Étude du pourtour est de l’étang de Thau, phase II Caractérisation liydrocltirrtique

des réservoirs souterrairis karstiques et tltermaux VOLUME 3

Étude réalisée dans ie cadre des opérations de Service public du BRGM 1998-D-516

Laduuciie B., Doerfliger N., Bakaiowicz RI. avec la collaboration de

J. Cubizoiles

juin 2001 BRGMIRP-50788-PR

Étude du poufiouf est de /'étang de Thau - phase [I

Mots clés : Hydrogéologie, Karst, Eaux thermales, Hydrocliimie, Essais de traçage, Fonctions de transfert, Conflits d'usage, Gestion de la ressource.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Ladouche B., Doerfliger N., Bakalowicz M. avec la collaboration de J. Cubizolles (2001) - Étude du pourtour est de l'étang de Thau. Phase II. Caractérisation hydrochimique des réservoirs souterrains karstiques et thermaux. Volume 3. BRGM/RP-50788-FR, 79 p., 20 fig., 5 tabl., 5 ann.

CI BRGM, 2001, ce document ne peut +ire reproduit en totalité ou en panie sans i'auturisaliun expresse du BRGM

2 BRGWRP-50788-FR

Étude du pourlour est de /'étang de Thau -phase I I

Synthèse

n incident est survenu au cours de l'année 1993 sur l'alimentation en eau thermale des thermes de Balaruc-les-Bains : diminution de la température. L'effet induit par

un pompage des eaux de la source sous-marine de la Vise dans l'étang de Thau a été invoqué ii l'époque pour expliquer ce phénomène. Les conditions hydrologiques du moment, à savoir un étiage important, sont à prendre en considération dans les causes de cet effet. Le secteur de Balaruc-les-Bains étant situé au sein d'un milieu naturel de convergence d'eaux provenant de divers systèmes souterrains et superficiels, il est nécessaire, pour proposer une optimisation de la gestion de la ressource, d'accroître la connaissance en terme de géométrie, de fonctionnement et d'interdépendance de ces réservoirs.

Dès 1995, le Conseil général de l'Hérault a initié un programme d'étude comprenant une synthèse hydrogéologique, une analyse socio-économique et une première phase d'études complémentaires élaborées en partenariat par la DREN de Languedoc- Roussillon et le BRGM. La deuxième phase du programme d'études complémentaires. qui s'est déroulé de 1999 à 2000, a pour objectif premier de progresser dans la connaissance du fonctionnement des hydrosystèmes en présence et de proposer des modalités de gestion de la ressource en eau.

Le programme d'actions 1999-2000 est un projet financé par le Conseil général de l'Hérault, l'Agence de l'eau Rhône-Méditerranée-Corse, la DDAF34 via des fonds FEDER, ainsi que le BRGM. Il a compris une caractérisation géochimique et isotopique complémentaire en conditions hydrologiques de hautes eaux, une poursuite du suivi en continu des paramètres physiques sur des points d'eau (sources et forages) dans le but de comprendre l'organisation des écoulements et l'interdépendance des différents réservoirs (thermaux et karstiques), une définition de la géométrie des réservoirs souterrains et l'élaboration d'un modèle géologique structural, un inventaire des phénomènes exokarstiques, la réalisation d'essais de traçage pour la mise en évidence de connexions hydrauliques. L'ensemble de ces données a fait l'objet de différents traitements dont l'interprétation conduit & la définition d'un schéma de fonctionnement des différents réservoirs et à la proposition de schémas de gestion de la ressource.

L'ensemble de ces résultats est présenté ii travers une série de 4 rapports :

- Volume 1 : K Définition du modèle géologique et inventaire des phénomènes karstiques )> :

- Volume 2 : G Fonctionnement hydrogéologique du bassin karstique de Thau >> ;

- Volume 3 : << Caractérisation hydrochimique des réservoirs souterrains karstiques et thermaux D ;

- Volume 4 : << Synthèse générale ».

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€tude du pourtour est de /'étang de Thau -phase I I

Le présent rapport (vol. 3 ) présente les résultats de la caractérisation des réservoirs et de l'origine de leurs eaux à l'aide de l'outil géochimique.

Une campagne d'analyses géochimiques a été menée sur les eaux souterraines prélevées en 23 points autour du bassin de Thau : sur le causse d'Aumelas et à l'ouest de celui-ci, sur la montagne de la Gardiole (sur la façade littorale et au niveau de le presqu'île de Balaruc), dans les forages thermaux et dans la Vise. L'analyse des ions majeurs et des isotopes de l'eau montre que les eaux du domaine de la montagne de la Gardiole ont une signature différente de celles du causse d'Aumelas. La signature des eaux de la Vise s'apparente à celle des eaux du causse d'Aumelas. Les distinctions entre les eaux de ces deux domaines sont liées à l'influence marine, aux apports anthropiques et k la nature des roches avec lesquelles les eaux sont en contact.

De fortes concentrations en éléments ma,jeurs sont observées dans les eaux prélevées sur la façade littorale de la montagne de fa Gardiole, ce qui pourrait être expliqué par l'intrusion d'eau de mer.

Les eaux thermales correspondent k un mélange entre des eaux karstiques et des eaux d'origine marine. La proportion d'eau karstique est minimale dans les eaux de certains forages ; ces eaux ont les caractéristiques les plus voisines du pôle thermal '( pur ». Ce pôle thermal est lui-même un mélange ancien entre une eau de mer et une eau météorique. Les résultats concernant le chlore 36 indiquent que ces eaux ont séjourné quelques milliers, voire quelques dizaines de milliers d'années. La température dans l'aquifère qui renferme les eaux thermales est supérieure à 70" C. Cet aquifêre se situe à une profondeur d'au moins 1 800 m.

Étant donné la proximité du site thermal de Balaruc avec la montagne de fa Gardiole, ce dernier paraît être le système qui influe le plus sur les eaux des forages thermaux. Cependant, fa géométrie des formations géologiques montre que le système du causse d'Aumelas intervient de façon au moins égale. Le plan de chevauchement qui délimite les calcaires de la montagne de la Gardiole de ceux du causse d'Aumelas. semble être B la base du fonctionnement de la remontée des eaux thermales profondes. Ce plan de chevauchement paraît localisé au sud d'Issanka et au nord de Cauvy. Des études géochimiques et structurales supplémentaires seraient nécessaires pour délimiter les compartiments et l'influence des failles, et pour préciser le rôle de cet accident géologique dans la remontée des eaux thermales.

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Étude du pourtour est de W a n g de Thau -phase I I

Sommaire

1 . Introduction .............................................................................................................. 9

1.1. Rappel des résultats de la phase 1 ............................................................................ 10

1.2. Objectifs de fa phase II ............................................................................................ 11

1.3. Organisation de la restitution des résultats .............................................................. 12

. .

2 . h d e géochirnique des eaux souterraines autour du bassin de Thau .............. 13

2.1. introduction de l'étude geochimique ....................................................................... 12

2.2. Prelevements el analyses ......................................................................................... 13

2.3. Présentation et interprétation des résultats .............................................................. 16

2.3.1. Les paramètres physico-chimiques ................................................................ 16 2.3.2. Les paramètres chimiques ............................................................................. 17 2.3.3. Reconstitution de l'origine et l'histoire des différentes eaux ......................... 18 2.3.4. Synthèse des conclusions géochimiques : un schéma interprétatif

_> I . .

. .

. .

de la circulation des eaux dans le système hydrogéologique autour du bassin de Thau ................................................................................................ 49

3 . Conclusions ............................................................................................................. 53

3.1. Aquiferes karstiques ................................................................................................ 53

3.2. Eaux thermales ........................................................................................................ 54

3.3. Eaux de la Vise ........................................................................................................ 33

3.4. Délimitation spatiale des systèmes aquiferes .......................................................... 55

..

.. . . References bibliographiques ........................................................................................ 57

5

Étude du pourtour es! de I’éfang de Thau -phase Il

Liste des figures

Fig. l -

Fig. 2 -

Fig. 3 -

Fi,. 4 -

Fi:. 5 -

Fig. 6 -

Fig. 1 -

Fig. 8 -

Fig. 9 -

Carte de localisation des points échantillonnés 6 l’échelle du bassin karstique de Thau .................................................................................................................... 14

Agrandissement de la carte de localisation des points échantillonnés au niveau

Évolution des teneurs en sodium, bromures en fonction des concentrations en chlorures 19

Évolution des teneurs en calcium et sulfates en fonction des concentrations en chlorures. .. 20

Évolution des teneurs en magnésium et bore en fonction des concentrations en chlorures. ................................................................................................................. 21

Évolution des teneurs en strontium et nitrates en fonction des concentrations en chlorures. ........................................... 22

Évolution des teneurs molaires en magnésium des eaux en fonction des teneurs molaires en calcium. .............. ............ 24

Évolution des teneurs molaires en sulfates des eaux en fonction des teneurs molaires en calcium ...................................................................................................... 25

Évolution des teneurs en deutérium des eaux en fonction des teneurs en oxyoène -- 18. 29

de la presqu’île de Balaruc-les-Bains. ..........................................................

...................................................................

...................................................................................................

........................................

.................................................................................................................. Fig. I O - Évolution des teneurs en deutérium des eaux en fonction des concentrations

Fig. I l - Évolution des teneurs en carbone 13 des eaux en fonction de l’activité ..................................................................................................... 35

Fi,. 12 - Évolution de l‘activité tritium des eaux en fonction de l’activité “C. ......................... 35

Fig. 13 - Évolution des rapports isotopiques du strontium des eaux en fonction du rapport molaire CdSr ................................................................................................... 38

Fig. I I - Évolution des rapports isotopiques du strontium des eaux en fonction du rapport molaire NdSr ................................................................................................... 40

Fig. 15 - Évolution du rapport isotopique “C1/3sCI des eaux échantillonnées en 1996 en fonction de l‘iuverse des concentrations en chlorures ............................................. 41

Fig. 16 - Comparaison des résultats des géothermomètres du quartz et de la calcédoine .......... 44

Fig. 17 - Teneurs en silice en fonction des températures mesurées ...................... Fig. 18 ~ Comparaison des résultüts des géothermomètres NdK

Fig. 19 - Comparaison des températures mesurées et calculées par le

Fig. 20 - Représentation schématique des écoulements souterrains locaux

en chlorure .............................................. ..............................

géotliermomètre K/ivfg ............................................................................

, . et re0ionaux ......................................................................................................... 56 a

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Étude du pourtour est de l'étang de Thau -phase Il

Tabl. 1 - Cal :téristiqi

Liste des tableaux

1 , . I enerales des differents forages ......................................................... 15

Tabl. 2 - Rapports chimiques caractéristiques des eaux thermales, des eaux de la

Tabl. 3 - Estimation du pourcentage d'eau de mer dans les forages thermaux i partir

Tabl. 4 - Estimation du pourcenrage d'eau de mer ancienne dans les forages thermaux

Tabl. 5 - Estimation de la température des eaux thermales daiis le réservoir à partir

Vise (échantillonnées dans l'étang et dans le tuyau) et de l'eau de mer. ..................... 27

des teneurs isotopiques de l'eau .................................................................................... 37

:i partir des concentrations en chlorures. ...................................................................... 32

des géothermomètres silice, K/Mg et NdK. ................................................................ 45

Liste des annexes

Ann. 1 - Caractéristiques physico-chimiques des eaux échantillonnées lors de la campagne spatiale 2000 ................................................................... 59

Ann. 2 - Résultats des analyses chimiques des eaux échantillonnées lors de la campasne spatiale 2000 ................................................................... 63

Ann. 3 - Résultats des analyses chimiques de quelques éléments traces et des compositions isotopiques des eaux échantillonnées lors de la campagne spatiale 7000 .............................................................................. 67

Ann. 4 - Résultats des analyses chimiques des eaux prélevées au niveau du gouffre de la Vise ....................................................................................... 7 1

Ann. 5 - Indices de saturation des eaux vis-à-vis des principaux minéraux (calculés à l'aide de Phreeqc) .......................................................................... 75

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Étude du pourtour est de l’étang de Thau -phase 11

1. Introduction

e secteur nord-est du bassin de Thau constitue un lieu naturel de convergence d’eaux provenant de différents hydrosystèmes de surface ou souterrains. Les eaux

douces ainsi que les eaux d’origine thermale sont sollicitées pour des activités socio- économiques diverses (stations thermales, conchyliculture et pisciculture, alimentation en eau potable).

