La contamination naturelle (géogénique) des eaux souterraines par l'arsenic est un problème d'importance mondiale, avec des occurrences notables dans de grandes parties des aquifères alluviaux et deltaïques en Asie du Sud et du Sud-Est. Pour résoudre ce problème, d'énormes efforts de recherche ont été consacrés au cours des deux dernières décennies pour mieux comprendre les sources et la distribution des eaux souterraines polluées par l'arsenic. Maintenant, une équipe australienne de scientifiques de l'Université Flinders, CSIRO et l'Université d'Australie occidentale, avec leurs collègues de l'Institut fédéral suisse des sciences et techniques aquatiques (Eawag), ont utilisé la modélisation informatique pour intégrer une grande partie de ce qui a été appris au fil des ans dans des simulations informatiques qui imitent les interactions complexes entre l'écoulement des eaux souterraines, le transport des solutés et les mécanismes de réaction géochimique. De tels modèles sont importants pour analyser les observations de terrain, pour découvrir quels processus chimiques et physiques jouent un rôle, et de prédire le comportement de l'arsenic dans les aquifères—où et quand la pollution peut se produire à l'avenir. Les résultats de leur étude ont été publiés dans le dernier numéro de Géosciences de la nature .

Reconstruire le passé pour prédire le comportement futur de l'arsenic

L'équipe de recherche a sélectionné un site fortement pollué en arsenic près de Hanoï (Vietnam) pour développer et tester son modèle informatique. Dans un premier temps, ils ont utilisé les infimes concentrations de tritium qui étaient entrées dans le système d'eaux souterraines depuis l'atmosphère pendant les essais de bombes nucléaires, et son produit de désintégration l'hélium, un gaz noble, pour reconstruire à quelle vitesse et où les eaux souterraines se sont déplacées au cours des cinq dernières décennies. Une fois que les simulations du modèle ont pu correspondre aux concentrations mesurées, une complexité supplémentaire a été ajoutée au modèle afin de simuler comment l'arsenic a été mobilisé et transporté dans l'aquifère de l'Holocène.

L'interface rivière-eaux souterraines agit comme un point chaud de réaction

Sur le site d'étude, des changements dans le débit des eaux souterraines se sont produits au cours des 50 dernières années depuis que la ville de Hanoi a considérablement augmenté l'extraction d'eau souterraine pour satisfaire sa demande en eau en constante augmentation ; cela s'est avéré être le principal déclencheur de la pollution à l'arsenic dans l'aquifère. La modélisation informatique a permis aux chercheurs de localiser la source de l'arsenic jusqu'aux boues fluviales qui se déposent régulièrement dans les zones à débit plus lent de la rivière Rouge. La matière organique contenue dans ces boues a alimenté une réaction biogéochimique qui a conduit à la libération d'arsenic et à son transport sur des kilomètres dans l'aquifère sous-jacent au village de Van Phuc, un processus qui continue à ce jour. En utilisant leur modèle informatique développé en mode prédictif, les chercheurs ont pu illustrer l'interaction de quatre facteurs clés sur l'évolution et la longévité des rejets d'arsenic aux interfaces eau de surface/eaux souterraines, (i) l'abondance de matière organique réactive; (ii) l'abondance des oxydes de fer; (iii) l'ampleur du débit des eaux souterraines; et (iv) le taux de dépôt de boue fluviale.