Origin of fracturingin hard‐rock aquifers: what are the factors controlling the properties of the fractured layer?

Keynote invitée sur l'origine des aquifères de socleInternational audienceThe discovery,during the last 1990s, of a thick fractured layer below the saprolite in lateritic profiles developed on crystalline rocks has resulted in a redefinition of hardrock aquifers. During the first 2000s, numerous researches were conducted in different continents in order to validate thisnew concept of stratiform hardrock aquifer linked to weathering processes.Commonly, the term of " lateritic profile " is used for subtractive weathering profiles developed on metamorphic, plutonic or volcanic rocks. They are the only rocks that are able to develop a fractured layer atdepth. Figure 1–Structure of a lateritic profilepartially eroded by the present topography A lateritic profile usually shows, from top to bottom (Figure 1):-A ferraliticduricrust, 1 to 10 m thick, resulting from recrystallization of goethite (iron hydroxide) to hematite (iron oxide) due to seasonal desiccation of the top of the profile. Where preserved from later erosion and recharged by heavy rainfall this duricrust can give rise to seasonal perched aquifers, particularly in tropical humid areas.-Loose alterites (saprolite), made up of a mixing of clays, hydroxides, oxides and residual minerals (quartz). At the top of saprolite, mottled clay (meter-thick) is a transition horizon to iron crust. In granular rocks (granitoids, gabbros), the lower part of the saprolite shows a characteristic laminated texture (" laminated layer "), due to high density of tension microcracks (millimetric spacing).The saprolite is of rather low hydraulic conductivity, about 10-6 m/s in granites, lower in their laminated layer and at the top (more clayey) of the saprolite (10-7-10-8 m/s). This layer plays the capacitive role of the hard rock aquifer.-A fractured layer, characterized by a high density of cracks in the hard rock that plays the permeable role of the hard rock aquifer. The density andconnectivity o

Devenir de micropolluants présents dans les boues d’épuration, du traitement à l’épandage agricole : Application aux micropolluants métalliques (Cd, Cu) et organiques (médicaments) issus du traitement biologique conventionnel d’effluents urbains ou hospitaliers

