Ressource et classification des eaux minérales etthermales en Allemagne

A. Herch et H. R. Langguth

RWTH Aachen, Allemagne

1 • INTRODUCTION.

En Allemagne* plus de 500 eaux minérales et thermalesont été reconnues dans les 10 dernières années selon laDirective de l'Union Européenne. Elles sont mises enbouteilles par un grand nombre des entreprises comme« eaux minérales naturelles ».

Les eaux de plus de 300 captages sont utilisées dans lesstations thermales et balnéaires.

La diversité de ces eaux vient de la structure géologiquecomplexe de )' Allemagne. La génèse des eaux minéralesest étroitement liée à l'histoire géologique des différentesunités structurales.

CARLÉ (1975) a donné une description détaillée des« paysages d'eaux minérales»; une présentation som-maire avec une carte est due à FRICKE & MICHEL (1969).

Il existe également des collections des analyses des eauxminérales régionales. Citons comme exemple DIENE-MA & FRICKE (1961).

On peut distinguer 5 domaines principaux qui contien-nent des provinces caractéristiques en eaux minérales ettherma les:

• La Basse-Plaine au nord d'Allemagne. Il s'agit d'ungrand bassin de sédimentation depuis le Permien avec uneépaisseur de plusieurs milliers de mètres dans lequel setrouvent interstratifiés des dépôts salifères. La migrationdes sels dissous dans les eaux souterraines, la formation dupétrole et du gaz naturels, un diapirisme du sel ainsi quel'existence d'eaux connées des différentes périodes géo-logiques ont produit une vaste gamme de types d'eaux. Ily a beaucoup d'eaux salées et de saumures apparaissant àla surface ou trouvées dans des forages. L'existence dugypse est à l'origine des eaux sulfureuses et sulfurées. Enbordure de la Plaine, les eaux salées pénètrent par desfailles dans les massifs schisteux consolidés avoisinants.

• Massifs plissés. Les blocs plissés, le Massif Rhénan, leHartz, la Forêt Noire et les complexes thuringo-franconienset à l'est et au nord-est de la Bavière sont caractérisés pardes eaux peu minéralisées. Proche du fossé Rhénan et enbordure des grands bassins sédimentaires et dans les zonesqui subissent une lente ascension néotectonique combinéeavec le volcanisme périalpin, des eaux carbogazeuses sesont formées, par exemple dans l'Eifel.

(*) Les analyses utilisées viennent presqu'exclusivement du ter-ritoire de l'ancienne République Fédérale Allemande.

• Des grandes cuvettes sédimentaires mésozoïques (Trias-sique à Crétacé) renferment souvent des eaux typiques desdifférents niveaux géologiques. Les couches du Keuperienpar exemple sont en général très riches en S04' Mais aussices régions formant des montagnes moyennes comme laHesse, le Palatinat, le Bade-Wurtemberg et la Franconieconnaissent une activité néotectonique avec des manifes-tations volcaniques. Cela nous mène à des eaux gazeusesparfois mélangées avec des venues d'eau provenant desdépôts salifères intercalés.

• Le Fossé Rhénan qui est à cheval entre la France etl'Allemagne montre une richesse particulière en eaux ther-mominérales. Ce fossé a connu une subsidence depuis leBuntsandstein. Il a un potentiel hydrologique accentuéentre les montagnes voisinantes. La formation du pétroleet du sel dans ce graben lui-même, des failles très im-portantes de plusieurs milliers de mètres de rejet ainsiqu'une mosaïque de blocs tectoniques à petite étendue sontà l'origine d'eaux d'une composition très différente dupoint de vue géochimique même situées très proches lesunes des autres.

• Une province particulière se trouve dans le bassin mo-lassique subalpin au sud du Danube jusqu'aux pieds desAlpes. Le remplissage des sédiments du Tertiaire compre-nant des interstratifications salifères et organiques (forma-tion du pétrole et du gaz naturel) ainsi que le chevauche-ment des Alpes ont permis la formation d'eaux minéralesà chimisme très varié. Une ressource aquifère particulièreest celle des calcaires du Malmien dont les couches plon-gent régulièrement en direction SE du Jura Souabejusqu'aux pieds des Alpes, c'est-à-dire de + 500 m à- 2 000 m d'altitude. Les stations les plus récentes s'ytrouvent, comme Bad Füssing, ainsi que des projets géo-thermiques intéressants.

