Pollution des eaux souterraines - Groundwater pollution

Exemple de pollution des eaux souterraines à Lusaka , en Zambie, où les latrines à fosse en arrière-plan polluent le puits peu profond au premier plan avec des agents pathogènes et des nitrates.

La pollution des eaux souterraines (également appelée contamination des eaux souterraines ) se produit lorsque des polluants sont rejetés dans le sol et pénètrent dans les eaux souterraines . Ce type de pollution de l' eau peut également se produire naturellement en raison de la présence d'un constituant mineur et indésirable, d'un contaminant ou d'une impureté dans les eaux souterraines, auquel cas il est plus probable qu'on parle de contamination plutôt que de pollution . La pollution peut provenir des systèmes d' assainissement sur site , des décharges , des effluents des usines de traitement des eaux usées , des fuites d'égouts, des stations - service ou d'une application excessive d' engrais dans l' agriculture . La pollution (ou contamination) peut également provenir de contaminants d'origine naturelle, tels que l' arsenic ou le fluorure . L'utilisation d'eaux souterraines polluées entraîne des risques pour la santé publique par empoisonnement ou propagation de maladies ( maladies d'origine hydrique ).

Le polluant crée souvent un panache de contaminants dans un aquifère . Le mouvement de l'eau et la dispersion au sein de l'aquifère répandent le polluant sur une zone plus large. Sa limite avancée, souvent appelée bord de panache, peut croiser des puits d'eau souterraine et des eaux de surface, telles que des suintements et des sources, rendant l'approvisionnement en eau dangereux pour les humains et la faune. Le mouvement du panache, appelé front de panache, peut être analysé à l'aide d'un modèle de transport hydrologique ou d'un modèle d'eau souterraine . L'analyse de la pollution des eaux souterraines peut se concentrer sur les caractéristiques du sol et la géologie du site , l' hydrogéologie , l' hydrologie et la nature des contaminants. Différents mécanismes ont une influence sur le transport des polluants, par exemple la diffusion , l' adsorption , les précipitations , la décroissance , dans les eaux souterraines.

L'interaction de la contamination des eaux souterraines avec les eaux de surface est analysée à l'aide de modèles de transport hydrologiques. Les interactions entre les eaux souterraines et les eaux de surface sont complexes. Par exemple, de nombreuses rivières et lacs sont alimentés par les eaux souterraines. Cela signifie que les dommages aux aquifères souterrains, par exemple par fracturation hydraulique ou par captage excessif, pourraient donc affecter les rivières et les lacs qui en dépendent. L'intrusion d'eau salée dans les aquifères côtiers est un exemple de telles interactions. Les méthodes de prévention comprennent : l'application du principe de précaution , la surveillance de la qualité des eaux souterraines, le zonage des terres pour la protection des eaux souterraines, la localisation correcte des systèmes d'assainissement sur site et l'application de la législation. Lorsqu'une pollution s'est produite, les approches de gestion incluent le traitement de l'eau au point d'utilisation , l'assainissement des eaux souterraines ou, en dernier recours, l'abandon.

Types de polluants

Les contaminants trouvés dans les eaux souterraines couvrent un large éventail de paramètres physiques, chimiques inorganiques, chimiques organiques, bactériologiques et radioactifs. Principalement, bon nombre des mêmes polluants qui jouent un rôle dans la pollution des eaux de surface peuvent également être trouvés dans les eaux souterraines polluées, bien que leur importance respective puisse différer.

Arsenic et fluorure

L'arsenic et le fluorure ont été reconnus par l' Organisation mondiale de la santé (OMS) comme les contaminants inorganiques les plus graves dans l'eau de boisson à l'échelle mondiale.

L'arsenic inorganique est le type d'arsenic le plus courant dans le sol et l'eau. L' arsenic métalloïde peut se trouver naturellement dans les eaux souterraines, comme on le voit le plus souvent en Asie, notamment en Chine , en Inde et au Bangladesh . Dans la plaine du Gange au nord de l'Inde et au Bangladesh, une grave contamination des eaux souterraines par l'arsenic naturel affecte 25 % des puits d'eau dans le moins profond de deux aquifères régionaux . Les eaux souterraines de ces zones sont également contaminées par l'utilisation de pesticides à base d'arsenic .

L'arsenic dans les eaux souterraines peut également être présent là où il y a des opérations minières ou des décharges de déchets miniers qui lixivieront l'arsenic.

Le fluorure naturel dans les eaux souterraines est de plus en plus préoccupant à mesure que des eaux souterraines plus profondes sont utilisées, "avec plus de 200 millions de personnes à risque de boire de l'eau avec des concentrations élevées". Le fluorure peut être particulièrement libéré des roches volcaniques acides et des cendres volcaniques dispersées lorsque la dureté de l' eau est faible. Les niveaux élevés de fluorure dans les eaux souterraines sont un problème sérieux dans la pampa argentine , au Chili , au Mexique , en Inde , au Pakistan , dans le rift est - africain et dans certaines îles volcaniques ( Ténérife )

Dans les régions qui présentent naturellement des niveaux élevés de fluorure dans les eaux souterraines utilisées pour l'eau potable, la fluorose dentaire et squelettique peut être répandue et grave.

Pathogènes

Les maladies d'origine hydrique peuvent se propager via un puits d'eau souterraine contaminé par des agents pathogènes fécaux provenant des latrines à fosse

L'absence de mesures d'assainissement appropriées, ainsi que des puits mal placés , peuvent conduire à une eau potable contaminée par des agents pathogènes transportés dans les selles et l' urine . Ces maladies transmises par voie fécale-orale comprennent la typhoïde , le choléra et la diarrhée . Des quatre types d' agents pathogènes présents dans les matières fécales ( bactéries , virus , protozoaires et helminthes ou œufs d'helminthes), les trois premiers peuvent être couramment trouvés dans les eaux souterraines polluées, tandis que les œufs d'helminthes relativement gros sont généralement filtrés par la matrice du sol.

Les aquifères profonds et captifs sont généralement considérés comme la source d'eau potable la plus sûre en ce qui concerne les agents pathogènes. Les agents pathogènes des eaux usées traitées ou non peuvent contaminer certains aquifères, notamment peu profonds.

