Eaux souterraines -Groundwater

Une illustration montrant l'eau souterraine dans les aquifères (en bleu) (1, 5 et 6) sous la nappe phréatique (4), et trois puits différents (7, 8 et 9) creusés pour l'atteindre.

L'eau souterraine est l' eau présente sous la surface de la Terre dans les espaces poreux des roches et du sol et dans les fractures des formations rocheuses . Environ 30 pour cent de toutes les eaux douces facilement disponibles dans le monde sont des eaux souterraines. Une unité de roche ou un dépôt non consolidé est appelé aquifère lorsqu'il peut produire une quantité d'eau utilisable. La profondeur à laquelle les espaces poreux du sol ou les fractures et les vides dans la roche deviennent complètement saturés d'eau s'appelle la nappe phréatique . Les eaux souterraines sont rechargées à partir de la surface ; il peut se décharger naturellement de la surface au niveau des sources et des suintements, et peuvent former des oasis ou des zones humides . L'eau souterraine est aussi souvent prélevée à des fins agricoles , municipales et industrielles par la construction et l'exploitation de puits d'extraction . L'étude de la distribution et du mouvement des eaux souterraines est l' hydrogéologie , également appelée hydrologie des eaux souterraines .

En règle générale, les eaux souterraines sont considérées comme de l'eau s'écoulant à travers des aquifères peu profonds, mais, au sens technique, elles peuvent également contenir de l'humidité du sol , du pergélisol (sol gelé), de l'eau immobile dans un substrat rocheux à très faible perméabilité et de l'eau géothermique profonde ou de formation de pétrole . L'eau souterraine est supposée fournir une lubrification qui peut éventuellement influencer le mouvement des failles . Il est probable qu'une grande partie du sous-sol de la Terre contienne de l'eau, qui peut être mélangée à d'autres fluides dans certains cas.

Les eaux souterraines sont souvent moins chères, plus pratiques et moins vulnérables à la pollution que les eaux de surface . Par conséquent, il est couramment utilisé pour l'approvisionnement public en eau. Par exemple, les eaux souterraines fournissent la plus grande source de stockage d'eau utilisable aux États-Unis, et la Californie prélève chaque année la plus grande quantité d'eau souterraine de tous les États. Les réservoirs souterrains contiennent beaucoup plus d'eau que la capacité de tous les réservoirs et lacs de surface aux États-Unis, y compris les Grands Lacs . De nombreux approvisionnements en eau municipaux proviennent uniquement des eaux souterraines. Plus de 2 milliards de personnes en dépendent comme principale source d'eau dans le monde.

L'utilisation des eaux souterraines a des problèmes environnementaux connexes. Par exemple, les eaux souterraines polluées sont moins visibles et plus difficiles à nettoyer que la pollution des rivières et des lacs. La pollution des eaux souterraines résulte le plus souvent d'une mauvaise élimination des déchets sur terre. Les principales sources comprennent les produits chimiques industriels et ménagers et les décharges d'ordures, les engrais et les pesticides utilisés en excès dans l'agriculture, les lagunes de déchets industriels, les résidus et les eaux usées de traitement des mines, la fracturation industrielle, les fosses de saumure des champs pétrolifères, les fuites de réservoirs et de pipelines de stockage de pétrole souterrains, les boues d'épuration et les fosses septiques . systèmes . De plus, les eaux souterraines sont sensibles à l'intrusion d'eau salée dans les zones côtières et peuvent provoquer un affaissement du sol lorsqu'elles sont extraites de manière non durable, entraînant le naufrage de villes (comme Bangkok )) et une perte d'altitude (comme les multiples mètres perdus dans la vallée centrale de Californie) . Ces questions sont rendues plus compliquées par l'élévation du niveau de la mer et d'autres changements causés par les changements climatiques qui affecteront le cycle de l'eau .

Les caractéristiques

L'eau souterraine est l'eau douce située dans l' espace poreux souterrain du sol et des roches . C'est aussi de l'eau qui s'écoule dans les aquifères sous la nappe phréatique . Il est parfois utile de faire la distinction entre les eaux souterraines étroitement associées aux eaux de surface et les eaux souterraines profondes d'un aquifère (parfois appelées « eaux fossiles »).

