DE L'EMPLOI DE TRACEURS RADIOACTIFSDANS L'EXAMEN DES COURANTS

DES EAUX SOUTERRAINES

I. MEDGYESIEntreprise de Géodésie et de Géolechnique, Budapest

RÉSUMÉ

En vue de chosir le meilleur parmi les traceurs employés dans la mesure descourants d'eau nous avons exécuté des examens de chimie physique et de la chimiedes colloïdes. Nous avons constaté que le traceur qui convient est l'isotope radioactifde l'anion présent dans l'eau souterraine en grande quantité, mais au moins en élémentde trace, dosé sans sels inactifs.

Tenant compte des exigences de la technique des mesures et de la protection contreles rayons, nous estimons que l'emploi du J m est le plus avantageux.

Pour l'appréciation des résultats de la mesure directe de la direction et de lavitesse du courant exécutée avec traceur radioactif (avec plusieurs puits témoins)nous avons élaboré une méthode empirique. Avec le calcul proposé l'on peut estimerla vitesse réelle (statistique) du courant, malgré qu'au cours de nos mesures nousobservions la vitesse de l'eau coulant avec la plus grande vitesse.

Avec des mesures comparatives nous avons prouvé que l'applicabilité du procédéemployant des isotopes radioactifs n'est pas limitée, à rencontre des procédés utilisantdes colorants ou sels comme traceur, resp. de la méthode géoélectrique, par la teneuren coloïdes du sol.

Comme résultat de nos opérations dans la pratique nous présentons les conditionsdes courants des eaux souterraines du bassin de la ville de Pécs.

1. INTRODUCTION

Les conditions des courants d'eaux souterraines peuvent être déterminées entreautres par divers procédés employant des traceurs. Ceux-ci peuvent être classés, enfonction du principe de la mesure en trois groupes.

L'examen des eaux phréatiques près de la surface se fait le plus souvent par ladétermination directe, à l'aide de plusieurs trous de sonde des conditions de mouve-ment de l'eau. Dans un"puits de situation centrale sont dosés les divers matériauxtraceurs marquant l'eau phéatique et se mouvant avec elle. Autour de ce puits d'ali-mentation nous descendons sur la périphérie d'un ou au besoin de deux, trois cerclesde rayons différents, plusieurs — suivant les possibilités tous les 45° — puits-témoinsafin de démontrer le traceur. Sur la base de la distance entre puits d'alimentation etd'observation et du temps s'écoulant entre l'introduction et l'apparition se calculela vitesse du courant et du lieu de l'apparition sa direction aussi peut être déterminéeapproximativement.

Beaucoup de différents traceurs et méthodes de détermination (de mesure) sontemployés O"6). Nous avons résumé les traceurs les plus répandus au Tableau 1 enexposant les particularités physico-chimiques des composés, leur besoin en matériauxà titre d'indication pour de l'eau se mouvant avec une vitesse de 10~3 m/sec dans dusable fin avec teneur d'argile moindre de 2%. Distance d'observation 5-6 m.

Dans le procédé géoélectrique on mesure la variation sous l'effet du mouvementde l'eau phréatique, de l'espace de potentiel électrique formé par le salage, le plussouvent avec plusieurs kgs de chlorure de sodium. Pour l'examen il suffit de descendreun seul trou de sonde. Pour de petites vitesses de courant resp. de profondeurs plusgrandes le procédé ne peut pas servir à cause des incertitudes de la technologie desmesures.

302

TABLEAU 1Quantités nécessaires des divers traceurs et comparaison de leur caractère physico-

chimique — en cas d'un sol de sable farineux à une distance de 5m

Matière employée,méthode de constatation

Colorant :comparaison de couleurs

Selsmesure microchimique de (a variation dela résistance ou du déplacement duchamp de potentiel

Quantité néces-saire de la matière

100-400 g fluores-céine où uranine

2-5 kg sulfate dezinc ou de cuivre,1-5 kg iodure desodium,3-10 kg chloride desodium

