Apports des équilibres calco-carboniques et du carbone 13 pour l’étude de l’air et des écoulements d’eau dans la zone non saturée du karst [N. Peyraube, 2011]

Titre de la thèse : « Apports des équilibres calco-carboniques et du carbone 13 pour l’étude de l’air et des écoulements d’eau dans la zone non saturée du karst  . Application au système karstique   perché de la grotte de Cussac (Dordogne, France) » par N. Peyraube

Thèse de Doctorat - Université Bordeaux I (24/06/2011), 350 p.
Directeur : Alain Denis et Roland Lastennet

La soutenance de thèse s’est déroulée le 24 juin 2011.
Le travail de recherche a été effectué à l’Institut de Mécanique et d’Ingénierie de l’Université Bordeaux I.

Résumé : La protection de la grotte ornée de Cussac, inventée en 2000, se base en partie sur la compréhension de ses relations avec le massif karstique   et des conditions d’écoulement dans la zone non saturée des eaux liées à la cavité. Nous bénéficions à Cussac d’un accès à plusieurs écoulements provenant de différentes parties de la Zone Non Saturée (ZNS) et d’une petite zone saturée ainsi que de la présence d’une grotte interceptant des écoulements à l’intérieur du massif. Les paramètres aérologiques de la cavité dont la pression partielle de CO₂ (pCO₂) et la température ont fait l’objet d’un suivi depuis 2003 pour élaborer un modèle simple de ses relations avec l’atmosphère extérieure et l’atmosphère de la ZNS. Une première partie de l’étude est consacrée à la caractérisation des écoulements par le suivi hydrochimique et hydrodynamique depuis 2008. Elle aboutit à un schéma général du fonctionnement du système karstique   perché de Cussac. Au-delà de l’utilisation des outils classiques pour l’étude des aquifères   karstiques   nous avons souhaité étudier les écoulements hydrologique et aérologique à travers l’une des spécificités du système karstique   : l’interdépendance des phases gazeuse, liquide et solide. Les échanges entre la roche, l’eau et la pCO₂ de l’air de la ZNS ont été estimés à partir de l’utilisation des équations d’équilibre calco-carboniques. Le schéma de fonctionnement est enrichi par une vision conceptuelle des conditions d’écoulement et une localisation dans les différentes parties du massif des processus de dissolution et évasion de CO₂ et de dissolution et précipitation de carbonate. L’étude du delta 13C apporte des précisions sur l’évolution de la pCO₂ dans la ZNS et dans l’environnement particulier qu’est la cavité. La signature isotopique du CO₂ de la ZNS est estimée à partir des mesures de delta13C dans les eaux. Cela nécessite de prendre en compte les processus d’évolution du carbone minéral total dissout au cours des écoulements.

Mots-clés : Zone non saturée - PCO₂ - Carbone 13 - Karst   - Cussac - Zone d’aération - Cussac, Grotte de (Dordogne) - Fluides, Mécanique des