Les eaux souterraines peuvent être pensées dans les mêmes termes que les eaux de surface : entrées, sorties et stockage. L'apport naturel aux eaux souterraines est le suintement des eaux de surface. Les rejets naturels des eaux souterraines sont les sources et les infiltrations vers les océans. En raison de son faible taux de renouvellement, le stockage des eaux souterraines est généralement beaucoup plus important (en volume) par rapport aux apports qu'il ne l'est pour les eaux de surface. Cette différence permet aux humains d'utiliser facilement des eaux souterraines non durables pendant une longue période sans conséquences graves. Néanmoins, à long terme, le taux moyen d'infiltration au-dessus d'une source d'eau souterraine est la limite supérieure de la consommation moyenne d'eau de cette source.

Emplacement (aquifères)

Schéma d'un aquifère montrant les zones confinées, les temps de parcours des eaux souterraines, une source et un puits
Un aquifère est une couche souterraine de roches perméables contenant de l'eau , de fractures rocheuses ou de matériaux non consolidés ( gravier , sable ou limon ). L'eau souterraine des aquifères peut être extraite à l'aide d'un puits d'eau . Les aquifères varient considérablement dans leurs caractéristiques. L'étude de l'écoulement de l'eau dans les aquifères et la caractérisation des aquifères s'appelle l' hydrogéologie . Les termes apparentés incluent aquitard, qui est un lit de faible perméabilité le long d'un aquifère, et aquiclude (ou aquifuge ), qui est une zone solide et imperméable sous-jacente ou recouvrant un aquifère, dont la pression pourrait créer un aquifère confiné. La classification des aquifères est la suivante : Saturés versus insaturés ; aquifères versus aquitards ; confiné versus non confiné ; isotrope contre anisotrope ; poreux, karstique ou fracturé; aquifère transfrontalier.

Cycle de l'eau

Dzherelo, une source commune d'eau potable dans un village ukrainien

Les eaux souterraines représentent environ trente pour cent de l'approvisionnement mondial en eau douce, soit environ 0,76% de l'eau du monde entier, y compris les océans et la glace permanente. Environ 99% de l'eau douce liquide du monde est de l'eau souterraine. Le stockage mondial des eaux souterraines est à peu près égal à la quantité totale d'eau douce stockée dans la neige et la banquise, y compris les pôles nord et sud. Cela en fait une ressource importante qui peut agir comme un réservoir naturel qui peut amortir les pénuries d' eau de surface , comme en période de sécheresse .

Les eaux souterraines sont naturellement reconstituées par les eaux de surface provenant des précipitations , des ruisseaux et des rivières lorsque cette recharge atteint la nappe phréatique.

Les eaux souterraines peuvent être un « réservoir » à long terme du cycle naturel de l'eau (avec des temps de séjour de quelques jours à des millénaires), par opposition aux réservoirs d'eau à court terme comme l'atmosphère et l'eau douce de surface (qui ont des temps de séjour de quelques minutes à des années) . La figure montre à quel point les eaux souterraines profondes (qui sont assez éloignées de la recharge de surface) peuvent prendre très longtemps pour terminer leur cycle naturel.

Le grand bassin artésien du centre et de l'est de l' Australie est l'un des plus grands systèmes d'aquifères captifs au monde, s'étendant sur près de 2 millions de km 2 . En analysant les éléments traces dans l'eau provenant du sous-sol profond, les hydrogéologues ont pu déterminer que l'eau extraite de ces aquifères peut avoir plus d'un million d'années.

En comparant l'âge des eaux souterraines obtenues à partir de différentes parties du Grand Bassin Artésien, les hydrogéologues ont constaté qu'il augmente en âge à travers le bassin. Là où l'eau recharge les aquifères le long de la ligne de partage orientale , les âges sont jeunes. Au fur et à mesure que les eaux souterraines s'écoulent vers l'ouest à travers le continent, leur âge augmente, les eaux souterraines les plus anciennes se trouvant dans les parties occidentales. Cela signifie que pour avoir parcouru près de 1000 km depuis la source de recharge en 1 million d'années, l'eau souterraine traversant le Grand Bassin artésien se déplace à un rythme moyen d'environ 1 mètre par an.

