Dynamic scheme of water circulation in karstic aquifers as constrained by Sr and Pb isotopes. Application to the Hérault watershed, Southern France
Abstract
This paper focuses on the relationship between the karst aquifers and the Hérault River (southern France) as a function of hydrologic conditions. The combination of major and trace element, and Sr and Pb isotopes determined on dissolved load in karstic springs makes it possible to identify a dynamic scheme of the hydrology of the karstic area.
In the headwaters part of this area, the Sourcettes Spring is fed by an interrupted stream that infiltrates at the basement-sedimentary cover contact. Internal geochemical processes are also pointed out: (1) water–rock interactions during underground circulation, and (2) water originating from different layers of the aquifer may show different chemistry depending on the hydrological conditions. The Vernède Spring, is fed by a second water supply during high flows (previously considered as unconnected). Finally, the Cent-Fonts Springs have been confirmed to be fed by the Buège interrupted stream.
Pb isotopes on the dissolved and particulate loads of the river samples make it possible to discriminate the natural (local rocks) versus anthropogenic (mining district and road traffic) Pb sources. The Pb isotope investigations on karstic water make it possible to differentiate between neighboring springs presenting identical Sr isotope and element ratios, and to point out different underground circulation.
Cet article s'intéresse à la relation entre le karst et une rivière dans le bassin de l'Hérault (France), en fonction des conditions hydrologiques. La combinaison des éléments majeurs, des traces et des isotopes de Sr et Pb déterminés dans la charge dissoute de sources karstiques permet de construire un schéma dynamique de la région karstique.
Dans la partie la plus haute de cette région, la source des Sourcettes est alimentée par un cours d'eau qui s'infiltre au contact de la série sédimentaire sur le socle. Des processus géochimiques sont également mis en évidence: (1) des interactions eau-roche au cours du trajet souterrain, (2) de l'eau provenant de différents niveaux de l'aquifère en fonction des conditions hydrologiques. Dans la partie orientale du bassin, la source Vernède reçoit une seconde alimentation lors des fortes crues, précédemment considérée comme n'étant pas connectée. Finalement, on confirme que la source des Cent-Fonts est alimentée par les pertes de la rivière de la Buèges.
Les isotopes du Pb dans les charges dissoute et solide des échantillons de rivières ont conduit à faire la distinction entre les sources naturelle (roches locales) et anthropique (mines et trafic routier). Les études sur les isotopes du Pb dans les eaux karstiques permettent de différencier les sources voisines présentant des rapports d'éléments et de signatures isotopiques du Sr identiques, et à distinguer différentes circulations souterraines drainant ou non des minéralisations disséminées de Pb.