Nitrate

Le nitrate est le contaminant chimique le plus courant dans les eaux souterraines et les aquifères du monde. Dans certains pays à faible revenu, les niveaux de nitrates dans les eaux souterraines sont extrêmement élevés, causant d'importants problèmes de santé. Il est également stable (il ne se dégrade pas) dans des conditions de forte teneur en oxygène.

Des niveaux de nitrates supérieurs à 10 mg/L (10 ppm) dans les eaux souterraines peuvent provoquer le « syndrome du bébé bleu » ( méthémoglobinémie acquise ). Les normes de qualité de l'eau potable dans l'Union européenne stipulent moins de 50 mg/L de nitrate dans l'eau potable .

Cependant, les liens entre les nitrates dans l'eau potable et le syndrome du bébé bleu ont été contestés dans d'autres études. Les épidémies de syndrome pourraient être dues à d'autres facteurs que les concentrations élevées de nitrate dans l'eau potable.

Des niveaux élevés de nitrate dans les eaux souterraines peuvent être causés par l'assainissement sur place, l'élimination des boues d'épuration et les activités agricoles. Il peut donc avoir une origine urbaine ou agricole.

Composés organiques

Les composés organiques volatils (COV) sont un contaminant dangereux des eaux souterraines. Ils sont généralement introduits dans l'environnement par des pratiques industrielles négligentes. Bon nombre de ces composés n'étaient pas connus pour être nocifs jusqu'à la fin des années 1960 et il a fallu un certain temps avant que des analyses régulières des eaux souterraines n'identifient ces substances dans les sources d'eau potable.

Les principaux polluants COV présents dans les eaux souterraines comprennent les hydrocarbures aromatiques tels que les composés BTEX ( benzène , toluène , éthylbenzène et xylènes ) et les solvants chlorés dont le tétrachloroéthylène (PCE) , le trichloroéthylène (TCE) et le chlorure de vinyle (VC) . Les BTEX sont des composants importants de l' essence . Le PCE et le TCE sont des solvants industriels historiquement utilisés dans les procédés de nettoyage à sec et comme dégraissant des métaux, respectivement.

Les autres polluants organiques présents dans les eaux souterraines et dérivés des opérations industrielles sont les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) . En raison de son poids moléculaire, le naphtalène est le HAP le plus soluble et le plus mobile trouvé dans les eaux souterraines, tandis que le benzo(a)pyrène est le plus toxique. Les HAP sont généralement produits en tant que sous-produits de la combustion incomplète de la matière organique.

Des polluants organiques peuvent également être trouvés dans les eaux souterraines sous forme d' insecticides et d' herbicides . Comme de nombreux autres composés organiques synthétiques, la plupart des pesticides ont des structures moléculaires très complexes. Cette complexité détermine la solubilité dans l'eau, la capacité d'adsorption et la mobilité des pesticides dans le système d'eau souterraine. Ainsi, certains types de pesticides sont plus mobiles que d'autres et peuvent donc atteindre plus facilement une source d'eau potable.

Métaux

Plusieurs métaux traces sont présents naturellement dans certaines formations rocheuses et peuvent pénétrer dans l'environnement à la suite de processus naturels tels que l'altération. Cependant, les activités industrielles telles que l' exploitation minière , la métallurgie , l' élimination des déchets solides , les travaux de peinture et d'émaillage, etc. peuvent conduire à des concentrations élevées de métaux toxiques, notamment le plomb , le cadmium et le chrome . Ces contaminants ont le potentiel de se retrouver dans les eaux souterraines.

La migration des métaux (et des métalloïdes) dans les eaux souterraines sera affectée par plusieurs facteurs, en particulier par des réactions chimiques qui déterminent la répartition des contaminants entre différentes phases et espèces. Ainsi, la mobilité des métaux dépend principalement du pH et de l' état redox des eaux souterraines.

Médicaments

Des traces de produits pharmaceutiques provenant des eaux usées traitées s'infiltrant dans l'aquifère font partie des contaminants émergents des eaux souterraines à l'étude aux États-Unis. Les produits pharmaceutiques populaires tels que les antibiotiques, les anti-inflammatoires, les antidépresseurs, les décongestionnants, les tranquillisants, etc. se trouvent normalement dans les eaux usées traitées. Ces eaux usées sont rejetées de l'installation de traitement et se retrouvent souvent dans l'aquifère ou la source d'eau de surface utilisée pour l'eau potable.

Les quantités infimes de produits pharmaceutiques dans les eaux souterraines et les eaux de surface sont bien inférieures à ce qui est considéré comme dangereux ou préoccupant dans la plupart des régions, mais cela pourrait devenir un problème croissant à mesure que la population augmente et que davantage d'eaux usées récupérées sont utilisées pour l'approvisionnement en eau municipale.

Autres

Les autres polluants organiques comprennent une gamme d' organohalogénures et d'autres composés chimiques, les hydrocarbures pétroliers , divers composés chimiques présents dans les produits d' hygiène personnelle et les produits cosmétiques , la pollution médicamenteuse impliquant des médicaments pharmaceutiques et leurs métabolites. Les polluants inorganiques peuvent inclure d'autres nutriments tels que l' ammoniac et le phosphate , et des radionucléides tels que l' uranium (U) ou le radon (Rn) naturellement présents dans certaines formations géologiques. L'intrusion d'eau salée est également un exemple de contamination naturelle, mais elle est très souvent intensifiée par les activités humaines.

La pollution des eaux souterraines est un problème mondial. Une étude de la qualité des eaux souterraines des principaux aquifères des États-Unis menée entre 1991 et 2004, a montré que 23 % des puits domestiques contenaient des contaminants à des niveaux supérieurs aux repères pour la santé humaine. Une autre étude a suggéré que les principaux problèmes de pollution des eaux souterraines en Afrique, par ordre d'importance, sont : (1) la pollution par les nitrates, (2) les agents pathogènes, (3) la pollution organique, (4) la salinisation et (5) le drainage minier acide.

Causes

Les causes de la pollution des eaux souterraines comprennent (plus de détails ci-dessous) :

  • Naturel (géogénique)
  • Systèmes d'assainissement sur place
  • Eaux usées et boues d'épuration
  • Engrais et pesticides
  • Fuites commerciales et industrielles
  • Fracturation hydraulique
  • Lixiviat d'enfouissement
  • Autre

Naturel (géogénique)

Le terme « géogénique » fait référence à un phénomène naturel résultant de processus géologiques.