II. REPRÉSENTATIONS STATISTIQUES DELA COMPOSITION GÉOCHIMIQUE.

Pour caractériser les eaux minérales en Allemagne nousavons choisi une représentation à l'aide des courbes cu-mulatives de fréquence relatives. L'axe des concentrationsen mg/I est toujours logarithmique.

Le tableau 1 résume d'abord les 35 paramètres chimi-ques avec leurs valeurs extrêmes, de l'ensemble de680 analyses complètes qui étaient à notre disposition.Dans cette liste le nombre de données qui entrait dans letraitement statistique varie entre 678 (Mg) et 52 (Sb). Les

III, ,~~ LA BOUILLE BLANCBFJN° 213·1995L- -.;;.,_~___ __~ ~ ~_ _..IArticle published by SHF and available at http://www.shf-lhb.org or http://dx.doi.org/10.1051/lhb/1995020

http://www.shf-lhb.orghttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1995020

A. HERCH,H. R. LANGGUTH

Tableau 1. - Quantités d'éléments et de composants choisis et représentés sur les figures 2 à 6 avec leursvaleurs extrêmes.

paramètre nombre d'analyses valeur minimale valeur maximale figure

Na+ 676 0,80 114300 2K+ 666 0,10 4875 2Ca++ 672 0,022 35900 2Mg++ 678 0,20 3330 2Fe++ 615 0,0025 9830 3Mn++ 515 0,0003 420 5

cr 676 0,08 207500 2SO/" 666 0,20 11982 2HC03" 667 2,40 3671 2N03° 371 0,002 298 5

F 302 0,001 20 3JO 293 0,0001 317 3Br" 365 0,001 1360 4Solo 85 0,0015 376,8 3

CO2 610 1,52 4774 3

H2Si03 616 0,10 388 4H2Ti03 128 0,0007 10,78 4HB02 227 0,007 280 5

Ag 89 0,00003 0,4 6AI 298 0,0005 1200 4As 93 0,00025 42,63 5Be 55 0,00008 0,01 6Co 131 0,0002 2,7 4Cr 99 0,0001 1,5 5Cs 140 0,00004 10,75 6Cu 275 0,0002 1153 6Ha 61 0,00002 0,5 6Li 397 0,0016 163. 6Ni 193 0,0005 6,6 4Pb 208 0,0003 34 4,5Rb 106 0,0014 9,37 6Sb 52 0,00025 0,12 5Se 34 0,00005 0,2 5Sr 439 0,01 2200 6Zn 286 0,0003 120 6

concentrations maximales individuelles varient entre207500 mg/I (CI) et 0,01 mg/I (Be), les minimales entre2,4 mg/l (HC03) et 0,00002 mg/I (Hg).

Lafigure J contient les sommes des éléments dissous enmilligrammes par litre (ppm) et en milli-équivalents (epm).Les plus faibles concentrations en ppm sont autour de130 mg/l. Environ 17 % des eaux ont des concentrations endessous d'un gramme par litre. Ce sont des eaux faiblementminéralisées et actuellement très recherchées. Pour être

reconnues comme eau minérale naturelle elles devraientpasser un examen de l'efficacité de leurs propriétés physio-thérapeutiques.

La plus haute concentration est celle d'une saumure aupoint de saturation en NaCI.

Lafigure 2 donne la distribution des composants majeursqui servent à la classification (voir rab/. 2 et § 4). Il est bienvisible que le sodium et le calcium ainsi que le HC03 et

LA HOUILLE BLANCHFJN° 213-1995

EAUX MINÉRALES ET THERMALES EN ALLEMAGNE

0.0000' UOO' 0~01 O~, 0.1 10 IDll 1000 10000 100000 10000DD---------------=-C>- mgll

,1

..:j-- :,.....---/-'/ ..;C~f1-Hi1 1 11/ 1 117

Pb! " 1HJ'iOJ Ali/III f IlhSiOl\ Br --FI f ....... f.:,,

1/' 1 .......11rHil

2

// 1/.,1Co!'}."~~....., J

00.00001 011001 0.001 0.01 0.1

O.

O.

O.

0,

O.

ID 100 '000 '0000 100000 1000000_______________C>- mgll

,/1 /'

/ /1

1 17

epm ll /i

1\

1 1ppm,1 Il11 Il

7

/10 - ./

O.

O.

O.

O.

O.

O.

