Traceur (Sciences de la Terre)

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Un traceur est une substance qui peut encore être détectée à de très faibles concentrations. Avec leur aide, les processus de la recherche sur les processus géoscientifiques et environnementaux peuvent être suivis et quantifiés. Pour cela, ils sont introduits dans le procédé à examiner (ex : cycle de l'eau ). Des traceurs dits environnementaux sont déjà dans le système à l'étude, par exemple sous la forme de différentes concentrations isotopiques ou températures.

Les méthodes de traçage sont utilisées, entre autres, en hydrologie , météorologie et hydrogéologie .

Traceurs hydrologiques

En hydrologie ( hydrologie ) et en hydrogéologie, les traceurs sont utilisés pour étudier l'écoulement des eaux de surface et des eaux souterraines . L'objectif est d'obtenir des informations sur l'origine de l'eau, ses voies d'écoulement et ses formes de mouvement, ainsi que les propriétés de l'aquifère ou du plan d'eau affecté. Une distinction est faite entre les traceurs environnementaux et les traceurs artificiels . Des traceurs environnementaux sont déjà présents dans l'eau, des traceurs artificiels sont ajoutés à l'eau pour analyse.

Traceur environnemental

Les traceurs environnementaux comprennent :

Traceurs artificiels

Les traceurs artificiels comprennent :

Traceur fluorescent

Les traceurs de fluorescence ont acquis une importance particulière . Par exemple, la fluorescéine de sodium ( uranine ) rougeoyante verte peut être détectée jusqu'à la plus petite concentration de 0,001 milligramme par mètre cube d'eau.

La fluorescéine de sodium est à peine adsorbée sous terre et se répand donc comme de l'eau et est donc préférée pour l'étude des courants d'eau souterraine. D'autres traceurs de fluorescence tels que l' éosine et, avec des restrictions, le naphthionate de sodium ont des propriétés de propagation tout aussi bonnes, mais les limites de détection sont pires que pour la fluorescéine . En principe, un grand nombre de substances organiques sont fluorescentes. L'inconvénient de la plupart des substances, cependant, est leur mauvais comportement d' adsorption et souvent leur prix beaucoup trop élevé pour les applications sur le terrain .

Les colorants fluorescents sont analysés avec un spectrophotomètre à fluorescence . L'échantillon est excité pour briller avec une lumière d'une longueur d'onde appropriée . Cette lueur fluorescente se produit à une longueur d'onde plus élevée. Pour la fluorescéine de sodium, l'excitation optimale est de 491 nanomètres, l'échantillon est alors fluorescent à 516 nanomètres. Avec un spectrophotomètre à fluorescence , des fluorescences extrêmement faibles jusqu'à dix mille fois inférieures à la limite de visibilité peuvent toujours être détectées. Grâce aux faibles limites de détection des traceurs à fluorescence, on peut généralement se contenter de masses de traceurs de quelques grammes à quelques kilogrammes pour les enquêtes sur les eaux souterraines. Dans les mêmes conditions, lors de l'utilisation de sels, tels que le sel de table , il faudrait saisir jusqu'à plusieurs tonnes.

Les sels et les colorants alimentaires non fluorescents nesont donc que rarement utilisés pour les enquêtes sur les eaux souterraines. Cependant, le chlorure de sodium, le bromure de potassium et le colorant alimentaire bleu brillant sont souvent utilisés en laboratoire et en laboratoire avec de très petites zones expérimentales.

Utilisation de traceurs

Les questions suivantes sont traitées dans la technologie des traceurs :

  • Où s'écoule la nappe phréatique ?
  • D'où vient la nappe phréatique ?
  • Y a-t-il un lien entre deux points ?
  • Quel est le cours de l'eau entre deux points ?
  • Quelle quantité d'eau souterraine se déplace entre deux points ?

Des traceurs artificiels sont utilisés pour mesurer le ruissellement dans les eaux de surface . Plus la dilution d'un traceur ajouté à une rivière est importante, plus le ruissellement est important. Le rejet peut ainsi être calculé directement à partir des concentrations mesurées en dessous du point d'entrée. Cette méthode dite de dilution par traceur est particulièrement adaptée aux eaux turbulentes. Le traceur préféré ici est le sel de table, car il peut être mesuré sur place en mesurant la conductivité électrolytique de la manière la plus simple. De plus, il est absolument inoffensif pour l'environnement dans les quantités habituellement introduites. Cependant, avec des débits supérieurs à quelques mètres cubes par seconde, la masse requise de sel commun devient trop importante et c'est pourquoi la fluorescéine de sodium est généralement utilisée. Il suffit de quelques grammes de ce traceur pour drainer un mètre cube par seconde. L'analyse est réalisée sur place avec un petit « fluorimètre de poche » ou avec un fluorimètre à fibre optique. Cette dernière solution est la plus coûteuse.

Dans le cas le plus simple, la diffusion d'un traceur dans la nappe phréatique s'effectue selon les lois de la dispersion hydromécanique . Le « nuage traceur » s'étend de plus en plus au cours de son flux. Cet étalement est donc dépendant du temps, mais aussi des propriétés de l' aquifère . Le modèle dit de dispersion peut être utilisé pour calculer les vitesses d'écoulement et les propriétés de l'aquifère. Si un traceur est partiellement adsorbé ou si des processus chimiques agissent sur le traceur lors de son écoulement, l'évaluation devient plus complexe. L' évaluation peut également être difficile dans le cas d'un aquifère hétérogène avec des propriétés changeantes le long du chemin d'écoulement. Le traceur peut également se propager dans les eaux courantes dans le modèle de dispersion mentionné ci-dessus, bien que les causes de la propagation soient quelque peu différentes ici que dans les eaux souterraines.

Les traceurs peuvent également être utilisés pour étudier les courants marins ou même océaniques . Cependant, l'effort fourni est généralement important.

Littérature

Preuve individuelle

  1. ↑ Werner Käß : Technologie de marquage géohydrologique . (= Manuel d'hydrogéologie. Volume 9). 1992, ISBN 3-443-01013-X , page 13.
  2. ↑ Werner Käß : Technologie de marquage géohydrologique . (= Manuel d'hydrogéologie. Volume 9). 1992, ISBN 3-443-01013-X , page 15.
  3. ↑ Werner Käß : Technologie de marquage géohydrologique . (= Manuel d'hydrogéologie. Volume 9). 1992, ISBN 3-443-01013-X , page 16.
  4. ↑ Werner Käß : Technologie de marquage géohydrologique . (= Manuel d'hydrogéologie. Volume 9). 1992, ISBN 3-443-01013-X , page 14.