allègre, 1987).

D'autre part, l'hydrologie et l’hydrogéologie isotopique ont principalement évolué au travers de l’étude des isotopes des éléments chimiques trouvés en abondance sur Terre (appelés isotopes environnementaux), en particulier H, C, N, O et S.

Les développements les plus importants en hydrogéologie isotopique ont été réalisés sous les auspices de l'Agence internationale de l'éner-gie atomique (AIEA, www.iaea.org) avec la coo-pération entre l'AIEA et le Programme hydrolo-gique international de l'UNESCO (Mook, 2001  ; Aggarwal et al., 2005). Les isotopes environne-mentaux sont maintenant largement utilisés pour déterminer la provenance de l’eau, mais aussi les processus de recharge, caractériser les réactions géochimiques et les vitesses de réac-tion. La famille des isotopes environnementaux se développe encore à la faveur de nouvelles techniques analytiques permettant l'analyse plus facilement de nouveaux systèmes isotopiques (Li, Cu, Zn…, e.g. Kloppmann, 2003).

L’objectif principal de la directive-cadre sur l’eau (DCE, 2000/60/CE), qui dresse des orien-tations générales sur les politiques et la gestion de l’eau et des écosystèmes aquatiques est de prévenir toute détérioration supplémentaire, de

protéger et d’améliorer leur état. Le succès de la directive, dans la réalisation de ces objectifs, est évalué principalement au travers du statut des masses d’eau (le « bon état »). L’annexe II de la DCE indique, entre autres, que la caracté-risation des masses d’eau devait inclure (1) des informations sur les caractéristiques des stra-tifications des eaux souterraines au sein de la masse d’eau, (2) des estimations des directions et des taux d’échange d’eau entre la masse d'eau souterraine et les systèmes de surface associés, (3) fournir une caractérisation plus détaillée de la composition chimique de l'eau souterraine, y compris une spécification des contributions de l'activité humaine. Dans cette optique, la géo-chimie isotopique a connu ces dernières années un développement sans précédent apportant des outils qui permettent une meilleure caractérisa-tion et compréhension des systèmes aquifères et de leurs relations avec les milieux de surface (rivières, zones humides, plans d’eau, et écosys-tèmes terrestres associés) (fig. B).

Cet essor est aussi le résultat des développe-ments instrumentaux dans le domaine de l’ana-lyse isotopique. En effet, l’outil de spectrométrie de masse à source plasma et multi-collection (MC-ICP-MS : Multi Collector Inductively Cou-pled Plasma Mass Spectrometer) a permis la mesure juste et précise à de très faibles teneurs de nouveaux systèmes isotopiques (dits non tra-ditionnels), notamment certains métaux, métal-loïdes et non-métaux (voir encadré).

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