Impacts anthropiques
sur les ressources en eau
Page de l'équipe de recherche Hydro Sciences UQAM
L’ensemble des méthodes que je développe vise à la connaissance de l’objet «ressource en eau». Les outils géochimiques sont combinés et confrontés aux approches de terrain et à l'hydrodynamique des sites afin de reconstituer le parcours, déterminer l'origine de l'eau et d'identifier les processus à l'origine de la minéralisation ou de la pollution des ressources. C'est une lecture de la "mémoire de l'eau".
J’utilise ces méthodes dans différents contextes, des milieux les plus riches en eaux comme le Canada, la France mais aussi dans les zones les plus arides de la planète (Afrique, pourtour méditerranéen…). Dans tous les cas, l’avenir des populations locales l’homme dépend de la connaissance de ces ressources et le tarissement qui se généralise à l’échelle de la planète s’exprime soit directement par la chute des quantités disponibles ou par une dégradation de la qualité, parfois difficile à identifier. C’est ce qui motive ma recherche fondamentale sur les traceurs isotopiques, je souhaite apporter à notre société d’outils d’investigation innovants tels que les traceurs précurseurs de la dégradation des environnements aqueux. Avec de tels moyens, le travail des environnementalistes ne devrait plus se limiter à un simple constat de dépérissement des populations soutenues par les hydrosystèmes. Nous devons pouvoir œuvrer à la préservation des ressources pour les générations futures en visant au maintien des équilibres hydrosystèmes – biodiversité.
À partir de l’étude de sites, mes recherches visent dans un second temps à la détermination de la sensibilité des eaux souterraines à l’évolution des conditions environnementales actuelles et passées, c’est-à-dire identifier la capacité de résilience des hydrosystèmes. Pour cela, je m'appuie sur une large palette d'outils géochimiques (chimie des éléments majeurs, mineurs ou traces, isotopes stables et radioactifs, traceurs de l'activité anthropique) afin d'identifier les variables environnementales dominantes, ou les modes d’intégration/amortissement de la variabilité des signaux environnementaux au sein des masses d'eaux continentales.
Les sites d'études sont de vrais "laboratoires naturels" dont les particularités permettent de discuter la notion de sensibilité environnementale en réponse aux :
- gradients de pression anthropique directe traduisant l’emprise de l’homme sur les aires de recharge (imperméabilisation urbaine, pollutions agricoles, etc.) et sur la modification des écoulements (exploitation des ressources) ;
- gradients hydro-climatiques et d’occupation des sols qui jouent directement sur les bilans de recharge des nappes ;
- gradients de sensibilité à l’évolution du climat.
- Les moyens et méthodes développés sont à même de répondre aux problématiques actuelles et fondamentales dans le cadre du cycle de l’eau en visant plus particulièrement l’étude de la sensibilité des hydrosystèmes continentaux aux forçages anthropiques directs (modification des aires de recharge et exploitation des ressources) ou indirects (évolutions du climat et du couvert végétal). L'objectif final est ici de développer des outils/méthodes d'investigation hydro-géochimique novateurs adaptés à la gestion des ressources en eaux pour les organismes de gestion et agences gouvernementales.
Des moyens innovants
Infrastructure de recherche sur la recharge des eaux souterraines (IRRES)
En 2014, dans le cadre de mon recrutement et du développement de ma recherche au Canada, j’ai bénéficié d’un financement FCI impliquant mes collègues Marie Larocque et Daniele Pinti ;
Cette infrastructure a pour but de permettre des avancées significatives en regard de la compréhension de la dynamique spatio-temporelle des processus responsables de la recharge des aquifères, par l’observation, l'analyse in situ, de même que par la quantification des réservoirs d’eau et des flux. Les objectifs soutenant cette acquisition sont :
- de mettre en place un référentiel naturel permettant un couplage original des approches physiques et géochimiques visant à la quantification de la recharge;
- de développer des compétences instrumentales et théoriques originales pour la prospection physique, géochimique et isotopique de la recharge.
L'infrastructure demandée permettra de quantifier les volumes d'eau pouvant être attribués à la recharge de l'eau souterraine en climat humide. Elle apportera également des connaissances nouvelles sur l’impact de facteurs environnementaux (couverture végétale, nature des sols, etc.) et de processus (dégel, infiltration, reprise par évapotranspiration) sur la variabilité spatiale et temporelle de la recharge à court et à long termes. Les résultats permettront d’identifier les méthodes les mieux adaptées pour caractériser in situ la recharge dans le contexte canadien. Cette infrastructure contribuera ainsi à une compréhension intégrée de la dynamique spatio-temporelle de la recharge et servira à la formation pratique sur des techniques novatrices de quantification du renouvellement des ressources en eaux souterraines. Dès l’automne 2014, Sophie Guillon développera les premières études visant à identifier l’impact de la dynamique du couvert neigeux et des températures hivernales sur les échanges entre l’atmosphère et les nappes d’eau souterraines.