Un incident sur l’alimentation en eau des thermes de Balaruc-les-Bains au cours de l’année 1993 est à l’origine des études du pourtour est de l’étang de Thau : un étiage important et une intervention sur le système de pompage de la pisciculture GAEC << Poissons du soleil x captant la résurgence sous-marine de la Vise, ont été invoqués pour expliquer une chute de température au niveau de certains forages des installations thermales. On parlait déji auparavant de l’existence de phénomènes dits d’« inversac >> (pénétration d’eau salée de l‘étang dans les aquifères) au niveau de la source sous- marine de la Vise.

L’optimisation de la gestion des ressources en eau, afin d‘éviter des situations de crise, nécessite une meilleure connaissance du fonctionnement des hydrosystèmes présents ; cette dernière est nécessaire pour l’établissement de mesures de gestion. Un premier programme d’étude lancé par le conseil général s’est déroulé en 1995 avec une synthèse hydrogéologique (BRGM R 38538, Bérard P., 1995) et une analyse socio-économique (rapport ASCA). Les conciusions de ces études ont m i s en évidence les relations complexes entre les différents types d’eau en présence dans l’hydrosystème et, en particulier, leurs origines diverses très souvent méconnues. De plus, l’absence d’un mode gestion de la ressource en eau souterraine du secteur d’étude a été clairement identifiée.

Suite à ces conclusions, un programme d’études complémentaires élaborées par la D R E N et le BRGM a été défini. Une première phase - Thau 1 - s’est déroulée en 1996- 1997. Cette approche a été rendue nécessaire par le fait que les eaux souterraines de ce secteur sont classiquement considérées, n priori par les différents usagers, comme étant 6 l’origine de problèmes qualitatifs et/ou quantitatifs sur le fonctionnement de l’écosystème lagunaire.

La deuxième phase de cette étude, réalisée entre 1999 et 2000, est un projet Financé par le Conseil général de l’Hérault. l’Agence de l’eau, la DDAF via des fonds FEDER et le BRGM. Le Conseil général de l’Hérault assure la maîtrise d’ouvrage du projet. Cette étude a été réalisée en partenariat avec la D E N de Languedoc-Roussillon.

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Étude du pourtour est de l‘étang de Thau -phase //

I .I. RAPPEL DES RÉSULTATS DE LA PHASE I

L‘objectif de la phase 1 était d’apporter des éléments de connaissance concernant I’hydrosystème karstique et le réservoir thermal ainsi que des éléments de gestion de ces ressources. Les résultats étaient les suivants : - l’inventaire de quelques 250 forages recensés au niveau des communes de Balaruc-

les-Bains et de Balaruc-le-Vieux qui a permis de quantifier les prélèvements annuels en eau souterraine. Ces derniers s’élèvent à 6 3 millions m’/an, répartis en 785 O00 m3/an pour les thermes, 207 O00 m’/an pour les besoins industriels, 5,s millions mVan pour I’AEP et 72 O00 mjlan pour des particuliers. Ces prélèvements fixent les ordres de grandeur des besoins des différents usagers de l’eau souterraine et constituent l’élément de base en matière de gestion des ressources en eau souterraine ;

- le suivi piézométrique au niveau de la presqu’île indique une direction d’écoulement principale selon un axe nord-sud et confirme l’hypothèse d’une alimentation de l’aquifère par le causse d’Aumelas et la montagne de la Gardiole, les exutoires de l’aquifère se situant principalement au niveau de l’étang :

les résultats de l’étude géochimique et isotopique ont permis de préciser l’origine et le taux de mélange des eaux. Les analyses ont permis d’identifier, outre les eaux thermales, trois entités caractérisées par des signatures chimiques différentes : la zone littorale de la montagne de la Gardiole, la montagne de la Gardiole et le causse d’Aumelas. Par conséquent, les eaux d’Issanka et celles de la Vise sont très probablement rattachées au causse d’Aumelas. La limite entre les compartiments causse d’Aumelas et Gardiole de l’aquifère karstique passe au sud des sources d’Issanka et de la Vise et au nord de la source de Cauvy et de Péronne ; cette limite correspondant à la zone des forages thermaux, elle peut être interprétée comme une zone d’accidents tectoniques (à confirmer dans la phase II) ;

- les résultats des mesures isotopiques mettent en évidence que les eaux thermales peuvent s’interpréter comme étant le résultat d‘un mélange d‘eaux karstiques et d’eaux salées. La proportion d’eau karstique est inférieure à 15 % dans les forages F8 et F9. L‘eau thermale pourrait aussi être constituée d’un mélange d‘eau de mer ancienne (30 à 40%) et d’eau météorique ancienne (60 à 70 %). Les eaux thermales proviennent de circulations profondes dans I’aquifêre calcaire, probablement du Jurassique supérieur, et remontent à la faveur d’accidents tectoniques importants ;

- les mesures de chlorures et de température indiquent une augmentation de la température et des teneurs en chlorures dans le sud de la presqu’île. Ces anomalies doivent être mises en relation avec les circulations des eaux souterraines des massifs calcaires et des eaux thermales, les deux se mélangeant dans des proportions variables selon les points d’eau et les conditions hydrologiques.

Étude du pourtour est de l’étang de Thau -phase I I

1.2. OBJECTIFS DE LA PHASE II

L’objectif principal de la phase II est de poursuivre l’objectif premier de l’étude, à savoir avancer dans la connaissance du fonctionnement des hydrosystèmes et de leurs interactions entre eux, à partir de la compréhension des paramètres influant sur le fragile équilibre des pôles eau souterraine, eau thermale, eau de surface, y compris eau de mer euou de la lagune, et ceci dans le but de fiabiliser la ressource en eau thermale. Au final, l’objectif est de proposer des éléments de gestion de la ressource en eau souterraine intégrant les résultats des phases 1 et 2 de l’étude Thau. Ces éléments de gestion ne reposeront pas sur des modélisations numériques, mais sur des considérations qualitatives extraites de l’interprétation des données hydrochimiques, hydrauliques et géothermales.

Pour ce faire, la méthodologie retenue et mise en œuvre s’inscrit dans une stratégie d‘étude des aquifères karstiques, développée dans le cadre des projets BRGM menés en collaboration avec le CNRS depuis 1995. Cette stratégie s’appuie sur une approche par étapes, justifiée par l’originalité de la structure et du fonctionnement des karsts. Les étapes retenues dans le cadre de cette étude sont au nombre de quatre. Une première concerne la définition de la géométrie du réservoir et de ses limites, une deuxième l’identification des systèmes présents en appréciant leur fonctionnement global aux exutoires, une troisième étape de caractérisation des systèmes en terme de transit et de transfert et une quatrième de validation et confirmation du fonctionnement.

La première phase nécessite de réaliser une synthèse des données géologiques et, si nécessaire, de procéder à une étude géologique spécifique (analyse structurale, analyse litho-straiigrapliique, cartographie de détail, reconnaissance de terrain et mise en place de la stratification).

La deuxième phase est basée sur l’interprétation qualitative et quantitative des données hydrologiques (suivi des débits aux exutoires, piézométrie). La troisième phase concerne l’interprétation des données hydrochimiques et isotopiques ainsi que des essais de traçage artificiels. Dans le cas particulier de l’étude, les chroniques hydrologiques et de précipitations ont été interprétées pour mettre en évidence les interdépendances entre les différents réservoirs hydrologiques, alors que les données hydrochimiques permettent de caractériser l’origine des eaux souterraines en considérant leur minéralisation et leur variabilité spatio-temporelle.

Les actions suivantes sont ainsi proposées afin d’atteindre les objectifs de cette étude : - compléter les données géochimiques et isotopiques en période de hautes eaux (les

données disponibles à l’issue de la phase 1 ne comprennent que des données acquises au cours d’une période hydrologique de basses eaux) et les interpréter en terme d’origine de5 eaux et de îonctionnement (BRGM) ;

- poursuivre le suivi piézométrique de l’aquifère, des exutoires et de certains des forages thennaux. dans le but de comprendre les écoulements (BRGM et DIREN LRO) ;

BRG M/RP-50788-FR 11

Étude du pourtour est d e l'étang de Thau -phase I I

- préciser la géométrie des réservoirs souterrains à uartir des données récentes de - terrain et de géophysique et élaborer un modèle géologique de l'aquifère jurassique (BRGM) ;

- inventorier les phénomènes karstiques afin de caractériser les conditions aux limites de l'aquifère : type d'infiltration, diffuse ou non (BRGIM) ;

- réaliser des essais de traqage dans le but de confirmer des hypothèses de connexions hydrauliques au sein de l'aquifère karstique (BRGM).

1.3. ORGANISATION DE LA RESTITUTION DES RÉSULTATS

L'ensemble de ces résultats du programme d'actions de In phase II de cette étude est présenté à travers une série de 4 rapports :

- Volume 1 - G Définition du modèle géologique et inventaire des phénomènes

- Volume 2 - << Fonctionnement hydrogéologique du bassin karstique de Thau n ;

- Volume 3 - G Caractérisation hydrochimique des réservoirs souterrains karstiques et

- Volume 4 - G Synthèse générale >>

A l'exception du volume IV, ces volumes représentent la contribution du BRGM à l'étude ; le volume II inclut la contribution d'un partenaire sollicité par le BRGM pour la détermination du débit de la Vise par modélisation des données physico-chimiques (association Gradient). L'interprétation des données concernant le suivi piézométrique à l'échelle de l'aquifère jurassique est réalisée par la DIREN Languedoc-Roussillon et est intégrée dans le volume II. Le volume IV résulte d'un travail commun D E N - B R G M .

Au sein des rapports rédigés en partenariat (DIREN-BRGM), il est mentionné entre parenthèses, en tête de chapitre, l'organisme qui a assuré la réalisation et la rédaction de la partie considérée du rapport.

karstiques x ;

thermaux >> ;

12 BRGIWRP-50788- FR

Éiude du pourtour est de I'étang de Thau -phase I I

2. Étude géochimique des eaux souterraines autour du bassin de Thau

2.1. INTRODUCTION DE L'ÉTUDE GÉOCHIMIQUE

L'outil hydrochimique a été utilisé dans le cadre de la phase 1 de cette étude afin de déterminer l'origine des eaux, d'estimer la part respective des eaux de chaque réservoir mis en jeu dans un mélange et de fournir des indications sur le fonctionnement des aquiferes. Au total, 23 points d'eau du bassin de Thau ont été échantillonnés au cours de l'été 1996 en période de basses eaux. Ces points sont situés sur le causse d'Aumelas et à l'ouest de celui-ci, sur la montagne de la Gardiole (façade littorale et presqu'île de Balaruc), dans les forages thermaux et au niveau de la Vise (fig. 1 et 2).