Caractèrephysiqo chimique

macro-molécule depoids moyen

ions bivalents

ions univalents

ions univalents

Gaz,microchimique

Procédé biologique,

Isotopes radioactifs, procédé pur, mesurede l'activité

I

plusieurs kg d'am- imoniac (dans l'eaude l'hydroxided'ammonium se 'produit) '••

bacillus prodigiosus

base univalente

Procédé de présalage d'isotopes radioactifs,mesure de l'activité

5-10 mC isotoperadio actif(J131,Na24, Ca47 etc.)

en cas de J131

0,04-0,1 gammaJ131 et 1-5 kg NaJ

macromolécule dedimensions micro-scopiques

en fonction ducaractère de l'iso-tope radioactifCation actif univa-lent (Na24)Cation actif univa-lent (Ca47)Anion actif univa-lent (J131)

ions univalents etbivalents

Pour les eaux de profondeur, étant donné que le coût de forage est très élevé, lamesure de la dilution avec emploi d'isotopes radioactifs se répand tout récemment àla suite des recherches de la firme MOSER et Cie et de MILDE (7 9). Toutefois, avec ceprocédé ce n'est que la vitesse du courant qui peut être déterminée mais pas sa direc-tion.

303

2. EXIGENCES AUXQUELLES LES TRACEURS DOIVENT SATISTAIRE

La qualité et la quantité du traceur peut très fort influencer l'exactitude de l'exa-men du courant. En vue d'obtenir des résultats dignes de confiance il faut choisirparmi les traceurs ceux qui donnent le plus de satisfaction en tenant compte de cequi suit :

1. Exigences de la chimie physique et de la chimie des colloïdes :le traceur doit se mouvoir dans le sol uni à l'eau, avec la même vitesse;il ne doit pas précipiter le composé dissous dans l'eau;il ne doit pas se faire lier par le sol, ne pas se faire absorber;il ne doit pas modifier la structure du sol, resp. sa perméabilité.

2. Exigences sanitaires :il ne doit pas rester de souillure dans l'eau après l'examen.

3. Exigences de la technique des mesures :l'eau souterraine ne peut contenir le traceur en un dosage dépassent celui que

l'on peut démontrer avec la méthode de mesure demandée;le traceur fort dilué doit être facilement démontrable avec une méthode simple,

si possible par un examen direct dans le trou de sonde.

2.1. Les conditions du choix du traceur satisfaisant, relevant de la chimie physique etde la chimie des colloïdes

Parmi les effets physico-chimiques et de la chimie des colloïdes nous nous occu-pons en détail de la diffusion, de ['adsorption et du changement de la perméabilité dusol se produisant du fait de la modification de sa structure (1O'U).

2.1.1 Diffusion

L'appréciation des examens effectués avec des traceurs est rendue difficile parle mouvement de sels resp. de couleur se produisant sous l'effet de la diffusion indé-pendamment du mouvement de l'eau. Nous pouvons déterminer la quantité de matièrepartant sous l'effet de la diffusion sur la base de la loi de FICK

dedm --• — Dq dt (1)

dxoùdm quantité de matériaux partis, gdt durée de l'observation, secq superficie, cm-x distance, cmde acroissement de la concentration par rapport à la concentration origniale du

traceur dans Peau souterraine, g/cm3

dc/dx gradient de la concentrationD constante de la diffusion; pour les sels resp. couleurs employés (1, 2-2, 3).

10""1 cm"/sec.Si nous prenons comme données de base : trou de sonde d'alimentation 0 55 mm,

longueur du tube 1 m, durée d'observation 1 jour et en calculant le gradient de laconcentration à 1 m, l'équation (l) sera :

A m = .-- 29,4 A c (2)La concentration de la couleur ou de la solution de sel, dans le trou de sonde

après le dosage est d'au moins 100 g/1. Donc d'après (2) la quantité de matière partieest de — 2,94 g, c'est-à-dire presque le 3-\0~2-ième du traceur.

304

Nous obtenons un résultat semblable, si nous calculons, en employant la méthodedite présalage (dosage avec l'isotope radioactif, ou avant lui d'une grande quantitéde sel inactif de composition identique) employé par certains auteurs en premier lieden vue de la diminution supposée de la perte par adsorption, la quantité de matériauxpartant sous l'effet de la diffusion. Étant donné que l'ion actif marqué prend part dansle phénomène de la diffusion d'une façon analogue comme l'ion inactif, la diminutionde la concentration des ions tant actifs qif inactifs est de 3%.

