Quel âge a votre eau ? Cela peut sembler une question étrange au début, mais il y a de réelles implications sur le temps qu'une goutte d'eau a passé sous terre. Les recherches suggèrent que le cycle de l'eau s'accélère à certains endroits en raison de l'activité humaine.

Les scientifiques de l'UC Santa Barbara ont découvert que les eaux souterraines relativement jeunes ont tendance à atteindre des profondeurs plus profondes dans les systèmes aquifères fortement pompés, apportant potentiellement avec elles des polluants de surface. L'étude, dirigée par la récente boursière postdoctorale Melissa Thaw, apparaît dans Nature Communications .

"Nous pensons généralement que les eaux souterraines profondes sont à l'abri des contaminants trouvés plus près de la surface de la Terre", a déclaré Thaw. "Cependant, le pompage intensif des eaux souterraines attire les eaux souterraines récemment reconstituées vers des profondeurs plus profondes, entraînant potentiellement des contaminants également."

Les eaux souterraines mettent du temps à se déplacer dans le monde souterrain, s'écoulant entre les particules de sol et à travers les crevasses de la roche. Les gouttes de pluie d'aujourd'hui ne seront peut-être pas l'eau de puits de demain; en fait, ils pourraient même ne pas être l'eau de puits de la prochaine décennie. "La moitié ou plus de toutes les eaux souterraines stockées sur la planète sont de la pluie et de la neige qui sont tombées il y a plus de 12 000 ans", a déclaré Scott Jasechko, professeur agrégé à la Bren School of Environmental Science &Management de l'UC Santa Barbara. Intuitivement, plus vous regardez profondément, plus l'eau est généralement ancienne.

Thaw et son collègue postdoc Merhawi GebreEgziabher GebreMichael ont travaillé avec l'auteur principal Jasechko et Jobel Villafañe-Pagán, un étudiant de premier cycle à l'Université de Porto Rico, Mayagüez, qui a rejoint l'équipe via le programme de soutien à l'éducation et au mentorat en géosciences. Ensemble, les auteurs ont cherché à déterminer comment le pompage affecte le mouvement des eaux souterraines. À cette fin, ils ont exploité un ensemble de données sur les concentrations d'une forme rare d'hydrogène, appelée tritium, dans 15 000 puits d'eau souterraine à travers les États-Unis contigus.

Les scientifiques utilisent le tritium pour tracer les eaux souterraines depuis les années 1960. Cette variété radioactive, ou isotope, de l'hydrogène se produit naturellement sur Terre, principalement à de faibles concentrations dans la stratosphère, où elle est produite par des collisions de particules à haute énergie. Le tritium peut remplacer les versions les plus courantes de l'hydrogène dans les molécules d'eau (H₂ O), rendant le composé légèrement radioactif.

La concentration de tritium a considérablement augmenté au XXe siècle en raison des essais nucléaires du milieu des années 1950 jusqu'au Traité d'interdiction partielle des essais nucléaires en 1963. Il y a donc eu une impulsion d'hydrogène radioactif introduite dans le monde au milieu des années 1900. Une grande partie a plu, et une partie s'est infiltrée dans le sol pour devenir de l'eau souterraine. Les scientifiques peuvent utiliser les concentrations de tritium pour identifier les eaux souterraines récentes, qu'ils définissent comme l'eau qui s'est infiltrée dans la terre après 1953.

Les auteurs ont regroupé les puits voisins en 74 systèmes aquifères. Cela leur a permis d'analyser les niveaux de tritium des eaux souterraines à différentes profondeurs dans chaque système. Ils ont utilisé ces mesures pour calculer la proportion de chaque échantillon provenant des précipitations modernes. Leur seuil pour les "anciennes" eaux souterraines était tout échantillon composé de moins de 25 % d'eau souterraine moderne.

Les scientifiques ont ensuite examiné comment cette métrique variait à différentes profondeurs dans chaque système aquifère. Sans surprise, le pourcentage d'eaux souterraines modernes avait tendance à être le plus élevé près de la surface et à diminuer en profondeur. Mais où cette transition s'est produite variait selon les différents domaines.

L'équipe avait maintenant une idée de la profondeur des eaux souterraines modernes à travers les systèmes qu'ils étudiaient, mais ils avaient encore besoin de quelque chose pour les comparer. La géologie souterraine est désordonnée et affecte la vitesse à laquelle les eaux souterraines peuvent se déplacer. Par exemple, l'eau met plus de temps à s'enfoncer dans des couches moins perméables, comme l'argile.