L'interprétation des données hydrochimiques (ions majeurs) et des isotopes de l'eau a montré que les eaux du domaine de la montagne de la Gardiole ont une signature différente de celles du causse d'Aumelas (Aquilina et al., 1997, BRGM R 39530). Les distinctions entre les eaux de ces deux domaines seraient liées à l'influence manne, aux apports anthropiques et à la nature des roches avec lesquelles les eaux sont en contact. Au vu des fortes concentrations en éléments majeurs des eaux prélevées au niveau de la façade littorale de la Gardiole, I'hypothése d'une intrusion d'eau manne avait été émise. Les eaux thermales ont été identifiées comme étant un mélange d'eaux karstiques et d'eaux d'origine marine. Les géothermomètres indiquent que le réservoir thermal se situe à une profondeur d'au moins 1 800 métres.

L'objectif de l'étude géocliimique dans le cadre de la phase II de cette étude est d'affiner ces premiers résultats en infirmant ou confirmant certaines hypothéses émises sur l'origine des eaux souterraines. De plus, elle doit permettre de caractériser un état hydrologique différent de celui de la première campagne.

2.2. PRÉLÈVEMENTS ET ANALYSES

Au cours de l'hiver 2000, une campagne d'analyses géochimiques a été menée sur 13 points répartis sur la partie nord-est du bassin de Thau. Cette campagne réalisée dans un contexte de hautes eaux, fait suite à celle réalisée au cours de l'été 1996 dans un contexte de basses eaux. Certains des points choisis en 1996 n'ont pas été échantillonnés lors de la campagne 2000 et ont été remplacés par de nouveaux points équipés de sonde piézométrique. La localisation précise des points est présentée sur les figures 1 et 2. En vert sont représentés les points prélevés dans le cadre de cette nouvelle campagne spatiale, en rouge les nouveaux points et en bleu les points prélevés en 1996 et non échantillonnés en 2000.

BRGMRP-50788-FR 13

fhde du pourtour est de i'éfang d e Thau -phase //

La répartition des points en fonction de leur localisation géographique est la suivante (fig. 1 et 2 et tabl. 1) :

- massif de la Gardiole : Midi-Libre, Villeneuve, La Robine-de-Vic, Frontignan, Issanka, Moulières, Péronne, Cauvy, Serres Municipales, Ambressac ;- massif d'tiumelas : Valmalle, Mas-de-Lunes, Marcillac, Monteral, Saltel, Lecornec ;

- forage sous couverture Éocène (Si9 CGE) dans le bassin de Montbazin-Gigean ; - forages profonds (Pézenas, Castillonne) à l'ouest de l'étang de Thau ;

-forages thermaux (F5, F6, F8, F9 et S12) ; - la source de la Vise, à l'aide du dispositif mis en place dans le cadre de cette étude

Les caractéristiques générales de l'ensemble des points échantillonnés lors des deux campagnes spatiales (1996 et 2000) sont rassemblées dans le tableau 1.

Les prélèvements de la campagne spatiale 2000 ont été réalisés le 4 février 2000, dans un contexte de hautes eaux. Les paramètres pH, Eh (potentiel rédox), température, conductivité, concentration en oxygène dissous et alcalinité ont été mesurés directement sur des échantillons d'eau brute sur le terrain. L'ensemble des résultats des mesures physico-chimiques des campagnes 1996 et 2000 est présenté en annexe 1. Les analyses des éléments majeurs et traces, des isotopes du strontium (Sr), de l'oxygène (O), du carbone (C) et de l'hydrogène (H) ont été réalisées au laboratoire du BRGM (Orléans). Les analyses isotopiques (O et H) ont été réalisées sur un échantillon d'eau brute, les prélèvements réalisés pour I'analyse des majeurs, des traces et des isotopes C et Sr ont été filtrés sur membrane de porosité 0,45 pm. Les échantillons utilisés pour l'analyse des cations, des traces et des isotopes du strontium ont également été acidifiés (HNO, suprapur, pH = 2). Les anions sont analysés par chromatographie ionique, les cations et les traces sont analysés par ICP/MS (plasma à couplage inductif avec détection par spectrométrie de masse), et les isotopes par spectrométrie de masse. Les incertitudes des résultats concernant les majeurs et les traces sont respectivement de 5 % et 10 %. L'incertitude des résultats concernant les isotopes de l'eau est de 0,s 560 pour le deutérium et 0,l %O pour l'oxygène et 1 UT pour le tritium. L'ensemble des résultats des campagnes 1996 et 2000 est reporté dans les tableaux des annexes 2 et 3. L'annexe 4 rassemble les résultats des analyses effectuées sur 3 échantillons d'eau prélevés le 23 janvier 1998 au niveau de la cloche de la Vise par les plongeurs du SMNLR. Dans les graphiques, ces échantillons sont dénommés par (( Vise étang ».

2.3. PRÉSENTATION ET INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS

2.3.1. Les paramètres physico-chimiques Les températures des eaux échantillonnées lors de la campagne spatiale 2000 sont comprises entre 7,3 et 48,9 "C (ann. 1). La température de la Vise (7,3 "C) n'est pas représentative de celle de I'aquilëre. En effet, lors de son transit jusqu'au bord de l'étang, l'eau contenue dans le tuyau s'équilibre d'un point de vue thermique avec l'eau

16

Étude du pourtour esf de l'étang de Thau -phase I I

de l'étang. Si l'on ne tient pas compte de la température mesurée pour la Vise, les températures sont comprises entre 14,6 "C et 48,9 OC. Ces températures sont similaires à celles mesurées lors de la première campagne en 1996 (15,6 et 49,9 OC).

Contrairement à la campagne de 1996, la température de 47,7 "C du forage thermal Fis est nettement plus élevée que celle mesurée en 1996 (33,3 "C) et se rapproche de celle du forage thermal F9 (48,9 OC). La température du forage F9 lors de la campagne 2000 est sirnilaire à celle mesurée en 1996 (49,9 OC). Le forage thermal F8 n'était pas en activité lors la campagne spatiale, la comparaison avec les données de 1996 est donc impossible.

De manière similaire à 1996, les eaux du causse dAumelas et des forages profonds de la zone ouest présentent les valeurs de conductivité les plus faibles (de 370 it 620 pS/cm en 2000 contre 490 à 650 pS/cm en 1996). Le secteur de la Gardiole (excepté Robine- de-Vic) est de nouveau marqué par des valeurs globalement plus élevées (de 935 à 1 810 pS/cm en 2000 contre 540 à 1 730 pS/cm en 1996). En 2000, la Robine-de-Vic située en bordure de la Gardiole présente des valeurs beaucoup plus élevées (9 170 pS/cm contre 6 S90 pS/cm en 1996). En 2000, les forages thermaux F5 et F9 présentent des valeurs du même ordre de grandeur (17 700 pSlcm) contrairement à ce qui avait été mesuré en 1996, où l'eau du forage F5 était nettement moins minéralisée (7 550 pS/cm).

L'eau de la Vise est nettement plus minéralisée en 2000 (4 130 pS/cm) par rapport aux valeurs de 1996 (autour de 2 200 pS/cm). Les valeurs de pH sont comprises entre 6,l et 7,6 et sont globalement dans la même gamme que celles mesurées en 1996 (6,3 à 7,4). De manière similaire à 1996. les eaux des forages thermaux en 2000 sont légèrement acides (6,l à 6,2). On retrouve la même tendance pour les eaux du causse d'Aumelas et les forages profonds : les eaux sont neutres à légèrement basiques (pH compris entre 7 et 7.6 en 2000 contre 7,O à 7.2 en 1996).

De manière similaire à 1996, les forages thermaux et dans une moindre mesure, les forages profonds de Pézenas et de la Castillonne présentent des valeurs de potentiel redox (Eh) et des teneurs en oxygène dissous globalement plus basses que celles des aquifères karstiques de surface. Signalons que la Robine-de-Vic présente en 2000 un Eh nettement plus faible de celui mesuré en 1996 (75 mV contre 130 mV) et qui se rapproclie de celui des eaux thermales (69 et 76 mV pour F5 et F9). De manière générale, la diminution des valeurs de Eh accompagne le caractère profond des eaux, dans des aquifères où des réactions d'oxydoréduction ont pu s'opérer.

2.3.2. Les paramètres chimiques

Les observations relatives aux concentrations en éléments majeurs (à l'exception des nitrates) et mineurs sont similaires à celles décrites pour la conductivité. Pour tous ces éléments, les concentrations des eaux thermales de la Vise et de la Robine-de-Vic se distinguent des autres points par leurs fortes teneurs. Les concentrations observées dans les eaux de la montagne de la Gardiole sont supérieures à celles des eaux du Causse

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Étude du pourtour est de I'étang de Thau -phase II

d'Aumelas et de l'ouest. En exemple, on observe une faible dispersion des teneurs en chlorure dans les eaux du causse d'Aumelas et des forages profonds (de 18,s à 29,6 mg/l du même ordre de grandeur de celle de 1996 : 16,s à 25,6 m g ) , elles sont comprises entre 85,l et 306 mg/1 dans les eaux de la montagne de la Gardiole (contre 37,7 et 317,2 mg/l en 1996). Les eaux des forages thermaux F5 et F9 présentent des teneurs similaires (5 620 mg/i) globalement très proches de celles mesurées en 1996 (5740 mg/l pour F9). Les valeurs de la Robine-de-Vic sont plus élevées en 2000 (2 710 mgA) comparées à celles del996 (2 160 mg/]).

Les figures 3 et 4 présentent, pour l'ensemble des points, les relations entre les concentrations en sodium, bromure, calcium et sulfates et les concentrations en chlorures. Les figures 3 et 6 présentent, pour l'ensemble des points, l'évolution des teneurs en magnésium, nitrates, strontium et bore en fonction des teneurs en chlorures. Les données sont reportées dans des échelles Log-Log. Ce type de représentation a l'avantage de ne pas écraser les faibles teneurs lorsqu'il existe un fort contraste de concentration entre les échantillons (ce qui est notre cas). Dans les échelles Log-Log, les droites sont représentées par des courbes plus ou moins incurvées lorsque les échelles ne sont pas les mêmes. Dans chaque figure. la courbe de couleur bleue correspond à la droite de dilution de l'eau de mer. La courbe noire représente la droite de corrélation obtenue entre les paramètres considérés pour les eaux des forages thermaux (forages F5, F6, FS, F9 et SE) .

2.3.3. Reconstitution de l'origine et de l'histoire des différentes eaux'

a) Informations apportées par les mesures chimiques

Les analyses chimiques permettent de différencier nettement les eaux issues de la montagne de la Gardiole (hors secteur littoral) et ceiles provenant du causse dAumelas. Les eaux de la Gardiole sont plus chargées en chlorures, sodium, sulfates et nitrates par rapport à celles du causse d'Aumelas. On montre également que les eaux des forages profonds Pézenas et Castillonne sont à rattacher, par analogie de teneurs, aux eaux du causse d'Aumelas. De même, la source d'lssanka, bien que située au pied de la Gardiole, est à rattacher aux eaux du causse d'Aumelas. Ces résultats confortent l'interprétation réalisée à partir des données de 1996 (Aquiiina ef nL.1997).