Par contre, si nous calculons la quantité de matériaux actifs entrant en diffusionen cas du procédé employant des isotopes radioactifs sans dosage de sels inactifs, lerésultat sera beaucoup plus favorable. Nous avons exécuté des calculs approximatifspour l'isotope J131 tenant compte du fait que les eaux souterraines contiennent toujoursd'ions d'iode et pour l'isotope Na24, tenant compte de ce que dans la plupart descas la concentration dans les eaux des ions de sodium inactifs dépasse les 80 mg/1.

Les 0,04-0,1 gamma d'ions actifs introduits se diluent dans le trou de sonde dansau moins 5-6 1 d'eau, nous pouvons donc considérer l'accroissement de la concentra-tion comme étant d'au moins 0,01 gamma/1.

La quantité totale des J~ ions partant sous l'effet de la diffusion est de 2,9.10~4

gamma/1, et puisque la matière active part ensemble avec la matière inactive conformé-ment au rapport de concentration, ce n'est que la deux centième part de la quantitéprécitée qui est des ions J131, c'est-à-dire sous l'effet de la diffusion partent l,45.10~6

gamma/1 d'ions J131, donc la — /, 45. IO~4-ième partie rf«J131 radioactifintroduit quitte.Cette perte en ions actifs est le deux centième de la diminution de concentration quise produit si l'on emploie la méthode d'examen avec présalage.

En exécutant le calcul de façon similaire pour l'ion Na24 les résultats sont encoreplus favorables : le Na24 radioactif quittant est 1,45.10~10 gamma/1, soit la 1,45./0~8

ième partie du Na24 radioactif.Des calculs ci-dessus nous constatons que la perte par diffusion est la plus petite,

si nous employons l'isotope radioactif des ions, présent en grande quantité dans leseaux souterraines sans ajouter des sels inactifs.

La vitesse de mouvement des colorants respectifs des sels se produisant sousl'effet de la diffusion dépend également du gradient de la concentration, elle est doncla plus petite également pour l'examen effectué avec isotopes radioactifs comme tra-ceurs. Toutefois suivant nos expériences ce n'est que pour les vitesses de courantd'eau inférieures à 10~4 cm/sec que l'accroissement apparent de celle-ci dû à la diffu-sion a de l'importance.

2.1.2 Adsorption

Au cours de la mesure du courant d'eau nous introduisions dans l'eau des compo-sés modifiant plus ou moins la composition chimique de l'eau. Le sol qui est un sytèmede colloïdes très sensible dispersé dans l'eau viendra en contact avec de l'eau de com-position modifiée. En fonction de son caractère, à savoir d'autant plus qu'il contientde particules surfactantes (p. ex. argile, tourbe), il entre en,action réciproque avec lesnouveaux composés, l'équilibre d'adsorption s'étant formé, se rompt.

L'adsorption dépend en premier lieu de la concentration de la solution et ducaractère du composé. Les particules surfactantes sont en général des anions, doncelles adsorbent le plus les molécules de couleur, puis les cations multivalents, enfinles cations univalents. Si un cation quelconque est présent en quantité dominante(p. ex. méthode de salage), il écarte de l'adsorbant, donc du sol, indépendamment deleur valence, les autres cations. Les anions se placent dans les couches diffuses d'adsorp-ion, ai nsi leur Quantité liée est essentiellement plus petite que celle des cations.

Plus la teneur en colloïdes du sol est grande, plus long est le parcours d'écoulementsur lequel Tadsorption des traceurs est complète, que leur concentration diminueen-dessous de la limite inférieure de leur démontrabilité. D'après nos examens sur le

305

terrain dans un sol contenant 10-15% d'argile 150 g de fluorescéine se lient sur unparcours d'écoulement de 1-2 m, et à une distance de 2-3 m on ne peut même pasdémontrer de façon sûre le sulfate de zinc et l'iodure de soude (sodium) dosés parplusieurs kg.

En employant des ions radioactifs — si du sel inactif n'est pas dosé — la con-centration n'augmente pratiquement pas, l'équilibre d'adsorption du sol ne se romptguère, ce n'est que l'échange d'ions dit dynamique, c'est-à-dire l'échange partiel desions liés par adsorption contre des ions actifs qui se produit.