Wastewater treatment plants represent the main transfer pathways for micropollutants to enter the environment. Emerging contaminants are not totally eliminated and are transferred to the sludge by sorption process due to their physico-chemical properties. Among them, pharmaceutical compounds are of a great concern because of their potential adverse effects to ecosystems. As sludge landspreading is the main process of valorization employed in France, the choice of the kind of sludge stabilization treatment able to reduce the amount of micropollutants is crucial. In this work, the fate of trace metallic elements (cadmium and copper) and pharmaceutical compounds (carbamazepine, ciprofloxacin, sulfamethoxazole, salicylic acid, ibuprofen, paracetamol, diclofenac, ketoprofen, econazole, atenolol and propranolol) has been investigated in sludge from different origins: urban (with and without ozone oxidation treatment) and hospital, during their treatment (thickening and stabilization by composting, liming or anaerobic digestion). The methodology developed in this work consisted in connecting the partition coefficients of micropollutants (between the soluble and particulate fractions of sludge, Kdsorption) and their desorption potential (Kdesorption) with micropollutants physico-chemical properties and sludge characteristics (biochemical composition and functional groups). Statistical analysis leads to the determination of models able to predict Kdsorption and Kdesorption. Molecular weight and solubility of pharmaceutical compounds, sludge’s pH, phosphoric functional groups in the soluble phase and amine/hydroxyl groups in the particulate fraction of sludge had the main impact on the sorption behavior. Moreover the oxidation of sludge with ozone before stabilization was efficient to eliminate eight from eleven organic compounds. For all sludge samples, sulfamethoxazole was biodegraded during anaerobic digestion. Batch desorption tests showed that micropollutants were more easily desorbed in limed sludge compared to digested sludge. Finally, the study of micropollutants availability during stabilized urban and hospital sludge landspreading on laboratory soil columns revealed that ibuprofen, salicylic acid, diclofenac and paracetamol were the only compounds present in leachates. This means that the other pharmaceutical compounds exhibited a lower mobility in soil.Les stations d’épuration constituent une voie majeure de dissémination des micropolluants minéraux et organiques dans l’environnement. De nombreux composés émergents ne sont pas totalement éliminés des eaux usées et sont transférés aux boues par sorption du fait de leurs propriétés physico-chimiques. Parmi ces composés, les résidus de médicaments doivent être suivis car ils peuvent avoir des effets indésirables sur les organismes une fois rejetés dans l’environnement. L’épandage des boues stabilisées sur les sols étant le procédé de valorisation le plus employé en France, le choix du traitement des boues en amont, permettant de réduire au maximum la dissémination des micropolluants constitue une question scientifique et technique fondamentale. Dans ce travail, le devenir de micropolluants métalliques (cadmium et cuivre) et de plusieurs médicaments (carbamazépine, ciprofloxacine, sulfaméthoxazole, acide salicylique, ibuprofène, paracétamol, diclofénac, kétoprofène, éconazole, aténolol et propranolol) a été étudié pour différents lots de boues urbaines (avec ou sans traitement par ozonation) et aussi de manière originale sur des boues provenant exclusivement du traitement d’effluents hospitaliers (station de SIPIBEL), au cours de leur traitement (épaississement puis stabilisation par compostage, chaulage ou digestion anaérobie). La méthodologie proposée a reposé sur la mise en relation : d’une part des coefficients de répartition de ces micropolluants entre les fractions soluble et particulaire (Kdsorption) dans la boue après chaque traitement de stabilisation ainsi que de leur potentiel de désorption (Kdésorption) avec d’autre part les propriétés des micropolluants et les caractéristiques des boues (composition biochimique et groupements fonctionnels). Cette mise en relation a abouti, grâce à une analyse statistique de type PLS à la proposition de modèles permettant de prédire les valeurs de Kdsorption et Kdésorption. Il a ainsi pu être démontré que le pH des boues ainsi que les groupements fonctionnels de type phosphorique dans la phase soluble et de type amine/hydroxyle dans la fraction particulaire des boues avaient une influence majeure sur le comportement de sorption des micropolluants organiques, de même que la masse molaire et la solubilité de ces derniers. D’autre part, ce travail a permis de montrer que l’ozonation des boues en amont des traitements de stabilisation s’est avérée efficace car elle a permis d’éliminer huit composés pharmaceutiques sur les onze étudiés. Pour tous les lots de boues, le sulfaméthoxazole a été biodégradé au cours de la digestion anaérobie. Les tests de désorption en batch effectués sur les boues après chaulage et digestion ont montré que les micropolluants dans les boues chaulées ont tendance à être plus facilement relargués qu’après digestion anaérobie. Enfin, l’étude de la disponibilité des micropolluants lors de l’épandage des différents lots de boues urbaines et hospitalières stabilisées sur des colonnes de sol à l’échelle du laboratoire a montré que l’ibuprofène, l’acide salicylique, le diclofénac et le paracétamol étaient les seuls composés détectés dans les phases lixiviées des sols amendés, ce qui traduit une faible mobilité des autres composés dans le sol

Évaluation des ressources en eau de la Martinique : calcul spatialisé de la pluie efficace et validation à l’échelle du bassin versant

L’évaluation des différents termes du bilan hydrologique à l’échelle d’un bassin versant constitue l’un des points clés de la gestion des ressources en eau, et ce, tout particulièrement dans les régions montagneuses présentant de fortes variations spatiales de la pluviométrie et de l’évapotranspiration. Une méthodologie, basée sur le modèle classique de Thornthwaite, est proposée. Elle prend en compte les différents types de sols, l’occupation des sols ainsi que les effets topographiques et calcule les différents termes du bilan hydrologique (pluie, évapotranspiration, pluie efficace, etc.). L’approche a été mise en oeuvre à l’échelle du kilomètre carré, pour l’ensemble de l’île de la Martinique (1 080 km2), puis validée à l’échelle du bassin versant, en comparant les pluies efficaces calculées avec les débits mesurés aux stations de jaugeage. Malgré l’absence de calage des différents paramètres du modèle, les résultats sont très satisfaisants. Une surestimation de la pluie efficace est néanmoins observée pour la plupart des bassins versants utilisés pour la validation du modèle. Cet écart est attribué à une sous-estimation de l’évapotranspiration potentielle, la plupart des bassins versants comportant une composante forestière significative, non prise en compte dans le modèle.The assessment of the various components of the hydrologic budget at catchment scale represents a key challenge for water resources management. This is especially true for regions characterized by important spatial variability in rainfall or evapotranspiration due, for example, to topographical effects. A methodology, based on the classical Thornthwaite model, is proposed to account for soil types, land cover changes and topographical effects on the main components of the water cycle (rainfall, evapotranspiration and efficient rainfall). The approach is developed for the whole Martinique Island (French West Indies, 1080 km2) using a 1-km2 resolution and validated at catchment scale comparing computed efficient rainfall with measured discharge at several gauging stations. Despite the absence of any calibration of the model parameters, the results are satisfying. A slight overestimation of the efficient rainfall is generally observed for the validation watersheds. This discrepancy is interpreted as an underestimation of potential evapotranspiration as the classical Penman-Montheit formula for grass is used despite the presence of forested areas in most of the watersheds

