Caractérisation des circulations au sein d'une nappe alluviale à l'aide des isotopes du strontium : Champ captant de l'Ile du Chambon (Allier)

Strontium isotopic characterisation of water circulation in an alluvial plain: the Ile du Chambon case (Allier, France)

Résumé

Les isotopes du strontium ainsi que les éléments majeurs ont été analysés dans les puits et piézomètres d’un champ captant situé en bordure de l'Allier au nord de Vichy (Ile du Chambon). Ce champ captant est de plus en plus sollicité pour l'alimentation en eau potable. Les éléments majeurs traduisent les interactions eau-roche mais montrent aussi des influences anthropiques liés à l'agriculture et aux effluents d'eaux usées. Certains puits et piézomètres présentent des teneurs en nitrates proches de la limite de potabilité (>40 mg/l).

Dans un diagramme 87Sr/86Sr en fonction de l'inverse de la teneur en Sr, toutes les données du champ captant et de la rivière Allier décrivent un triangle, ce qui traduit un mélange impliquant au moins trois composantes : l'Allier d'un part et deux composantes reflétant des interactions eau roches distinctes au sein de l’aquifère alluvial. Les proportions de chacune de ces composantes au sein de chaque ouvrage du champ captant sont calculées en hautes et basses eaux et permettent ainsi d'établir une carte des circulations de la zone d'étude. Cette carte est en accord avec les cartes piézométriques et permet de mettre en évidence des circulations préférentielles à une échelle très réduite.

Cette étude a permis de montrer la pertinence du traçage naturel des isotopes du Sr pour identifier et quantifier des mélanges au sein d'un aquifère alluvial et ainsi caractériser de façon précise l’alimentation des ouvrages captant l’eau potable.

Abstract

Strontium isotopes and major elements have been analysed in the wells and piezometers from the Ile du Chambon catchment located on the Allier river (north from Vichy). This small catchment is more and more solicited for drinking water supply. Major elements show the water-rock interactions, but also point out the anthropogenic influence from agriculture and water treatment plant effluents. Some wells and piezometers present nitrate contents over 40 mg/l.

The data plot along three directions in a 87Sr/86Sr vs. 1/Sr diagram as a result of mixing, involving at least three geochemical signatures (Allier river water, and two distinct signatures that might be related to different water-rock interactions in the catchment). Mixing proportions in each well and piezometer are calculated and discussed. A map of groundwater circulation in the catchment is proposed, it is in agreement with the piezometric map and allows to point out preferential groundwater flow at small scale.

This study presents strontium isotopes as a powerful natural tracer to identify and quantify mixing in an alluvial aquifer.