MOSER et ses co-autcurs ont démontré (7>8) aux alentours du trou d'alimentationl'enrichissement en matières actives. PETER est ses collaborateurs (12) ont constatéau cours de leurs examens de laboratoire que dans un sable vaseux à faible teneurd'argile l'on pouvait suivre le Na24 pendant 15-50 heures, dans la vase et l'argile leJ131 pendant 10-12 jours. Cependant nos mesures sur le terrain ont démontré que l'ioderadioactif pouvait être suivi pendant 30-50 jours dans de l'argile resp. de la vase.

2.1.3 Variation de la perméabilité du sol sous l'effet de la modification de sa structure

La structure de la fraction colloïdale du sol dépend de la qualité des ions adsorbés.Nous basant sur les examens d'auteurs divers ainsi que sur nos propres résultats nousavons constaté qu'à l'aide d'un échange d'ions l'on pouvait modifier la perméabilitédes sols de plusieurs ordres de grandeurs.

Dans les colloïdes naturels les ions adsorbés sont en premier lieu bivalents, àsavoir Ca !+ , Mg1 + et Fc"' . Sous l'effet de ces ions bivalents les grains d'argile s'agrè-gent, ont la structure grossière. Sous l'effet d'ions univalents Na+, K.1 les colloïdesdu sol se peptisent, les grains se désagrègent (13).

La teneur en fractions fines d'une argile qui en avait dans l'état naturel 10% etd'une vase à la teneur de 1-2% se sont montées à 4.1 et 8% respectivement après traite-ment avec une solution de 0,5% de NaJ.

a.)

0.02 O,O4 6 3 Q002 aoûi mm

m806040200

Sable

\

Fan nede sable

<̂<

•i / • ~

/

Vose

2'/

*fëh b.)

tO O£ 0,3 0,f7Q1 6 4 002 â 3 0,002 0001 mmFig. I — Variation de la structure de l'argile (ci) et de la vase (b) sous l'effet de solu-

tions à 0,5% de NaJ et de ZnSO41) — solution à 0,5% de ZnSO42) — état naturel3) — solution à 0,5% de NaJ.

306

Sous l'cfl'et de grandes quantités d'ions bivalents p. ex. Zn++, Cu++ le sol s'agrègeencore davantage. Sous l'effet d'un traitement avec une solution à 0,5% de Zn SO4un sol argileux perd sa teneur originale en argile et sa teneur en vase diminue aussi.La vase examinée continue aussi à devenir plus rude (Fig. 1).

Pareille modification de la structure granulométrique s'accompagne naturelle-ment de la variation du coefficient de perméabilité «k» aussi. Les examens de per-méabilité exécutés de façon continue au laboratoire avec 0,5% de iodure de sodiumet 0,5% de sulfate de zinc démontrent la diminution continue de plusieurs ordres degrandeur du coefficient de perméabilité, resp. son accroissement d'un ordre de gran-deur plus tard, ceci en fonction de la quantité de solution que l'on a fait passer. Lavariation est moindre dans la vase, le coefficient «k» diminue à son dixième resp.s'accroît à son double (Fig. 2).

vooo\ 1r

so heuresSurpress/on o/mosphenque

0 1 2 3 4 - 5 6 7 S 9 heures

Surpression o/znospfter/ç-ue '

Fig. 2 — Variation de la perméabilité de l'argile (a) et de la vase (b) sous l'effet desolution à 0,5% de NaJ et de ZnSO4

1) —solution à 0,5% de ZnSO42) — solution à 0,5% de NaJ.

307

Il résulte de ce qui précède que si l'on introduit dans la nappe phréatique du selen grande quantité, on doit compter non seulement avec des pertes par l'adsorption,mais en premier lieu avec la variation de la vitesse du courant duc à la modificationde la structure du sol.

En connaissance des effets physico-chimiques et de ceux de la chimie des colloïdeson peut constater sans équivoque que le meilleur traceur est l'isotope radioactif, ouplus exactement l'isotope radioactif de l'anion présent dans la nappe phréatique sinonen grande quantité, au moins comme élément de traces, ceci sans dosage de sels inac-tifs («procédé pur»).

