# Relation entre la source de Fontaine de Vaucluse et le forage de Vallon de l'oule

Leïla Serène, Marc Vincent, Marina Gillon, Milanka Babic, Guillaume Cinkus, Julien Dupont, Konstantinos Chalikakis

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Leïla Serène, Marc Vincent, Marina Gillon, Milanka Babic, Guillaume Cinkus, et al. Relation entre la source de Fontaine de Vaucluse et le forage de Vallon de l'oule. 2025. hal-05087867

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Preprint submitted on 28 May 2025

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## Aquifère de Fontaine de Vaucluse : prélèvements au Forage de Vallon de l'Oule

L'aquifère de Fontaine de Vaucluse est **difficilement accessible** en raison de sa grande profondeur et du faible nombre de forages permettant d'y accéder. Le **forage F2, situé à proximité du gouffre** est un accès privilégié à l'aquifère, en amont de la source, susceptible de contribuer à l'étude de Fontaine de Vaucluse.

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La source de
Fontaine de Vaucluse
et le forage sont-ils
directement liés ?

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## Actions

Nous avons profité d'une **opération de nettoyage et de développement** du forage F2 réalisée par Hydrosol Ingénierie en novembre 2024 pour **prélever des échantillons d'eau** pour analyse :

- Éléments majeurs (Mg²+, Ca²+, HCO₃⁻, ...)

- Carbone organique total (TOC)

- Activité Tritium (³H)

- Isotopes stables de l'eau

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Prélèvements réalisés à des étapes stratégiques de l'opération de nettoyage et de développement du forage :

Paliers

4 périodes de pompage d'1h (34, 47, 59 et 70 m³/h) intercalées avec
des périodes d'1h de remontée de nappe

→ Prélèvement avant et à la fin de chaque palier [4 Nov 2024]

Pompage

36h de pompage total à un débit compris entre 50 et 60 m³/h.

→ Un prélèvement à la fin des pompages [8 Nov 2024]

→ Analyse supplémentaire de l'activité ¹⁴C et du δ¹³C

Remontée

Reprise des pompages le 11 novembre pour développer l'ouvrage

→ Prélèvement avant le second pompage longue durée [11 Nov 2024]
# L'eau du forage est-elle la même que celle de Fontaine de Vaucluse ?

## Outils

* **TDS** : correspond à la charge minérale totale dissoute, ici il s'agit de la somme des concentrations en Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, HCO₃⁻, F⁻, Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻.

* **Conductivité électrique** : capacité des ions en solution à conduire un courant électrique. Elle se mesure sur le terrain et sert d'indicateur de la minéralisation totale de l'eau.

* **Isotope** : différents atomes d'un même élément distingués par leur masse. Pour l'eau H₂O, ¹H et ¹⁶O sont les isotopes « légers » et ²H et ¹⁸O les isotopes « lourds ».

* **δ²H vs SMOW et δ¹⁸O vs SMOW** : rapport isotopique correspondant à la proportion d'atome « lourd » (²H et ¹⁸O) par rapport à l'atome léger (¹H et ¹⁶O).

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▲ Fontaine de Vaucluse

Forage Vallon de l'Oule

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● Avant pompage ● 1er palier ● 2ème palier ● 3ème palier
● 4ème palier ● Fin pompage ● Remontée

<table><thead><tr><th></th><th>TDS et Conductivité Électrique</th><th>Isotopes stables</th></tr></thead><tbody><tr><th>Alignement des points</th><td>Relation linéaire attendue car les deux variables représentent la minéralisation de l'eau</td><td><ul><li>Pour Fontaine, relation linéaire attendue car les proportions des deux variables sont régies par les mêmes phénomènes (fractionnement isotopique)</li><li>Alignement des eaux du forage avec Fontaine : les eaux proviennent des pluies tombées sur un même secteur géographique (droite météorique locale)</li></ul></td></tr><tr><th>Evolution au cours du pompage</th><td><ul><li>L'eau du forage évolue vers un pôle plus minéralisé et appauvri en isotopes stables</li><li>L'eau du forage se rapproche de la gamme de valeur de la source</li></ul></td><td></td></tr></tbody></table>

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## Bilan

L'eau du forage de Vallon de l'Oule ressemble beaucoup à celle de la source de Fontaine de Vaucluse, encore plus lorsqu'on pompe.