Traçage de l’origine des phosphates dans les eaux
Nous développons avec une équipe de chercheurs du British Geological Survey (Dr Daren Gooddy) une approche innovante pour identifier l’origine des phosphates dans les eaux souterraines et les lacs. Ce traçage de l’origine des phosphates nous permettra d’identifier les sources de dégradation de la qualité des eaux avant que l’eutrophisation des milieux n’ait des conséquences graves sur l’environnement.
L’âge de l’eau
Depuis plus de 10 ans mes travaux de recherche portent sur la notion d’âge de l’eau, et nous venons de nous instrumenter au GEOTOP de l’équipement nécessaire aux datations des eaux anciennes (radiocarbone) et des récentes (CFC-SF6). Aujourd’hui, je suis formateur pour l’ONU (IAEA) dans le cadre des programmes de National Training Courses in Isotope Hydrology (volet Datation des eaux à l’aide de traceurs environnementaux*), et j’ai des collaborations avec des grandes compagnies telles que Danone pour la datation de leurs eaux minérales (Evian, collaboration avec le Dr Patrick Lachassagne – Danone- , Matthias Brenwald – EAWAG- et Roland Purtschert -Univ. of Bern).
* http://www.iaea.org/technicalcooperation/Topics-in-focus/Sahel/Events.html
Mots clés : Ressources en eau – Résilience des hydrosystèmes / Age / Datation des eaux souterraines, Recharge des aquifères, Echanges nappe-rivière, Transfert des polluants, Zone d’alimentation, Transferts en zone non-saturée, Flux de CO2, Protections des ressources en eau, Eaux carbogazeuses.
Méthodes : Ages 14C, 226Ra, CFCs-SF6, signatures δ2H-δ18O, phosphates-δ18O, modélisation hydrochimique, modélisation du transport réactif, 222Rn, δ13C et traceurs chimiques des interactions eau-roche.
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Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université du Québec à Montréal
Codirection : Manuel Rodriguez, École supérieure d'aménagement du territoire et de développement régional, Université Laval; Jie He, U. Sherbrooke
Sujet de recherche : Modélisation hydro-économique des aquifères côtiers togolais et analyse des effets du changement climatique
Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université du Québec à Montréal
Codirection : Jean-François Hélie; Jean Birks, InnoTech Alberta & U. Victoria
Sujet de recherche : Origine et quantification de l’hétérogénéité du signal isotopique des précipitations en milieu urbain
Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université du Québec à Montréal
Codirection : Janie Masse-Dufresne
Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université du Québec à Montréal
Codirection : Elisabeth Gibert-Brunet
Sujet de recherche : Modélisation de l’évolution de la vulnérabilité et de l’intrusion marine de la nappe du continental terminal du bassin sédimentaire côtier du Togo sous les effets conjugués des perturbations anthropiques et du changement climatique.
Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université du Québec à Montréal
Codirection : Yassine Ait BrahimLhoussaine Bouchaou
Sujet de recherche : Advancing scientific knowledge about aquifers in Moroccan arid and semi-arid regions: a comprehensive analysis of groundwater quality and dynamics.
Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université du Québec à Montréal
Sujet de recherche : Application of Isotope techniques to groundwater resources in the North-western part of the Volta River Basin of Ghana
Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université du Québec à Montréal
Sujet de recherche : Characterization of isotopic signatures (δ2H & δ18O) of groundwater resources and distribution of its recharge flows at watershed scale in Quebec's city
Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université du Québec à Montréal
Codirection : José Corcho-Alvarado, Spiez Laboratory
Sujet de recherche :
Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université du Québec à Montréal
Codirection : Christophe Emblanch, Avignon Université, France
Sujet de recherche : Modélisation des processus à l'origine de l'enregistrement isotopique par les concrétions calcaire du fonctionnement des hydrosystèmes continentaux
Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université du Québec à Montréal
Département des génies civil, géologique et des mines, Polytechnique Montréal
Codirection : Paul Baudron; Dominique Claveau-Mallet
Sujet de recherche : Contribution des isotopes du radium à l’évaluation des dynamiques temporelles d’infiltration des eaux de surface dans les aquifères