Technischer Bericht NTB 91-22

Dans le cadre du programme d'investigation de sites en vue du stockage final dans le nord de la Suisse de déchets de haute et moyenne radioactivité à vie longue des analyses hydrochimiques et isotopiques ont été effectuées sur des échantillons d'eau prélevés dans le forage profond de Siblingen (SH). Des échantillons d'eau ont été prélevés dans le Muschelkalk, le Buntsandstein et dans diverses zones du cristallin pour être soumis à de nombreuses analyses hydrochimiques et déterminations de teneur en isotopes et gaz. Les prélèvements d'eau ont été documentés et la qualité des échantillons évaluée, c'est­à-dire que leur contamination par le fluide de forage a été déterminée à l'aide de leur teneur en traceurs et en tritium de celui-ci, permettant ainsi d'introduire les corrections nécessaires aux résultats des analyses. Un ensemble de données hydrochimiques de base corrigées, thermodynamiquement cohérentes, a été élaboré pour chaque zone étudiée à l'aide de calculs par modèles géochimiques. Ces ensembles de données ont servi de base pour la caractérisation hydrochimique des eaux souterraines profondes de Siblingen. Ces résultats sont à même de fournir des informations sur les conditions hydrochimiques régnant dans le sous-sol ainsi que sur l'évolution, la provenance et le temps de séjour des eaux prélevées. Les résultats de ces investigations permettent en outre de valider un modèle hydrodynamique établi pour la région et servent de base aux études de sorption des radionucléides nécessaires pour les analyses de sûreté d'un éventuel dépôt final.

L'eau du Muschelkalk supérieur (dolomie à trigonodus), provenant de la moins profonde des zones étudiées, soit à une profondeur de forage moyenne de 183,55 m, est une eau à Ca-Mg-(Na)-SO₄-HCO₃ relativement peu minéralisée. La modélisation hydrochimique a montré, par rapport aux autres eaux du Muschelkalk du nord de la Suisse, une sous-saturation en dolomies plus marquée. Cette eau est en outre sous-saturée en gypse et en anhydrite. L'eau du Muschelkalk s'est infiltrée sous des conditions comparables à celles régnant aujourd'hui. Les déterminations isotopiques sur les sulfates en solution ont livré des valeurs qui ne sont pas dans le domaine typique des sulfates du Muschelkalk. Les calcites dans les fissures ouvertes et les druses du Muschelkalk ne présentent pas un caractère marin au vu des valeurs isotopiques de leurs carbonates et ne sont pas en équilibre avec l'eau actuelle du Muschelkalk de Siblingen. Les déterminations du ¹⁴C ont livré un âge modèle de 16'000 années au moins. Au vu de considérations hydrogéologiques et hydrochimiques cette valeur du ¹⁴C de l'eau du Muschelkalk semble trop faible, respectivement l'âge modèle trop élevé, ce qui exprimé en d'autres termes revient à dire que l'on se serait attendu à un âge plus jeune pour une première interprétation. L'activité de l^'39Ar ne suggère pas une production souterraine et livre un âge modèle ³⁹Ar de 900 années au-moins. Le rapport ³⁹Ar/³⁷Ar permet de supposer que les isotopes d'argon on été lixiviés à partir des particules minérales ou des cristaux de calcite (remplissage fissuraI) principalement par effet «recoil» (recul). La teneur en tritium peut être attribuée à environ 2 % de fluide de forage. En se fondant sur le rapport ³H/⁸⁵Kr on peut conclure que les échantillons d'eau du Muschelkalk comportent moins de 2 à 3 % d'eaux jeunes ou récentes, respectivement de fluide de forage. Il y a toutefois des indices hydrogéologiques suggérant pour l'eau du Muschelkalk une zone d'infiltration située dans la pente SE de la Forêt Noire.

A Siblingen, en ce qui concerne les eaux du Buntsandstein (grès à grain fin à grossier avec intercalations de bancs argileux) à la profondeur moyenne de 341,05 m et le cristallin (granite à cordiérite-biotite) aux profondeurs moyennes de 478,95 m, 527,65 m, 1'158,95 m et 1'495,96 m, il s'agit d'eaux à Na-HCO₃-SO₄, très peu minéralisées. Les résultats de la modélisation hydrochimique montrent que ces eaux sont sous-saturées en dolomie, anhydrite et gypse. On peut admettre comme vraisemblable que ces eaux se sont infiltrées sous les conditions d'une période glacière, en se basant sur les isotopes stables relativement légers d'oxygène et d'hydrogène et les basses températures d'infiltration des gaz nobles. Les résultats de la détermination des isotopes de sulfates suggèrent que l'on a affaire à un mélange de sulfates sédimentaires et cristallins. L'étude des isotopes des carbonates montre qu'il est probable que la plupart des calcites des fissures dans les parties les plus profondes du cristallin se sont développées sous des conditions pareilles à celles régnant aujourd'hui, respectivement qu'elles sont plus ou moins en équilibre avec les eaux du cristallin le plus profond. Par contre les calcites de la partie supérieure du cristallin ne sont pas en équilibre avec les eaux des profondeurs correspondantes. On a calculé un âge modèle de plus de 16'000 années pour les échantillons d'eau du Buntsandstein alors que pour ceux provenant du cristallin on a trouvé des âges modèles par ¹⁴C un peu plus élevés (> 17'000 jusqu'à > 22'000 années). Ces données sont cohérentes avec une infiltration de ces eaux sous les conditions d'une période glacière. L'activité de l^'39Ar dans le Buntsandstein permet de conclure à une production essentiellement souterraine et une estimation de l'âge modèle n'est par conséquent pas possible. On en conclut qu'une grande partie de l'activité de l^'39Ar provient du cristallin. L^'37Ar dans les eaux souterraines provient surtout de la calcite de fissure et de druse ou encore de la fluorite. Les eaux du Buntsandstein et du cristallin de Siblingen sont, considérant leurs teneurs en uranium relativement élevées, comparables avec les eaux souterraines correspondantes le long du Rhin qui proviennent probablement de la Forêt Noire. Le rapport des activités uranium-thorium permet de conclure à une intense interaction eau-roche au cours des dernières 106 années. Les différences de teneur en tritium entre les échantillons d'eau tirés du Buntsandstein et du cristallin ne proviennent pas d'un apport d'eaux jeunes, mais d'une contamination due au fluide de forage utilisés. Le rapport ³H/⁸⁵Kr dans le Buntsandstein permet de conclure que cet échantillon d'eau contient moins de 2 à 3 % d'eaux jeunes ou récentes, respectivement de fluide de forage. On peut admettre que les eaux du Buntsandstein et du cristallin proviennent d'une zone d'infiltration située dans le sud de la Forêt Noire.