Des recherches récentes ont démontré que l' évaporation des eaux souterraines peut jouer un rôle important dans le cycle local de l'eau, en particulier dans les régions arides. Des scientifiques d' Arabie saoudite ont proposé des plans pour récupérer et recycler cette humidité d'évaporation pour l'irrigation des cultures. Sur la photo ci-contre, un tapis réfléchissant de 50 centimètres carrés, composé de petits cônes en plastique adjacents, a été placé dans une zone désertique sèche sans plantes pendant cinq mois, sans pluie ni irrigation. Il a réussi à capturer et à condenser suffisamment de vapeur souterraine pour donner vie à des graines naturellement enfouies en dessous, avec une zone verte d'environ 10 % de la surface du tapis. On s'attend à ce que, si des graines étaient déposées avant de placer ce tapis, une zone beaucoup plus large deviendrait verte.

Température

La capacité calorifique spécifique élevée de l'eau et l'effet isolant du sol et de la roche peuvent atténuer les effets du climat et maintenir les eaux souterraines à une température relativement stable . Dans certains endroits où les températures des eaux souterraines sont maintenues par cet effet à environ 10 ° C (50 ° F), les eaux souterraines peuvent être utilisées pour contrôler la température à l'intérieur des structures en surface. Par exemple, par temps chaud, de l'eau souterraine relativement fraîche peut être pompée à travers les radiateurs d'une maison, puis renvoyée au sol dans un autre puits. Pendant les saisons froides, parce qu'elle est relativement chaude, l'eau peut être utilisée de la même manière comme source de chaleur pour les pompes à chaleur , beaucoup plus efficace que l'utilisation de l'air.

L'ensemble du débit d' eau de surface de la rivière Alapaha près de Jennings , Floride , va dans un gouffre menant à l' eau souterraine de l' aquifère de Floride

Quantités

Le volume d'eau souterraine dans un aquifère peut être estimé en mesurant les niveaux d'eau dans les puits locaux et en examinant les enregistrements géologiques du forage de puits pour déterminer l'étendue, la profondeur et l'épaisseur des sédiments et des roches aquifères. Avant d'investir dans des puits de production, des puits d'essai peuvent être forés pour mesurer les profondeurs auxquelles l'eau est rencontrée et prélever des échantillons de sol, de roche et d'eau pour des analyses en laboratoire. Des essais de pompage peuvent être effectués dans des puits d'essai pour déterminer les caractéristiques d'écoulement de l'aquifère.

Les caractéristiques des aquifères varient selon la géologie et la structure du substrat et la topographie dans laquelle ils se trouvent. En général, les aquifères les plus productifs se trouvent dans des formations géologiques sédimentaires. En comparaison, les roches cristallines altérées et fracturées produisent de plus petites quantités d'eau souterraine dans de nombreux environnements. Les matériaux alluviaux non consolidés à mal cimentés qui se sont accumulés en tant que sédiments remplissant les vallées dans les principales vallées fluviales et les bassins structuraux en affaissement géologique sont inclus parmi les sources d'eau souterraine les plus productives.

Les écoulements de fluides peuvent être altérés dans différents contextes lithologiques par la déformation cassante des roches dans les zones de failles ; les mécanismes par lesquels cela se produit font l'objet de l' hydrogéologie des zones de failles .

Les usages

La plupart des zones terrestres de la Terre ont une forme d'aquifère sous-jacente, parfois à des profondeurs importantes. Dans certains cas, ces aquifères sont rapidement épuisés par la population humaine.

De toutes les ressources naturelles , l'eau souterraine est la ressource la plus extraite au monde. En 2010, les cinq premiers pays en volume d'extraction d'eau souterraine étaient l'Inde, la Chine, les États-Unis, le Pakistan et l'Iran. Une majorité des eaux souterraines extraites, 70%, est utilisée à des fins agricoles. L'eau souterraine est la source d'eau douce la plus accessible dans le monde, notamment sous forme d' eau potable , d'irrigation et de fabrication . Les eaux souterraines représentent environ la moitié de l'eau potable du monde, 40% de son eau d'irrigation et un tiers de l'eau à des fins industrielles.