Les auteurs ont donc utilisé la géologie locale pour caractériser le mouvement des eaux souterraines. "Pour chacune des différentes zones d'étude, nous avons estimé à quelle profondeur vous devez aller jusqu'à ce que vous atteigniez une couche épaisse à faible perméabilité", a déclaré Jasechko. Dans certaines régions, il peut être à quelques mètres sous la surface, tandis que dans d'autres, il peut être à des centaines de pieds.

"L'analyse des isotopes environnementaux, associée à l'analyse des profondeurs des unités de confinement, nous a permis de comprendre l'impact d'un pompage excessif sur le débit descendant", a déclaré le co-auteur GebreEgziabher GebreMichael.

Enfin, les auteurs ont pu tester leur hypothèse à l'aide de statistiques pour rendre compte de cette variabilité géologique. Ils ont découvert qu'il existe une corrélation entre le pompage des eaux souterraines et la profondeur atteinte par les jeunes eaux souterraines, même après avoir pris en compte la géologie d'une zone.

La situation est un peu comme si on buvait une barbotine avec une paille. Vous obtenez d'abord la substance du bas (vieille eau) et cela attire la substance du haut (nouvelle eau) pour la remplacer. Sauf dans cet exemple, la bouillie est périodiquement remplie par le haut. Les scientifiques appellent ce phénomène "la descente induite par le pompage".

"Nous savions que la descente induite par le pompage pourrait être quelque chose qui pourrait se produire en théorie", a déclaré Jasechko. "Mais montrer que quelque chose pourrait théoriquement se produire ou montrer que quelque chose peut réellement se produire, avec des données du monde réel, sont deux choses très différentes."

Des études antérieures ont découvert des descentes d'eau induites par le pompage à l'échelle locale ; par exemple, en Indonésie et dans la vallée centrale de Californie. Cependant, c'est la première à révéler le phénomène à grande échelle. Et les implications ne sont pas simplement académiques.

Les eaux souterraines transportent des composés dissous, appelés solutés. Certains d'entre eux sont nocifs, comme les nitrates provenant du ruissellement agricole. Ces contaminants de surface sont filtrés et décomposés au fil des ans au fur et à mesure que l'eau s'infiltre dans la terre. En conséquence, des puits plus profonds puisent des eaux souterraines plus anciennes avec des concentrations plus faibles de ces contaminants. En tirant plus rapidement les eaux souterraines jeunes plus profondément, nous déplaçons potentiellement ces polluants de surface vers les profondeurs exploitées par les municipalités et les communautés rurales, notent les auteurs.

"Le mouvement de l'eau jeune vers les aquifères profonds peut avoir un impact sur la qualité des eaux souterraines", a déclaré le co-auteur Villafañe-Pagán. "Il est essentiel de continuer à étudier les aquifères souterrains et les effets humains sur les ressources en eau."

Des recherches menées en Asie du Sud-Est suggèrent que même des solutés bénins peuvent présenter un danger pour la santé. Ils peuvent déclencher des réactions chimiques, mobilisant des contaminants qui seraient autrement enfermés dans des composés qui ne se dissolvent pas dans l'eau. Par exemple, dans de bonnes conditions, le carbone organique dissous peut amener les minéraux contenant de l'arsenic à libérer leur arsenic dans les eaux souterraines, augmentant potentiellement les concentrations de cette toxine dans l'eau puisée dans les puits voisins.

Malheureusement, les ressources en eaux souterraines sont également menacées par le bas. Dans de nombreux endroits où le pompage est intense, la salinité en profondeur est un problème croissant, tout comme la propagation vers le bas des polluants de surface. En 2018, Jasechko et ses collègues ont publié une étude dans Environmental Research Letters détaillant comment le pompage faisait chuter les niveaux des eaux souterraines à des profondeurs où ils commencent à devenir salés. "La fenêtre de bonnes eaux souterraines peut diminuer à la fois d'en haut et potentiellement d'en bas", a-t-il déclaré.

Les auteurs pensent que leurs résultats reflètent également les tendances dans d'autres régions. "Notre analyse de dizaines de systèmes aquifères à travers les États-Unis capture un large éventail de variabilité des conditions naturelles et des activités humaines", a déclaré Jasechko. Pourtant, il a l'intention d'étendre certaines de ces recherches à l'échelle mondiale. Il prévoit d'examiner les profils de tritium dans d'autres grands systèmes aquifères du monde, en particulier ceux où les taux de prélèvement d'eau souterraine sont élevés. + Explorer plus loin

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