' Généralité sur le cycle de l'eau Au cours du cycle hydrologique, l'eau s'évapore des ockans. Elle forme les masses nuageuses qui circulent au-dessus des continents où elle se condense sous forme de pluie, de neige et plus rarement en glace. L'eau qui tombe sur le sol peut s'évaporer ou rire reprise en partie par évapotranspiration (transpiration des végéiaux). La part restante, peut s'infiltrer au sein des formaiions géologiques où elle circulç sous l'effet de la gravité. Au sein des formations géologiques aquiEres, cette eau acquiert une signature chimique. qui résulte de la misc h l'équilibre entre l'eau et les constituants de l'atmosphère tout d'abord (CO,), du sol puis des mint'raux qu'elle rencontre dans la formation géologique. Ainsi la composition chimique de l'mu refléte i la fois ces équilibres et l'interaction avec la roche. Ellc acquiert une signature chimique propre i la fois B son histoire (traversée de l'atmosphère et du sol) et B son milieu de résidence (formation géologique). Cc message nkst donc pas toujours simple ZI déchiffrer mais i l est néannioins tris sensible 2 l'environnement géologique. La chimie de l'eau peut donc ètre uiile pour différencier les origines des sources.

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fhde du pourtouf est de /’étang de Thau - phase I I

Dans les différents diagrammes des figures 4, 5 et 6, on montre que les eaux de la Gardiole et du massif d’Aumelas sont globalement enrichies en sulfate, calcium, magnésium, strontium par rapport à la droite de mélange de l’eau de mer, ce qui indique que l’eau de pluie infiltrée a interagi avec I’encaissant géologique et s’est chargée en ces éléments.

À l’inverse, dans les diagrammes Na vs CI et Br vs CI (fig. 3), les eaux de la Gardiole et du massif d’Aumelas se répartissent sur la droite de dilution de l’eau de mer. Pour les eaux du causse &Aumelas, les faibles teneurs en chlorures, sodium et bromures peuvent s’expliquer par les apports des précipitations. Pour les eaux du catisse de la Gardiole (secteur littoral), les teneurs en ciiiorures, sodium et bromure sont giobaiement plus élevées (exemple 100 mg/i de chlorures en moyenne contre 20 mg/i en moyenne pour les eaux du causse d’Aumelas). Les plus fortes teneurs des eaux de la Gardiole peuvent s’expliquer comme le résultat d’une légère contamination par des eaux saumâtres dont l’origine reste à déterminer (eau de l’étang ou eau thermale ?).

Enfin, il n’existe aucune corrélation entre les concentrations en nitrates et celles en chlorures pour les forages du causse &Aumelas, les forages profonds de l’ouest et ceux de la Gardiole (fig. 6). Les concentrations en nitrate les plus fortes sont rencontrées dans les eaux de la montagne de la Gardiole. Les valeurs les plus basses sont obtenues pour les forages thermaux F9 et F5, ainsi qu’à Pézenas et Castillone.

Pour les teneurs en nitrates2, on note une nette différence entre les eaux du secteur de la Gardiole et celui du causse d‘Aumelas. Les teneurs sont beaucoup plus faibles dans ce dernier. Cette différence est liée i la localisation des points de prélévements, les points du secteur non littoral de la Gardiole sont principalement situés sur les communes de Balaruc-les-Bains et Balaruc-le-Vieux, donc dans un domaine fortement urbanisé et potentiellement influencé par des effluents des fosses septiques.

Les teneurs en calcium (Ca) et magnésium (Mg) en domaine karstique sont principalement liées au système carbonaté. Ils sont tributaires soit de la nature des réactions (dissolution, précipitation), soit de la nature lithologique des roches avec lesquelles l’eau est en contact. Sur les figures 7 et 8 qui présentent les diagrammes Mg = fiCa) et SO, = f(Ca), la distinction entre les signatures des eaux de la montagne de la Gardiole et celles provenant du causse d‘Aumelas est de nouveau mise en évidence.

Pour les eaux du Causse d’Aumelas et des forages profonds (Pézenas et Castillonne), on montre qu’il existe une corrélation inverse entre les concentrations en calcium et en magnésium (courbe noire, fig. 7). En d’autres termes, plus l’eau est prélevée en

Les nitrates sont dégradés dans les sols ou dans les nappes ou les riactions naturelles sont consommatrices de nitrates. il ne se produit donc pas de nitrates naturellement et les concentrations élevées en nitrates dans les eaux soutenaines sont essentiellement liées A des apports anthropiques par les engrais ou les eaux usées.

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Étude du pouriour est de léfang de Thau -phase II

profondeur dans l’aquifère jurassique, plus les eaux sont enrichies en magnésium et appauvries en calcium. Ce résultat, qui est probablement lié au phénomène de dissolution incongruente de la dolomie (dissolution de calcaire dolomitique accompagné de précipitation de calcite), doit être également relié à l’augmentation du temps de résidence de l’eau dans l’aquifère.

Signalons également que dans le causse d’Aumelas, les eaux circulent principalement dans les formations du Jurassique moyen à inférieur où des niveaux de dolomies ont été reconnus par forages, ce qui est en accord avec les données chimiques.

Pour les eaux du massif de la Gardioie, les concentrations en magnésium des eaux sont globalement supérieures à celles du causse d’Aumelas. La dissolution des dolomies est difficile à invoquer pour expliquer ces valeurs plus élevées, d‘autant plus que les eaux circulent dans le Jurassique supérieur qui est de nature calcaire. En première analyse, les teneurs en magnésium des eaux de Cauvy, d’hbressac et de la Robuie-de- Vic peuvent être expliquées comme le résultat d’un mélange avec une eau saumâtre dont l’origine reste encore à préciser (eau de l’étang ou eau thermale ?). La position des points des sources de Cauvy et d’hbressac dans les figures 7 et 8 suggèrent que les eaux sont influencées par les eaux thermales d’origine profonde.

En 2000, les eaux des forages thermaux F5 et F9 présentent des teneurs en chlorures similaires (5 620 m d ) globalement très proches de celles mesurées en 1996 dans le forage F9 (5 744 mgli). En 1996, les teneurs en chlorures des autres forages thermaux Variaient de 759 à 7 O44 m d , valeurs très nettement plus faibles que les concentrations en chlorures de l’eau de mer (19 400 m d ) . Les salinités des eaux thermales sont certes élevées, mais ces teneurs ne peuvent pas être uniquement expliquées par de l’eau de mer.

De même, tous les autres éléments, à l’exception des nitrates, présentent des concentrations qui sont très supérieures à celles du domaine karstique (Na, K, Ca, Mg, Br, B et Sr) ou au moins égales mc03, Sioz). La signature géochimique des eaux thermales nous indique que l’on est en présence d’eau qui a subi une histoire notablement différente de celles des eaux karstiques des causses d’Aumelas et de la Gardiole.

Les rapports molaires caractéristiques Na/Cl, Br/Cl et WCI des eaux thermales ne sont statistiquement pas différents de ceux de l’eau de mer (tabl. 2) tandis que les rapports SOdCl, Ca/CI et MglCl sont très nettement supérieurs à ceux de l’eau de mer ce qui témoigne d’un enrichissement des eaux thermales en sulfates, calcium et magnésium en raison des interactions eau-roche. L‘enrichissement en sulfates des eaux thermales est vraisemblablement à attribuer au lessivage des évaporites du Trias que l’on rencontre sous l’étang de Thau à des profondeurs variables comprises entre 2 O00 et 2500 m, l’enrichissement en calcium et magnésium étant à attribuer à la dissolution des carbonates.

L‘eau des forages thermaux F5 et F9 en 2000, et plus particulièrement du forage F8 en 1996, permet de caractériser la signature chimique du pôle réservoir thermal (Aquiiina et al., 1997).

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Étude du pourtour est de l‘étang de Thau -phase 11

b) Informations apportées par les mesures isotopiques

. Les isotopes stables de l’eau3 (2H, “0) : estimation de la part d’eau marine La figure 9 présente l’évolution des teneurs en deutérium en fonction des teneurs d’oxygène 18. Dans cette représentation, la droite pointillée rouge représente la droite locale des eaux météoriques établie pour le département de l’Hérault à partir des précipitations collectées au cours de la période 1996-1998 (Ladouche et al., 1998). La droite bleue représente la droite mondiale des précipitations (Craig, 1961). La courbe verte représente la droite méditerranéenne des précipitations établie pour la partie orientale de Méditerranée (Gat and Dansgard, 1972). La courbe noire représente la droite de corrélation obtenue pour les eaux des forages thermaux.

L’ensemble des eaux prélevées dans la Gardiole, le massif d’Aumelas et les forages profonds (Pézenas, Castitionne) se répartissent entre les droites des pluies mondiale et méditerranéenne, la plupart des échantillons étant alignés sur la droite locale de pluie.

En première analyse, la différence de composition isotopique des eaux d’Aumelas et de la Gardiole (hors points littoraux) doit être reliée aux signatures isotopiques moyennes des pluies qui contribuent à la recharge des deux aquifères. En effet, les valeurs mesurées (voisines de -6,2 %G en oxygène 18) coïncident à la valeur moyenne des précipitations (valeur moyenne pondérée par les hauteurs de pluie). Du fait de la proximité de la mer et de l’altitude globalement plus faible de la montagne de la Gardiole, les eaux de pluie qui contribuent à la recharge sont globalement plus enrichies en isotopes lourds que celles du causse d’Aumelas (altitudes plus élevées, bassin d’alimentation plus éloigné de la mer). Ce phénomène qui est décrit dans la littérature par l’effet dit de << continentalité et d’altitude n (Craig, 1961) est vérifié pour les pluies de l’Hérault (Ladouche et al., 1998) et peut donc être invoqué pour expliquer les différences isotopiques.

Les isotopes stables de l’eau

Les isotopes stables de l’eau (2H et l80) sont utiles pour déterminer l’origine de l‘eau qui peut &re météorique (ce qui correspond aux eaux << continentales >, : eau de pluie, eau de surface et eüu souterraine) ou marine. Ils permettent de mettre en évidence des pliénomines de mélange d’eau de qualité différente.

L‘intér6t des isotopes stables de la molécule d‘eau (‘‘0 et ’H) réside dans le fait qu‘ils permettent de tracer tris fidklement les flux hydriques qui s‘écoulent dans les systèmes, dans la mesure où i l s sont intimement liés l’eau. Par opposition aux traceurs chimiques. les isotopes stables de d’eau sont strictement conservatifs car il n’existe, aux températures habituellement rencontrées dans le domaine de l’hydrogéologie de sub-surface, aucun échange isotopique entre l’eau et la matrice minérale des systhnes (Fontes, 1976). Les isotopes stables de l’eau sont frfquemmeni utilisés pour déterminer l’origine des eaux qui s’écoulent dans les aquilkes. Les variations dcs compositions isotopiques de l’eau dans le cyclc hydrologicp~ï résultent soit de fractionnement isotopique qui intervient lors de changement de phase (évaporation. condensation), soit de mélange d’eaux de composition isotopique diffirente. L‘fveporation entraîne tou.jours la formation de vapeur appauvrie en isotopes lourds par rapport au liquide d’origine. l’inverse. lors de la condensation. l a phase condens6e (pluie par exemple) est tou.jours enrichie en isotopes lourds au ditriment de la phase vapcur rfsiduelle (nuage). A I’iclielle mondiale. les teneurs en deutérium des pluiçs sont relibes aux teneurs en oxygkne IS par la relation suivante : F’H = 8&“0 +IO. couramment appclée tlroiie mondiale des eaux météoriques.

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Étude du pourtour est de /‘étang de Thau - phase //

À la figure 9, on montre que les eaux des forages thermaux et de la Robine-de-Vic et des échantillons de la Vise prélevés au fond de l’étang dans la cloche sont nettement enrichies en isotopes lourds par rapport aux eaux des systèmes karstiques. L’extrapolation de la droite de corrélation des eaux thermales passe par le point de l’eau de mer et le domaine des eaux karstiques de surface, ce qui permet de suggérer que les eaux thermales résultent d’un mélange entre une eau de mer et une eau karstique. Pour vérifier ce résultat, on a regardé la relation qui lie la signature isotopique des eaux aux teneurç en chlorures (fig. IO).

