Caractérisation et modélisation système hydrominéral de Vals les Bains Projet SEMEAU SITHERE-LIFE+-AGENCE DE L EAU RMC H. Xiao, E. Ledoux, J.F. Terrisse
Organisation du SITHERE Syndicat Intercommunal, créé par les trois communes thermales de l Ardèche : Vals-les-Bains, Saint-Laurent-les-Bains, Meyras : Neyrac-les-Bains. Administré par: Un comité syndical: composé de 12 élus des communes membres, présidé par Jean-Claude Flory Maire de Vals Une équipe administrative et technique : composée de quatre personnes dirigée par Jean-François Terrisse
Les Compétences du SITHERE Le thermalisme L environnement : la protection de la ressource en eau, La valorisation économique du patrimoine
L Eau de Vals-les-Bains 34 Griffons: agréés en voies digestives (diabète, obésité ) Partenariat public/privé autour de l eau de Vals: Publics: Commune, SITHERE, Hôpital Privés: Thermes de Vals, société d embouteillage
Contexte général du gisement: Un site sourcier d eau minérale en milieu cristallin et métamorphique Concentré sur une zone de fracturation profonde jalonnant la vallée de la Volane au niveau de la ville de Vals les Bains Caractère diffus: nombreuses petites sources au faible débit (0,1 L/s)
Localisation des sources essentiellement en rive gauche un site central plus minéralisé thermalisme périphérie moins minéralisée embouteillage captage par forages peu profonds (~20 m) ou galeries drainantes
Thermalisme: 2 575 personnes y ont fait une cure en 2011, 41 000 entrées bien-être, 35 emplois en équivalent temps plein. Embouteillage: Quatre mélanges commercialisés: Vals, St Jean, Manon et St Pierre. 40 millions de bouteilles produites, 41 emplois équivalent temps plein,
Etude du Centre de Géosciences de Mines-ParisTech (Ecole des Mines de Paris) Campagne de prélèvement hydrochimique et d Analyses chimiques (éléments majeurs, mineurs) (avril 2011) Les résultats ont permis: A) Interprétation : typologie des eaux, pôles géochimiques, B) modélisation hydrochimique: saumure mère C) Modélisation hydrodynamique: évolution potentielle du gisement sous l effet du changement des conditions d alimentation en eau régionale
A) Interprétation hydrochimique Alcalinité (CaCO3 m g/l) Alcalinité - conductivité 10000 1000 100 Dominique Rivière et source superficielle 10 1 10 100 1000 10000 Conductivité (µs/cm) Le mélange entre deux pôles explique la variabilité hydrochimique le pôle peu minéralisé s apparente à l eau des sources superficielles La source Dominique se distingue (As, sulfate) Origine et composition du pôle minéralisé profond?
Typologie des sources 31 sources prélevées et analysées en basses eaux + 3 prélèvement en Diagrammes rivière (avril de Schoeller 2011) Ca++ Mg++ K+ Na+ Li+ SO4-- NO3- Cl- F- HCO3- SiO2 Concentration en mg/l 10000 1000 100 10 1 0,1 0,01 Faciès hydrochimique bicarbonaté sodique carbogazeux Thermes Rivières Li, Na et F sont les marqueurs profonds Embouteillage Embouteillage Dominique Pauline Constantine Rigolette Désirée Colonies Hélène Alexandre Duchesse Tourette Précieuse Adrienne Bénédictine Souveraine Camuse Renaissante Délicieuse Rois Sultane Beatrix Amélie Saint pierre Impératrice Dominique Dom, Sup V10 Sandrine VP2 Anais Viva Reine st Martin Lachaud Volane Amont Volane Aval Voltour
Influence du site sourcier sur la Volane On utilise Na et K marqueurs du pôle profond Na/K Voltour 6,4/1,06 Na/K Volane amont 8,7/1,12 Q Na/K Sources 2195/153 Rérérence: moyenne Rigolette, Alexandre, Désirée, Pauline, Constantine, Adrienne Na/K Volane aval 13,4/1,43 Q ~ 20 m3/h équivalent eau thermale
B) Modélisation de la composition chimique Comprendre comment les eaux acquièrent leur minéralisation Reconstituer par le calcul la composition de la saumure profonde (solution mère) Fournir des contraintes au modèle hdrodynamique Logiciel CHESS : calculs des espèces en solution