La pollution naturelle par l'arsenic se produit parce que les sédiments aquifères contiennent de la matière organique qui génère des conditions anaérobies dans l'aquifère. Ces conditions entraînent la dissolution microbienne des oxydes de fer dans les sédiments et, par conséquent, la libération de l' arsenic , normalement fortement lié aux oxydes de fer, dans l'eau. En conséquence, est souvent l' eau souterraine riche en arsenic riche en fer, bien que les processus secondaires masquent souvent l'association d'arsenic dissous et le fer dissous .. L' arsenic se trouve dans les eaux souterraines le plus souvent que l'espèce réduite arsénite et les espèces oxydées arséniate, la toxicité aiguë de l'arsénite étant un peu plus élevé que celui de l'arséniate. Les enquêtes de l'OMS ont indiqué que 20 % des 25 000 forages testés au Bangladesh présentaient des concentrations d'arsenic supérieures à 50 μg/l.

La présence de fluorure est étroitement liée à l'abondance et à la solubilité des minéraux contenant du fluorure tels que la fluorine (CaF2) . Des concentrations considérablement élevées de fluorure dans les eaux souterraines sont généralement causées par un manque de calcium dans l'aquifère. Des problèmes de santé associés à la fluorose dentaire peuvent survenir lorsque les concentrations de fluorure dans les eaux souterraines dépassent 1,5 mg/l, qui est la valeur guide de l'OMS depuis 1984.

L' Institut fédéral suisse des sciences et technologies aquatiques (EAWAG) a récemment développé la plate-forme interactive d'évaluation des eaux souterraines (GAP), où le risque géogénique de contamination dans une zone donnée peut être estimé à l'aide de données géologiques, topographiques et autres données environnementales sans avoir à tester des échantillons. de chaque ressource en eau souterraine. Cet outil permet également à l'utilisateur de réaliser une cartographie des risques probabilistes à la fois pour l'arsenic et le fluorure.

Des concentrations élevées de paramètres tels que la salinité, le fer, le manganèse, l'uranium, le radon et le chrome, dans les eaux souterraines, peuvent également être d'origine géogénique. Ces contaminants peuvent être importants localement mais ils ne sont pas aussi répandus que l'arsenic et le fluorure.

Systèmes d'assainissement sur place

Un complexe d'habitation traditionnel près de Herat, en Afghanistan, où un puits d'approvisionnement en eau peu profond (au premier plan) se trouve à proximité immédiate des latrines à fosse (derrière la serre blanche), ce qui entraîne une contamination des eaux souterraines.

La pollution des eaux souterraines par des agents pathogènes et des nitrates peut également provenir des liquides s'infiltrant dans le sol à partir des systèmes d' assainissement sur site tels que les latrines à fosse et les fosses septiques , en fonction de la densité de population et des conditions hydrogéologiques.

Les facteurs contrôlant le devenir et le transport des agents pathogènes sont assez complexes et l'interaction entre eux n'est pas bien comprise. Si les conditions hydrogéologiques locales (qui peuvent varier dans un espace de quelques kilomètres carrés) sont ignorées, de simples infrastructures d' assainissement sur site telles que les latrines à fosse peuvent entraîner des risques importants pour la santé publique via les eaux souterraines contaminées.

Les liquides s'échappent de la fosse et traversent la zone de sol non saturé (qui n'est pas complètement remplie d'eau). Par la suite, ces liquides de la fosse pénètrent dans les eaux souterraines où ils peuvent entraîner une pollution des eaux souterraines. C'est un problème si un puits d'eau à proximité est utilisé pour fournir de l'eau souterraine à des fins d' eau potable . Au cours du passage dans le sol, les agents pathogènes peuvent mourir ou être adsorbés de manière importante, principalement en fonction du temps de trajet entre la fosse et le puits. La plupart des agents pathogènes, mais pas tous, meurent dans les 50 jours suivant leur traversée du sous-sol.

Le degré d'élimination des agents pathogènes varie fortement selon le type de sol, le type d'aquifère, la distance et d'autres facteurs environnementaux. Par exemple, la zone non saturée devient « lavée » pendant de longues périodes de fortes pluies, fournissant une voie hydraulique pour le passage rapide des agents pathogènes. Il est difficile d'estimer la distance de sécurité entre une latrine à fosse ou une fosse septique et une source d'eau. Dans tous les cas, ces recommandations concernant la distance de sécurité sont pour la plupart ignorées par ceux qui construisent des latrines à fosse. De plus, les parcelles familiales sont de taille limitée et, par conséquent, les latrines à fosse sont souvent construites beaucoup plus près des puits d'eau souterraine que ce qui peut être considéré comme sûr. Il en résulte une pollution des eaux souterraines et des membres du ménage qui tombent malades lorsqu'ils utilisent ces eaux souterraines comme source d'eau potable.

Eaux usées et boues d'épuration

La pollution des eaux souterraines peut être causée par des rejets de déchets non traités entraînant des maladies telles que des lésions cutanées, des diarrhées sanglantes et des dermatites. C'est plus fréquent dans les endroits où l'infrastructure de traitement des eaux usées est limitée, ou là où il y a des défaillances systématiques du système d'évacuation des eaux usées sur place. En plus des agents pathogènes et des nutriments, les eaux usées non traitées peuvent également contenir une charge importante de métaux lourds qui peuvent s'infiltrer dans le système d'eau souterraine.

Les effluents traités des stations d'épuration peuvent également atteindre l'aquifère s'ils sont infiltrés ou rejetés dans des plans d'eau de surface locaux. Par conséquent, les substances qui ne sont pas éliminées dans les stations d'épuration conventionnelles peuvent également atteindre les eaux souterraines. Par exemple, les concentrations détectées de résidus pharmaceutiques dans les eaux souterraines étaient de l'ordre de 50 mg/L à plusieurs endroits en Allemagne. En effet, dans les stations d'épuration conventionnelles, les micropolluants tels que les hormones , les résidus pharmaceutiques et autres micropolluants contenus dans l' urine et les matières fécales ne sont que partiellement éliminés et le reste est rejeté dans les eaux de surface, d'où il peut également atteindre les eaux souterraines.

La pollution des eaux souterraines peut également provenir de fuites d'égouts, ce qui a été observé par exemple en Allemagne. Cela peut également conduire à une contamination croisée potentielle des approvisionnements en eau de boisson.