→ L'eau du forage de Vallon de l'Oule est une partie de l'eau retrouvée à la source de Fontaine de Vaucluse
# L'eau du forage a-t-elle le même âge que celle de Fontaine de Vaucluse ?

## Outils

* **Mg/Ca** : il s'agit du rapport des concentrations en Mg²⁺ et en Ca²⁺ en meq/L. Il permet d'estimer qualitativement la durée d'interaction eau-roche en milieu carbonaté. Au contact de l'eau, la calcite CaCO₃ contenant des impuretés est dissoute, relarguant des ions Mg²⁺, Ca²⁺ et HCO₃⁻. Lorsque l'eau est saturée en ions Ca²⁺ et HCO₃⁻, de la calcite plus pure va précipiter, diminuant les concentrations en ces ions mais laissant identiques les concentrations en Mg²⁺.

* **L'activité Tritium (³H)** : il s'agit d'un isotope de l'hydrogène pouvant être présent dans la molécule d'eau H₂O et naturellement présent dans l'eau de pluie. En s'infiltrant dans le sol pour constituer les eaux souterraines, l'activité ³H de l'eau va diminuer en raison de la désintégration radioactive.

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<table><thead><tr><th colspan="2">Rapport Mg/Ca & Activité Tritium (³H)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Variation temporelle</td><td><ul><li>Avant Novembre, Mg/Ca supérieur à la source par rapport au forage et activité ³H inférieure : <u>l'eau de la source est plus ancienne</u></li><li>Après Novembre, la valeur à la source diminue car elle est <u>diluée par des eaux récentes, à la durée d'interaction eau-roche plus faible</u></li></ul></td></tr><tr><td>Evolution au cours du pompage</td><td><ul><li>L'eau du forage évolue vers une eau plus ancienne et minéralisée</li><li>L'eau du forage se rapproche de la gamme de valeur de Fontaine de Vaucluse</li></ul></td></tr></tbody></table>

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## Bilan

L'eau du forage de Vallon de l'Oule est **plus récente** que celle de Fontaine de Vaucluse. En **pompant** on sollicite des eaux d'âge comparable à la source.

**Note** : les résultats d'analyse de l'activité ¹⁴C et du δ¹³C ne sont pas présentés ici car ils ne sont pas concluants. L'activité ¹⁴C dont la désintégration radioactive permet de quantifier l'âge de l'eau à partir du CO₂ du sol, peut être influencée par la proportion de ¹⁴C par rapport au ¹³C des roches carbonatés. Cette influence vient brouiller le signal de la désintégration du CO₂ du sol, rendant impossible l'estimation de l'âge des eaux.
## Contexte géologique

* Les calcaires constituant l'aquifère de Fontaine de Vaucluse ont été déposés en milieu marin il y a plusieurs millions d'années (âge Crétacé). L'endroit exact où ils ont été déposés influence la composition et les propriétés des calcaires.

* Ces roches déposées horizontalement ont été inclinées et fracturées par la formation des Pyrénées et des Alpes ainsi que l'ouverture du golfe du Lion. La faille principale a permis le dépôt de roches plus récentes, d'âge Tertiaire. Cette faille est une barrière aux écoulements, elle est imperméable.

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## Bilan

### Connexion hydraulique entre le forage et la source

La hauteur d'eau dans le forage correspond à l'altitude de la source principale de Fontaine de Vaucluse et est cohérente avec la présence de nombreuses sources en aval du gouffre.

### Hors pompage, la source sollicite des eaux plus anciennes et profondes que le forage

* Le gouffre de Fontaine de Vaucluse atteint des profondeurs plus importantes que le forage.

* Les analyses chimiques de l'eau de la source et du forage indiquent que l'eau du forage correspond à une partie de l'eau retrouvée à Fontaine de Vaucluse.

### En pompant dans le forage, on sollicite des eaux profondes et anciennes retrouvées à la source

En pompant, l'eau sollicitée dans le forage est plus ancienne et se rapproche du signal de Fontaine de Vaucluse.

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## Travaux en cours

* Suivi isotopique des eaux des pluies du plateau d'Albion (projet RAIN débuté printemps 2024)

* Modélisation géologique et hydrogéologique de l'aquifère de Fontaine de Vaucluse (thèse 2024-2027)