Isotopes de l’environnement dans le cycle hydrologique VERSION/Isotopes dans... · le troisième

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  • C O L L E C T I O N C O U R S D E F O R M AT I O N 31

    Isotopes delenvironnement dansle cycle hydrologique

    V I E N N E , 2 0 0 8

    Volume III

  • Isotopes de lenvironnement dans le cycle hydrologique

    international atomic energy agency, vienna 2008

    training course series no. 31

  • Cette traduction na pas t faite par lAgence internationale de lnergie atomique. La version authentique est la version anglaise distribue par lAIEA, ou en son nom par des personnes dment autorises. LAIEA ne donne aucune garantie et nassume aucune

    responsabilit en ce qui concerne la prcision, la qualit, lauthenticit ou lexcution de la traduction et de sa publication et naccepte aucune responsabilit pour toute

    perte ou tout dommage, conscutif ou autre, dcoulant directement ou indirectement de lutilisation de cette traduction.

  • note

    le prsent ouvrage a t plubli par l'aiea et l'unesco en anglais (en six volumes) en 2001, dans le cadre du Programme PHi-v de l'unesco (documents techniques en hydrologie, n39). il parat maintenant, avec une nouvelle prsentation, en franais (en un volume) dans la collection cours

    de formation de l'aiea.

  • VOLUME III

    EAU dE sUrfAcE

    He

    He

    C

    C

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    KrC

    Ar

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    ruissellement

    prc ipi tat ion

    inf i ltrati

    on

    rech

    arge

    dcharge

    vaporation

    IsotopesEnvironnementaux

    dans leCycle Hydrologique

    transpiration

    Kazimierz rasKi

    Univ. of Minig and Metallurgy, Krakw

    KlAUs froEhlich

    previously iAEA, Vienna

    WillEM G. MooK

    Groningen Univ., The Netherlands

    contribution de

    W. stichler, Gsf-institute of hydrology, Neuherberg, Germany

  • 243

    le troisime volume de cette srie de manuels sur les isotopes environnementaux dans le cycle hydrologique concerne les eaux de surface. dun point de vue humain, cest sans doute la partie la plus visible et la plus accessible du cycle hydro-logique global. En effet, le dveloppement de la civilisation humaine sur le dernier millnaire a t intimement li la disponibilit de leau, les civi-lisations se dveloppant disparaissant au rythme des cycles climatiques qui contrlent la disponi-bilit et labondance de leau douce dans de nom-breuses parties du monde.

    le monde industriel a apport de nouvelles di-mensions dans le lien indissoluble entre lhom-me et leau. En particulier, ce sicle a vu lim-pact dramatique des activits humaines sur les systmes deau de surface sous la forme de leur pollution massive et tendue avec de nombreux polluants de natures varies: composs organi-ques, mtaux lourds, produits ptroliers, agrochi-miques, etc. dans de nombreux cas, la capacit naturelle dpuration de ces systmes a t dpas-se avec pour consquence une transformation de plusieurs rivires et lacs en rservoirs et chenaux deaux uses, biologiquement morts. Malgr un intrt grandissant, dans de nombreuses parties du monde, pour contrler graduellement cet impact, la pollution des systmes de surface reste encore

    un des problmes majeurs de la gestion des res-sources en eau globale.

    cette srie de 6 volumes est conue pour tre le premier manuel dont lusage pourrait aider les jeunes appliquer les mthodes des isotopes envi-ronnementaux pour rsoudre des problmes prati-ques varis en liaison avec le cycle hydrologique. Une approche pratique a t adopte tout au long de ce volume iii. les trois chapitres principaux (chapitres 2, 3 et 4) traitent respectivement des rivires, estuaires et systmes lacustres. Une pr-sentation systmatique des possibilits offertes par les diffrents traceurs isotopiques dans la r-solution des questions lies la dynamique des systmes deau de surface, de leurs interactions avec les eaux souterraines et de leur vulnrabilit vis--vis de la pollution est donne tout au long de ces deux chapitres. des ides et suggestions pra-tiques sont fournies pour mener bien des tudes sur les isotopes environnementaux. le volume se termine par un aperu sur le futur des systmes de surface la lumire dun rchauffement global anticip, induit par les gaz effet de serre.