Les aquifères d'eau douce, en particulier ceux dont la recharge est limitée par la neige ou la pluie, également appelées eaux météoriques , peuvent être surexploités et, selon l' hydrogéologie locale , peuvent puiser de l'eau non potable ou des intrusions d'eau salée à partir d'aquifères ou d'eaux de surface reliés hydrauliquement. corps. Cela peut être un problème sérieux, en particulier dans les zones côtières et d'autres zones où le pompage de l'aquifère est excessif. Dans certaines régions, les eaux souterraines peuvent être contaminées par l'arsenic et d'autres poisons minéraux.

L'eau souterraine peut être extraite par un puits d'eau

Les aquifères sont d'une importance cruciale pour l'habitation humaine et l'agriculture. Les aquifères profonds dans les zones arides ont longtemps été des sources d'eau pour l'irrigation (voir Ogallala ci-dessous). De nombreux villages et même de grandes villes tirent leur approvisionnement en eau de puits dans des aquifères.

L'approvisionnement en eau municipale, d'irrigation et industrielle est assuré par de grands puits. Plusieurs puits pour une source d'approvisionnement en eau sont appelés «champs de captage», qui peuvent prélever de l'eau d'aquifères confinés ou non confinés. L'utilisation d'eau souterraine provenant d'aquifères captifs profonds offre une meilleure protection contre la contamination des eaux de surface. Certains puits, appelés «puits collecteurs», sont spécifiquement conçus pour induire l'infiltration d'eau de surface (généralement de rivière).

Les aquifères qui fournissent des eaux souterraines douces durables aux zones urbaines et pour l'irrigation agricole sont généralement proches de la surface du sol (à moins de quelques centaines de mètres) et ont une certaine recharge en eau douce. Cette recharge provient généralement des rivières ou de l'eau météorique (précipitations) qui s'infiltre dans l'aquifère à travers les matériaux insaturés sus-jacents.

Parfois, des aquifères sédimentaires ou "fossiles" sont utilisés pour fournir de l'eau d'irrigation et de l'eau potable aux zones urbaines. En Libye, par exemple, le projet Great Manmade River de Mouammar Kadhafi a pompé de grandes quantités d'eau souterraine des aquifères sous le Sahara vers des zones peuplées près de la côte. Bien que cela ait permis à la Libye d'économiser de l'argent par rapport à l'alternative, le dessalement, les aquifères risquent de s'assécher dans 60 à 100 ans. L'épuisement des aquifères a été cité comme l'une des causes de la hausse des prix alimentaires de 2011.

Défis

Premièrement, les programmes d'atténuation des inondations, destinés à protéger les infrastructures construites sur les plaines inondables, ont eu pour conséquence involontaire de réduire la recharge des aquifères associée aux inondations naturelles. Deuxièmement, l'épuisement prolongé des eaux souterraines dans les aquifères étendus peut entraîner un affaissement du sol , avec des dommages aux infrastructures associés - ainsi que, troisièmement, une intrusion saline . Quatrièmement, les sols sulfatés acides drainants, que l'on trouve souvent dans les basses plaines côtières, peuvent entraîner l'acidification et la pollution d'anciens cours d'eau douce et estuariens .

Découvert

Schéma d'un bilan hydrique de l'aquifère

Les eaux souterraines sont une ressource très utile et souvent abondante. Cependant, une utilisation excessive, une surexploitation ou un découvert peuvent causer des problèmes majeurs aux utilisateurs humains et à l'environnement. Le problème le plus évident (en ce qui concerne l'utilisation humaine des eaux souterraines) est un abaissement de la nappe phréatique au-delà de la portée des puits existants. En conséquence, les puits doivent être forés plus profondément pour atteindre les eaux souterraines ; dans certains endroits (par exemple, la Californie , le Texas et l'Inde ), la nappe phréatique a chuté de centaines de pieds en raison du pompage intensif des puits. Les satellites GRACE ont collecté des données qui démontrent que 21 des 37 principaux aquifères de la Terre sont en cours d'épuisement. Dans la région du Pendjab en Inde , par exemple, les niveaux des eaux souterraines ont chuté de 10 mètres depuis 1979, et le taux d'épuisement s'accélère. Une nappe phréatique abaissée peut, à son tour, causer d'autres problèmes tels que l'affaissement lié aux eaux souterraines et l'intrusion d'eau salée .

