Technical Report NTB 88-23

Des essais de migration avec traceurs sont en cours au laboratoire souterrain du Grimsel (LSG). Pour interpréter ces essais sur le terrain, il est essentiel de les accompagner d'un programme expérimental en laboratoire. Cette étude décrit les résultats de la première partie d'un tel programme.

Le site des essais de migration prévus (AU 96) n'ayant fourni qu'un matériel protomylonitique insuffisant, on a utilisé à sa place une mylonite venant d'une zone de perturbations adjacente (AU 126). Les caractéristiques pétrographiques et minéralogiques de la protomylonite et de la mylonite ont été déterminées; les échantillons mylonitiques venant de ces deux sites ont une minéralogie semblable, malgré quelques différences susceptibles de jouer un rôle significatif. En effet, la protomylonite est moins riche en minéraux, chlorite, muscovite, etc., qui sont sensés influencer les processus de sorption et d'échanges cationiques. Ceci pourrait avoir des conséquences sur les pronostics concernant le comportement de sorption des mylonites de la zone étudiée, qui seront déduits à partir de mesures faites en laboratoire sur un matériel mylonitique légèrement different.

La zone de fractures (AU 96) a permis de mettre en évidence des sorties d'eau souterraine réparties sur cinq canaux individuels situés dans un seul plan de fracture. L'eau souterraine émergeant de ces cinq endroits et de deux forages traversant le plan de diaclase a été échantillonnée et analysée sur une période de 12 mois, à des intervalles d'environ un mois. Les résultats ont montré qu'il n'y avait pas d'importantes variations temporelles ou spatiales des concentrations chimiques. Cette eau souterraine peut être caractérisée comme ayant une force ionique faible (l.S. ~ 10^-3 M), un pH élevé (~ 9.6) et les ions majeurs suivants: Na⁺, Ca²⁺, CI^-, SO₄^2-, F^- et HCO₃. La pression partielle de CO₂, calculée à l'équilibre avec l'eau souterraine, était de ~ 4 × 10^-6 bar.

Les interactions entre la mylonite et l'eau souterraine ont été étudiées en utilisant l'eau souterraine natruelle du Grimsel et l'eau préparée en laboratoire, à deux proportions des phases solide/liquide (1:2 et 1:10) et deux températures (température ambiante de 25° C et température du site de 12° C). Les temps de contact employés ont atteint 200 jours. Bien que le système a été contaminé par le CO₂ (de l'air) dès le début de l'expérience, les changements de composition de l'eau et le comportement de la phase solide ont permis de déterminer quantitativement les interactions roche – eau en considérant la mylonite comme un (faible) échangeur de cations.

Des coefficients de sorption ont pu être calculés pour Na, Sr, Ca et Mg en connaissant la composition chimique de la phase liquide et les capacités d'échange cationiques de la roche. Pour ces cations, une estimation des coefficients de sorption a également pu être faite pour les conditions qui sont supposées régner dans la zone de migration.

Une liste de traceurs sorbants potentiellement utilisables dans la deuxième série d'expériences de migration a ainsi pu être proposée. Les conditions dans lesquelles ces traceurs ont un comportement «idéal» (isotherme de sorption réversible et linéaire, cinétique rapide) sont également présentées.