Computing the drainage discharge and assessing the impacts of tunnels drilled in Hard Rocks

International audienceMost Hard Rocks (HR) are or were exposed to deep weathering processes. It turns out that the hydraulic conductivity of HR is mostly inherited from these weathering processes (Lachassagne et al., 2011): (i) within their permeable Stratiform Fissured Layer (SFL) located below the low hydraulic conductivity unconsolidated weathered layer (saprolite). The thickness of both layers often reaches more than 100 m (Dewandel et al., 2006), (ii) and within the permeable vertical fissured layer developed at the periphery of or within preexisting geological discontinuities (joints, dykes, veins, lithological discontinuities, etc.) (Dewandel et al., 2011, Roques et al., 2012). From this conceptual model, the drainage discharge and the surface hydrogeological (piezometry in wells) and hydrological (discharge of streams) impacts of shallow highway tunnels drilled in a metamorphic series (metasedimentary and metavolcanic rocks) intruded by granitic bodies have been forecasted. These tunnels belong to the A89 highway recently opened (2012) in France between Balbigny and La Tour de Salvagny (Monts du Lyonnais, 50 km West of Lyon city). They are up to 4 km long, and their depth below ground level ranges between 0 and 300 m. The method is based on

Nouveaux éléments sur la structure et le fonctionnement hydrogéologique du plateau basaltique de l'Aubrac (Massif central, France). Première évaluation des potentialités en eau souterraine

International audienceIn volcanic areas, the quality of the geological data at the various scales is of paramount importance for the estimation of aquifer potentialities and thus for groundwater exploitation. Geological and hydrogeological investigation (synthesis of existing data, field geological observations, reconstruction of the infra-volcanic morphology, stream gauging, field hydrogeology, etc.) have been performed on the 450-km2 Aubrac basaltic plateau (Massif Central, France). These results allow us to specify the hydrological structure and functioning of this volcanic plateau that were quite unknown before. It is mainly constituted by the piling up of lava flows resting on a plutonic and metamorphic substratum. This volcanic unit constitutes an aquifer of regional importance whose groundwater resources are currently underexploited. These results allow us to delineate zones and strategies for priority hydrogeological prospectingEn milieu volcanique, la qualité de la connaissance géologique aux différentes échelles est de première importance pour l'évaluation des potentialités en eau souterraine des aquifères et pour leur mise en valeur. Des investigations géologiques et hydrogéologiques (synthèse des données existantes, observations géologiques de terrain, reconstitution de la morphologie du substratum infra-volcanique, jaugeages, hydrogéologie de terrain, etc.) ont été mises en œuvre au sein du plateau basaltique de l'Aubrac (Massif central, France). Elles permettent de préciser la structure et le fonctionnement hydrogéologique, très peu connu jusqu'à présent, de cet empilement de formations volcaniques, à dominante lavique, d'une superficie d'environ 450 km2, reposant sur un substratum principalement plutonique et métamorphique. Cet ensemble se révèle constituer un aquifère aux potentialités d'importance régionale, dont la ressource en eau souterraine est actuellement très largement sous-exploitée. Les résultats obtenus permettent de proposer des zones et stratégies de prospection prioritair

Anisotropie verticale de la perméabilité de l'horizon fissuré des aquifères de socle : concordance avec la structure géologique des profils d'altération

International audienceDes essais de pompage, réalisés au sein de l'horizon fissuré d'un aquifère de socle granitique, interprétés aux puits d'observation au moyen de la solution analytique de Neuman et aux puits de pompage au moyen de celle de Gringarten, mettent en evidence l'anisotropie verticale de cet horizon constitutif de l'aquifère ; la perméabilité horizontale étant nettement et systématiquement supérieure à la perméabilité verticale. Ces résultats concordent parfaitement avec les observations géologiques, l'horizon fissuré du profil d'altération du granite montrant de nombreuses fissures sub-horizontales. Ils confirment le caractère dominant, au sein de l'horizon fissuré, de la perméabilité des fissures subhorizontales dues au processus d'altération sur celle des fractures subverticales d'origine tectonique

Pharmaceuticals in sewage systems and surface waters – status quo

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