Depuis des décennies, le pompage intensif des eaux souterraines a fait couler le sol sous la vallée de San Joaquin en Californie, endommager les infrastructures. Recherche maintenant publiée dans la revue Communication Nature suggère que comme le pompage fait couler le sol, il libère également une menace invisible pour la santé humaine et la production alimentaire :il permet à l'arsenic de pénétrer dans les nappes phréatiques qui fournissent de l'eau potable à 1 million de personnes et l'irrigation des cultures dans certaines des terres agricoles les plus riches du pays.

Le groupe a découvert que les mesures satellites de l'enfoncement du sol pouvaient prédire les concentrations d'arsenic dans les eaux souterraines. Cette technique pourrait être un système d'alerte précoce pour empêcher des niveaux dangereux de contamination à l'arsenic dans les aquifères présentant certaines caractéristiques dans le monde entier.

"L'arsenic dans les eaux souterraines est un problème depuis très longtemps, " a déclaré l'auteur principal Ryan Smith, doctorant en géophysique à l'École de la Terre, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth). Il est naturellement présent dans la croûte terrestre et une préoccupation fréquente dans la gestion des eaux souterraines en raison de son ubiquité et de ses liens avec les maladies cardiaques, Diabète, cancer et autres maladies. "Mais l'idée que le pompage excessif pour l'irrigation pourrait augmenter les concentrations d'arsenic est nouvelle, " dit Smith.

Surtout, le groupe a trouvé des signes que les aquifères contaminés à la suite d'un pompage excessif peuvent se rétablir si les prélèvements cessent. Les zones qui ont montré un enfoncement plus lent par rapport à 15 ans auparavant présentaient également des niveaux d'arsenic plus faibles. « Les eaux souterraines ont dû être en grande partie retournées, " a déclaré le co-auteur de l'étude Scott Fendorf, professeur de science du système terrestre et chercheur principal au Stanford Woods Institute for the Environment.

Libérer l'arsenic de l'argile

L'équipe de recherche a analysé les données sur l'arsenic pour des centaines de puits au cours de deux périodes de sécheresse différentes, ainsi que des estimations centimétriques de l'affaissement des terres, ou couler, captés par les satellites. Ils ont découvert que lorsque les terres du bassin de Tulare dans la vallée de San Joaquin s'enfoncent plus rapidement que 3 pouces par an, le risque de trouver des niveaux d'arsenic dangereux dans les eaux souterraines peut tripler.

Les aquifères du bassin de Tulare sont constitués de zones de sable et de gravier séparées par de fines couches d'argile. L'argile agit comme une éponge, tenant fermement à l'eau ainsi qu'à l'arsenic absorbé par les sédiments fluviaux anciens. Contrairement aux couches de sable et de gravier, ces argiles contiennent relativement peu d'oxygène, ce qui crée des conditions pour que l'arsenic soit sous une forme qui se dissout facilement dans l'eau.

Lorsque le pompage tire trop d'eau des zones de sable et de gravier, l'aquifère se comprime et s'enfonce. "Les sables et les graviers qui étaient séparés par la pression de l'eau commencent maintenant à se presser sur cette éponge, " expliqua Fendorf. L'eau riche en arsenic commence alors à s'infiltrer et à se mélanger à l'eau de l'aquifère principal.

Lorsque le pompage de l'eau ralentit suffisamment pour freiner l'affaissement et soulager la pression sur l'arsenic piégé, l'eau propre s'infiltrant dans les ruisseaux, la pluie et le ruissellement naturel à la surface peuvent progressivement rincer le système.

Cependant, co-auteur de l'étude Rosemary Knight, professeur de géophysique et professeur affilié au Woods Institute, met en garde contre le fait de trop miser sur une reprise prévisible après un pompage excessif. "Le temps qu'il faudra pour récupérer va être très variable et dépendra de tant de facteurs, " elle a dit.

Les chercheurs ont déclaré que le pompage excessif dans d'autres aquifères pourrait produire les mêmes problèmes de contamination que ceux observés dans la vallée de San Joaquin s'ils ont trois attributs :des couches alternées d'argile et de sable ; une source d'arsenic; et une teneur en oxygène relativement faible, ce qui est commun dans les aquifères situés sous des argiles épaisses.

La menace est peut-être plus répandue qu'on ne le pensait. Ce n'est qu'au cours des dernières années que les scientifiques ont découvert que des aquifères par ailleurs bien aérés et considérés comme largement immunisés contre les problèmes d'arsenic peuvent en fait être mélangés à des argiles qui ont les faibles niveaux d'oxygène nécessaires pour que l'arsenic se déplace dans la plupart des eaux souterraines. "Nous commençons tout juste à reconnaître qu'il s'agit d'un danger, " dit Fendorf.

Informations satellites

La révélation que la télédétection peut déclencher une alarme avant que la contamination ne menace la santé humaine offre l'espoir d'une meilleure surveillance de l'eau. "Au lieu d'avoir à forer des puits et à ramener des échantillons d'eau au laboratoire, nous avons un satellite qui obtient les données dont nous avons besoin, " dit Chevalier.

Bien que les données de puits soient importantes pour valider et calibrer les données satellitaires, elle a expliqué, la surveillance sur le terrain ne peut jamais égaler l'étendue et la vitesse de la télédétection. "Vous n'échantillonnez jamais un puits assez fréquemment pour attraper cet arsenic au moment où il est dans le puits, " a déclaré Knight. " Alors, comme c'est fantastique d'avoir ce système d'alerte précoce de télédétection pour permettre aux gens de se rendre compte qu'ils approchent d'un point critique en termes de qualité de l'eau. "

L'étude s'appuie sur les recherches menées en 2013 par Laura Erban, puis doctorant travaillant dans le delta du Mékong au Vietnam. "C'est là que nous avons commencé à dire, 'Oh non, '", a déclaré Fendorf, qui a co-écrit cet article.

Comme dans la vallée de San Joaquin, les zones du delta du Mékong où les terres s'enfonçaient davantage présentaient des concentrations d'arsenic plus élevées. « Nous avons maintenant deux sites dans des régions géographiques totalement différentes où les mêmes mécanismes semblent fonctionner, " a déclaré Fendorf. "Cela envoie un déclencheur que nous devons penser à la gestion des eaux souterraines et nous assurer que nous ne surexploitons pas les aquifères."