Hydrogeological functioning and transfer processes in the unstable fissured massif of Séchilienne (French Alps) : contributions of natural and isotopic tracers
Fonctionnement hydrogéologique et processus de transfert dans le massif fissuré instable de Séchilienne (Alpes françaises) : apports du couplage de traceurs naturels et isotopiques
Résumé
Gravitational natural risks are at the origin of major disasters that can cause material and human damages, they are also one of the main mechanisms of denudation of mountain ranges. It is now clearly established that a link exists between the instability and the water it receives. Understanding the behaviours of aquifers in unstable environments is crucial in the study of these complex structures whose destabilization raise significant challenges. With that in mind, this thesis focuses on the relationship between the unstable environment and the groundwater flows of the Séchilienne slope (Isère, France). This work aims to characterize the hydrogeological functioning of the aquifer of the unstable environment through the analysis of two outlets within the instability. The use of hydrogeological data collected over several years allows a temporal analysis providing good information on the behaviour, dynamism and recharge of the aquifer at several times scales ranging from the hydrological cycle to the year. Correlation analyses have proven to be a good tool for understanding the hydrodynamic behaviour of the aquifer. Contribution of water chemistry is essential in the identification of hydrochemical signatures characterizing the slope. It also provides information on the weathering degree of the slope, as the chemical composition of the water depends on water-rock interactions. A comparative study of two outlets within the instability coupled with the analysis of an outlet from the stable zone reflects the heterogeneity of unstable and fractured environments. The second part of this work focuses on the combination of isotopic tracers and major elements chemistry, in order to specify the amplitude of chemical weathering reactions of mineral phases, induced by water-rock interactions within the slope. The use of a mixing model makes it possible to attribute the different major elements to different sources and to quantify the involvement of sulfuric and carbonic acids as a source of protons. The results show that instability creates favorable and durable conditions within the fracture, by opening new fractures bringing fresh and reactive surfaces allowing the production of sulfuric acid by pyrite oxidation. Results obtained also allow the refinement of the pre-existing hydrogeological model by highlighting the contribution of gypsum dissolution to the sulphate budget of the water. The originality of this work also lies in our results showing the behaviour of the Séchilienne landslide, despite its role in accelerating the chemical and physical weathering of rocks, acts at a geological time scale (i.e. at timescales longer that carbonate precipitation in the ocean) as a source of CO2 to the atmosphere.
Les risques gravitaires sont à l’origine de catastrophes importantes pouvant engendrer des dégâts matériels et humains, ils sont aussi l’un des mécanismes principaux de dénudation des chaines de montagne. Il est maintenant clairement établi qu’il existe un lien entre l’instabilité gravitaire et l’eau qu’elle reçoit. La compréhension du fonctionnement des aquifères de milieux instables est d’une importance fondamentale dans l’étude de ces structures complexes dont la déstabilisation implique des enjeux considérables. C’est dans cet esprit que cette thèse s’intéresse à la relation entre le milieu instable et les écoulements souterrains du versant de Séchilienne (Isère, France). Ce travail vise à caractériser dans un premier temps le fonctionnement hydrogéologique de l’aquifère du milieu instable au travers de l’analyse de deux exutoires au sein de l’instabilité. L’utilisation de données hydrogéologiques recueillies sur le long terme permet une analyse temporelle fournissant de bonnes informations sur le fonctionnement, le dynamisme et la recharge de l’aquifère à plusieurs échelles allant du cycle hydrologique à l’année. Les analyses corrélatoires se révèlent être un bon outil quant à la compréhension du fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère. L’apport de la chimie des eaux, est essentielle à l’identification des signatures hydrochimiques caractérisant le versant. Elle permet par ailleurs d’obtenir des informations sur l’état d’altération du versant, la composition chimique des eaux dépendant des interactions eau-roche. L’analyse comparative des deux exutoires au sein de l’instabilité couplée à l’analyse d’un exutoire de la zone stable reflète l’hétérogénéité des milieux instables et fracturés. Ce travail s’axe dans une deuxième partie, sur le couplage entre traceurs isotopiques et chimie des éléments majeurs, afin de préciser l’amplitude des réactions d’altération chimique des phases minérales induites par les interactions eau-roches à l’intérieur du versant. L’utilisation d’un modèle de mélange permet d'attribuer les différents éléments majeurs à différentes sources et de quantifier l'implication des acides sulfurique et carbonique comme source de protons. Les résultats montrent que l'instabilité crée des conditions favorables et durables au sein de la rupture, par l'ouverture de nouvelles fractures apportant des surfaces fraîches et réactives permettant la production d'acide sulfurique par oxydation de la pyrite. Les résultats obtenus permettent d’autre part d’affiner le modèle hydrogéologique préexistant par la mise en évidence de la contribution de la dissolution du gypse au budget sulfate des eaux. L’originalité de ce travail réside également dans nos résultats qui montrent le comportement du glissement de terrain de Séchilienne qui, malgré son rôle dans l'accélération de l'altération chimique et physique des roches, agit à l’échelle des temps géologiques (c'est-à-dire à des échelles de temps plus longues que les précipitations de carbonate dans l'océan) comme une source de CO2 dans l'atmosphère.
Origine : Version validée par le jury (STAR)