Roland Purtschert, Danièle Valdes, L. Couchoux, Elise Fourré, Florent Barbecot, Antoine Tognelli, Philippe Jean-Baptiste, C. Delbart, Géosciences Paris Sud (GEOPS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de recherche sur la dynamique du système Terre (GEOTOP), Université de Montréal (UdeM)-McGill University = Université McGill [Montréal, Canada]-École Polytechnique de Montréal (EPM)-Concordia University [Montreal]-Université du Québec à Rimouski (UQAR)-Université du Québec à Montréal = University of Québec in Montréal (UQAM)-Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue (UQAT), Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols (METIS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Centre d'Études de Limeil-Valenton (CEA-DAM), Direction des Applications Militaires (DAM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Glaces et Continents, Climats et Isotopes Stables (GLACCIOS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Climate and Environmental Physics [Bern] (CEP), Physikalisches Institut [Bern], Universität Bern [Bern]-Universität Bern [Bern], Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Géosciences Paris Sud ( GEOPS ), Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), GEOTOP-UQAM-McGill, UQAM-McGill, Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols ( METIS ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -École pratique des hautes études ( EPHE ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre d'Études de Limeil-Valenton ( CEA-DAM ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] ( LSCE ), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines ( UVSQ ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Climate and Environmental Physics [Bern], Direction des Applications Militaires ( DAM ), École Polytechnique de Montréal (EPM)-McGill University = Université McGill [Montréal, Canada]-Université de Montréal (UdeM)-Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue (UQAT)-Université du Québec à Rimouski (UQAR)-Concordia University [Montreal]-Université du Québec à Montréal = University of Québec in Montréal (UQAM), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Universität Bern [Bern] (UNIBE)-Universität Bern [Bern] (UNIBE)
Karst aquifers are known for their wide distribution of water transfer velocities. From this observation, a multiple geochemical tracer approach seems to be particularly well suited to provide a significant assessment of groundwater flows, but the choice of adapted tracers is essential. In this study, several common tracers in karst aquifers such as physicochemical parameters, major ions, stable isotopes, and δ13C to more specific tracers such as dating tracers – 14C, 3H, 3H–3He, CFC-12, SF6 and 85Kr, and 39Ar – were used, in a fractured karstic carbonated aquifer located in Burgundy (France). The information carried by each tracer and the best sampling strategy are compared on the basis of geochemical monitoring done during several recharge events and over longer time periods (months to years). This study’s results demonstrate that at the seasonal and recharge event time scale, the variability of concentrations is low for most tracers due to the broad spectrum of groundwater mixings. The tracers used traditionally for the study of karst aquifers, i.e., physicochemical parameters and major ions, efficiently describe hydrological processes such as the direct and differed recharge, but require being monitored at short time steps during recharge events to be maximized. From stable isotopes, tritium, and Cl− contents, the proportion of the fast direct recharge by the largest porosity was estimated using a binary mixing model. The use of tracers such as CFC-12, SF6, and 85Kr in karst aquifers provides additional information, notably an estimation of apparent age, but they require good preliminary knowledge of the karst system to interpret the results suitably. The CFC-12 and SF6 methods efficiently determine the apparent age of baseflow, but it is preferable to sample the groundwater during the recharge event. Furthermore, these methods are based on different assumptions such as regional enrichment in atmospheric SF6, excess air, and flow models among others. 85Kr and 39Ar concentrations can potentially provide a more direct estimation of groundwater residence time. Conversely, the 3H–3He method is inefficient in the karst aquifer for dating due to 3He degassing.