Sur la figure 10, on montre que les points des forages thermaux, de la Vise et de la Robine-de-Vic s’alignent suivant des droites de mélange avec l’eau de mer, ce qui confirme bien que la salinité des eaux thermales soit bien d’origine marine. L’estimation de la part d’eau marine dans le réservoir thermal peut être réalisée à l’aide des isotopes stables de la molécule d’eau et des teneurs en chlorures.

L’estimation de la part d’eau marine a été réalisée à l’aide des teneurs en chlorures et des signatures isotopiques en oxygène 18 et deutérium des eaux thermales, de l’eau de mer et également à l’aide de la signature des eaux karstiques de surface mesurée dans le causse d’Aumelas. Dans cette approche, on suppose que la paléo-eau douce qui s’est mélangée avec l’eau de mer présentait une signature voisine de celle mesurée actuellement.

Pour les calculs, nous avons considéré les résultats de la source d’lssanka comme représentatifs du pôle karstique de surface, non influencée par l’eau saumâtre. La contribution de l’eau marine a été déterminée à l’aide de l’équation suivante :

avec X : contribution de l’eau marine. Les résultats des calculs sont rassemblés dans les tableaux 3 et 4.

Les résultats des tableaux 3 et 4 montrent que les pourcentages calculés par les différents traceurs (“O, ’H et CI), pour un même forage, sont similaires compte tenu des incertitudes. Ce résultat, obtenu par des traceurs indépendants, conforte donc l’origine marine des fluides thermaux. Dans les forages thermaux F8 et F9 la contribution de l’eau de mer est importante, de l’ordre de 30 et 40 % respectivement.

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Étude du pourtour est de /’étang de Thau -phase I I

. Les activités tritium‘ de l’eau : estimation du temps de résidence des eaux

Les teneurs les plus faibles en tritium (< 1 UT, unité tritium) sont mesurées dans les eaux des forages thermaux (F5 et F9), dans l’eau du forage profond de Pézenas et égaiement dans le forage Lecornec situé dans le massif de I’Aumelas. Pour les forages F9 et Pézenas, les résultats obtenus fors de cette campagne <( hautes eaux >> confirment ceux obtenus en 1996 lors de la campagne <<basses eaux ». À l’inverse, les résultats obtenus pour ie forage F5 en 7000 sont différents de ceux de 1996 dans la mesure où ce forage présentait une teneur en tritium de 6 UT, valeur relativement élevée qui s’expliquait comme le résultat du mélange entre l’eau thermale d’origine profonde et l’eau karstique superficielle. En 7000, la contribution de l’eau karstique superficielle i l’alimentation du forage F5 est donc très faible, voire nulle.

Les teneurs en tritium des eaux ne permettent pas de distinguer de manière claire les secteurs du causse d‘Aumelas et de la montagne de la Gardiole. Les activités tritium sont comprises entre 6 et 10 UT, ce qui indique que l’on est en présence d’eau récente (10 ans au plus). Pour le forage profond de Pézenas, les résultats obtenus lors de cette campagne <(hautes eaux >> confirment ceux obtenus en 1996 lors de la campagne << basses eaux ». Les teneurs en tritium sont inférieures à la limite de détection (1 unité tritium UT). Sur la base de ces résultats, l’eau prélevée au niveau de cet ouvrage serait âgée de plus de 40 ans. Pour le forage profond Castillonne (5 UT i 1 UT), l’eau serait âgée de 10 ans au plus. Ces résultats indiquent que le temps de résidence de l’eau augmente dans I’aquifere du Jurassique au fur et à mesure que l’on se dirige vers l’ouest. L‘eau du forage S19, qui capte l’aquifere du Jurassique SOUS couverture Éocène dans le bassin de Montbazin-Gigean présente une teneur en tritium de 4 UT i 1, valeur globalement similaire ii celles mesurées dans les autres points du causse de I’Aumelas (entre 6 et 9 UT, i 1 UT), compte tenu de l’incertitude. Les résultats du forage Lecornec (< 1 UT) difîèrent vraiment des autres résultats obtenus dans le massif d’Aumelas (valeurs comprises entre 6 et 9 UT). Aucune explication n’est proposée à défaut d’une erreur de mesure.

Les résultats obtenus au cours de la campagne spatiale (<hautes eaux 7000 >> confirment les précédents résultats (.basses eaux 1996 n). Les teneurs en tritium des eaux karstiques sont clairement significatives d’eaux récentes qui ont séjourné quelques années ou au plus quelques dizaines d’années. Il s’agit donc d’écoulements rapides, caractéristiques des systèmes karstiques dans lesquels les écoulements sont concentrés dans des réseaux de drains relativement bien connectés entre eux. Les forages de l’ouest confimient cette observation puisque les teneurs sont encore importantes au forage de la Castillonne, malgré une profondeur de 800 m. À Pézenas, les teneurs en tritium étant inférieures ?t la limite de détection (1 UT). on ne peut que fixer un temps de séjour minimum de 40 ans sans préjuger la limite supérieure.

‘ Contrairement i I‘oxysine 18 et au deutiriuni, l’isotope tritium de la rnolEculc d’eau est instable dans le teinps et est frequemnicnt utilisé c o m m e chronomkrrc pour dater les caux CH. piriode courte. 12.26 ans).

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Etude du pourtour est de l‘étang de Thau -phase I I

. Les activités carbone 14 et teneurs en carbone 13 de l’eau’ : estimation de l’âge de l’eau

Sur la figure i l qui représente l’évolution des teneurs isotopiques en carbone 13 en fonction de l’activité carbone 14, on remarque que les points se répartissent autour d’une droite de pente négative. Dans ce diagramme, les eaux les plus récentes présentent les activités en carbone 14 les plus élevées et les valeurs de 6°C les plus faibles.

Les activités en C les plus faibles sont mesurées dans les eaux des forages F5, F8 et F9. Elles correspondent aussi à des eaux qui ont les valeurs de 6I3C les plus fortes. Les valeurs en I4C sont proches de zéro, ce qui indiquent que les eaux sont presque en équilibre isotopique avec la matrice carbonatée. Ces résultats ne peuvent s‘expliquer que par des temps d’interaction très prolongés avec la formation géologique encaissante. À l’inverse. les eaux de Cauvy et d‘Ambressac ont les activités en I4C les plus élevées et les valeurs de 6 C les plils faibles. Les valeurs mesurées sont représentatives d’eau en équilibre avec le CO? d’origine biogénique contenu dans le sol.

Les résultats en carbone 13 et i4 obtenus lors de cette campagne <<hautes eaux >>

confirment globalement ceux obtenus en 1996 lors de la campagne <<basses eaux n, excepté pour le forage F5. Les résultats obtenus pour le forage F5 en 2000 sont différents de ceux de 1996 dans la mesure où ce forage présentait en 1996 des teneurs intermédiaires à celles mesurées dans les eaux karstiques de surface et les eaux profondes thermales. Le résultat de 1996 s’interprétait pour le forage F5 comme le résultat du mélange entre l’eau thermale d’origine profonde et l’eau karstique superficielle. En 7000, les eaux du forage F5 présentent des teneurs voisines de celles du forage F9, ce qui indique que ce point n’est pas influencé par les eaux karstiques de surface. Les résultats des mesures isotopiques sur le carbone minéral dissous de l’eau confirme donc ceux obtenus par le tritium et les éléments chimiques.

L’estimation quantitative du temps de résidence des eaux échantillonnées au niveau des forages profonds et des forages thermaux reste problématique en raison de la grande incertitude liée à la détermination de l’activité originelle (Ao) de l‘eau d’infiltration.

14

13

’ Les isotopes du carbone (6I3C et A’%). Les eaux de pluie lorsqu’elles s’infiltrent tendent A se charger en CO2 du sol, lui-mème issu de la dégradation de la matière organique et donc marqué isotopiquement par cette origine. Le carbone résultant possi.de gSnéralement un rapport isotopique compris entre - 70 %O et - 75 Re. Ce type de carbone présente égaiement les teneurs maximales en “C (A% compris entre 105 et 130 %) car son temps de résidence est très faihle. A l’inverse. le second réservoir de carbone dans les s y s t h e s est celui des carbonates dont les rapports isotopiques sont proches de zéro et les activités “C nulles. Le crirhonc 13 pcrmet de dCterinincr l’origine du carbone dissous dans l’eau (matikre organique, carbonates ... ). Le carbone 14 est instable dans le temps et est fréquemnient utilisü comme chronometre pour d a w les taux ( I4C. période de 5 750 aiis).

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Ettude du poutiour est de l'étang de Thau - phase II

Pour les eaux des forages profonds, l'interprétation est rendue d'autant plus difficile que le chimisme des eaux du Jurassique est contrôlé par le pliénomène de dissolution incongruente de la dolomie, compliquant la détermination de l'activité originelle. À titre indicatif, le calcul du temps de résidence pour l'eau du forage profond de Pézenas donne des âges compris entre 200 et 1 500 ans (+/-500 ans).

Pour les forages thermaux, outre le problème évoqué précédemment, vient se greffer le problème de la contribution probable du CO2 profond au niveau du réservoir thermal. Ce CO2 profond, d'activité carbone 14 nulle et de dI3C proche de 8 %O vient fausser l'estimation de l'activité initiale de l'eau. Ces raisons ne nous permettent pas d'estimer l'âge de l'eau A l'aide du carbone 14.

On peut néanmoins observer figure 12 que les eaux qui possèdent les plus faibles activités carbone 14 présentent également les plus faibles activités tritium (forages thermaux, forages profonds). À l'inverse, les eaux qui présentent des activités carbone 14 élevées (proche de 100 Yo) contiennent du tritium (eau karstique Ambressac, Cauvy). Ce couple de traceur permet d'estimer que le temps de résidence de l'eau dans I'aquifere thermal est d'au moins 40 ans, sans que l'on puisse fixer de limite supérieure.

. Les rapports isotopiques ùu strontium6 : information sur les interactions eau-

Nous avons reporté dans la figure 13 l'évolution des rapports "Sr/"Sr en fonction du rapport Ca/Sr. Ce type de représentation permet de mettre en évidence des éventuels mélanges d'eau de composition chimique et isotopique différente.

roche

Les isotopes radiogéniques du strontium (Sr). Le strontium (Sr) est un élément chimique de type alcalino-terreux dont les propriétés physico-chimiques sont proches de celles du calcium. Cette similarité permet au Sr de se substituer au Ca daos les réseaux cristallins.

L'élément strontium peut étre utilisé comme traceur dans les études envuonnementales puisqu'il est naturellement présent dans le milieu. Il posséde 4 isotopes (éléments de même numéro atomique qui présenteni des ro riétés identiques mais qui different les uns des autres par la masse atomique). Ces 4 isotopes : "Sr,97S: %r et %r sont stables, seul le strontium 87 (*'Sr) est radiogénique c'est-&dire qu'il est issu de la désintégration radioactive d'un isotope pére, en l'occurrence le rubidium 87 (87Rb) par désintégration p'.

L'abondance des isotopes "Sr, %r et "Sr reste constante au cours du temps alors que l'abondance de I'isotope 87Sr va augmenter dans le temps suite ti la production via la désintégration du R7Rb. En Sciences de la Terre et dans les études environnementales on utilise le rapport de l'isotope radiogénique sur un isotope stable soit : R7Sr/'6Sr.