Les observations de MILDL (3) faites en mesurant avec isotopes la dilution appuientégalement nos constatations méthodologiques relatives à l'emploi de traceurs radio-actifs. MII.DE a démontré qu'en dosant seulement des isotopes radioactifs, aucun mou-vement des ions en direction verticale ne peut être démontré dans le trou de sonde,par contre en dosant simultanément des sels inactifs aussi, il se produit un mouvementen direction verticale des ions actifs, influençant de façon nuisible les résultats desmesures.

2.1. Exigences au point de vue de l'hygiène en cas de Vtmploi de traceurs radioactifs

Au point de vue de l'hygiène l'exigence est double, il faut avoir égard à la santédu personnel exécutant l'examen et à celle de la population.

11 faut procéder à l'examen en un lieu inhabité, il faut assurer que l'eau marquéede l'isotope radioactif n'arrive pas sans la dilution voulue respectivement avant ladécomposition (env. le décuple de la période de demi-valeur) sur des territoires oùelle pourrait être utilisée comme eau potable, pour l'irrigation, etc.

Aux exigences de la mesure l'on peut donner satisfaction soit avec des isotopesradioactifs de faible activité à longue période (méthode plus dangereuse pour le milieuambiant), soit avec des isotopes radioactifs de grande activité à courte période (méthodeplus dangereuse pour le personnel effectuant l'alimentation).

L'augmentation de l'activité est limitée par les expériences de nos mesures dedosimétrie d'après lesquelles on peut admettre sur le terrain un dosage de 50 mC, encas exceptionnels de 100 mC au maximum.

La plus large durée admissible de la période de demi-valeur est déterminée parla vitesse du courant à prévoir, respectivement par l'espèce du sol. Dans des sols per-méables il n'est pas opportun d'employer des isotopes radioactifs d'une période deplus de 10 jours, dans des sols compacts de 30-40 jours.

2.3. Détermination de la quantité et de la qualité du traceur radioactif en tenant comptedes exigences de la technique des mesures

II ressort clairement de ce qui précède, que l'examen serait le plus exact, si nousmesurions la vitesse de mouvement du HaO produit de l'isotope radioactif de H oude O. Ceci pourrait se faire en employant du tritium (H3). KAUFMANN aux États-Uniset VRATUSOFF en U R S S (14'15) envisageaient de telles mesures-

Mais pour les mesures exécutées, commes condition fondamentale dans un troude forage, avec une sonde, une exigence de la technique des mesures est, qu'il se pro-duise au cours de la décomposition de l'isotope radioactif un rayonnement gammaayant une énergie d'au moins 0,5 MeV et que l'activité soit au moins de 1000-2000imp/minute, ce qui ne peut guère être assuré avec le H3. En partie parce que le tritiumn'émet pas de rayons gamma, mais seulement des rayons béta de faible énergie(0,0059 MeV), en partie à cause de la longueur de sa période (12,5 années) ce n'est queel dosage d'une très petite activité qui serait admissible au point de vue de la protec-tion contre l'irradiation. De ce fait le tritium ne pourrait être démontré qu'au labo-ratoire, après prélèvement d'échantillon d'une quantité telle, que les conditions hydro-logiques en seraient influencées.

308

L'énergie de la radiation gamma des iosotopes radioactifs de l'oxygène seraitsuffisante, mais leur période de demi-valeur est extraordinaircment courte, varie entre29,5-126 secondes, ils ne peuvent donc guère servir dans la pratique.

Les isotopes radioactifs pouvant servir de traceurs dont la fabrication en masseest résolue, que l'on peut facilement acquérir et qui satisfait le mieux aux exigences,sont renseignes au tableau 2.

TABLEAU 2Isotopes radioactifs pouvant être employés à l'examen du mouvement d'eau souterrain

Isotoperadioactif

A nions univalents

Br«2

J131

Cations univalents

Rb8 4

Bb86

Cations bivalents

M g 2 8

Ca«Sr85

Période dedemi-valeur

35,9 heures8 jours

15 heures34 jours19,5 jours

21,2 heures4,5 jours

65 jours

Energie durayonnement gamma

1,40,1-0,7

1,4-3,90,5-1,90,8-1,0

1,350,5-1,3

0,5

Avec le procédé employant plusieurs trous de sonde on peut estimer l'ordre degrandeur de la vitesse du courant, se basant sur celle-ci on détermine qualité et quantitédes isotopes radioactifs à employer, la distance des forages de détection (tableau 3),enfin on peut en conclure à la durée de l'opération de mesure (tableau 4).

