Hydrogéologie d'un aquifère karstique des calcaires carbonifères (Néblon-Anthisnes, Belgique): Apport des traçages à la connaissance des milieux fissurés et karstifiés.

Cette thèse est avant tout consacrée à l’étude des circulations karstiques dans les calcaires carbonifères du Sud de la Belgique. Son objectif est double : d’une part, approfondir la connaissance de l’aquifère à partir de l’étude d’une région limitée située dans le Condroz à l’extrémité Est du synclinorium de Dinant (bassins d’Anthisnes et du Néblon), d’autre part mettre au point des méthodes de mise en œuvre et d’interprétation des traçages permettant de caractériser le comportement de l’aquifère lié à sa « double perméabilité ». Dans ce but, plusieurs aquifères fissurés ou karstiques sont comparés. L’introduction générale présente une synthèse des conceptions actuellement utilisées en hydrogéologie karstique et définit le calcaire carbonifère en tant qu’aquifère (intérêt économique, particularités du fonctionnement) dans le contexte plus général des aquifères carbonatés du sud de la Belgique. La première partie est consacrée à l’étude de la structure (approche structurelle) et du fonctionnement (approche systémique) de deux systèmes karstiques drainant la même nappe dans les calcaires du Tournaisien et du Viséen : le bassin d’Anthisnes, dont l’exutoire est la résurgence de Comblain-au-Pont, et le bassin du Néblon drainé par les sources du Néblon. Les structures de ces deux systèmes sont comparées à l’aide de diverses méthodes géophysiques (électriques, électromagnétiques, diagraphiques) et à partir des observations en surface (fissuration, linéaments). Les différences de comportement sont liées au développement de la karstification. Elles apparaissent de manière très nette en considérant les réponses naturelles (hydrodynamique, hydrogéochimie) et provoquées (traçages). Dans la seconde partie, une série de tests en écoulement naturel et en écoulement radial convergent permettent d’étudier les propriétés de transport des traceurs au sein de différents aquifères fissurés et karstiques et de dégager des tendances liées à la structure du milieu. Trois types d’aquifère sont envisagés : les calcaires dévoniens et carbonifères (aquifère principalement à porosité d’interstice). Un examen critique des lois d’écoulement et de transport utilisées, ainsi que des différents types de traçage et types de traceur, est effectué au préalable. Plusieurs solutions analytiques sont envisagées pour déterminer les paramètres hydrodispersifs des aquifères. Les dispersivités longitudinales des calcaires sont comprises entre 10 et 100m ; celles des craies entre 2 et 14m et celles des tuffeaux entre 2 et 5m. ABSTRACT. The actual scope of this research is to study the karstic groundwaters in the carboniferous limestones south of Belgium. The study deals with two different approaches, one in a local framework, the other thematic. On the one hand, two karstic systems are described in the synclinorium of Dinant in the Condroz region (Anthisnes and Neblon basins). On the other hand, a methodology of tracer tests, and their interpretation as well, are developed in order to understand groundwater flows related to the “dual permeability” of the aquifer. As a comparison, the tracer study is enlarged to other karstic and fissured aquifers. The introduction deals with some general features about karst hydrogeology. The carboniferous limestones and their economic interest are presented in the regional framework of all the carbonated rocks in south Belgium. The two karstic systems described in the first part belong to the same water table in the Tournaisian and Visean beds. Their structure is studied by mean of geophysical prospecting (electric, electromagnetic, well logging) and fissuration measurements. The mechanisms of groundwater circulations are then studied by using undirect investigations such as hydrodynamical, hydrogeochemical or tracing investigations. These methods are applied to the main springs of each system: the spring of Comblain-au-Pont (Anthisnes basin) and the springs of the Neblon (Neblon basin). The behaviour of each system is related to its stage of karstification. The second part deals with tracer tests in natural and radially convergent flow pattern. The aim is to distinguish among the features of the tracer curves those due particularly to the structure of the fissured network of the aquifer. Three different kinds of aquifer are studied: the Devonian and carboniferous limestones (both fissured and karstic), the cretaceous chalks (mainly fissured), and the landenian “tuffaceous” sands (mainly porous). After describing the theory of groundwater flow and transport in fissured media, we justify the use of different tracers and tracing methods. Afterwards different mathematical models are used to calibrate the dispersion parameters. The longitudinal dispersivities are ranging between 10 and 100m in the limestones, between 2 and 14m in the chalk and between 2 and 5m in the landenian sands.