Dune manière énérale, les eaux qui drainent les roches acquièrent la composiiion isoiopique en S r (rapport "Sr/&) des minéraux d e cette roclte les plus sensibles à la dissolution. Ainsi, les eaux qui drainent des roches silicatées (ganite par exemple) présentent des rapports R7Sr/HGSr relativement élevés, celles qui drainent des roches carbonatées ont des signatures plus faibles (moins radiogéoiques). Ces variations isotopiques peuvent être utilisées pour mettre en évidence et quantifier des mélanges d'eaux de diverses origines.

Le strontium n'est pas modifié par des processus tels que l'évaporation ou la précipitation de minéraux. Sa composition isotopique reflète donc un terme source soit celui du strontium de i'eau initiale, soit celui d'un minéral qui s'est dissous.

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Étude du pourtour est de I’étang de Thau - phase //

Dans cette représentation, on peut constater que les eaux karstiques des secteurs de la Gardiole et du causse d’Aumelas présentent des rapports CdSr du même ordre de grandeur (compris entre 1 300 et 2 200) mais présentent une très forte variabilité de composition isotopique en strontium (polygones en traits pointillés). Néanmoins, si l’on considère les seuls points qui se trouvent dans le bassin d’alimentation du système karstique de Thau-Balanic (cf: vol. 2, Ladouche ef ni., 2001), on s’aperçoit que la variabilité isotopique est nettement plus réduite. Dans la figure 8, les domaines sont repérés par les polygones en traits pleins, soit :

- polir le Causse d’Aumelas, les points Saltel, Issanka, forage S 19, mas de Lunes et

- pour la montagne de la Gardiole, les points Ambressac, Cativy, Perrone et Serre

Lecornec ;

Ainbressac.

Dans ce nouveau contexte, on montre donc clairement que les eaux karstiques du secteur de la Gardiole s’individualisent de celles prélevées dans le causse d’ Aumelas. Les eaux du secteur de la Gardiole ont des rapports 87Sr/x6Sr plus élevés que celles du causse d’ Aumelas. La différence de composition isotopique s’explique principalement par la nature différente des formations calcaires de ces deux secteurs. On observe un schéma similaire dans un diagramme 87Sr/86Sr vs 1/Sr (non figuré), bien que les points thermaux apparaissent plus regroupés.

Les eaux des forages profonds présentent des signahires isotopiques très proches des eaux karstiques de I’Aumelas (polygone trait plein) mais de rapports CdSr différents. Ce résultat confirme de nouveau les résultats obtenus par les autres traceurs : les eaux des forages profonds sont à rattacher (<géochimiquementn aux eaux du causse d’Aumelas. L‘augmentation du temps de résidence de l’eau dans I’aquifere jurassique d’est en ouest se traduit également chimiquement par une diminution du rapport CdSr.

D’une manière générale, les signatures isotopiques en strontium des eaux prélevées en 2000 sont similaires à celles mesurées en 1996 lors de la campagne basses eaux.

Les écliantillons de la Vise prélevés au niveau de la Cloche par les plongeurs du SMNLR présentent des signatures proches de celle de l’eau de mer qui, en première approximation, est semblable à celle de l’étang. Le résultat isotopique indique que les échantillons ont été contaminés par l’eau de l’étang lors du prélèvement.

Sur cette figure 13, on montre égaiement clairement que les rapports isotopiques Sr/% et les rapports CdSr des eaux des forages thermaux sont très différents de ceux

de l’eau de mer. Au sein du réservoir profond, les eaux thermales qui avaient une signature marine à l’origine ont été fortement modifiées par une dissolution importante des carbonates. Cette dissolution importante rend la signature isotopique du pôle thermal (forage F8 et F9) très homogène et voisine de celles des eaux profondes prélevées au niveau des forages de Pézenas et Castillonne. Ces résultats laissent suggérer que la salinité des eaux thermales ne provient pas d’une composante marine actuelle, mais qu’elle résulte en fait d’un mélange entre une eau de mer ancienne et une eau douce qui a évolué chimiquement en raison des interactions eau-roclie.

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BRGWRP-50788-FR 37

Étude du pourtour est de I’étang de Thau - phase 11

En outre. les résultats isotopiques du strontium suggèrent que le reservotr theriiial est vraisemblablement situé dans les formations calcaires du Jurassique supérieur. On montre également que les eaux des forages thennaux s’alignent suivant une droite caractérisée à chaque extrémité par le pôle thennal et le pôle Gardiole. Ces résultats indiquent que les eaux de certains des forages thermaux peuvent plus ou moins se mélanger avec les eaux karstiques dc la montagne de la Gardiole.

Dans la figure 13, on montre également sans ambiguité que l’eau de la Robine-de-Vie et de la Vise (prélevée par le dispositif expérimental mis en place dans le cadre de cette étude) n’est pas influencée par l’eau de l’étang de Thau ou de la nier. On montre, par ailleurs, que ces échantillons présentent des signatures très proches de celles des eaux thennales. La disposition des points dans le diagramme suggère que l’eau de la Vise et de la Robine-de-Vic résulte d’un simple mélange entre l’eau thermale profonde caractérisée par les forages F8 et F9 (pôle themial) et l’eau karstique du massif de la Gardiole. La composante karstique du causse d’Aumelas ne semble pas ou peu contribuer au mélange. Les points du suivi des eaux de la Vise permettent, en outre, de montrer que la signature géocliimique de l’eau de la Vise évolue légèrement dans le temps. L’évolution indique que certains points se rapprochent du pôle défini par les eaux du causse d’Aumelas. Ces résultats suggèrent que l’eau de la Vise résulte en fait d’un mélange à 3 composantes (eau thermale, eaux karstiques issues de la montagne de la Gardiole et du causse d’Aumelas) dont les proportions varient dans le temps. L’estimation des proportions de mélange est impossible, car les pôles géoehimiques (( Gardiole D et (( Aumelas 1) ne sont pas connus précisément.

Dans le diagramme 87Sr/86Sr vs NdSr (fig. 14), on observe de nouveau que les eaux karstiques du secteur de la Gardiole s’individualisent de celles prélevées dans le causse d’Aumelas et également des eaux des forages thermaux. Ce type de représentation est fréquemment utilisé pour mettre en évidence les interactions avec les roches silicatées. Dans notre zone d‘étude, les roches silieatées (schistes à pinnites du Dévonien) se rencontrent sous l’étang de Thau à une profondeur supérieure à 3 O00 m (cf: vol. 1, Doerfliger et Le Strat, 200 1). Bien que l’on ne dispose pas de mesure dans le socle dans le secteur d’étude, on sait que l’eau dans les roches silicatées présente des rapports 87Sr/86Sr élevés supérieurs à celui de l’eau de mer 0,70819) et des rapports NdSr inférieurs à 700. À titre d’exemple, les rapports “SrlR6Sr des micaschistes de la Margeride (Lozère) sont de l’ordre de 0,72300 avec des rapports NdSr compris entre 300 et 750 (Négrel, 1999). Aussi, les faibles valeurs des rapports R7Sr/86Sr des eaux thermales ainsi que leurs positions dans le diagramme x7Sr/x6Sr vs Na/Sr (fig. 14) montrent que l’eau du réservoir thermal n’a pas été en contact avec les schistes du Dévonien.

Le contexte géologique indique que le Trias est présent à la base des calcaires du Jurassique (cf: vol. 1) à une profondeur comprise entre 2 500 et 3 O00 m. La signature isotopique en strontium des évaporites du Trias n’est pas connue SOUS l’étang de Thau. Les seules données à notre disposition sur les évaporites du Trias concernent la région des Corbières (Ladouche et al., 2000).

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Étude du pourtour e i‘étang de Thau - phase //

Le l6CI est produit par spallation et par activation neutronique dans l’atmosphère. Les eaux de surface possèdent des rapports ’6C1/’5Cl de l’ordre de 20 à quelques centaines (xIO’~) (Bentley et al., 1980). Lors u’une eau est isolée de l’atmosphère et qu’elle réside dans un réservoir sa teneur en C1 tend à diminuer, du fait de la désintégration. Cette diminution se poursuit ‘usqu’à ce qui: le taux de décroissance soit compensé par l’activation neutronique de C1 au sein du matériel géologique. Cette production est directement liée aux concentrations en U et Th de la roche (Feige, 1968). Le rapport 36C1/35C1 atteint ainsi une valeur dite valeur d’équilibre. Cette valeur est élevée pour les roches cristallines (30 à 60 x 10”, Bentley et al., 1980) et plus faible pour les roches sédimentaires comme les carbonates (autour de lO), et des valeurs plus basses s’ils ne sont pas argileux.

Les valeurs du rapport ’6C1/3’C1 des forages F8 et F9 sont très faibles (<S.IO1’) et un peu plus élevées pour le forage FS (12.10”). Les points des forages thermaux sont alignés ce qui, à nouveau, confirme la présence di’un mélange entre les eaux météoriques du domaine karsti ue et les eaux thermales salées. Les eaux de surface, en effet, possèdent des rapports 34ci/35ci élevés, du fait de la production de C1 dans l’atmosphère. Néanmoins, on remarque que la droite de mélange ne passe pas par le pôle des eaux karstiques actuelles, qui contiennent pour 1,: système de Thau des teneurs moyennes en chlorures comprises entre 20 mgA (Aumelas) et 100 mg/l (Gardiole). Pour expliquer les activités en chlore 36 des eaux des thermes il faut faire intervenir un pôle très nettement enrichi en chlore 36 de l’ordre de 1 O00 à 2 000, valeur très élevée que l’on ne rencontre plus dans les eaux de surface depuis l’anrêt des essais nucléaires aériens. Le pic de chlore 36 produit dans l’atmosphère a éité atteint dans les années 1950-1960. Ces résultats suggèrent que l’eau karstique qui se mélange avec les eaux thermales est âgée de 40-50 ans.

Nous avons montré précédemment que les eaux des forages thermaux F8 et F9 permettaient de caractériser l’eau du réservtoir thermal. Par ailleurs, on a précédemment montré que l’eau de ces forages profonds résultait d’un mélange entre une eau salée d’origine marine el une eau karstique. La part importante d’eau météorique (60-70 %) présente dans les fluides thermaux (F8-FO) implique que le temps de résidence soit suffisamment long pour abaisser les rapports ’6C1/’5C1 élevés des eaux d’infiltration (de l’ordre de 20 à quelques centaines ( X Bentley et al., 1980), à des valeurs inférieures à 5.10’. Les très faibles valeurs des rapports 36C1/35C1 des forages thermaux impliquent également que la valeur d’équilibre soit extrêmement basse. La détermination d‘un âge est toujours délicate, car on est toujours amené à émettre un certain nombre d’hypothèses et à introduire des valeurs approximatives dans les calculs. Néanmoins les données de chlore 36 conduisent donc à admettre, pour les fluides thermaux, des temps de séjour minimum de quelques centaines de milliers d’années dans une roche à faibles teneurs en U et Th.

c) À quelle profondeur se situe le réservoir thermal 7 Utilisation des

76 3 1

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géothermomètres chimiques

Les eaux qui quittent l’aquifère thermal profond se refroidissent lors de leur remontée à la faveur de la faille. Les eaux prélevées dans les différents ouvrages de la presqu’île de Balaruc sont donc plus ou moins chaudes, selon la localisation et la profondeur de l’ouvrage, En aucun cas, la température de l’eau prélevée ne reflète la température réelle

42 ERGM/RP-50788-FR

Étude du pourtour est de /'étang d e Thau -phase II

de l'eau du réservoir thermal. L'évaluation de la température du réservoir thermal, et donc de sa localisation en profondeur, peut être abordée par l'utilisation de géothermomètre chimique.

