Contamination des eaux souterraines

Polluants classiques

L'origine des polluants est multiple: domestique, urbaine, industrielle et agricole. Tout en distinguant les polluants miscibles des non-miscibles, on les classe en polluants physiques, chimiques et biologiques.

• polluants physiques: température, gaz, suspension, radioactivité
• polluants chimiques: substances sous forme minérale ou organique, ils peuvent être: dissous (sels, hydrocarbure) mélangés (alcools) émulsés (graisse sur détergents) en phase séparée (produits pétroliers)
• polluants biologiques: germes, virus ou amibes

Transport en milieu poreux

Divers phénomènes influencent le transport d'un polluant dans l'eau. Pour un polluant miscible, on peut distinguer les suivants, figure 125 :

• Convection
• Dispersion
• Adsorption
• Dégradation

Il est évident que les conditions aux limites d'un aquifère influencent énormément sa capacité à être contaminé d'un aquifère (zone non-saturée épaisse ou contact direct avec fleuve pollué). La figure 126 illustre le cas classique du panache de pollution qui se forme sous une décharge d'ordures. A remarquer que le chlorure est un anion très soluble, conservatif, qui permet d'avoir une bonne idée de l'étendue de la pollution. Les pollutions courantes d'huiles lourdes, par leur faible densité et leur faible miscibilité contaminent les nappes de manière très différente, en restant plutôt sur le haut de la nappe, figure 128.

Polluants chimiques

Parmi les polluants chimiques, les composés d'azote, nitrites et nitrates sont très importants. Responsables de la dégradation de l'hémoglobine, ils peuvent être à l'origine de nitrosamines cancérigènes. Les composés de l'azote ne sont pas présents dans les roches; ils proviennent principalement des engrais utilisés en agriculture et quelques fois d'intenses activités bactériennes liées à l'azote de l'air (zone aride). Le cycle classique de l'azote est illustré sur la figure 127.

Micropolluants

Les micropolluants sont des polluants chimiques toxiques à très faible teneur, de l'ordre du microgramme. Les animaux et l'homme concentrent le Pb dans le squelette, le Hg dans les cellules nerveuses. On craint également l'As, le Cr, le Pb, le Se et le Cd. Les pesticides sont également très menaçants aujourd'hui (atrazine, simazine), comme les composés organo-chlorés utilisés comme solvant par l'industrie, figure 129. Les micro-organismes jouent généralement un rôle positif dans le sol (destruction de la matière organique, auto-épuration) à l'exception de quelques-uns pathogènes (intestins de l'homme: typhoide et choléra). On les recherche d'abord indirectement par la recherche de germes d'origine fécale tels que Escherischia Coli et les coliformes fécaux.

Normes OMS

Les eaux souterraines sont utilisées pour l'alimentation en eau potable et pour l'irrigation. I1 existe des normes internationales fixant les limites admissibles de consommation, figure 130.

Autoépuration

L'autoépuration est un phénomène extrêmement complexe mais très efficace qui mène à la banalisation des polluants toxiques, par des mécanismes et des interactions physiques, chimiques et biologiques. Ces mécanismes ont lieu lors de l'interaction des polluants avec les gaz, l'eau, les sols, les roches, la flore et la faune. La capacité d'autoépuration dépend de 3 phénomènes:

Phénomènes physiques

- Echange gazeux: décomposition aérobie des polluants organiques, élimination de substances polluantes (N2, NH3, H2S). - Filtration: la filtration combine des forces physiques et chimiques, elle est active en milieu poreux. - Rétention capillaire: les forces de capillarité fixent l'eau fortement avec les polluants qu'elle contient. - Désintégration radioactive: les polluants radioactifs se désintègrent selon leur décroissance radioactive très variable.

Phénomènes chimiques

- Mise en solution et cristallisation: les polluants sont soit dissous, soit cristallisés et fixés selon la loi d'action de masse. - Réaction acide-base: la mobilité (par solubilité) des substances croît lorsque le pH diminue: pour l'eau il dépend d'abord des équilibres calco-carboniques. - Réaction d'oxvdo-réduction: elles sont souvent induites par les micro-organismes. A chaque couple oxydo-réducteur est associé un potentiel Eh : si Eh est positif, les eaux renferment des composés oxydants O$_2$ NO$_3^-$, SO$_4^{2-}$; si Eh est négatif, les oxydants disparaissent et apparaissent NH$_4$ et H$_2$S. - Complexation: le Pb, le Cd et le Zn peuvent devenir très mobiles en milieu réducteur en formant des complexes organiques (aval des décharges). - Adsorption et désorption: l'adsorption peut être physique (forces faibles affectant les grosses molécules organiques et les colloides) ou chimiques (échange d'ion). Elle peut être réversible.

Phénomènes biologiques

- Epuration par les plantes: lorsque les nappes montent, durant une partie de l'année, les racines peuvent directement puiser des substances nutritives qui peuvent être des polluants. - Transformation et dégradation microbienne: dans les sols, les micro-organismes catalysent les réactions rédox. Cela provoque 1a transformation accélérée des polluants dissous ou en suspension dans l'eau. - D'autres organismes assimilent C, H, O, P, N et S et les oligoéléments nécessaires à la synthèse de leur cellule. Dans des conditions favorables (30$^o$ C, pH = 7) elles peuvent se multiplier. En fait, les mécanismes d'autoépuration ont surtout lieu dans la zone non saturée et la dilution (ou mise en solution) en zone saturée ne fait que compléter ces mécanismes, fžgure 131.