Une autre source de préoccupation est que le prélèvement des eaux souterraines dans les aquifères surexploités peut causer de graves dommages aux écosystèmes terrestres et aquatiques - dans certains cas de manière très visible, mais dans d'autres de manière assez imperceptible en raison de la longue période pendant laquelle les dommages se produisent. L'importance des eaux souterraines pour les écosystèmes est souvent négligée, même par les biologistes et les écologistes des eaux douces. Les eaux souterraines soutiennent les rivières, les zones humides et les lacs , ainsi que les écosystèmes souterrains dans les aquifères karstiques ou alluviaux.

Tous les écosystèmes n'ont pas besoin d'eau souterraine, bien sûr. Certains écosystèmes terrestres - par exemple, ceux des déserts ouverts et des environnements arides similaires - existent grâce à des précipitations irrégulières et à l'humidité qu'elles apportent au sol, complétées par l'humidité de l'air. Bien qu'il existe d'autres écosystèmes terrestres dans des environnements plus hospitaliers où les eaux souterraines ne jouent pas un rôle central, les eaux souterraines sont en fait fondamentales pour bon nombre des principaux écosystèmes du monde. L'eau s'écoule entre les eaux souterraines et les eaux de surface. La plupart des rivières, des lacs et des zones humides sont alimentés par des eaux souterraines et (à d'autres endroits ou à d'autres moments) les alimentent, à des degrés divers. Les eaux souterraines alimentent l'humidité du sol par percolation, et de nombreuses communautés végétales terrestres dépendent directement soit des eaux souterraines, soit de l'humidité du sol percolée au-dessus de l'aquifère pendant au moins une partie de l'année. Les zones hyporhéiques (la zone de mélange des eaux fluviales et souterraines) et les zones riveraines sont des exemples d' écotones largement ou totalement dépendants des eaux souterraines.

Une étude de 2021 a révélé que sur environ 39 millions de puits d'eau souterraine étudiés, 6 à 20% courent un risque élevé de s'assécher si les niveaux locaux des eaux souterraines baissent de quelques mètres ou - comme dans de nombreuses régions et peut-être plus de la moitié des principaux aquifères - continuent à déclin.

Affaissement

L'affaissement se produit lorsque trop d'eau est pompée du sous-sol, dégonflant l'espace sous la surface et provoquant ainsi l'effondrement du sol. Le résultat peut ressembler à des cratères sur des parcelles de terrain. Cela se produit parce que, dans son état d'équilibre naturel, la pression hydraulique des eaux souterraines dans les espaces poreux de l'aquifère et de l'aquitard supporte une partie du poids des sédiments sus-jacents. Lorsque l'eau souterraine est retirée des aquifères par un pompage excessif, les pressions interstitielles dans l'aquifère chutent et la compression de l'aquifère peut se produire. Cette compression peut être partiellement récupérable si les pressions rebondissent, mais une grande partie ne l'est pas. Lorsque l'aquifère est comprimé, cela peut provoquer un affaissement du sol, une baisse de la surface du sol.

Dans les aquifères non consolidés, les eaux souterraines sont produites à partir des espaces poreux entre les particules de gravier, de sable et de limon. Si l'aquifère est confiné par des couches à faible perméabilité, la pression d'eau réduite dans le sable et le gravier provoque un drainage lent de l'eau des couches de confinement adjacentes. Si ces couches de confinement sont composées de limon ou d'argile compressible, la perte d'eau dans l'aquifère réduit la pression de l'eau dans la couche de confinement, provoquant sa compression sous le poids des matériaux géologiques sus-jacents. Dans les cas graves, cette compression peut être observée à la surface du sol sous forme d' affaissement . Malheureusement, une grande partie de l'affaissement dû à l'extraction des eaux souterraines est permanent (le rebond élastique est faible). Ainsi, l'affaissement n'est pas seulement permanent, mais l'aquifère comprimé a une capacité réduite en permanence à retenir l'eau.