. Géothermomètre z i silice

L'utilisation du géothermomètre i silice est basée sur l'équilibre thermodynamique suivant :

SiO,(S)+ 2H,O u H,SiO, où SiOZ(S) peut représenter le quartz ou la calcédoine. L'utilisation de ce géothermomètre est toujours délicate car il y a toujours une ambiguïté sur la phase de silice qui est en équilibre dans le réservoir thermal. En contexte de socle (granitique ou volcanique), et notamment pour les forages islandais de haute et moyenne énergie, Amosson (1975) a montré que pour des températures supérieures à 180 "C, c'est le quartz qui limite la teneur en silice dans la solution pour des températures inférieures à 120 "C on a toujours la calcédoine, dans l'intervalle 120 "C-180 "C, on pourra avoir l'un ou l'autre minéral suivant les conditions de pH, de pression et de teneur en fluorure. En contexte sédimentaire peu d'études existent, néanmoins Kharaka et Mariner (1989) ont montré que la calcédoine règle l'équilibre pour les eaux des gisements pétroliers inférieures i 70 "C. Nous avons examiné la situation pour les eaux des forages thermaux et des forages profonds de Pezenas et Castillonne.

La figure 1 G représente les résultats des calculs par les deux géothermomètres (quartz et calcédoine) en fonction de la température de l'eau échantillonnée dans les forages. Les calculs de température i partir des données de silice fournissent des températures thermales qui varient entre 36 et 73 "C pour le quartz et 3 et 4 1 "C pour la calcédoine. En 2000, l'eau du forage F5 présente des caractéristiques chimiques identiques à celles du forage F9. La température des forages F5 et F9 calculée avec le géothermométre silice est similaire A celle déterminée en 1996 pour le forage F9. En dehors des résultats du forage S12 pour la calcédoine, on montre figure 16 que les températures calculées ne sont pas en accord avec les températures mesurées. Pour la calcédoine, les températures calculées sont sous-estimées tandis qu'elles sont surestimées pour le quartz (tabl. 5). La silice est un géothermomètre qui s'équilibre très vite, l'évolution des eaux lors de leur remontée vers la surface est donc intégrée dans ce mode de calcul, ce qui permet de comparer les résultats calculés avec ce géothermomètre et ceux mesurés directement sur l'eau.

Nous avons représenté figure 17, les teneurs en silice en fonction de la température mesurée ainsi que les courbes de solubilité du quartz de la calcédoine. Les points des forages se placeni en position intermédiaire aux courbes de solubilité du quartz et de la calcédoine et présentent une évolution globalement parallèle aux deux courbes. Ce résultat indique que les teneurs en silice des eaux ne peuvent pas être expliquées par l'un ou l'autre des équilibres thermodynamiques.

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î t u d e du pourtour e i’étang de Thau - phase //

Les: résultats obtenus par les géotliermomètres à silice et WMg confirment la situation profonde de I’aquifére thermal de Balaruc mais ne permet pas une détermination précise de la profondeur du réservoir thermal. Les données indiquent néanmoins que la température de l’eau dans le réservoir est vraisemblablement inférieure à 80 “C et supérieure à 50 “C. Le réservoir thermal serait donc localisé entre 1 200 et 2 200 ni de profondeur et probablement autour de 1 800 m.

. Origine de la salinité’ des eaux thermales

On a montré que les teneurs en chlorure et les signatures en deutérium et oxygène 18 des eaux thermales profondes, caractérisées par les forages F8 et F9, s’expliquent comme le résultat d’un mélange entre une eau douce d’origine karstique et des eaux d’origine marine. La proportion d’eau de mer dans les forages thermaux est maximale dans les forages F8 et F9 où elle représente respectivement 40 et 30 %. Les rapports isotopiques du strontium permettent de montrer que l’eau marine qui contribue au mélange n’est pas de l’eau de mer actuelle. Le rapport *’Sr/%r de l’eau des forages F8 et F9 est particulièrement homogène et différent de l’eau de mer, ce qui indique que l’eau a eu le temps d’acquérir la composition isotopique des minéraux carbonatés du réservoir dans laquelle elle siège.

En outre, les informations obtenues par les activités tritium et le carbone 14 et les teneurs en carbone 13 indiquent que l’eau des forages F8 et F9 est âgée au moins de 40 ans, tandis que les données de chlore 36 conduisent à suggérer que les fluides thermaux ont séjourné dans le réservoir profond qiielques milliers d’années, voir quelques centaines de milliers d’années, avant de remonter à la surface. Tous ces éléments nous conduisent à conclure que la contribution marine des forages thermaux F8 et F9 est ancienne (quelques milliers d’années, voire quelques centaines de milliers), bien que l’on ne puisse pas donner un âge absolu.

On montre également pour les autres forages thermaux (S12, F6 et F5, 1996) que la part de l’eau d’origine karstique augmente au détriment de la composante marine ancienne, ce qui indique qu’un phénomène de mélange se produit entre l’eau du réservoir thermal profond et les eaux karstiques de surface. En effet, on montre que l’eau contient du tritium ce qui traduit le mélange avec une eau karstique récente âgée de moins de 40 ans.

Dans le système de la presqu’île de Balaruc, on observe donc la superposition dans le temps et dans l’espace de deux phénomènes de dilution par des eaux douces,

*Origine de la salinité : L‘origine de la salinité lorsqu’elle est importante dans des eaux provient de deux sources potentielles : -1- un phénomène de dissolution de sel par des eaux météoriques, processus fréquemment rencontre dans les niveaux aquiferes profonds des bassins sédimentaires lors des recherches pétroliéres. Ces fluides peuvent miger après leur formation d’un système géologique vers un autre le long des accidents; 41- des eaux d’origine marine dont la salinité est naturellement élevée. Enfui, quelle que soit l’origine, une eau lorsqu‘elle réside de manière prolongée au sein d’un aquifëre est marquée par son interaction avec les roches ou elle circule (phénomènes de dissolution, de précipitation eUou d‘écliange). Ces interactions altèrent la signature chimique originelle de l’eau (météorique ou marine).

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Étude du pourtour est de I‘éfang de Thau -phase 11

chacun dans un aquifère différent, le premier ayant eu lieu dans ie milieu profond, le second se produisant actuellement dans le système karstique proche de la surface. Ce mélange est réalisé la faveur de deux processus hydrologiques distincts : (1) mouvements de convection liés au gradient thermique, qui font remonter vers la surface les fluides chauds du réservoir thermal et (2) écoulements gravitaires des eaux karstiques contenues dans la partie supérieure des calcaires du Jurassique.

La comparaison des résultats obtenus lors des campagnes basses eaux (1996) et hautes eaux (2000) indique que la contribution des eaux du pôle thermal dans les eaux du forage thermal F5 est plus importante en contexte de hautes eaux. En effet. l’eau du forage F5 ne semble pas être contaminée par les eaux karstiques issues de la montagne de la Gardiole dans la mesure où l’eau du forage F5 ne contient pas de tritium et présente par ailleurs une signature géochimique similaire ii celle du forage F9. Ce résultat est en accord avec les conclusions tirées de l’analyse des chroniques de conductivité et température par l’outil de traitement du signal TEMPO qui indiquent que la composante thermale contribue de manière plus importante à l’alimentation des points d’eau de Balaruc en contexte de hautes eaux (cl: vol. 2, Ladouche er nl., 2001).

2.3.4. Synthèse des conclusions geochirniques : un schéma interprétatif de la circulation des eaux dans le système hydrogeologique autour du bassin de Thau

. Le causse d’Aumelas

Les calcaires du causse d‘Aumelas s’enfoncent régulièrement vers le sud et l’ouest, ce qui impose un sens d’écoulement général nord-sud et ENE vers WSW. Le sens d‘écoulement nord-sud qui avait été mis en évidence par des expériences de traçage antérieurs (Paloc, 1986), a été confirmé dans cette étude (cf. vol. 2, Ladouche er nl., 2001).

En effet, les données de 1996 et 2000 permettent clairement de montrer que les eaux d’Issanka appartiennent au domaine géochimique des eaux du causse d’ Aumelas. Les informations obtenues en 2000 permettent également de montrer que l’écoulement nord- sud se poursuit en direction de la presqu’île de Balaruc dans la mesure où l’on montre que la signature géochimique de la Vise est légèrement influencée par les eaux issues du causse d‘ Aumelas.

Les résultats obtenus au cours de la campagne spatiale << hautes eaux de février 2000 x

confirment les précédents résultats et les interprétations de 1996 concernant les eaux des forages profonds de l’ouest : les eaux des forages de Pézenas et de la Castillonne sont i rattacher aux eaux du causse d’Aumelas, ce qui indique que la circulation souterraine des eaux s‘effectue bien suivant la direction ENE vers WSW. en accord avec l’enfoncement des calcaires vers l’ouest. Les teneurs en tritium des eaux du forage de la Castillonne sont clairement significatives d‘eaux récentes qui ont séjourné quelques années ou au plus quelques dizaines d’années. Il s’agit d‘eau i écoulements rapides, caractéristiques des systèmes karstiques dans lesquels les écoulements sont concentrés dans des réseaux de drains relativement bien connectés entre eux. Les données de la

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Efude du pourfour esf de /'étang de Thau -phase I I

Castillonne indiquent que les vitesses d'écoulement sont de l'ordre du kilomètre par an, vitesses très supérieures à celles des écoulements en milieu poreux. À Pézenas, les teneurs en tritium étant inférieures à la limite de détection, on ne peut que fixer un temps de séjour minimum de 40 ans sans limite supérieure.

. La Montagne de la Gardiole

Étant donné la structure plissée des calcaires du massif de la Gardiole et leur forme de (< dôme », il n'existe pas un écoulement global dans une direction donnée mais différents sens d'écoulements gravitaires selon la géométrie. Ainsi. les expériences de tracage antérieures ont montré différentes directions d'écoulement :

- est-ouest sur l'ouest du massif de la Gardiole ;

- nord-sud sur le sud du massif;

- ouest-est sur l'est de ce massif.

La globalité des eaux de ce système karstique n'est donc pas dirigée vers le secteur est de l'étang de Thau, seule une partie des eaux de ce réservoir karstique pourrait rejoindre la presqu'île de Balmc. Les données isotopiques (tritium) indiquent que l'on à faire à des eaux récentes et donc que les vitesses d'écoulement au sein de ce système sont rapides.

. La limite entre les domaines karstique d'Aumelas et de la Gardiole

Étant donné sa proximité et l'apparente continuité géologique, l'aquifère de la montagne de la Gardiole est le système qui influence le plus la qualité géochimique des forages thermaux de la presqu'île de Balmc. Cependant, les données chimiques et isotopiques ont montré que les eaux du système d'Aumelas peuvent intervenir de manière significative dans la signature des eaux de la Vise, ce qui conduit à ne pas exclure une éventuelle contribuaon des eaux karstiques d'Aumelas au niveau des forages thermaux.

Malgré l'étroite proximité entre les sources dIssanka et de Cauvy, l'étude permet clairement de montrer que d'un point de vue chimique, on a à faire i deux sous- systèmes aquifères distincts. il apparaît donc que la limite entre ces deux systèmes doit être très nette. L'interprétation qui nous paraît la plus plausible est d'attribuer iine limite tectonique aux calcaires de la montagne de la Gardiole. L'accident chevauchant observé plus à l'ouest pourrait donc se prolonger le long de la montagne de la Gardiole et limiter les deux sous-systèmes karstiques.