    cracovie, Vienne, Groningen,

    K. raski, K. Froehlich

    W. G. Mook

    PREFACE AU VOLUME III

  • TABLE DES MATIRES DU VOLUME III

    1. coNcEpTs dE bAsE ET ModElEs ..................................................................................... 2471.1. introduction ..................................................................................................................... 2471.2. Effets isotopiques levaporation ................................................................................... 2481.3. signal isotopique dentre vers les systmes eau de surface........................................... 2511.4. Temps de transit moyen, relations de mlange ................................................................ 252

    2. lEs riVirEs ........................................................................................................................... 2552.1. Aspects hydrologiques .................................................................................................... 255

    2.1.1. le cycle hydrologique global ........................................................................... 2552.1.2. Variations temporelles du dbit des cours deau .............................................. 257

    2.2. Aspects hydrochimiques ................................................................................................. 2582.2.1. Matire dissoute ................................................................................................ 2582.2.2. Matire particulaire ........................................................................................... 259

    2.3. les isotopes dans les rivires .......................................................................................... 2603.2.1. Aspects gnraux .............................................................................................. 2602.3.2. isotopes stables de lhydrogne et de loxygne .............................................. 262

    2.3.2.1. Variations de 2h et 18o dans les grands cours deau ...................... 2622.3.2.2. 18O dans les rivires et les fleuves: dcomposition

    de lhydrogramme .......................................................................... 2662.3.3. 3h dans les cours deau .................................................................................... 2682.3.4. 13c dans les cours deau ................................................................................... 2732.3.5. isotopes du sr dans les cours deau ................................................................. 277

    3. lEs EsTUAirEs ET lA MEr ................................................................................................. 2793.1. les isotopes dans leau de mer ........................................................................................ 279

    3.1.1. 18o et 2h dans leau de mer .............................................................................. 2793.1.2. 13c dans leau de mer ....................................................................................... 280

    3.2. les isotopes dans les estuaires ........................................................................................ 2803.2.1. 18o et 2h dans les estuaires ................................................................................ 2803.2.2. 13c dans les estuaires ......................................................................................... 280

    3.3. dtails relatifs aux estuaires ............................................................................................ 2813.3.1. lintrt de 13(HCO 3 ) versus 13(CT) ............................................................... 2813.3.2. Temps de rsidence prolong de leau ............................................................. 282

    3.3.2.1. Echange isotopique avec latmosphre............................................... 2823.3.2.2. Evaporation au cours de lcoulement ........................................... 283

    4. lAcs ET rsErVoirs ........................................................................................................... 2854.1. introduction .................................................................................................................... 285

    4.1.1. Classification et distribution des lacs ................................................................ 2854.1.2. processus de mlange dans les lacs................................................................... 286

    4.2. bilan des lacs approche par traage ........................................................................... 287

  • 4.2.1. isotopes de loxygne et de lhydrogne ........................................................... 2884.2.1.1. stratgie dchantillonnage collecte des informations

    ncessaires ...................................................................................... 2894.2.1.1.1. prcipitation (p, p) ...................................................... 2894.2.1.1.2. flux de surface, entres et sorties (is, is, os, os) ...... 2904.2.1.1.3. Composition isotopique de leau des lacs (l) ............ 2904.2.1.1.4. composition isotopique de lapport en eau

    souterraine (iG) ........................................................... 2904.2.1.1.5. Flux dvaporation (e, E) ........................................... 2904.2.1.1.6. approche simplifie ................................................... 2934.2.1.1.7. choix du traceur: 18o ou 2h ......................................... 294

    4.2.1.2. incertitudes de lapproche par le bilan de masse isotopique ......... 2944.2.1.3 cas particuliers .....................................