L'épandage d'eaux usées ou de boues d'épuration en agriculture peut également être inclus comme source de contamination fécale des eaux souterraines.

Engrais et pesticides

Les nitrates peuvent également pénétrer dans les eaux souterraines via l'utilisation excessive d'engrais, y compris l' épandage de fumier . En effet, seule une fraction des engrais à base d'azote est convertie en produits et autres matières végétales. Le reste s'accumule dans le sol ou se perd par ruissellement. Des taux d'application élevés d'engrais azotés combinés à la haute solubilité dans l'eau du nitrate entraînent une augmentation du ruissellement dans les eaux de surface ainsi que le lessivage dans les eaux souterraines, provoquant ainsi une pollution des eaux souterraines. L'utilisation excessive d'engrais azotés (qu'ils soient synthétiques ou naturels) est particulièrement dommageable, car une grande partie de l'azote non absorbé par les plantes se transforme en nitrate facilement lessivable.

De mauvaises pratiques de gestion de l'épandage de fumier peuvent introduire à la fois des agents pathogènes et des éléments nutritifs (nitrates) dans le système d'eau souterraine.

Les éléments nutritifs, en particulier les nitrates, contenus dans les engrais peuvent causer des problèmes aux habitats naturels et à la santé humaine s'ils sont lessivés du sol dans les cours d'eau ou lessivés à travers le sol dans les eaux souterraines. L'utilisation massive d'engrais azotés dans les systèmes de culture est le plus grand contributeur à l'azote anthropique dans les eaux souterraines dans le monde.

Les parcs d'engraissement/enclos pour animaux peuvent également entraîner un lessivage potentiel d'azote et de métaux dans les eaux souterraines. Une application excessive de fumier animal peut également entraîner une pollution des eaux souterraines par des résidus pharmaceutiques dérivés de médicaments vétérinaires.

L' Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) et la Commission européenne traitent sérieusement le problème des nitrates lié au développement agricole, en tant que problème majeur d'approvisionnement en eau qui nécessite une gestion et une gouvernance appropriées.

Le ruissellement de pesticides peut s'infiltrer dans les eaux souterraines et causer des problèmes de santé humaine à partir de puits d'eau contaminés. Les concentrations de pesticides trouvées dans les eaux souterraines sont généralement faibles, et souvent les limites réglementaires fondées sur la santé humaine dépassées sont également très faibles. L'insecticide organophosphoré monocrotophos (MCP) semble être l'un des rares pesticides dangereux, persistants, solubles et mobiles (il ne se lie pas aux minéraux des sols) capables d'atteindre une source d'eau potable. En général, plus de composés pesticides sont détectés à mesure que les programmes de surveillance de la qualité des eaux souterraines sont devenus plus étendus; cependant, beaucoup moins de suivi a été effectué dans les pays en développement en raison des coûts d'analyse élevés.

Fuites commerciales et industrielles

Une grande variété de polluants inorganiques et organiques a été trouvée dans les aquifères sous-jacents aux activités commerciales et industrielles.

Les installations d'extraction de minerai et de traitement des métaux sont les principales responsables de la présence de métaux dans les eaux souterraines d'origine anthropique, dont l'arsenic. Le faible pH associé au drainage minier acide (DMA) contribue à la solubilité des métaux toxiques potentiels qui peuvent éventuellement pénétrer dans le système d'eau souterraine.

Les déversements de pétrole associés aux pipelines et aux réservoirs souterrains peuvent libérer du benzène et d'autres hydrocarbures pétroliers solubles qui s'infiltrent rapidement dans l'aquifère.

La pollution des eaux souterraines par les fuites d'essence des réservoirs de stockage souterrains de pétrole (UST) des stations-service suscite une inquiétude croissante . Les composés BTEX sont les additifs les plus courants de l'essence. Les composés BTEX, dont le benzène, ont des densités inférieures à celles de l'eau (1 g/ml). Semblable aux déversements de pétrole en mer, la phase non miscible, appelée liquide léger en phase non aqueuse (LNAPL) , « flottera » sur la nappe phréatique de l'aquifère.

Les solvants chlorés sont utilisés dans presque toutes les pratiques industrielles où des dégraissants sont nécessaires. Le PCE est un solvant très utilisé dans l'industrie du nettoyage à sec en raison de son efficacité de nettoyage et de son coût relativement faible. Il a également été utilisé pour des opérations de dégraissage des métaux. Parce qu'il est très volatil, on le trouve plus fréquemment dans les eaux souterraines que dans les eaux de surface. Le TCE a toujours été utilisé pour nettoyer les métaux. L'installation militaire Anniston Army Dept (ANAD) aux États-Unis a été placée sur la liste des priorités nationales (NPL) du Superfund de l'EPA en raison de la contamination des eaux souterraines par jusqu'à 27 millions de livres de TCE. Le PCE et le TCE peuvent tous deux se dégrader en chlorure de vinyle (VC), l'hydrocarbure chloré le plus toxique.

De nombreux types de solvants peuvent également avoir été éliminés illégalement, fuyant au fil du temps dans le système d'eau souterraine.

Les solvants chlorés tels que le PCE et le TCE ont des densités supérieures à celles de l'eau et la phase non miscible est appelée Dense Non-Aqueous Phase Liquids (DNAPL) . Une fois qu'ils atteindront l'aquifère, ils « couleront » et finiront par s'accumuler au sommet des couches à faible perméabilité. Historiquement, les installations de traitement du bois ont également libéré des insecticides tels que le pentachlorophénol (PCP) et la créosote dans l'environnement, affectant les ressources en eaux souterraines. Le PCP est un pesticide obsolète hautement soluble et toxique récemment inscrit dans la Convention de Stockholm sur les polluants organiques persistants . Les HAP et autres semi-COV sont les contaminants courants associés à la créosote.

Bien que non miscibles, les LNAPL et les DNAPL ont toujours le potentiel de se dissoudre lentement dans la phase aqueuse (miscible) pour créer un panache et ainsi devenir une source de contamination à long terme. Les DNAPL (solvants chlorés, HAP lourds, créosote, BPC ) ont tendance à être difficiles à gérer car ils peuvent résider très profondément dans le système d'eau souterraine.