1. Distributions des concentrations en mg/l et méq/l. 4. Distribution de quelques éléments et composants detrace.

kl .N~l,.. ·01L..._.L--:...J......=J;.;;;.___::':--'-___:'-~':---J'---J-__::'~:':::"

0.00001 0.0001 O~O, 0.01 0.1 '0 '00 1000 10000 100000 1000000---------------C>-C>- mgfl

011---+--+-7'/1'7'.'+'n/"'-/-V-/-'-f1/--;;;c-...,;lL--I"""---t---j--t---t-..,V!~' / NQ)j

0.11--t---,b;--Hj----t-j----t1j--:-t-i~__j-__j-_f---t-_f

S~/ S~!1 1 1 ..../0.71--t-+f---,'-:f-Hbl--HhH--j--j--t--t--til 1 lAs Mol fiG.61---+--H---:'l;f----tJI--+-'l/H-7/ft-r---+---+--t--t-----j

0.\ il / / f/J--+--+----t--t--t----iO.LI--t-+-IfL-If--I--t-t--"lf-=;;-i-__j-_f-_f---t-_f

~ij V HBOlO.ll---+-+-I:lII'--t--

j-t--/1t... t---t----t---j--t---t-..,

0.21-- ey....iP b / V0.\ : .

...·/14(Gl ."'...~.....0.11--4--j--j--1--1--1--f:.'f'--;1'+.:,...,,-i~-t--t

.'f /,"Y (lo,II--j--j--j--I---:I--I--.,.:Iff---+liH-t--t--t

K-/ 1-'''0.71--j--j--j--I-~I--I-+-.h-:,Hlr-j--t--t

O.i1----+------1--+--+--t--+-ci-.--iIf--L-iH1!hH.--t--I------1o·\I--j--j--j--I--I--f-;-;-;,..-H

/M'JJ Ai:o·,I--j--+--j--I----iI-~r-hfhrl--j--t--tUt! ,O,ll--+--+--I--I----1I----"-I-.~HH---1--f-_f-_f

li/ "O.ll--j--j--j--I----1I---;-I--IfH,I-!;;;,.".-I--j--t--t/ 1{""I iL-HCOl

0.'1--+--+--1--1----1.r-J~f-d-~-zI:.l~/

o~oLoo-ol-o.oJ..oo-,~O~~O~I~O~.O,--::O~.,=~=:::1~0--:l,ol:-o-~'O=oo---:,::!OO=OO--::,O::::OO:::oo:--::::'oooooo---------------C>C>- mg Il

2. Distribution des éléments et des composants majeurs.

3. Distribution des éléments et des composants spécifi-ques. 10 100 '000 10000 100000 1000000---------------C>-c mgfl

1V- ............V. ~........... /'1

H..o/' / / ..// el Il.11/ 1 1 /.1Il .. Be 1/ l I/Li1

i

.\ ' / 1., 1 Alli C!!j ,fJ / jJr.l 1 !j 1 ' I-Rb 1.2 1 1 /.1'11 Il /1 le / / 1., e~ ..."-Zn /0../---,'7/' V V

0.00001 o~aol o~o, 0.01 0.1

5. Distribution de quelques éléments et composants detrace.

10 100 lDllD 10000 100000 1000000______________----- mg Il

,~--;flt- (

1

"F-{ / .LFe 11 Il, il171 11//1

iJ'1 CO.!,

\ sV 11,J /1

J

// .' 1 /1

,--- ::-6 'F~~ j-F /--- j ,/00.0000' 0.0001 o~o, 0.0' 0.1

O.

O.

0,

O.

O.

o.

O.

le chlorure devraient apparaître le plus souvent dans unedénomination géochimique.

Lajigure 3 contient les composants mineurs qui peuventapparaître dans l'appellation balnéaire comme élémentspécifique lorsqu'ils atteignent et dépassent les teneurssuivantes:

élémelll mg/I nombre d'analyses

Fe 1 6151 1 293S 1 IIICO2 1000 610F 1 302

6. Distribution de quelques éléments et composants detrace.

Il est évident que 40 % des eaux minérales sont des eauxnaturellement carbogazeuses, c'est-à-dire 36 % de l'en-semble d'échantillons.

Dans le cas de l'iode il n'y a que 10 % d'environ lamoitié de tous les échantillons qui dépassent la teneurexigée.

Les figures 4. 5 et 6 donnent un choix des éléments detrace. Par exemple les valeurs de As dépassent le seuil de0,05 mg/l qui est la limite actuelle pour les eaux potables.