La ville de la Nouvelle-Orléans, en Louisiane, est en fait sous le niveau de la mer aujourd'hui, et son affaissement est en partie causé par l'élimination des eaux souterraines des divers systèmes aquifères/aquitards en dessous. Dans la première moitié du 20e siècle, la vallée de San Joaquin a connu un affaissement important , à certains endroits jusqu'à 8,5 mètres (28 pieds) en raison du prélèvement des eaux souterraines. Des villes situées sur des deltas fluviaux, dont Venise en Italie et Bangkok en Thaïlande, ont connu des affaissements de surface ; Mexico, construite sur un ancien lit de lac, a connu des taux d'affaissement allant jusqu'à 40 cm (1'3") par an.

Pour les villes côtières, l'affaissement peut augmenter le risque d'autres problèmes environnementaux, tels que l'élévation du niveau de la mer . Par exemple, Bangkok devrait avoir 5,138 millions de personnes exposées aux inondations côtières d'ici 2070 en raison de ces facteurs combinés.

Les eaux souterraines deviennent salines en raison de l'évaporation

Si la source d'eau de surface est également sujette à une évaporation importante, une source d'eau souterraine peut devenir saline . Cette situation peut se produire naturellement sous des plans d'eau endoréiques , ou artificiellement sous des terres agricoles irriguées . Dans les zones côtières, l'utilisation humaine d'une source d'eau souterraine peut entraîner l'inversion de la direction de l'infiltration vers l'océan, ce qui peut également entraîner la salinisation du sol .

Au fur et à mesure que l'eau se déplace dans le paysage, elle recueille des sels solubles, principalement du chlorure de sodium . Là où cette eau pénètre dans l'atmosphère par évapotranspiration , ces sels sont laissés pour compte. Dans les districts d'irrigation , un mauvais drainage des sols et des aquifères de surface peut entraîner la remontée des nappes phréatiques dans les zones basses. Il en résulte des problèmes majeurs de dégradation des terres liés à la salinité et à l' engorgement des sols , combinés à des niveaux croissants de sel dans les eaux de surface. En conséquence, des dommages importants ont été causés aux économies et à l'environnement locaux.

Les aquifères des périmètres irrigués en surface des zones semi-arides avec réutilisation des pertes d'eau d'irrigation inévitables percolant dans le sous-sol par l'irrigation d'appoint à partir des puits présentent un risque de salinisation .

L'eau d'irrigation de surface contient normalement des sels de l'ordre de0,5 g/l ou plus et les besoins annuels en irrigation sont de l'ordre de10 000 m 3 /ha ou plus donc l'importation annuelle de sel est de l'ordre de5 000 kg/ha ou plus.

Sous l'influence de l'évaporation continue, la concentration en sel de l'eau de l'aquifère peut augmenter continuellement et éventuellement causer un problème environnemental .

Pour le contrôle de la salinité dans un tel cas, une quantité annuelle d'eau de drainage doit être évacuée de l'aquifère au moyen d'un système de drainage souterrain et évacuée par une sortie sûre. Le système de drainage peut être horizontal (c'est-à-dire à l'aide de tuyaux, de drains souterrains ou de fossés) ou vertical ( drainage par puits ). Pour estimer les besoins en drainage, l'utilisation d'un modèle d'eau souterraine avec une composante agro-hydro-salinité peut être instrumentale, par exemple SahysMod .

Intrusion d'eau de mer

L'intrusion d'eau de mer est le flux ou la présence d'eau de mer dans les aquifères côtiers; c'est un cas d' intrusion d'eau salée . C'est un phénomène naturel mais qui peut être causé ou aggravé par des facteurs anthropiques, tels que le changement climatique provoqué par l'élévation du niveau de la mer . Dans le cas des aquifères homogènes, l'intrusion d'eau de mer forme un coin salin sous une zone de transition vers les eaux souterraines douces, s'écoulant vers la mer par le haut. Ces changements peuvent avoir d'autres effets sur les terres au-dessus des eaux souterraines : par exemple, une étude de 2020 publiée dans Nature a révélé que les eaux souterraines côtières de Californie augmenteraient dans de nombreux aquifères, augmentant les risques d'inondation et les problèmes de ruissellement .