Fracturation hydraulique

La croissance récente des puits de fracturation hydraulique (« Fracking ») aux États-Unis a suscité des inquiétudes quant aux risques potentiels de contamination des ressources en eaux souterraines. L'EPA, ainsi que de nombreux autres chercheurs, a été chargé d'étudier la relation entre la fracturation hydraulique et les ressources en eau potable. S'il est possible d'effectuer une fracturation hydraulique sans impact significatif sur les ressources en eaux souterraines si des contrôles stricts et des mesures de gestion de la qualité sont en place, il existe un certain nombre de cas où une pollution des eaux souterraines due à une mauvaise manipulation ou à des défaillances techniques a été observée.

Bien que l'EPA n'ait pas trouvé de preuves significatives d'un impact généralisé et systématique sur l'eau potable par la fracturation hydraulique , cela peut être dû à l'insuffisance des données systématiques pré- et post- fracturation hydraulique sur la qualité de l'eau potable, et la présence d'autres agents de contamination qui exclure le lien entre l' extraction de pétrole de réservoirs étanches et de gaz de schiste et son impact.

Malgré le manque de preuves étendues et profondes de l'EPA, d'autres chercheurs ont fait des observations significatives de la contamination croissante des eaux souterraines à proximité des principaux sites de forage de pétrole/gaz de schiste situés à Marcellus ( Colombie-Britannique , Canada ). À moins d'un kilomètre de ces sites particuliers, un sous-ensemble d'eau potable peu profonde présentait systématiquement des concentrations de méthane , d' éthane et de propane plus élevées que la normale. Une évaluation de la concentration plus élevée d' hélium et d'autres gaz rares ainsi que l'augmentation des niveaux d'hydrocarbures appuient la distinction entre le gaz fugitif de fracturation hydraulique et la teneur naturelle en hydrocarbures "de fond" . Cette contamination est supposée être le résultat de tubages de puits de gaz qui fuient, qui font défaut ou qui sont mal installés.

En outre, il est théorisé que la contamination pourrait également résulter de la migration capillaire d'eau hypersaline résiduelle profonde et de fluide de fracturation hydraulique, s'écoulant lentement à travers les failles et les fractures jusqu'à entrer finalement en contact avec les ressources en eaux souterraines ; Cependant, de nombreux chercheurs soutiennent que la perméabilité des roches recouvrant les formations de schiste est trop faible pour permettre que cela se produise suffisamment. Pour prouver finalement cette théorie, il faudrait qu'il y ait des traces de trihalométhanes toxiques (THM) car ils sont souvent associés à la présence d'une contamination par des gaz parasites et coexistent généralement avec des concentrations élevées d'halogènes dans les eaux hypersalées. En outre, les eaux très salées sont une caractéristique naturelle courante dans les systèmes d'eaux souterraines profondes.

Alors que les conclusions concernant la pollution des eaux souterraines résultant de l'écoulement du fluide de fracturation hydraulique sont limitées à la fois dans l'espace et dans le temps, les chercheurs ont émis l'hypothèse que le potentiel de contamination systématique par les gaz parasites dépend principalement de l'intégrité de la structure du puits de pétrole/gaz de schiste, ainsi que de sa relative l'emplacement géologique aux systèmes de fractures locaux qui pourraient potentiellement fournir des voies d'écoulement pour la migration fugitive de gaz.

Bien que répandue, la contamination systématique par fracturation hydraulique a été fortement contestée, une source majeure de contamination qui a le plus de consensus parmi les chercheurs comme étant la plus problématique est le déversement accidentel spécifique au site de fluide de fracturation hydraulique et d' eau produite . Jusqu'à présent, une grande majorité des événements de contamination des eaux souterraines sont dérivés de routes anthropiques au niveau de la surface plutôt que de l'écoulement souterrain des formations de schiste sous-jacentes . Bien que les dommages puissent être évidents et que beaucoup plus d'efforts soient déployés pour empêcher ces accidents de se produire si fréquemment, le manque de données sur les déversements de pétrole par fracturation continue de laisser les chercheurs dans l'ignorance. Dans bon nombre de ces événements, les données acquises à partir de la fuite ou du déversement sont souvent très vagues et conduiraient donc les chercheurs à des conclusions manquantes.

Des chercheurs de l' Institut fédéral des géosciences et des ressources naturelles (BGR) ont mené une étude modèle pour une formation profonde de gaz de schiste dans le bassin nord-allemand. Ils ont conclu qu'il est peu probable que la remontée des fluides de fracturation à travers le sous-sol géologique vers la surface ait un impact sur les eaux souterraines peu profondes.

Lixiviat d'enfouissement

Le lixiviat des décharges contrôlées peut entraîner une pollution des eaux souterraines. Les produits chimiques peuvent atteindre les eaux souterraines par les précipitations et le ruissellement. Les nouvelles décharges doivent être recouvertes d'argile ou d'un autre matériau synthétique, ainsi que de lixiviat pour protéger les eaux souterraines environnantes. Cependant, les décharges plus anciennes n'ont pas ces mesures et sont souvent proches des eaux de surface et dans des sols perméables. Les décharges fermées peuvent toujours constituer une menace pour les eaux souterraines si elles ne sont pas recouvertes d'un matériau imperméable avant la fermeture pour empêcher les fuites de contaminants.

Love Canal était l'un des exemples les plus connus de pollution des eaux souterraines. En 1978, les habitants du quartier de Love Canal dans le nord de l'État de New York ont remarqué des taux élevés de cancer et un nombre alarmant de malformations congénitales . Cela a finalement été attribué aux solvants organiques et aux dioxines d'une décharge industrielle sur laquelle le quartier avait été construit et autour, qui s'étaient ensuite infiltrés dans l'approvisionnement en eau et s'étaient évaporés dans les sous-sols pour contaminer davantage l'air. Huit cents familles ont été remboursées de leur logement et ont déménagé, après de longues batailles juridiques et une couverture médiatique.

Pompage excessif

Les données satellitaires dans le delta du Mékong au Vietnam ont prouvé que le pompage excessif des eaux souterraines entraîne un affaissement des terres ainsi que la libération consécutive d'arsenic et éventuellement d'autres métaux lourds. L'arsenic se trouve dans les strates argileuses en raison de leur rapport surface/volume élevé par rapport aux particules de la taille du sable. La plupart des eaux souterraines pompées traversent des sables et des graviers à faible concentration en arsenic. Cependant, lors du pompage excessif, un gradient vertical élevé tire l'eau des argiles moins perméables, favorisant ainsi la libération d'arsenic dans l'eau.

