Géochimie des eaux souterraines en milieu cristallin : incidence des apports organiques sur les paramètres chimiques majeurs

Geochemistry of groundwaters in a crystalline environment: incidence of organic influx on the major chemical parameters

12, rue Guy de Maupassant 45100 ORLÉANS, France

Résumé

Les interactions entre résidus de matières organiques et minéraux des sols ont fait l'objet de plusieurs travaux récents, à cause du problème de la fixation de protéines infectieuses (prions) dans les sols et les minéraux argileux. Mais il existe d'autres types d'interactions, comme celle qui existe entre le CO₂ dissous provenant de la minéralisation de matières organiques, et les silicates des roches.

Ces interactions ont des conséquences importantes sur la géochimie des eaux souterraines. Il y a tout d'abord un rapport entre pH et bicarbonates, ce qui est classique compte tenu de l'équilibre carbonique : plus intéressante est la liaison entre silice dissoute et bicarbonates, qui traduit l'hydrolyse des silicates sous l'effet des eaux plus ou moins chargées en CO₂.

C'est dans les eaux riches en nitrates que les concentrations en CO₂ dissous sont les plus élevées ; les concentrations en silice et cations sont alors elles aussi, augmentées. L'hypothèse la plus vraisemblable, compte tenu de la géographie physique et humaine des régions étudiées, est que des apports de matières organiques animales (rôle de l'azote) accélèrent l'hydrolyse des silicates.

L'origine des éléments mis en solution serait à rechercher du côté des micas noirs, qui par hydrolyse évolueraient en vermiculites ou smectites ; ces minéraux dans des eaux de plus en plus acides seraient ensuite transformés en silicates à faible rapport Si/Al du type kaolinite, puis enfin en espèces très pauvres en Si, hydroxydes d'aluminium par exemple.

La constance de ces phénomènes, qui s'observent sur une large superficie (Massif central et Corse), suggère que les interactions entre matières organiques et silicates (hydrolyse, mais aussi sorption ou rétention), représentent une règle plutôt qu'une exception.

Abstract

Interactions between organic matter residues and soil minerals have been the subject of several recent studies because of the problem of infectious protein (prion) fixation in soils and clay minerals. But other types of interaction also exist, such as that between dissolved CO₂, derived from the mineralization organic matter, and the silicate fraction in rocks.

CO₂ - silicate interactions can have major consequences on groundwater geochemistry. First, there is a relationship between pH and bicarbonates, which is classic in view of the carbonic equilibrium: more important is the bond between dissolved silica and bicarbonates, which reflects the hydrolysis of silicates under the effect of variably CO₂ charged water.

It is in nitrate-rich water that dissolved CO₂ concentrations are the highest; and here we also find increased silica and cation concentrations. The most probable hypothesis, in view of the physical and human geography of the studied areas, is that the influx of animal organic matter (role of nitrogen) accelerates silicate hydrolysis.

The origin of the elements passing into solution should be sought among the biotites which, through hydrolysis, evolve to vermiculite or smectite; these minerals in increasingly acid water would be then be altered to low Si/Al ratio silicates of the kaolinite type, then finally into very Si-poor species such as aluminium hydroxides.

The consistency of such phenomena, which occur over a very wide area (Massif Central and Corsica), tends to indicate that interactions between organic matter and silicates (hydrolysis, but also sorption and retention) are the rule rather than the exception.