Il,l ,-'----"'-__LA HOUILLE BLANCHFlN° 2/3·19951.- _

A. HERCH, H. R. LANGGUTH

Pour une mise en bouteille et pour la « buvette » dans lesstations thermales il est donc nécessaire d'enlever l'arse-nic.

Prenons comme deuxième exemple le nitrate: parmi les371 échantillons, seulement la % dépassent les la mg/l,mais seulement 3 %, la limite pour les eaux potables.

nI • LES ANALYSES DANS LES DIAGRAM-MES PIPER.

Ces représentations relatives sont rangées en fonction dela concentration totale en ppm croissante (= sumppm).

Figure 7 : sumppm < 1 000 ppm

Tableau 2. - Résumé de la classification géochimique pour les eaux minérales ayant une concentration totaleentre 1 000 et 10 000 mgll.

Classification Nombre des eaux mineralespar grouoe Concentration-tmgll]total avec C02 > 1000 mg/l minimale maximale

He03Ca-HC03 8 7 1046 2096Ca-Mg-HC03 19 17 1103 3291Ca-Mg-Na-HC03 3 2 2522 3395Ca-Na-HC03 8 7 1031 3521Ca-Na-Mg-HC03 2 2 1224 1468Mg-Ca-HC03 3 3 1030 2293Na-HC03 12 5 1314 9919Na-Ca-HC03 2 2 1722 2911Na-Ca-Mg-HC03 5 4 1004 2756Na-Mg-HC03 8 8 1942 4973Na-Mg-Ca-HC03 1 1 2288

Na-HC03-CI 29 12 1122 6204Na-Ca-HC03-CI 1 - 1015Na-Ca-Mg-HC03-CI 1 - 1186Na-Mg-HC03-CI 8 6 1013 7439Na-Mg-Ca-HC03-CI 1 1 5033

Na-HC03-CI-S04 3 2 1343 3172Na-Ca-HC03-CI-S04 1 1 2730Na-Ca-Mg-HC03-CI-S04 2 2 3736 4356

Ca-Mg-HC03-S04-CI 1 - 1623Ca-Na-HC03-S04-CI 2 - 1460 1536Ca-Na-Mg-HC03-S04-CI 2 - 1717 1827Na-Ca-HC03-S04-CI 2 - 1250 1338

Ca-HC03-S04 4 3 1063 2912Ca-Mg-HC03-S04 9 6 1010 2531Ca-Mg-Na-HC03-S04 2 - 1438 1793Ca-Na-HC03-S04 5 2 1160 2862Ca-Na-Mg-HC03-S04 1 1 4460Mg-Ca-HCO:rS04 1 - 1354Na-HC03-S04 2 - 1098 2438Na-Ca-HC03-S04 1 1 1397Na-Ca-Mg-HC03-S04 1 1 1953Na-Mg-HC03-S04 2 2 1388 4659

LA HOUILLE BLANCHFJN° 213-1995

EAUX MINÉRALES ET THERMALES EN ALLEMAG E

Classification Nombre des eaux minerales par groupe Concentration [mg/I]total avec C02 > 1000 mg/I minimale maximale

504Ca-S04 34 - 1676 2952Ca-Mg-S04 8 1 1381 3136Ca-Mg-Na-S04 3 2 1339 2550Ca-Na-S04 5 2 1850 3674

Ca-S04-HC03 18 5 1035 4721Ca-Mg-S04-HC03 13 5 1093 4042Ca-Mg-Na-S04-HC03 2 1 2058 3610Ca-Na-S04-HC03 9 4 1264 4643Ca-Na-Mg-S04-HC03 1 - 1768Na-Ca-S04-HC03 2 - 1406 2033Na-Ca-Mg-S04-HC03 1 - 2045Na-S04-HC03 1 - 2038

Ca-S04-HC03-CI 2 - 1295 1496Ca-Na-S04-HC03-CI 3 1 1767 5045Mg-Ca-S04-HC03-CI 1 - 2797Na-Ca-S04-HC03-CI 1 - 1805

Ca-S04-C1-HC03 1 - 1162Na-Ca-S04-CI-HC03 2 - 1883 3847

Ca-S04-C1 2 1 1991 2762Ca-Mg-Na-S04-C1 1 1 2440Ca-Na-S04-C1 7 - 1765 4230Ca-Na-Mg-S04-CI 2 - 1867 2718Na-Ca-S04-C1 3 - 5236 7654Na-Mg-Ca-S04-C1 1 - 6346