Autre

La pollution des eaux souterraines peut être causée par des déversements de produits chimiques provenant des activités commerciales ou industrielles, déversements de produits chimiques qui se produisent pendant le transport (par exemple le déversement de diesel combustibles), déversement illégal de déchets , l' infiltration du milieu urbain ruissellement ou minières opérations, les sels de voirie , des produits chimiques de dégivrage en provenance des aéroports et même contaminants atmosphériques puisque les eaux souterraines font partie du cycle hydrologique .

L'utilisation d'herbicides peut contribuer à la contamination des eaux souterraines par l'infiltration d'arsenic. Les herbicides contribuent à la désorption de l'arsenic par la mobilisation et le transport du contaminant. Les herbicides chlorés ont un impact plus faible sur la désorption de l'arsenic que les herbicides de type phosphate. Cela peut aider à prévenir la contamination par l'arsenic en choisissant des herbicides adaptés aux différentes concentrations d'arsenic présentes dans certains sols.

L'enfouissement des cadavres et leur dégradation ultérieure peuvent également présenter un risque de pollution des eaux souterraines.

Mécanismes

Le passage de l'eau à travers le sous-sol peut constituer une barrière naturelle fiable à la contamination, mais il ne fonctionne que dans des conditions favorables.

La stratigraphie de la zone joue un rôle important dans le transport des polluants. Une zone peut avoir des couches de sol sablonneux, un substrat rocheux fracturé, de l'argile ou une couche dure. Les zones de topographie karstique sur substrat rocheux calcaire sont parfois vulnérables à la pollution de surface par les eaux souterraines. Les failles sismiques peuvent également être des voies d'entrée pour l'entrée de contaminants vers le bas. Les conditions de la nappe phréatique sont d'une grande importance pour l'approvisionnement en eau potable, l'irrigation agricole, l'élimination des déchets (y compris les déchets nucléaires), l'habitat faunique et d'autres problèmes écologiques.

De nombreux produits chimiques subissent une décomposition réactive ou un changement chimique, en particulier sur de longues périodes de temps dans les réservoirs d' eau souterraine . Une classe remarquable de ces produits chimiques est constituée par les hydrocarbures chlorés tels que le trichloroéthylène (utilisé dans le dégraissage industriel des métaux et la fabrication de produits électroniques) et le tétrachloroéthylène utilisé dans l'industrie du nettoyage à sec. Ces deux produits chimiques, qui sont eux-mêmes cancérigènes , subissent des réactions de décomposition partielle, conduisant à de nouveaux produits chimiques dangereux (y compris le dichloroéthylène et le chlorure de vinyle ).

Interactions avec les eaux de surface

Bien qu'interdépendantes, les eaux de surface et les eaux souterraines ont souvent été étudiées et gérées comme des ressources distinctes. Les interactions entre les eaux souterraines et les eaux de surface sont complexes. Les eaux de surface s'infiltrent dans le sol et deviennent des eaux souterraines. Inversement, les eaux souterraines peuvent également alimenter des sources d'eau de surface. Par exemple, de nombreuses rivières et lacs sont alimentés par les eaux souterraines. Cela signifie que les dommages aux aquifères souterrains, par exemple par fracturation hydraulique ou par captage excessif, pourraient donc affecter les rivières et les lacs qui en dépendent. L'intrusion d'eau salée dans les aquifères côtiers est un exemple de telles interactions.

Un déversement ou un rejet continu de contaminants chimiques ou radionucléides dans le sol (situé loin d'un plan d'eau de surface) peut ne pas créer de source de pollution ponctuelle ou diffuse, mais peut contaminer l'aquifère en dessous, créant un panache toxique . Le mouvement du panache peut être analysé à l'aide d'un modèle de transport hydrologique ou d'un modèle d'eau souterraine .

La prévention

Schéma montrant qu'il y a un risque plus faible de pollution des eaux souterraines avec une plus grande profondeur du puits d'eau

Principe de précaution

Le principe de précaution , issu du principe 15 de la Déclaration de Rio sur l'environnement et le développement , est important pour protéger les ressources en eaux souterraines de la pollution. Le principe de précaution prévoit que « lorsqu'il existe des menaces de dommages irréversibles, l'absence de certitude scientifique totale ne doit pas être invoquée comme motif pour reporter des mesures rentables visant à empêcher la dégradation de l'environnement ».

L'un des six principes de base de la politique de l'eau de l' Union européenne (UE) est l'application du principe de précaution.

Surveillance de la qualité des eaux souterraines

Des programmes de surveillance de la qualité des eaux souterraines ont été mis en œuvre régulièrement dans de nombreux pays du monde. Ce sont des composants importants pour comprendre le système hydrogéologique et pour le développement de modèles conceptuels et de cartes de vulnérabilité des aquifères.

La qualité des eaux souterraines doit être régulièrement surveillée dans l'aquifère pour déterminer les tendances. Une surveillance efficace des eaux souterraines doit être motivée par un objectif spécifique, par exemple, un contaminant spécifique préoccupant. Les niveaux de contaminants peuvent être comparés aux directives de l' Organisation mondiale de la santé (OMS) pour la qualité de l'eau de boisson. Il n'est pas rare que les limites de contaminants soient réduites au fur et à mesure que l'expérience médicale est acquise.

Des investissements suffisants doivent être consentis pour poursuivre le suivi sur le long terme. Lorsqu'un problème est détecté, des mesures doivent être prises pour le corriger. Les épidémies d'origine hydrique aux États-Unis ont diminué avec l'introduction d'exigences de surveillance (et de traitement) plus strictes au début des années 90.

La communauté peut également aider à surveiller la qualité des eaux souterraines.

Les scientifiques ont mis au point des méthodes permettant de produire des cartes des dangers pour les substances toxiques géogéniques dans les eaux souterraines. Cela fournit un moyen efficace de déterminer quels puits doivent être testés.

Zonage des terres pour la protection des eaux souterraines

L'élaboration de cartes de zonage de l'utilisation des terres a été mise en œuvre par plusieurs autorités chargées de l'eau à différentes échelles à travers le monde. Il existe deux types de cartes de zonage : les cartes de vulnérabilité des aquifères et les cartes de protection des sources.

