Modélisation hydrogéochimique de l'influence de la pluviosité sur l'altération chimique de pyroclastes andésitiques

Details

Supervisors

Delmelle, Pierre

Faculty

Faculté des bioingénieurs

Degree label

Master [120] : bioingénieur en sciences et technologies de l'environnement, à finalité spécialisée

Abstract

Les páramos sont des écosystèmes tropicaux andins de haute altitude. La plupart des sols de ces régions sont des Andosols d’origine volcanique qui possèdent une grande capacité de régulation des flux d’eau et contiennent un stock de carbone organique important. Ils constituent la ressource en eau principale pour les populations locales qui en dépendent. Toutefois, l’intensification des activités humaines et le changement climatique menacent d’impacter les propriétés et le fonctionnement des sols des páramos. De nombreuses questions demeurent concernant le cycle hydrologique dans les páramos et comment celui-ci réagit aux changements environnementaux et climatiques actuels. Dans la cordillère des Andes, les sols des páramos sont souvent dérivés de dépôts pyroclastiques. En vue de mieux comprendre l’évolution des propriétés de ces sols au cours de la pédogénèse, telle que façonnée par le climat et le temps, nous avons utilisé la modélisation hydrogéochimique pour simuler les réactions d’altération chimique qui régissent la formation du sol. Nous avons choisi comme cas d’étude les sols des páramos du centre volcanique de Quimsacochoa (QVC), proche de la ville de Cuenca au Sud de l’Équateur. Le modèle de transport réactif CrunchFlow a été utilisé pour simuler l’infiltration de l’eau et les réactions chimiques dans une colonne de pyroclastes andésitiques de 1 mètre sur une période de 12 000 ans. Le flux d’eau entrant a été modifié pour les 8 000 années suivantes, cela en vue d’évaluer les conséquences des perturbations du cycle hydrologique sur la pédogénèse. Pour reproduire différentes conditions d’acidité dans le sol, les calculs sont effectués à trois pressions partielles en CO2 différentes. Les simulations démontrent que le pH augmente avec la profondeur et diminue avec le temps tout comme les concentrations en solution des ions Al3+, Ca2+, Mg2+, K+ et Na+ et de SiO2 (aq). Ceci accompagné d’une altération des minéraux primaires suivant un front d’altération et d’une formation de phases solides secondaires telles que des allophanes, de l’halloysite et de la gibbsite. Sur base des résultats, nous supposons que l’halloysite est formée à partir de l’altération des minéraux primaires et que la gibbsite se développe principalement à partir de l’aluminium libéré lors de l’altération de l’halloysite. La diminution du flux infiltrant engendre une diminution des vitesses de réaction des minéraux primaires et secondaires, accompagnée d’une faible augmentation de la lixiviation des espèces dissoutes et d’un pH qui ne varie quasiment plus en fonction du temps dans le sol. L’augmentation du flux d’eau provoque une acidification du sol suivie d’une augmentation des vitesses de réaction des minéraux primaires et secondaires et une augmentation de la profondeur à laquelle ces minéraux réagissent. Les ions libérés en solution, des suites de ces dissolutions, sont plus rapidement lixiviés.