Les aquifères près de la côte ont une lentille d'eau douce près de la surface et une eau de mer plus dense sous l'eau douce. L'eau de mer pénètre dans l'aquifère en se diffusant depuis l'océan et est plus dense que l'eau douce. Pour les aquifères poreux (c'est-à-dire sablonneux) près de la côte, l'épaisseur de l'eau douce au-dessus de l'eau salée est d'environ 12 mètres (40 pieds) pour chaque 0,3 m (1 pied) de charge d'eau douce au-dessus du niveau de la mer . Cette relation s'appelle l' équation de Ghyben-Herzberg . Si trop d'eau souterraine est pompée près de la côte, l'eau salée peut s'infiltrer dans les aquifères d'eau douce et contaminer les réserves d'eau douce potable. De nombreux aquifères côtiers, tels que l' aquifère de Biscayne près de Miami et l'aquifère de la plaine côtière du New Jersey, ont des problèmes d'intrusion d'eau salée en raison d'un pompage excessif et de l'élévation du niveau de la mer.

Pollution des eaux souterraines

Coloration à l'oxyde de fer (III) (après remontée capillaire de l'eau dans un mur) causée par l'oxydation du fer (II) dissous et sa précipitation subséquente, à partir d'un aquifère libre en topographie karstique. Perth , Australie occidentale .

Les eaux souterraines polluées sont moins visibles, mais plus difficiles à nettoyer, que la pollution des rivières et des lacs. La pollution des eaux souterraines résulte le plus souvent d'une mauvaise élimination des déchets sur terre. Les principales sources comprennent les produits chimiques industriels et ménagers et les décharges d'ordures , les lagunes de déchets industriels, les résidus et les eaux usées de traitement des mines, les puits de saumure des champs pétrolifères, les fuites de réservoirs de stockage de pétrole et de pipelines souterrains, les boues d'épuration et les fosses septiques. Les eaux souterraines polluées sont cartographiées en échantillonnant les sols et les eaux souterraines à proximité de sources de pollution suspectées ou connues, afin de déterminer l'étendue de la pollution et d'aider à la conception de systèmes d'assainissement des eaux souterraines. La prévention de la pollution des eaux souterraines à proximité de sources potentielles telles que les décharges nécessite de recouvrir le fond d'une décharge avec des matériaux étanches, de collecter tout lixiviat avec des drains et de garder l'eau de pluie à l'écart de tout contaminant potentiel, ainsi qu'une surveillance régulière des eaux souterraines à proximité pour vérifier que les contaminants n'ont pas fui dans le eaux souterraines.

La pollution des eaux souterraines, provenant des polluants rejetés dans le sol qui peuvent pénétrer dans les eaux souterraines, peut créer un panache de contaminants dans un aquifère. La pollution peut provenir de décharges, d'arsenic naturel, de systèmes d' assainissement sur site ou d'autres sources ponctuelles, telles que des stations-service avec des réservoirs de stockage souterrains qui fuient ou des égouts qui fuient .

Le mouvement de l'eau et sa dispersion dans l'aquifère répandent le polluant sur une zone plus large, sa limite avancée souvent appelée bord du panache, qui peut ensuite se croiser avec des puits d'eau souterraine ou la lumière du jour dans les eaux de surface telles que les suintements et les sources , rendant l'approvisionnement en eau dangereux pour les humains et la faune. Différents mécanismes ont une influence sur le transport des polluants, par exemple la diffusion , l' adsorption , la précipitation , la décomposition , 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 hydrologique .

Le danger de pollution des approvisionnements municipaux est minimisé en plaçant des puits dans des zones d'eaux souterraines profondes et de sols imperméables, et en testant et en surveillant soigneusement l'aquifère et les sources de pollution potentielles à proximité.