Carte de vulnérabilité de l'aquifère

Il fait référence à la vulnérabilité intrinsèque (ou naturelle) d'un système d'eau souterraine à la pollution. Intrinsèquement, certains aquifères sont plus vulnérables à la pollution que d'autres. Les aquifères non confinés peu profonds sont plus à risque de pollution car il y a moins de couches pour filtrer les contaminants.

La zone non saturée peut jouer un rôle important dans le retardement (et dans certains cas l'élimination) des agents pathogènes et doit donc être prise en compte lors de l'évaluation de la vulnérabilité de l'aquifère. L'activité biologique est la plus importante dans les couches supérieures du sol où l'atténuation des agents pathogènes est généralement la plus efficace.

La préparation des cartes de vulnérabilité implique généralement la superposition de plusieurs cartes thématiques de facteurs physiques qui ont été sélectionnés pour décrire la vulnérabilité de l'aquifère. La méthode de cartographie paramétrique basée sur un indice GOD développé par Foster et Hirata (1988) utilise trois paramètres généralement disponibles ou facilement estimés, le degré de G ispositifs confinement hydraulique, de la nature géologique de la O verlying strates et D epth aux eaux souterraines. Une autre approche développée par l' EPA, un système de notation appelé « DRASTIC, » emploie sept facteurs hydrogéologiques pour développer un indice de vulnérabilité: D epth de la nappe phréatique, nette R echarge, un média quifer, S médias d'huile, T opography (pente), Je mpact sur la zone non saturée , et hydraulique C onductivity .

Il existe un débat particulier parmi les hydrogéologues quant à savoir si la vulnérabilité de l'aquifère doit être établie de manière générale (intrinsèque) pour tous les contaminants, ou spécifiquement pour chaque polluant.

Carte de protection des sources

Il fait référence aux zones de captage autour d'une source d'eau souterraine individuelle, comme un puits d'eau ou une source, pour les protéger notamment de la pollution. Ainsi, les sources potentielles de polluants dégradables, tels que les agents pathogènes, peuvent être localisées à des distances dont les temps de parcours le long des voies d'écoulement sont suffisamment longs pour que le polluant soit éliminé par filtration ou adsorption.

Les méthodes analytiques utilisant des équations pour définir l'écoulement des eaux souterraines et le transport des contaminants sont les plus utilisées. Le WHPA est un programme semi-analytique de simulation d'écoulement des eaux souterraines développé par l'US EPA pour délimiter des zones de captage dans une zone de protection de tête de puits.

La forme la plus simple de zonage utilise des méthodes à distance fixe où les activités sont exclues dans une distance spécifiée uniformément appliquée autour des points de captage.

Localisation des systèmes d'assainissement sur place

Comme les effets sur la santé de la plupart des produits chimiques toxiques surviennent après une exposition prolongée, le risque pour la santé des produits chimiques est généralement inférieur à celui des agents pathogènes. Ainsi, la qualité des mesures de protection des sources est un élément important pour contrôler si des agents pathogènes peuvent être présents dans l'eau de boisson finale.

Les systèmes d'assainissement sur site peuvent être conçus de manière à empêcher la pollution des eaux souterraines par ces systèmes d'assainissement. Des directives détaillées ont été élaborées pour estimer les distances de sécurité afin de protéger les sources d' eau souterraine de la pollution provenant de l' assainissement sur place . Les critères suivants ont été proposés pour un emplacement sûr (c'est-à-dire décider de l'emplacement) des systèmes d'assainissement sur site :

  • Distance horizontale entre la source d'eau potable et le système d'assainissement
    • Les valeurs indicatives pour les distances de séparation horizontales entre les systèmes d'assainissement sur site et les sources d'eau varient considérablement (par exemple, une distance horizontale de 15 à 100 m entre les latrines à fosse et les puits d'eau souterraine )
  • Distance verticale entre le puits d'eau potable et le système d'assainissement
  • Type d'aquifère
  • Sens d'écoulement des eaux souterraines
  • Couches imperméables
  • Drainage de pente et de surface
  • Volume d'eaux usées qui fuient
  • Superposition, c'est-à-dire la nécessité de considérer une zone de planification plus large

En règle générale, il est recommandé que le fond de la fosse soit à au moins 2 m au-dessus du niveau de la nappe phréatique, et une distance horizontale minimale de 30 m entre une fosse et une source d'eau est normalement recommandée pour limiter l'exposition à la contamination microbienne. [1] Cependant, aucune déclaration générale ne devrait être faite concernant les distances de séparation latérales minimales requises pour empêcher la contamination d'un puits à partir d'une latrine à fosse. Par exemple, même une distance de séparation latérale de 50 m peut ne pas être suffisante dans un système fortement karstifié avec un puits d'alimentation ou une source en aval, tandis qu'une distance de séparation latérale de 10 m est tout à fait suffisante s'il y a une couche de couverture d'argile bien développée et l'espace annulaire de la le puits d'eau souterraine est bien scellé.

Législation

Les questions institutionnelles et juridiques sont essentielles pour déterminer le succès ou l'échec des politiques et stratégies de protection des eaux souterraines.

Panneau près de Mannheim, Allemagne indiquant une zone en tant que "zone de protection des eaux souterraines" dédiée

La gestion

Les options d'assainissement des eaux souterraines contaminées peuvent être regroupées dans les catégories suivantes :

  • contenant les polluants pour les empêcher de migrer davantage
  • enlever les polluants de l'aquifère
  • assainir l'aquifère en immobilisant ou en détoxifiant les contaminants alors qu'ils sont encore dans l'aquifère (in-situ)
  • traiter l'eau souterraine à son point d'utilisation
  • abandonner l'utilisation des eaux souterraines de cet aquifère et trouver une source d'eau alternative.

Traitement au point d'utilisation

Des dispositifs portables de purification de l'eau ou des systèmes de traitement de l'eau au "point d'utilisation" (POU) et des techniques de désinfection de l'eau sur le terrain peuvent être utilisés pour éliminer certaines formes de pollution des eaux souterraines avant la consommation, à savoir toute pollution fécale. De nombreux systèmes de purification d'eau portables commerciaux ou additifs chimiques sont disponibles et peuvent éliminer les agents pathogènes, le chlore, le mauvais goût, les odeurs et les métaux lourds comme le plomb et le mercure.

Les techniques comprennent l'ébullition, la filtration, l'absorption du charbon actif, la désinfection chimique, la purification par ultraviolets, la désinfection de l'eau à l'ozone, la désinfection solaire de l'eau, la distillation solaire, les filtres à eau faits maison.

