Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

La mine Niobec est un bon site d'application et de vérification des modèles de saumures en milieu carbonate. L'influence de la surface sur la géochimie de la nappe peut être ressentie à des grandes profondeurs, tel que le montre une caractérisation de la nappe assortie d'une modélisation des interactions entre l'eau et la carbonatite du complexe alcalin de Saint-Honoré.

La salinité (TDS = 2 g/1 jusqu'à 80 g/1) implique diverses corrections de non-idéalité. Il faut estimer tous les coefficients d'activité, définir la correction de salinité sur le pH et les deux constantes d'acidité du CO2, corriger toutes les constantes d'équilibre chimique pour les écarts de température, et calculer les teneurs en complexes ioniques. L'on constate alors que les complexes ioniques peuvent augmenter la solubilité des carbonates jusqu'à un facteur de 1 à 20.

Les eaux de recharge de surface à l'intérieur du cône de rabattement sont sous-saturées en calcite et en dolomie. Dans la nappe profonde (300 mètres de profondeur et plus), la calcite est saturée, voire sur-saturée à cause de l'effet de pression. Les valeurs de surpression sont toujours modestes, et témoignent de la proximité des points d'échantillonnage au cône de rabattement. La dolomie suit approximativement le même comportement. Il semblerait que la solubilité de la dolomie ankéritique magmatique soit moindre que celle de la dolomie sédimentaire (pK=17,2 à 12°C au lieu de 16,8). Le gypse est partout fortement sous-saturé.

Une première sous-popuiation (un tiers des 60 échantillons), caractérisée par une faible force ionique (0.15 ou moins), se compose des infiltrations de surface circulant par le réseau karstique. Une deuxième sous-population (la moitié des 60 échantillons), caractérisée par des forces ioniques de 0,2 à 0,4 ainsi que par une abondance de sulfate (200 a 800 ppm), représente le haut de la nappe, et est soumise à l'influence des eaux de surface. Une troisième sous-population, de faible effectif, correspond à la nappe profonde au sens strict. Le sulfate y est moins présent (100 ppm ou moins). La force ionique y croît très vite avec la profondeur.

Le sulfate provient de l'oxydation des sulfures de la carbonatite dans la zone désaturée; il est lessivé par les infiltrations de surface, s'accumule à la surface du cône de rabattement, et y fait précipiter le strontium en célestite. Le sulfate est de ce fait un bon marqueur de l'interface des systèmes désaturés et saturés. Le fer est également oxydé et colore les épontes des fractures par lesquelles se font les circulations phréatiques. L'acidité produite par précipitation des hydroxydes ferriques est tamponnée par les carbonates (ph = 7 à 8 environ). Les bactéries thio-oxydantes et ferro-oxydantes sont présentes à l'état latent et ne semblent pas jouer un rôle majeur.

Le gradient de salinité avec la profondeur s'interprète par la dilution d'une saumure originelle très profonde et saturée en halite. Les eaux de dilution sont météoritiques, et le taux de dilution décroît avec la profondeur. Cette dilution se fait à l'échelle régionale, pendant des millions d'années. La salinité originelle migre de bas en haut par diffusion, sur des profondeurs hectométriques, voire kilométriques.

Néanmoins, le gradient de salinité beaucoup plus important à Niobec qu'en d'autres lieux échantillonnés par forage dans le socle précambrien, suggère des remontées importantes de saumures profondes sous l'effet du pompage. Le pompage induit aussi une autre dilution plus locale, à la surface du cône de rabattement, sur des profondeurs métriques. L'eau de dilution est la recharge de surface infiltrée dans le cône de rabattement. Le taux de dilution, estimé par la salinité de l'eau rejetée en surface, est d'environ un pour un.