Exposure of an accompanying slick to organic contaminants and climate change : An approach using isotopy and geochemistry - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2020

Exposure of an accompanying slick to organic contaminants and climate change : An approach using isotopy and geochemistry

Exposition d’une nappe d’accompagnement aux contaminants organiques et au changement climatique : Une approche par l’isotopie et la géochimie

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Abstract

France draws nearly 40% of its groundwater from alluvial aquifers in direct contact with surface entities. The catchment fields located there exploit a resource in a surface water-groundwater continuum. The impact of anthropogenic activities through contaminants transferred by surface water or the effects of climate change are priority risks that managers are obliged to control in order to guarantee the continuity and quality of their services.This thesis develops an approach to study these risks based on an understanding of the hydrogeological functioning of a typical accompanying groundwater table: the Comps table. Its catchment field continuously exploits the alluvial groundwater of the Rhône and has a simple and adapted configuration allowing the characterisation of determining parameters in the face of these risks. This approach makes it possible to check the consistency of the results between independent tools and to compare their divergences in order to arrive at a synthetic interpretation taking into account their specific characteristics. The knowledge acquired in the course of this work favours intercomparison with similar studies and provides decision-makers with operational tools for resource management.Thus, in the law of the Comps aquifer, the use of geochemical and isotopic tracers and statistical tools reveals that :- the Rhône, and not the Gardon, mainly supplies water from boreholes located as close as possible to the river bank,- A mixture between the waters of the Rhône and those of the karstified limestone massif bordering the Comps tablecloth on its western limit, feeds the boreholes far from the banks,- The transfer time from surface water to the boreholes located near the river bank is characterised by a combination of transfer times ranging from 1 to 120 days, with an average transfer time of 40 days (±10). This configuration evolves significantly during flood periods with faster transfer times that need to be taken into consideration.The exposure of the resource to organic contaminants is therefore subject to this double feeding of the water table, as well as to transfer times spread over several months for contaminants coming from surface water.The monitoring of the different water masses shows an almost continuous exposure of the water table to 11 of the 31 contaminants analysed via its two sources of supply. These are compounds from urban, industrial, agricultural and hospital activities at concentrations of the order of ng/L: caffeine, carbamazepine, sulfamethoxazole, sotalol, salicylic acid, metformin, acetaminophen, atrazine, DEA, simazine and PFOA.During their transfer into the water table, the fate of these contaminants highlights the existence of natural protection mechanisms: reactive degradation-sorption and dilution processes. However, the effectiveness of these mechanisms varies according to the characteristics of the contaminants and the hydrogeological conditions. The evaluation of these processes makes it possible to define a permanent coordination of the configuration of the boreholes in the catchment field in order to meet the needs of the community by optimising the exploitation capacities of the resource associated with a maximum reduction for these eleven contaminants.Furthermore, the contribution of Alpine waters in the Rhône was evaluated at 70 ± 6% in the summer period (mid-July to early September for the years studied). This contribution, which is potentially essential to the sustainability of the river, is essential for the supply of the Comps catchment area.
La France puise près de 40 % de ses eaux souterraines au droit de nappes alluviales en relation directe avec des entités de surface. Les champs captant qui y sont implantés, exploitent une ressource dans un continuum eau de surface-eaux souterraines. L’impact des activités anthropiques au travers de contaminants transférés par les eaux de surface ou encore les effets du changement climatique constituent des risques prioritaires que les gestionnaires ont l’obligation de maitriser afin de garantir la continuité et la qualité de leurs services.Cette thèse développe une approche d’étude de ces risques en s’appuyant sur la compréhension du fonctionnement hydrogéologique d’une nappe d’accompagnement type : la nappe de Comps. Son champ captant exploite en continu la nappe alluviale du Rhône et possède une configuration simple et adaptée permettant la caractérisation de paramètres déterminants face à ces risques. Cette approche permet de vérifier la cohérence des résultats entre des outils indépendants et de confronter leurs divergences afin d’aboutir à une interprétation synthétique tenant compte de leurs caractéristiques spécifiques. Les connaissances acquises au cours de ces travaux favorisent l’inter comparaison avec des études similaires et fournissent aux décisionnaires des outils opérationnels de gestion de la ressource.Ainsi, au droit de la nappe de Comps, l’utilisation de traceurs géochimiques, isotopiques et d’outils statistiques révèle que :-le Rhône, et non le Gardon, alimente principalement les eaux des forages implantés au plus près de la berge du fleuve,-Un mélange entre les eaux du Rhône et celles du massif calcaire karstifié bordant la nappe de Comps sur sa limite ouest, alimente les forages éloignés des berges,-Le temps de transfert des eaux de surface jusqu’aux forages implantés près de la berge se caractérise par une combinaison de temps de transfert variant de 1 à 120 jours, pour un temps de transfert moyen de 40 jours (±10). Cette configuration évolue significativement en période de crue avec des temps de transfert plus rapides qu’il est nécessaire de prendre en considération.L’exposition de la ressource aux contaminants organiques est par conséquent assujettie à cette double alimentation de la nappe, ainsi qu’à des temps de transfert s’étalant sur plusieurs mois pour les contaminants provenant des eaux de surface.Le suivi des différentes masses d’eaux met en évidence une exposition quasi continue de la nappe à 11 des 31 contaminants analysés via ses deux sources d’alimentation. Il s’agit de composés issus d’activités urbaines, industrielles, agricoles, hospitalières pour des concentrations de l’ordre du ng/L : la caféine, la carbamazépine, le sulfaméthoxazole, le sotalol, l’acide salicylique, la metformine, l’acétaminophène, l’atrazine, du DEA, la simazine et le PFOA.Lors de leurs transferts dans la nappe, le devenir de ces contaminants met en évidence l’existence de mécanismes de protection naturels : des processus réactifs de dégradation-sorption et des processus de dilution. L’efficacité de ces mécanismes est toutefois variable selon les caractéristiques des contaminants et les conditions hydrogéologiques. L’évaluation de ces processus permet de définir une coordination permanente de la configuration des forages du champ captant afin de répondre aux besoins de la collectivité par une optimisation des capacités d’exploitation de la ressource associée à un abattement maximal pour ces onze contaminants.Par ailleurs, la contribution des eaux alpines dans le Rhône a été évaluée à 70 ± 6 % en période estivale (mi-juillet à début septembre pour les années étudiées). Cet apport, potentiellement indispensable à la pérennité du fleuve est essentiel à l’alimentation du champ captant de Comps.
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Dates and versions

tel-03178442 , version 1 (23-03-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03178442 , version 1

Cite

Julien Jean-Baptiste. Exposition d’une nappe d’accompagnement aux contaminants organiques et au changement climatique : Une approche par l’isotopie et la géochimie. Hydrologie. Université de Nîmes, 2020. Français. ⟨NNT : 2020NIME0003⟩. ⟨tel-03178442⟩

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