Développements expérimentaux innovants et datation multi-méthodes des eaux souterraines et des glaces polaires – DEG

La datation des eaux souterraines et des glaces polaires anciennes est aujourd'hui d'une très grande importance pour aborder des problèmes environnementaux majeurs comme la séquestration du CO2, le stockage des déchets nucléaires en formations géologiques profondes ou l'évolution paléoclimatique. Nous proposons la mise en œuvre de méthodes innovantes de datation absolue basées sur la mesure des isotopes radioactifs 81Kr (t1/2=229 ka), 85Kr (10,73 a) et 36Cl (301 ka) et de méthodes classiques de datation basées sur les isotopes 14C (t1/2=5.73 ka), et 4He (radiogénique). L'utilisation couplée de ces géochronométres permettra de dater les glaces polaires (81Kr, 36Cl) et les eaux souterraines (81Kr, 36Cl, 14C, 85Kr, 4He) sur des gammes d'âge allant de près d'un million d'années à l'actuel. La méthode 36Cl, encore émergeante en France est amenée à se développer avec la mise en service d'ici fin 2006 de la SMA de l'Arbois. L'implantation de la méthode 81Kr-85Kr est en cours d'achèvement au CNAB, ceci a nécessité le développement d'instruments spécifiques complexes permettant la mesure de quelques milliers d'atomes de 81Kr et 85Kr. Il reste à ce jour à construire un spectromètre de masse dédié à l'enrichissement isotopique du krypton, pour lequel nous demandons le soutien de l'ANR. L'objectif final est de réaliser les premières datations 81Kr-85Kr d'ici juillet 2007. Les méthodes de datation innovantes 81Kr et 36Cl seront validées par une inter-comparaison des résultats obtenus avec chacune d'elles et avec les méthodes 14C, 85Kr, 4He pour : - l'étude de systèmes hydrogéologiques dans le cadre de stockages géologiques de CO2 et de déchets nucléaires - l'étude de glaces polaires dans le cadre de reconstitutions paléoclimatiques. Afin de déterminer les capacités au confinement des sites de stockage destinés à accueillir du CO2 ou des déchets radioactifs, il est essentiel de caractériser la totalité du système hydrogéologique environnant et notamment de connaître les vitesses de circulation des eaux souterraines qui sont proportionnelles à leur temps de résidence (âge). Ceci permettra à terme de modéliser les risques éventuels de dissémination de gaz ou de radionucléides vers la surface. Le site de Weyburn (Canada) a été choisi par l'AIE, pour examiner la faisabilité technique et économique du stockage du CO2 dans un gisement de pétrole brut partiellement épuisé. Dans le cadre de ce projet et en partenariat avec l'IPGP, nous participerons à la mise au point de protocoles de surveillance du site vis-à-vis du confinement du CO2 par la datation (de fin 2006 à mi-2008) d'une dizaine d'échantillons prélevés en forages au niveau de la formation réservoir et dans les aquifères voisins. Parallèlement à ceci et en partenariat avec l'Andra, nous mesurerons le temps de résidence des eaux dans l'environnement du laboratoire souterrain de Meuse/Haute-Marne (Bure, France) implanté à 490 m de profondeur destiné à l'étude de la faisabilité d'un stockage de déchets nucléaires en formation géologique profonde. Sous réserve d'une décision gouvernementale, l'Andra devrait fin 2007-2008, mener une campagne de forages dans la zone de transposition portant sur 200 km2 au nord-ouest du site de Bure, afin d'étudier l'emplacement d'un possible futur site de stockage. Les mesures porteront sur 20 à 25 échantillons prélevés dans les calcaires encaissants (Oxfordien et Dogger) de la formation cible argileuse du Callovo-Oxfordien (135m d'épaisseur). Enfin, les reconstitutions paléoclimatiques peuvent être envisagées aujourd'hui sur des périodes couvrant presque un million d'années grâce à l'analyse des carottes de glace ancienne prélevées en Antarctique (programmes Vostok et EPICA). Les datations relatives utilisées jusqu'à présent (modélisation du taux d'accumulation de la neige et de l'écoulement de la glace, marqueurs géochimiques…) ne permettent pas de reconstruire précisément les séquences des événements intervenant lors d'un changement climatique (ex : concentrations de gaz à effet de serre, température Antarctique, niveau des mers, forçage de l'insolation…). Une datation absolue sur la glace, avec la méthode 81Kr, permettrait de combler ces lacunes en précisant l'âge des sections de carottes étudiées et les processus mécaniques régissant l'écoulement de la glace à la base des calottes polaires. En complément, des mesures de 36Cl seront effectuées pour explorer les variations des teneurs atmosphériques de cet isotope sur le long terme. L'étude portera sur plusieurs échantillons de glace de Vostok fournis par le LGGE (Grenoble). et situés dans la gamme d'âges 100-400ka. Le projet vise à doter la recherche scientifique française de deux outils performants et unique au monde en ce qui concerne l'appareillage destiné à la méthode de datation 81Kr-85Kr. Ces outils seront utilisés dans le cadre du projet pour trois problématiques environnementales d'intérêt majeur mais pourront par la suite s'appliquer à des domaines très variés.