De nombreuses sources minérales froides émergent du socle cristallin fracturé du Cézallier. Ces eaux de type Na-HCO3 ont des caractéristiques chimiques voisines mais se distinguent par quatre groupes de localisations géographiques différentes, désignés par le nom de leur source la plus minéralisée : Saint-Hérent au nord, Chassole au centre, Chantejail au sud et Conche-Pyronnée au sud-ouest. Dans chacun de ces groupes de bonnes corrélations sont observées, entre certains éléments peu réactifs (Cl et Na), qui indiquent l'existence d'un mélange entre un fluide minéralisé d'origine profonde et des eaux diluées d'origine superficielle.
La droite locale des eaux météoriques (δD =8δ18O + 11.4) a été calculée au moyen d'une vingtaine d'analyses δD/δ18O sur des échantillons de sources diluées et de ruisseaux. Les écarts autour de cette droite sont relativement importants, montrant par-là que les précipitations du Massif central sont d'origines diverses (méditerranéenne et océanique). Pour cette raison, l'estimation du gradient isotopique (δD ou δ18O) en fonction de l'altitude de recharge reste assez peu sûre (Δ18O/ ΔE = - 0.37 0/00 par 100 m). En utilisant ce gradient avec prudence, il apparaît que les eaux minérales du Cézallier et notamment celles du groupe de Chassole (sources et sondages), auraient une zone de recharge située sur la partie supérieure des plateaux du Cézallier (env. 1200-1500 m). Un appauvrissement en oxygène 18 constaté sur plusieurs échantillons des sondages de Chassole, semble être provoqué par un échange isotopique entre le CO2 et H2O.
De nombreuses données sur l'oxygène 18 des sulfates dissous montrent la complexité du comportement des sulfates vis-à-vis des mélanges entre différents types d'eau souterraine. Les teneurs en sulfate des eaux minérales sont faibles et en cas de mélange avec des eaux de subsurface, on observe une augmentation du δ18O (SO4). Il en résulte un abaissement sensible de la température du géothermomètre à sulfate : 107 à 143 °C selon les groupes de sources, entre 100 et 120 °C pour les sondages S1 et S2 de Chassole. Par contre, les géothermomètres à cations donnent sur les sondages comme sur les sources une température de 200 ± 10 °C.
A la fin de la foration du sondage S2 de 1 400 m, un pompage d'essai à l'air-lift de 12 jours a été réalisé, avec un suivi hydrogéologique et chimique du fluide produit. En raison des conditions techniques de l'essai ou de sa durée, relativement courte, les paramètres mesurés ou analysés n'ont pas réellement atteint des valeurs stabilisées.
Pendant un cycle hydrologique complet, cinq sources minérales ont été suivies à intervalle régulier. On a pu constater que les sources dont le débit est le plus élevé sont les moins minéralisées, mais par contre elles sont remarquablement stables.
Deux types de mélange des eaux minérales ascendantes semblent avoir lieu. Le premier se produit à une profondeur de plusieurs centaines de mètres et ne transmet pas les variations saisonnières des eaux d'infiltration superficielles. Le deuxième type de mélange intervient dans la zone d'émergence et le chimisme de la source subit alors des changements en fonction du cycle hydrologique.
Mots-clés: Isotope, Isotope stable, O18-O16, D-H, Source, Eau souterraine, Géothermométrie, Mixage, Cantal, Haute-Loire, Puy-de-Dôme (Cézallier)
In the middle of the French Massif Central, numerous cold mineral springs discharge from the intensely fractured basement of the Cézallier region. These Na-HCO3 waters have closely related chemical characteristics, but they are subdivided into four groups with different locations, designated by the name of their most mineralized spring: St Hérent in the north, Chassole in the center, Chantejail in the south and Conche-Pyronnée in the southwest. For each springs group, good linear trends are observed between conservative species like Cl and Na, which indicate the existence of mixing patterns between a deep mineralized fluid and dilute superficial waters.
Evaluation of 20 cold meteoric waters yields an equation for the Cezallier meteoric water line of δD = 8δ18O + 11.4. Pronounced deviations around this line indicate that the precipitations in the Massif central have several origins, from the Mediterranean Sea and the Atlantic Ocean. For this reason, the estimation of the isotopic gradient as a fonction of the recharge elevation is rather unprecise, with Δ18O / ΔE = - 0.37 0I00 per 100 m. Using with caution this isotopic gradient, it appears that the mineral waters of the Cezallier, and more particularly the springs and boreholes in Chassole, would have a recharge zone located on the upper part of the Cezallier plateau (c. 1 200-1 500 m). Several water samples from the boreholes in Chassole display an oxygen 18 depletion probably induced by the isotopic exchange of oxygen between CO2 and H2O.
Numerous data on the oxygen 18 of dissolved sulfate show the complex behavior of sulfate toward mixing between different types of groundwater. Sulfate contents of the mineral waters are low and consequently, mixing processes with dilute subsurface waters will cause an increase of δ18O (SO4). It results a noticeable decrease of the temperature calculated with the sulfate geothermometer: 107 to 143 °C for the different springs and 100 to 120 °C for the boreholes S1 and S2 in Chassole.
However, the cations geothermometers give temperatures of 200° ± 10 °C both for the springs and the boreholes.
After drilling of borehole S2 at the depth of 1 400 m, an air-lift pumping test has been carried out during 12 days with hydrogeologic and chemical monitoring. Due to the technical conditions and may be to the rather short duration of this test, the measured or analyzed parameters have not really reached stable values.
During one complete hydrologie cycle, five mineral springs were monitored at a regular interval. The results show that the springs with the largest discharge have the lowest mineralization but they are very stable. Two types of mixing patterns seem to occur for the ascending mineral waters. The first one takes place at a depth of several hundred meters and does not transmit the seasonal variations of the infiltrated runoff waters. The second type of mixing occurs at the emergence zone and therefore, the chemical composition of the spring varies as a fonction of the hydrologie cycle.
Dernière mise à jour le 08.02.2019