Les filtres d'élimination de l'arsenic (ARF) sont des technologies dédiées généralement installées pour éliminer l'arsenic. Bon nombre de ces technologies nécessitent un investissement en capital et une maintenance à long terme. Les filtres au Bangladesh sont généralement abandonnés par les utilisateurs en raison de leur coût élevé et de leur maintenance compliquée, qui est également assez coûteuse.

Assainissement des eaux souterraines

La pollution des eaux souterraines est beaucoup plus difficile à réduire que la pollution de surface car les eaux souterraines peuvent se déplacer sur de grandes distances à travers des aquifères invisibles . Les aquifères non poreux tels que les argiles purifient partiellement l'eau des bactéries par simple filtration (adsorption et absorption), dilution et, dans certains cas, réactions chimiques et activité biologique ; cependant, dans certains cas, les polluants se transforment simplement en contaminants du sol . Les eaux souterraines qui se déplacent à travers les fractures ouvertes et les cavernes ne sont pas filtrées et peuvent être transportées aussi facilement que les eaux de surface. En fait, cela peut être aggravé par la tendance humaine à utiliser les dolines naturelles comme dépotoirs dans les zones de topographie karstique .

Les polluants et les contaminants peuvent être éliminés des eaux souterraines en appliquant diverses techniques, ce qui les rend sûres à utiliser. Les techniques de traitement (ou d'assainissement) des eaux souterraines englobent les technologies de traitement biologique, chimique et physique. La plupart des techniques de traitement des eaux souterraines utilisent une combinaison de technologies. Certaines des techniques de traitement biologique comprennent la bioaugmentation , la bioventilation , le biosparging , le bioslurping et la phytoremédiation . Certaines techniques de traitement chimique comprennent l'injection d'ozone et d'oxygène gazeux, la précipitation chimique , la séparation par membrane , l' échange d'ions , l'absorption de carbone, l'oxydation chimique aqueuse et la récupération améliorée par un tensioactif. Certaines techniques chimiques peuvent être mises en œuvre à l'aide de nanomatériaux . Les techniques de traitement physique comprennent, sans s'y limiter, le pompage et le traitement, le barbotage d'air et l'extraction en deux phases.

Abandon

Si le traitement ou l'assainissement des eaux souterraines polluées est jugé trop difficile ou coûteux, alors abandonner l'utilisation des eaux souterraines de cet aquifère et trouver une autre source d'eau est la seule autre option.

Exemples

Afrique

Lusaka, Zambie

Les zones périurbaines de Lusaka, la capitale de la Zambie, ont des conditions de sol qui sont fortement karstifiées et pour cette raison – ainsi que la densité de population croissante dans ces zones périurbaines – la pollution des puits d'eau par les latrines à fosse est un problème majeur de santé publique. menace là-bas.

Asie

Inde

Le bassin du Gange (GRB) qui est un plan d'eau sacré pour les hindous est confronté à une grave contamination à l' arsenic . L'Inde couvre 79% du GRB, et ainsi de nombreux États ont été touchés. Les États touchés comprennent l' Uttarakhand , l' Uttar Pradesh , Delhi , le Madhya Pradesh , le Bihar , le Jharkhand , le Rajasthan , le Chhattisgarh , le Pendjab , l' Haryana et le Bengale occidental . Les niveaux d'arsenic sont jusqu'à 4730 µg/L dans les eaux souterraines, ~1000 µg/L dans l'eau d'irrigation et jusqu'à 3947 µg/kg dans les aliments, tous dépassant la norme de l' Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture pour l'irrigation l'eau et les normes de l' Organisation mondiale de la santé pour l'eau potable. En conséquence, les personnes exposées souffrent de maladies qui affectent leur fonctionnement dermique, neurologique, reproductif et cognitif, et peuvent même entraîner un cancer.

En Inde, le gouvernement a procédé à la promotion du développement de l'assainissement afin de lutter contre l'augmentation de la contamination des eaux souterraines dans plusieurs régions du pays. L'effort s'est avéré donner des résultats et a diminué la pollution des eaux souterraines et a diminué le risque de maladie pour les mères et les enfants qui étaient principalement touchés par ce problème. C'était quelque chose de très nécessaire car selon l'étude, plus de 117 000 enfants de moins de cinq ans meurent chaque année en raison de la consommation d'eau polluée. L'effort des pays a été couronné de succès dans les sections les plus économiquement développées du pays.

Amérique du Nord

Hinkley, États-Unis

La ville de Hinkley, en Californie (États-Unis), a vu ses eaux souterraines contaminées au chrome hexavalent à partir de 1952, ce qui a entraîné une action en justice contre Pacific Gas & Electric (PG&E) et un règlement de plusieurs millions de dollars en 1996. L'affaire a été dramatisée dans le film Erin Brockovich , sorti en 2000.

San Joaquin, États-Unis

Le pompage intensif dans le comté de San Joaquin, en Californie, a entraîné une pollution à l'arsenic. Le comté de San Joaquin a été confronté à de graves pompages intensifs qui ont fait couler le sol sous San Joaquin et endommagé les infrastructures. Ce pompage intensif dans les eaux souterraines a permis à l'arsenic de se déplacer dans les aquifères souterrains qui fournissent de l'eau potable à au moins un million d'habitants et utilisés pour l'irrigation des cultures dans certaines des terres agricoles les plus riches des États-Unis. Les aquifères sont constitués de sable et de gravier séparés par de fines couches d'argile qui agit comme une éponge qui retient l'eau et l'arsenic. Lorsque l'eau est pompée de manière intensive, l'aquifère se comprime et le sol s'enfonce, ce qui conduit à la libération d'arsenic par l'argile. Une étude montre que les aquifères contaminés à la suite d'un pompage excessif, ils peuvent récupérer si les prélèvements s'arrêtent.

Walkerton, Canada

En 2000, la pollution des eaux souterraines s'est produite dans la petite ville de Walkerton, au Canada, entraînant sept décès dans ce qu'on appelle l' éclosion d' E. Coli à Walkerton . L'approvisionnement en eau provenant des eaux souterraines a été contaminé par la souche très dangereuse O157:H7 de la bactérie E. coli . Cette contamination était due au ruissellement de la ferme dans un puits d'eau adjacent qui était vulnérable à la pollution des eaux souterraines.

Les références

Liens externes