Paramètres influençant la composition du mélange (C en fonction de la conductivité) 12 10 Lithium Potassium Sodium 180 2500 160 140 2000 8 6 4 2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 120 100 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1500 1000 500 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 180 Magnesium Calcium Magnésium Silice 140 40 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 120 100 80 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 35 30 25 20 15 10 5 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Na, K, Li dépendent de la dilution Ca, Mg dépendent de pco2 Silice dépend de la température
Température: C 300 250 200 160 150 100 50 0 Température du gisement d eau minérale profonde Géothermomètre Na/Li Géothermomètre Na/K Géothermomètre Na/K/Ca Géothermomètre SiO2 géothermomètres SiO2 et Na/K/Ca mal adaptés influence de la dilution et de pco2 géothermomètres Na/Li et Na/K plus fiables faible influence pco2 et rapports ioniques indépendants dilution CONCLUSION : température du réservoir 170 C Profondeur : 3000 m (54 C/km) Pression 300 bars
Simulation de IS sur un chemin réactionnel à partir de l eau d Alexandre Température : 12 C à 170 C Concentration d un facteur 5 (sodium) pco2 : 0,5 40 bars La solution est beaucoup trop concentrée en Mg et Ca
Conséquences pour le modèle hydrodynamique La solution mère qui engendre les eaux minérales de Vals Est formée à plus de 2700 m de profondeur autour de 160 C Elle résulte de l infiltration des eaux météoriques subissant une interaction eau-roche à l équilibre thermodynamique avec les minéraux présents (silice, silicates) où elle se charge en sodium, potassium, lithium et carbonate Elle remonte vers la surface le long d une zone faillée Suffisamment lentement pour se refroidir En se diluant environ 5 fois dans les eaux du massif cristallin fracturé En acquérant une minéralisation complémentaire en calcium et magnésium pilotée par la pression de CO2
C) Modélisation hydrodynamique Coupe verticale 2D Réprésentation des écoulements Représentation de la dilution au cours de la remontée des eaux
Structure du modèle Zone I Vallée de la Volane 256 m NGF Perméabilité m/s Zone IV Zone II 2700 m Zone III Zone V 7000 m
Ecoulement et concentration
Sensibilité à la perméabilité du réservoir 0 500 1000 K=10-11 m/s K=10-10 m/s K=10-8 m/s K=10-9 m/s K=5.10-9 m/s K=7.10-9 m/s Profondeur (m) 1500 2000 2500 3000 0 20 40 60 80 100 120 Concentration en %
Influence de l alimentation par les pluies 0 500 150 mm/an 100 mm/an 200 mm/an Profondeur (m) 1000 1500 2000 2500 3000 60 0 20 40 60 80 100 70 120 Concentration en % 80 200 mm/an : agriculture 150 mm/an : déprise agricole 100 mm/an : couvert forestier Profondeur (m) 0 10 20 30 40 50 90 100 110 120 130 140 150 0 10 20 30 40 50 Concentration en % 100 mm/an 150 mm/an 200 mm/an
Conclusion Proposition d un schéma cohérent géochimique et hydrodynamique rendant compte du comportement du site sourcier de Vals Minéralisé Froid carbogazeux Le modèle retrace les grandes lignes des phénomènes réalité certainement plus complexe La solution mère est formée à160 C vers 2700 m de prof ondeur, elle est bicarbonatée sodique et contient plus de 45 g/l de carbonate Pas d évolution notable du chimisme des sources sur 50 à 100 ans L apport diffus du site sourcier à la Volane en basses eaux est de l ordre de 20 m 3 /h (prélèvements non compris) Peu de variation à attendre du chimisme des eaux des sources les plus minéralisées avec une variation des pluies efficaces
Deux sites pour aller plus loin: www.life-semeau.eu www.sithere.fr Jean François Terrisse - Laure Valette - Jacqueline Faure - Adeline Boillon mars 2011