Echanges de cations et sorption dans les eaux de nappes aquifères en socle cristallin, Massif central, France 

Les eaux souterraines du Massif central français, captées dans les aquifères peu profonds du socle cristallin, portent la signature géochimique d’échanges d’ions, ou de sorption spécifique : Les eaux les moins minéralisées sont surtout sodiques, ce qui correspond à la loi du ratio de Schofield [1947]. Dans les eaux à TDS plus élevées, les trois cations Mg2+, Ca2+ et Sr2+ présentent des relations linéaires étroites avec la somme des cations ; en d’autres termes, les ratios de concentrations Ca/Mg, Ca/Sr, etc., sont invariants en première approximation, ceci quel que soit le type de roche du secteur étudié (granites, gneiss, migmatites). Ces ratios sont comparables à ceux mesurés dans les saprolites, à un coefficient de sélectivité près. Pour ces éléments, qui forment en solution des complexes de sphère externe, les variations de concentration sont fortement corrélées à SiO2 et à l’alcalinité, et donc fonction du degré d’hydrolyse des silicates. Au contraire les gros cations comme K et Ba, qui forment des complexes de sphère interne, ont un comportement différent : les concentrations ne sont pas corrélées à un paramètre quelconque. Les quelques données disponibles actuellement, montrent que les éléments de taille relativement petite sont enrichis dans les eaux, par rapport aux roches-hôtes : ceci est compatible avec ce que l’on sait de la fixation d’ions monovalents sur les phyllosilicates, avec l’affinité Cs > Rb > K. Les concentrations dans les eaux sont sans doute régies par une sorption spécifique sur ces minéraux. De ces phénomènes d’échange et de sorption, il résulte que dans les eaux souterraines, les signatures géochimiques originelles en cations des diverses composantes, atmosphérique, géologique, organique, etc., sont effacées. A la différence des anions (B, N, S), l’usage des isotopes de cations (Sr) pour caractériser ces composantes, est donc difficile. Ces résultats ont une conséquence directe sur la question du fond géochimique naturel des divers métaux lourds. Ceux qui forment des complexes de sphère externe ou des complexes neutres, devraient être à des concentrations variables et fonction du degré d’hydrolyse des silicates. Ceux qui forment des complexes de sphère interne, devraient voir leurs concentrations régies par des phénomènes de sorption