Pour nos examens nous employons autant que possible du J131, mais au cas oùla durée de la mesure dépasse 30 jours il est opportun d'employer du Rb86 dont lapériode de demi-valeur est plus grande, malgré que ses propriétés physico-chimiquesfussent plus défavorables. Au cas où la durée de la mesure est plus courte, d'autresisotopes, le plus opportunément le Na24, respectivement le Br82 aussi peuvent servir.L'emploi de cations radioactifs bivalents doit être évité si possible.

Aux examens basés sur la mesure de la dilution c'est l'emploi du J131 qui est leplus adéquat, mais la quantité nécessaire de l'isotope radioactif est beaucoup pluspetite qu'en procédé direct, à savoir dans un trou de 0 10-20 cm il suffit une colonned'eau de Jl31/m de 0,2-0,5 mC.

3 . APPRÉCIATION DES RÉSULTATS DES MESURES DE L'EXAMEN DIRECT ( A PLUSIEURS TROUS

DE SONDE) AVEC ISOTOPE RADIOACTIF COMME TRACEUR

L'activité de l'isotope radioactif introduit dans le trou de sonde bien préparéarrivant sous l'effet du courant dans le trou d'observation n'est pas identique avecl'activité dosée parce que

309

1) l'échange d'eau dans le trou de sonde est retardé d'après nos expériences mêmesi les préparatifs étaient les plus parfaits, c'est-à-dire l'eau marquée ne pénètre pas in-stantanément dans le courant de l'eau mais de façon continue depuis son introduction.

2) le courant de l'eau dans le sol n'est pas uniforme, longeant une ligne, maisest influencé par la dimension, la structure des crevasses, des capillaires, des micropores.

3) l'isotope radioactif se décompose, son activité diminue.

TABLEAU 3

Fixation de la distance de l'observation et de la quantité d'isotopes nécessaires sur la basede la vitesse du mouvement d'eau à prévoir

Vitessede courant à prévoir

(cm/sec)

10-2-10-310 3-10 410 -4-5.10"5

5-.105 >

Distanced'observation

adéquate

m

20-20020-20

3-101-31

IsotopePouvant être employé

Na24 Br82 J131

activité mC

10-20 5-1520-50

5-105-30

30-5030-50 20-40.

40-60

TABLEAU 4

Durée d'observation estimée

Distance du trou d'observation

Vitessed'écoulement

de l'eau

(cm/sec)

Distanceparcouruepar jour

(cm)

l m 2m 3m ; 5m ; I 6 m ; 5 O m

Temps nécessaire pour l'apparition del'isotope (jours)

10 -*6.IO-3

3.10-31.10-36.10 43.10-41.10—4

6.10" 5

3.10 5

M O " 5

6.10-«

864520260

86,452268,6

• 5,22,60,90,5

0,10,20,41,12,03,8

112038

110200

0,20,40,82,24,07,6

224076

220

0,30,61,13,36,0

113360

114

0,51,01,95,5

101955

100

1,12,03,8

112038

110

5,510,01955

100

310

3.1 Leite de courbes cl'observation

Nous représentons l'activité observée graphiquement en marquant également lavaleur-limite que nous mesurons dans la nappe phréatique, dans un trou de forageou puits descendu à cette fin dans la proximité.

La courbe d'observation est généralement une courbe des maxima. A cause dela décomposition de l'isotope radioactif elle doit être corrigée, si le temps écouléentre l'apparition de l'isotope et l'observation du maximum dépasse le quart de lapériode de demi-valeur (courbe de correction : Fig. 3).

t-to

Fig. 3 — Courbe de correction de l'isotope J131

/„ — activité au moment de l'alimentation, dans le/ — activité lors de l'observation dans le temps /.

temps

T~i a — période de demi-valeurta — moment de l'alimentation/ — moment de l'observation.