CINa-CI 57 14 1168 9884Ca-Na-CI 2 2 2122 2649Na-Ca-CI 10 6 2579 9995

Na-CI-HC03 28 2 1081 6558Ca-Na-CI-HC03 2 2 1027 1317Na-Ca-CI-HC03 20 10 1095 4590

Na-CI-HC03-S04 1 1 7412Ca-Na-CI-HC03-S04 2 2 1687 6461Na-Ca-CI-HC03-S04 2 2 1631 7138

Na-CI-S04-HC03 1 - 3013Ca-Na-CI-S04-HC0 3 3 2 1821 3290Na-Ca-CI-S04-HC03 5 5 4619 6111

Na-CI-S04 7 3 2028 9463ta-Na-CI-S04 2 - 4203 5868Na-Ca-CI-S04 15 1 2489 9716

.. LA HOUILLE BLANCHF}N° 2/3·1995...... ~~~~_I.. ~---------------~.-~--

A. HERCH, H. R. LANGGUTH

Il s'agit d'eaux faiblement minéralisées ou d'eaux dou-ces.

Leur intérêt comme eau minérale vient souvent de leurteneur en éléments spécifiques (voir fig. 3).

Leur composition est typiquement Ca-Mg-HCO), enpartie Ca-Mg-HCO)-S04 jusqu'à Ca-Mg-S04.

Seulement quelques-unes montrent des teneurs un peuplus élevées en chlorures.

7. Diagramme PIPER pour les eaux ayant une concen-tration totale inférieure à 1 000 mgll.

Figure 8: 1 000 < sumppm < 10000Ici se situent la plupart des eaux minérales mises en

bouteilles et utilisées dans le thermalisme.Elles montrent une grande diversité, mais grosso modo

elles peuvent être attribuées à 3 groupes:

groupe Ca-(Mg-)HCO)groupe Ca-(Mg-)S04groupe Na-(Ca-)CI-S04.

Figure 9: sumppm > JO 000Il s'agit des eaux sodiques chlorurées, c'est-à-dire des

saumures, en partie avec une teneur plus forte en S04' Cesont les eaux profondes qui génétiquement se trouventtoujours dans les grands bassins sédimentaires ou qui sontles résultats de la diagénèse. En outre elles prouvent éga-lement les circulations dans les systèmes souterrains ré-gionaux.

IV. LA CLASSIFICATION GÉOCHIMIQUE

Cette classification est basée sur les règles depuis long-temps en vigueur en Allemagne. Pour la dénomination, onprend en considération les pourcentages qui dépassent20 mi IIi-équivalents. Ils sont d'abord rangés en ordre dé-croissant des cations et ensuite des anions. Le tableau 2résume les résultats pour les eaux ayant une concentrationtotale (sumppm) entre 1 000 et la 000 mg/!.

Il existe 72 combinaisons. Les 4 groupes dominants sontles suivants:

Ca-Mg-HCO), Na-HCO)Cl, Na-Cl, Ca-S04.

8. Diagramme PIPER pour les eaux ayant une concen-tration totale entre 1 000 mgll et 10000 mgll.

9. Diagramme PIPER pour les eaux ayant une concen-tration totale supérieure à 10 000 mgll.

Bibliographie

CARLÉ W. (1975). - Die Mineral- und Thermalwiisser VOII Mit-teleuropa, Geologie, Chemismus, Genese. Bücher derZeitschrift Naturwissenschaftliche Rundschau. 643 S.,14 Abb., 1402 Analysentabellen, 15 teils zweifarbige Kar- _ten in besonderer Mappe. Stuttgart (WissenschaftlicheVerlagsanstalt).

OIENEMANN W. & FRICKE K. (1961). - Milleral- und Hei/wiisse/;Pe/oide ulld Heilbiider ill Niedersaehsell und seillellNaehbargebietell, Geologie und Lagersti:îllen Niedersach-sens 5. Die Lagersti:îllen und ihre Bewirtschaftung, 5. Ab!.475 S. Gottingen-Hannover.

FRICKE K. & MICHEL G. (1969). - Millera/- ulld Therma/wiisserder Blmdesrepublik Deutseh/alld, XXIII Intern. geol.Congr. 18, 31-57. Prag.

LA HOUILLE BLANCHFlN° 2/3-1995