La puissance de l'analyse pour mieux comprendre le fonctionnement des aquifères côtiers

30.08.2017
Avec le projet COQUEIRAL, le BRGM, associé à des équipes françaises et brésiliennes, a développé une approche multitraceurs géochimiques et isotopiques pour mieux comprendre le fonctionnement des aquifères. Avec un cas concret : la zone côtière du Nordeste au Brésil.

L’étude de l’impact du changement global est une clé pour comprendre et mieux anticiper les évolutions environnementales spécifiques aux eaux souterraines des zones côtières. Précisément, il s’agit d’appréhender les mécanismes de dégradation de ces ressources en eaux, aussi bien en termes de qualité que de quantité, à travers le filtre sociétal et structurel. Une approche pluridisciplinaire est nécessaire, regroupant sciences dures (géologie, hydro et géochimie, modélisation) et sciences humaines et sociales (sociologie, anthropologie).

C’est à cette aventure que le BRGM a participé, à travers la coordination du projet COQUEIRAL (9 partenaires) mené à Recife, dans le Nordeste au Brésil, avec le financement de l’ANR. Il y a apporté son expertise analytique et d’interprétation avec une véritable innovation quant à la stratégie de combinaison des outils géochimiques et des traceurs isotopiques utilisés pour mieux comprendre le fonctionnement de ces aquifères soumis à une intense anthropisation.

Modèle conceptuel des aquifères de la région métropolitaine de Recife montrant les sources et les processus de salinisation. © Cary et al., 2015

Recife, un système aquifère à revisiter entièrement !

À Recife, l’approvisionnement par le réseau public repose sur les eaux de barrages, un réseau ancien avec des fuites aggravées par les sécheresses répétées qui conduisent au rationnement. Les stratégies alternatives d'approvisionnement sont nombreuses, dont les eaux souterraines. Mais le niveau piézométrique de l’aquifère principal a baissé jusqu’à 70 mètres en 20 ans, et les eaux extraites sont localement très salées. Bref, le fonctionnement du système aquifère est à revisiter entièrement ! C’est tout le travail opéré avec le projet COQUEIRAL.

Solution alternative d'approvisionnement en eau

Solution alternative d'approvisionnement en eau pour pallier au rationnement et à la défaillance du réseau. © TADEU GIGLIO

Une approche multitraceurs combinant chimie et isotopie

Les aquifères côtiers sont soumis à une pression anthropique intense, avec une sollicitation forte mais aussi de multiples sources de contaminations. Il est donc nécessaire de disposer du panel d’outils pour discriminer ces sources et les processus géochimiques induits au sein des aquifères.

Les chercheurs ont pour cela développé une approche multi-traceurs, combinant chimie et isotopie, se basant sur les propriétés intrinsèques de discrimination de chaque traceur ou bien sur leur complémentarité. Cette combinaison d’outils isotopiques mis en oeuvre pour la plupart dans les laboratoires du BRGM, et appliquée pour la première fois au Brésil, a permis d’obtenir des résultats originaux. D’un point de vue hydrogéologique, on connaît mieux le fonctionnement des aquifères de Recife.

Conditionnement des échantillons d'eau sur site

Conditionnement des échantillons d'eau sur site. © GUILLAUME BERTRAND

Les datations au carbone 14, les isotopes stables de l’eau et les gaz nobles ont révélé des temps de résidence de plus de 10 000 ans avec une recharge sous un climat plus froid que l’actuel. Les teneurs en gaz CFC-SF6 ont quant à elles montré des infiltrations d’eau récente au sein des aquifères profonds depuis les aquifères de surface, notamment à la faveur des pompages intenses et de la multitude de forages traversant la couche argileuse entre les deux principaux niveaux aquifères.

La salinisation de l’eau est en grande partie héritée de la transgression marine du pléistocène, et l’intrusion marine actuelle liée à la surexploitation de l’aquifère est très limitée et cantonnée aux zones densément peuplées en bordure de l’océan (au travers des isotopes du bore et du strontium). De plus, les isotopes du bore ont permis de tracer une intrusion d’eau salée depuis la rivière vers l’aquifère profond. Ces mêmes isotopes du bore couplés aux isotopes du soufre et de l’oxygène des sulfates ont permis de montrer la contamination par les eaux usées s’infiltrant directement dans les aquifères de surface. En effet, les signatures isotopiques en bore des eaux usées sont typiques de celles des agents blanchissants utilisés dans les détergents.

Plus largement, cette approche de « boîte à outils » combinant plusieurs traceurs chimiques et isotopiques, est de plus en plus indispensable pour mieux comprendre et gérer les ressources en eau en zone côtière soumises à une pression anthropique croissante.