La correction est calculée en lisant sur le graphique le rapport de la diminutionde l'activité lç>/I correspondant à la durée de la mesure et en multipliant avec luil'activité mesurée (/) pour obtenir ainsi la valeur de l'activité que nous pourrionsmesurer si l'isotope radioactif ne se décomposait pas.

Notons que nous considérons comme moment de l'apparition de l'isotope celuioù la valeur de l'intensité dépasse — compte tenu de l'erreur des mesures avec tubesGM, du facteur dit de la racine carrée — la valeur d'arrière-plan augmentée de laracine carrée de la valeur de l'arrièrc-plan moyen.

3.2. Détermination de la vitesse du courant d'eau

Nous avons noté que dans le sol l'eau s'étend non seulement en ligne droite,mais au cours de la mesure du courant d'eau avec isotopes radioactifs nous pouvonsdéjà observer, à cause de la grande sensibilité de l'observation, l'apparition du premierfil d'eau, c'est-à-dire de l'eau se mouvant sur le chemin relativement le plus court.Ceci ne couvre cependant pas le concept hydrologique de la vitesse du courant d'eau,c'est-à-dire celui de sa vitesse moyenne statistique. Partant il est nécessaire de corrigerles résultats des observations. La correction peut se faire avec la méthode de construc-tion empirique exposée en ce qui suit, méthode qui fournit d'après notre expérienceune valeur réelle pour la vitesse du courant.

Il appert des courbes d'observation (Fig. 4) que le temps qui passe entre l'appa-rition de l'isotope et le moment où le maximum de l'intensité est atteint dépend en

311

40 jours

Jir/h

400

300

ZOO

/OO

0

V-=5.1Û'6cm/sec j4,3 cm//Ot/r Ln

f!

\

V /

\ 2

3

1

c )

âû 7O /ot/r$pig_ 4 — Détermination de la vitesse du mouvement de l'eau des résultats d'obser-

vationa) Vitesse = 512 cm/jour .b) Vitesse =17,1 cm/jourc) Vitesse = 4,3 cm/jour.

1) activité examinée2) activité observée3) fonds.

312

premier lieu de la nature du sol et par exemple pour une vitesse du courant de 2.10 "4

cm/sec l'écart est de 2 jours, tandis que pour une vitesse de 5.10~5 il peut déjà être de5-10 jours.

En calculant la vitesse moyenne du courant d'eau il faut considérer le temps néces-saire pour atteindre le «maximum corrigé».

Nous corrigeons les courbes d'observation sur la base des valeurs correctivesde la désintégration renseignées sur la figure 6, puis nous traçons la tangente de lacourbe corrigée au point de l'apparition de l'isotope et projetons le maximum surcette tangente. Nous considérons le temps correspondant au point ainsi obtenu commeétant le temps moyen nécessaire pour parcourir la distance.

3.3. Détermination de la direction du courant

Si l'isotope radioactif peut être démontré dans plusieurs trous de forage à desmoments différents — ce qui est le cas le plus général aux examens de courants d'eau— nous déterminons la direction du courant d'eau en opérant l'addition vectorielledes vitesses obtenues dans le trou de forage (Fig. 5).

D/rec/zo/? du courant

so/7dûoeno3sondage no 2sondage no 4

30 jours

Fig. 5 — Détermination de la direction de mouvement de l'eau sur la base desrésultats d'observation.B — forage d'alimentation1-5 — forages d'observation.

313

4. COMPARAISON DES RÉSULTATS DE LA MESURE DIRECTE À ISOTOPES RADIOACTIFS (AVEC

PLUSIEURS TROUS DE FORAGE) DU COURANT DKS EAUX PHRÉATIQUES AVEC CEUX

OBTENUS EN EMPLOYANT DES SELS OU DES COLORANTS COMME TRACEURS, ET EN EM-

PLOYANT LE PROCÉDÉ GÉOKLECTRIQUE

Nous nous sommes servis pour la comparaison des résultats de près de 20 exa-mens du courant de la nappe phréatique, dont on peut déduire les constatations sui-vantes quant au rôle de la nature du sol :

1) La détermination des courants d'eau avec l'emploi d'isotopes radioactifscomme traceurs peut se faire dans tous les sols.