Les différentes données des forages des aquifères karstiques et celles des forages thermaux semblent indiquer que la limite entre les deux sous-systèmes du causse d'Aumelas et de la montagne de la Gardiole se situe en bordure ou sur la presqu'île elle- même.

. Le réservoir et la circulation des eaux thermales

Les conclusions de l'étude géocliimique indiquent que les eaux thermales sont issues d'Lin aquifere profond (plus de 7 O00 m) et captif ou semi-captif. Ce réservoir renferme

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Étude du pourtour est de /'étang de Thau -phase //

des eaux très anciennes. L a composante marine des eaux thermales correspond à des eaux de mer qui ont été piégées dans cet aquifere ou à des eaux de mer qui se sont infiltrées lentement le long des calcaires depuis le domaine marin.

La signature isotopique du strontium nous conduit à rechercher ce réservoir au sein des calcaires du Jurassique supérieur. Cette contrainte et la contrainte thermale de profondeur désignent le secteur où l'on observe un enfoncemeni des calcaires, c'est-à- dire le sud-ouest de l'étang de Thau et le prolongement des calcaires sous la mer. Une infiltration au niveau de la plate-forme continentale permettrait d'expliquer 2 la fois le caractère profond et ancien de l'introduction des eaux de mer dans l'aquifère.

Etant donné le caractère ponctuel des sources thermales et leur position dans un secteur marqué par un accident tectonique important, il semble cohérent d'invoquer le rôle de cet accident dans la remontée des eaux thermales profondes. Il est intéressant de noter que cette faille semble subir une inflexion au niveau de la presqu'île qui pourrait traduire une structure particulière à ce secteur. Une étude géologique et structurale de ce secteur est nécessaire pour préciser la géométrie du plan chevauchant dans cette zone particulière.

. Interaction entre les eaux thermales d'origines profondes et les aquifères karstiques de surface

Les données géochimiques montrent que les eaux des forages thermaux peuvent s'expliquer comme le résultat d'un mélange entre les eaux thermales d'origine profonde et les eaux issues du karst de la Gardiole.

Létude permet. en outre, de montrer que l'influence des eaux thermales profondes se fait nettement sentir au niveau des sources de la Vise et de la Robine-de-Vic, et dans une moindre mesure au niveau des sources d'Ambressac et de Cauvy. Les résultats concernant la source de la Robine-de-Vic semblent être en contraction apparente avec les observations de double circulation en sens opposé par Drogue et Bidaux (1986). À partir des mesures de température, vitesse, et de conductivité (variation spatio- temporelle), le schéma conceptuel d'organisation des écoulements serait le suivant : l'eau de mer pénétrerait au niveau de la source alors que des écoulements d'eau souterraine kürstique (eau douce) sont présents au-dessus. Des écoulements de direction opposée seraient superposés.

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€tude du pourtour est de i‘étang de Thau - phase 11

3. Conclusions

es résultats des analyses géochimiques de la campagne spatiale de prélèvements de 2000, réalisée dans un contexte de hautes eaux, confirment pour l’essentiel les

interprétations que l’on à tirer à partir des analyses de 1996 dans un contexte de basses eaux.

Les eaux souterraines des massifs de la Gardiole, du causse d’Aumelas et des thermes se distinguent nettement les unes des autres. Les infomiations obtenues permettent en outrc de préciser l’origine et l’histoire des eaux, d’évaluer le temps de résidence des eaux dans les différents systèmes et enfin de montrer que les différents systèmes hydrogéologiques interagissent entre eux dans le secteur de la Gardiole, et plus particulièrement au niveau de la presqu’île de Balaruc.

3.1. AQUIFÈRES KARSTIQUES

Les analyses ont permis de montrer que les eaux karstiques de la Gardiole possèdent des signatures chimiques différentes de celles du causse d’Aumelas.

(1) Zone littorale de la montagne de la Gardiole : les eaux prélevées au niveau du littoral de la Gardiole présentent des concentrations élevées en éléments majeurs. Ces observations et les données isotopiques indiquent que la salinité relative des eaux de ce secteur (Robine-de-Vic, source d’ Ambressac et dans une moindre mesure la source Cauvy) sont à attribuer à la composante hydrothermale et non pas à une intrusion d’eau de mer comme cela avait été suggéré précédemment.

(3) hlontagne de la Gardiole : les concentrations en calcium et magnésium sont à attribuer à la dissolution des calcaires. Les teneurs élevées observées pour l’ensemble des éléments. sont liées à l’apport des pluies et aux apports anthropiques des zones urbanisées pour les nitrates.

(3) Causse d’Aurnelas : la dissolution des dolomies accompagnée de la précipitation de la calcite entraîne des concentrations basses en calcium et élevées en magnésium dans les eaux du causse d‘Aumelas et de l’ouest de ce massif. Dans ce massif, les eaux restent peu minéralisées. et globalement protégées des sources de pollutions anthropiques. En outre, on confirme bien que les eaux des forages profonds de Pézenas et de la Castillonne sont à rattacher au système hydrogéologique du causse d’Aumelas. L‘étude permet égaiement de confirmer que les eaux de la source d’Issanka sont i rattacher aux eaux dit causse d’Aumelas. Ces différents résultats nous renseignent sur la direction d‘écoulement des eaux dans la formation aquifère. L’eau s’écoule suivant une direction nord-sud dans la partie supérieure de l’aquifere, tandis qu’en profondeur, l’eau s’écoule de I’ENE vers I’WSW.

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€tude du pourfour est de i’éfang de Thau -phase I I

Les teneurs en tritium dans le causse d’Aumelas sont significatives d’eaux à temps de séjour court (quelques années). Les courts temps de séjour de ces eaux sont significatifs de la nature karstique de ces aquifères, dans lesquels les écoulements sont très rapides. Dans le forage de la Castillonne, malgré une profondeur de 800 m, le temps de séjour des eaux est également court de l’ordre d’une dizaine d’années. Les données de la Castillonne indiquent que les vitesses de circulation des eaux sont de l’ordre du kilomètre par an. Seules les eaux du forage de Pézenas ont résidé pendant une durée significativement plus longue (supérieure à 40 ans).

3.2. EAUX THERMALES

Les eaux thermales du secteur de Balantc sont chaudes (jusqu’à près de 30 OC) et salées (jusqu’à 3,7 g/i de chlorure). L‘utilisation des géothermomètres (Si. WMg et Na/K) permet d’estimer la température des eaux du réservoir thermal situé en profondeur. La température de l’eau du réservoir serait comprise entre 30 et 80 OC. ce qui compte tenu du gradient thermique. situerait le réservoir thermal à une profondeur comprise entre 1 200 m et 2 700 m.

La salinité des eaux thermales profondes, bien caractérisées à l’aide des prélèvements d’eau effectués dans le forage F8, s’explique comme le résultat d’un mélange entre d‘une part, une eau douce d’origine karstique âgée de plus de 40 ans, et d’autre part, des eaux d’origine marine ancienne. L’âge précis des eaux de ces 2 pôles qui contribuent au mélange n‘est pas connu. Les activités en l4C indiquent que les eaux des forages FS et F9 ont un temps de séjour très long, probablement proche de la limite du géochronomètre (40 O00 ans). Les données de chlore 36 conduisent à suggérer que les fluides thermaux ont séjourné dans le réservoir profond quelques centaines d’années, voire quelques centaines de milliers d‘années avant de remonter à la surface.

La proportion d’eau de mer dans les forages thermaux est maximale dans les forages F8 et F9 où elle représente respectivement 40 et 30 %. Les informations obtenues par les activités tritium et carbone 14, les teneurs en carbone 13, et les rapports isotopiques du strontium suggèrent que les eaux de ces forages présentent les caractéristiques les plus voisines du pôle thermal << pur ».

Au sein du réservoir profond, les eaux thermales qui avaient une signature marine à l’origine ont été fortement modifiées par une dissolution importante de carbonate. Elles se sont notamment significativement enrichies en calcium et en strontium. Cette dissolution importante de carbonate se marque nettement à l’aide de la signature isotopique en strontium et nous renseigne sur la formation géologique dans laquelle siège le réservoir thermal. Les données laissent suggérer que le réservoir thermal est situé dans les calcaires du Jurassique, à une profondeur comprise entre 1200 et 2 200 m.

Les signatures des eaux des autres forages thermaux (F6, S12 et F3 pour 1996) s’expliquent comme le résultat d’un mélange entre les eaux thermales profondes et les eaux karstiques issues de la montagne de la Gardiole.

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Ettude du pourtour est de I'étang de Thau -phase II

3.3. EAUX DE LA VISE

La salinité des eaux de la Vise est principalement à attribuer à la composante thermale d'origine profonde de la presqu'île de Balaruc. On montre que la signature géochimique des eaux de la Vise peut être expliquée comme le résultat d'un mélange qui se produit entre les eaux thermales et les eaux du système karstique de la Gardiole, et que la contribution des eaux du causse d'Aumeias existe mais est de faible ampleur.

3.4. DELIMITATION SPATIALE DES SYSTÈMES AQUIFÈRES

La limite entre les deux sous-systèmes aquiferes du causse &Aumelas et de la montagne de la Gardiole semble se situer au pied de la bordure occidentale de la Gardiole au niveau de la source d'Issanka. Cette limite se prolonge vers le sud en direction de la presqu'île de Balaruc et à l'ouest d'une ligne définie par le forage Péronne et la source de Cauvy. La limite entre ces deux sous-systèmes dans ce secteur est vraisemblablement réalisée par un accident tectonique qui constitue une barrière hydraulique.

La source de la Vise semble être un point triple de convergence des eaux souterraines dans la mesure où la signature géochimique de l'eau de la Vise s'explique comme les résultats du mélange des eaux issues de la Gardiole, du causse d'Aumelas et du réservoir thermal profond.

Vers le sud-ouest, les calcaires jurassiques s'enfoncent profondément sous I'étang puis SOUS la mer. Le schéma hydrogéologique (fig. 20) que nous avons construit et qui semble le plus en accord avec les différentes données (même s'il comporte un certain nombre d'hypothèses), nous conduit à rechercher dans ce secteur la localisation du réservoir des eaux thermales.

Dans ce schéma, la mise en contact entre les eaux thermales et les écoulements karstiques se fait à la faveur d'une structure géologique qui permet la remontée des eaux thermales chaudes et salées. Cette structure semble suivre un dispositif particulier au niveau de la presqu'île. Les liaisons entre cet accident, les différents réservoirs, le socle et son emplacement restent pour le moment hypothétiques, mais l'étude géologique détaillée du secteur de la presqu'île a permis de préciser les structures géologiques.

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m F

Étude du pourtour est de I'étang de Thau -phase I I

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8 7 x&

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Élude du pourtour est de l'étang de Thau -phase II

ANNEXE 1

caractéristiques physico-chi des eaux échantillonnées

lors de la campagne spatiale 2000

BRGMr'RP-50788-FR 59

Étude du pourtour est de I'étang de Thau -phase I I

ANNEXE 2

ésultats es analyses c ~ i ~ i ~ u e s des eaux échantillonnées

lors de la campagne spatiale 2000

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Étude du pourtour est de I’étang de Thau -phase I I

ANNEXE 3

ésultats des analyses c de quelques éléments traces et des compositions

isotopiques des eaux échantillonnées lors de la campagne spatiale 2000

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Étude du pourtour est de t'étang de Thau -phase I I

ANNEXE 4

ésultats des analyses chimi des eaux prélevées

au niveau du gouffre de la Vise

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Étude du pourfour est de l’étang de Thau -phase If

ANNEXE 5

dices de sat es eaux vis-à-vis des principaux minéraux

(calculés a l’aide de Phreeqc)

75