La contamination des eaux souterraines est de plus en plus reconnue comme un problème environnemental répandu. Le plan d'action le plus important implique souvent une surveillance à long terme. Mais quel est le moyen le plus rentable de surveiller lorsque les panaches de contaminants sont importants, complexe, et à long terme, ou un événement imprévu tel qu'une tempête pourrait provoquer des changements soudains dans les niveaux de contaminants qui pourraient ne pas être détectés lors d'un échantillonnage périodique ?

Des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et du Savannah River National Laboratory du ministère de l'Énergie ont mis au point une méthode peu coûteuse pour la surveillance en temps réel des polluants à l'aide de capteurs couramment disponibles. Leur étude, "Surveillance in situ de la contamination des eaux souterraines à l'aide du filtre de Kalman, " a été publié récemment dans la revue, Sciences et technologies de l'environnement .

« Les méthodes classiques de surveillance consistent à prélever des échantillons d'eau chaque année ou chaque trimestre et à les analyser en laboratoire, " dit Haruko Wainwright, un chercheur du Berkeley Lab qui a dirigé l'étude. « S'il y a des anomalies ou un événement extrême, vous pourriez manquer les changements qui pourraient augmenter les concentrations de contaminants ou les risques potentiels pour la santé. Notre méthodologie permet une surveillance continue in situ à l'aide de mesures proxy, afin que nous puissions suivre le mouvement du panache en temps réel. »

"L'analyse des données autonomes in situ peut être analysée rapidement à distance en utilisant des méthodes d'apprentissage automatique, " a-t-elle ajouté. " Il peut agir comme un système d'alerte précoce - nous pouvons détecter des changements soudains dans les niveaux de contaminants. Ces changements peuvent indiquer un besoin d'intervention plus ou moins importante en termes de stratégie de remédiation, conduisant idéalement à un nettoyage amélioré et plus rentable."

La surveillance de l'environnement est devenue plus importante ces dernières années, car les méthodes d'assainissement se sont éloignées du traitement intensif des eaux souterraines et de l'enlèvement des sols. "Le nettoyage intensif a beaucoup d'impacts négatifs sur l'environnement, y compris la pollution de l'air, grande consommation d'énergie-eau, et la production de déchets, " Wainwright a déclaré. " Les experts ont donc commencé à réfléchir à un changement de paradigme de cette remédiation très intensive à une remédiation plus durable, ou « remédiation verte », « donc nous ne pensons pas seulement au niveau des contaminants, mais nous pensons à l'impact environnemental net. »

Cependant, la surveillance à long terme pourrait être coûteuse dans le temps pour les grandes contaminations. Quoi de plus, les stratégies de surveillance à long terme actuelles ne tiennent pas compte de la façon dont les changements brusques ou graduels du temps, tels que les événements de fortes pluies, pourrait influencer les comportements du panache. Cet aspect est particulièrement important lorsque l'on considère les panaches persistants, tels que ceux associés à la contamination par des métaux ou des radionucléides.

La nouvelle approche commence par des capteurs pour suivre les variables de la qualité de l'eau qui ont été déterminées comme des indicateurs fiables des niveaux de contaminants. Aux fins de cette étude, les chercheurs ont suivi les niveaux de tritium et d'uranium-238 dans les eaux souterraines du site de la rivière Savannah, un ancien site de production d'armes nucléaires en Caroline du Sud géré par le DOE.

Pour ce site, ils ont mesuré les niveaux d'acidité (ou pH) et la conductance spécifique (une mesure de la conductance électrique); ces variables ont été considérées comme des indicateurs fiables des concentrations de tritium et d'uranium-238. Les données des multiples capteurs ont ensuite été introduites dans un filtre de Kalman pour estimer les concentrations de contaminants. Un filtre de Kalman n'est pas un filtre physique mais plutôt un algorithme mathématique qui peut intégrer des données de séries chronologiques mixtes pour faire des estimations. Il est couramment utilisé dans divers domaines, comme la prévision du trafic et la télédétection.

En utilisant les données historiques du site de la rivière Savannah, les chercheurs ont découvert que leur technique fournissait des informations fiables sur le comportement du panache au cours des 20 dernières années, indiquant que la nouvelle approche est très prometteuse en tant que stratégie de surveillance à long terme pour évaluer rapidement la stabilité du panache d'un contaminant. Un autre avantage par rapport aux approches conventionnelles est qu'il peut réduire la fréquence de l'échantillonnage manuel des eaux souterraines et de l'analyse en laboratoire, et ainsi réduire le coût de la surveillance.

Wainwright, qui est un expert en contamination des eaux souterraines et en analyse de données environnementales, a déclaré que cette méthodologie peut être utilisée à la fois pour les eaux de surface et souterraines. Il peut également potentiellement être utilisé pour suivre d'autres métaux, radionucléides, et les composés organiques que l'on trouve couramment dans les eaux souterraines, comme l'arsenic, chrome, et les carburants.

« Il y a tellement de types différents de capteurs disponibles maintenant, et la mise en réseau des capteurs et l'analyse statistique rapide sont simples, ", a-t-elle déclaré. "Nous pouvons assembler tous les types de capteurs in situ et estimer la concentration cible de contaminants en utilisant ce cadre pour l'intégration de données en temps réel."

Elle a ajouté :« Des techniques de surveillance améliorées sont essentielles pour protéger la santé publique et l'écologie. Les gens se sentent en sécurité s'ils sont correctement surveillés. Notre technique est un moyen de surveiller une telle remédiation durable, de manière efficace et économique.