2) Le procédé employant des colorants et sels comme traceurs peut servir dans dessols contenant moins de 5% de fractions colloïdales (grains plus petits que 0,002 mm).Dans ces sols l'examen géoélectrique donne aussi des résultats satisfaisants.

3) Dans des sols contenant 5-10% de colloïdes les résultats obtenus avec le procédégéoélectrique et avec ceux employant des colorants, et des sels comme traceurs nepeuvent être acceptés qu'avec réserves. La vitesse du courant déterminée avec mesuregéoélcctrique est environ la moitié, la dixième de la valeur réelle. On peut expliquercette divergence par la peptisation de la fraction colloïdale du sol sous l'effet du chlo-rure de sodium employé dans l'examen géoélectrique. En employant un cation biva-lent (sulfate de zinc) comme traceur il n'y avait pas de divergence essentielle dans lavaleur de la vitesse, avec un anion univalent (iodure de sodium), la valeur de la vitesseétait, comme prévu, plus petite.

4) Dans des sols contenant plus de 10% de colloïdes ce n'est que le procédé àisotopes radioactifs qui peut conduire au but. Les colorants et sels employés commetraceurs sont adsorbés, liés par le sol. Le résultat de la mesure géoélectriquc ne peutêtre apprécié à cause du déplacement minimal.

Le bien-fondé de la mesure du courant de la nappe phréatique est encore influencépar la pente de la nappe phréatique, et par la vitesse même du courant. Au cas où la.valeur de la vitesse est inférieure à I.10"4 cm/sec la mesure géoélectrique du courantne peut être appréciée indépendamment de la nature du sol, parce que le champ depotentiel varie trop peu. D'une manière analogue la longue durée de l'observationrésultant d'une vitesse du courant de 1.10 "5 cm/sec dans le procédé employant desisotopes radioactifs comme traceurs n'est pas opportune à cause de la désintégrationdes isotopes radioactifs exposés. Dans des cas pareils l'emploi d'anions radioactifsà plus longue période de demi-valeur s'impose.

5. EMPLOI DANS LA PRATIQUE DU PROCÉDÉ EMPLOYANT DF.S ISOTOPES RADIOACTIFS COMME

TRACEURS — DÉTERMINATION DES CONDITIONS DES COURANTS DE LA NAPPE PHRÉA-

TIQUE DU BASSIN DE PÉCS

En examinant le bilan hydrologique du bassin de Pécs (1(i), où il fallait éluciderles conditions des courants des nappes phréatiques d'un territoire de quelque 280 km2,nous avons exécuté en 28 endroits des mesures de courants avec isotopes radioactifscomme traceurs (Fig. 6).

Au cours des mesures nous avons déterminé les directions principales et la vitessedu mouvement des eaux phréatiques.

D'après les suppositions hydrologiques l'eau phréatique ne peut partir que parallè-lement au ruisseau «Pécsi viz» sur la partie sud-ouest du bassin. Ceci fut corroborepar les valeurs obtenues de nos examens relatifs à la direction du courant en question.

Au secteur de sortie l'on peut déterminer la pente de la nappe phréatique dansla direction principale du courant. (2,2.103). Tenant compte de ce qu'un tiers du

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Monhgne

1.10''d/rec//on du couranf Os L'eau pfiréo/ique, wfesse cm/sec

Fig. 6 — Conditions des courants de la nappe phréatique du bassin de Pécs sur labase d'un examen avec isotopes radioactifs comme traceurs.

profil mouillé est de sable, deux tiers de la vase, le coefficient de perméabilité peutêtre pris — en cas d'un courant parallèle avec la courbe — pour A: — 3,4.10 ~2 cm/sec.

De cela la vitesse de courant calculée v — 7,5.10" 5 cm/sec.Au même endroit la vitesse de courant mesurée avec isotopes radioactifs a varié

entre v — 6,6 — 9,2.10~5 cm/sec.En se servant des résultats on pouvait effectuer des calculs de contrôle pour

déterminer la quantité d'eau quittant le territoire.Les mesures gcoélectriques exécutées simultanément avec les opérations aux

isotopes radioactifs ont montré — du fait de la faible vitesse du courant — une trèsgrande dispersion.

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