Environ un tiers de la population mondiale boit de l'eau provenant des ressources souterraines. De ce nombre, environ 10 %, soit environ 300 millions de personnes, obtiennent de l'eau à partir de ressources souterraines fortement polluées par l'arsenic ou le fluor . Ces oligo-éléments proviennent principalement de sources naturelles par lessivage des roches et des sédiments.

Problèmes de gestion

Les agences de gestion de l'eau, lorsqu'elles calculent le « rendement durable » de l'eau de l'aquifère et de la rivière, ont souvent compté la même eau deux fois, une fois dans l'aquifère et une fois dans sa rivière connectée. Ce problème, bien que compris depuis des siècles, a persisté, en partie à cause de l'inertie au sein des agences gouvernementales. En Australie, par exemple, avant les réformes statutaires initiées par le cadre de réforme de l'eau du Conseil des gouvernements australiens dans les années 1990, de nombreux États australiens géraient les eaux souterraines et les eaux de surface par le biais d'agences gouvernementales distinctes, une approche assaillie par la rivalité et une mauvaise communication.

En général, les décalages temporels inhérents à la réponse dynamique des eaux souterraines au développement ont été ignorés par les agences de gestion de l'eau, des décennies après la consolidation de la compréhension scientifique de la question. En bref, les effets du découvert des eaux souterraines (bien qu'indéniablement réels) peuvent mettre des décennies ou des siècles à se manifester. Dans une étude classique en 1982, John D. Bredehoeft et ses collègues ont modélisé une situation où l'extraction des eaux souterraines dans un bassin intermontagnard a retiré la totalité de la recharge annuelle, ne laissant «rien» à la communauté végétale naturelle dépendante des eaux souterraines. Même lorsque le champ de forage était situé à proximité de la végétation, 30 % de la demande initiale de végétation pouvait encore être satisfaite par le décalage inhérent au système après 100 ans. En l'an 500, ce chiffre était tombé à 0 %, signalant la mort complète de la végétation dépendante des eaux souterraines. La science est disponible pour faire ces calculs depuis des décennies; cependant, en général, les agences de gestion de l'eau ont ignoré les effets qui apparaîtront en dehors de la période approximative des élections politiques (3 à 5 ans). Marios Sophocleous a fermement soutenu que les agences de gestion doivent définir et utiliser des délais appropriés dans la planification des eaux souterraines. Cela signifiera calculer les permis de prélèvement d'eau souterraine sur la base des effets prévus des décennies, parfois des siècles dans le futur.

Règlements

Taux de prélèvement des eaux souterraines de l' aquifère d' Ogallala dans le centre des États-Unis
Champs irrigués à pivot central au Kansas couvrant des centaines de kilomètres carrés arrosés par l' aquifère d' Ogallala

États-Unis

Aux États-Unis, les lois concernant la propriété et l'utilisation des eaux souterraines sont généralement des lois d'État. La réglementation des eaux souterraines pour minimiser la pollution des eaux souterraines est abordée dans les lois étatiques et fédérales ; dans ce dernier cas, par le biais de réglementations émises par l' Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis.

  • La règle de capture , basée sur la common law anglaise, donne à chaque propriétaire foncier la possibilité de capturer autant d'eau souterraine qu'il peut en faire un usage bénéfique, mais aucune quantité d'eau ne lui est garantie. Par conséquent, les propriétaires de puits ne sont pas responsables vis-à-vis des autres propriétaires fonciers pour avoir prélevé de l'eau sous leurs terres. Les lois ou réglementations de l'État définissent souvent «l'utilisation bénéfique» et imposent parfois d'autres limites, telles que l'interdiction de l'extraction des eaux souterraines qui provoque un affaissement sur la propriété voisine.
  • Droits de propriété privés limités similaires aux droits riverains dans un cours d'eau de surface. La quantité de droit d'eau souterraine est basée sur la taille de la surface où chaque propriétaire foncier obtient une quantité correspondante de l'eau disponible. Une fois adjugé, la quantité maximale du droit à l'eau est fixée, mais le droit peut être diminué si la quantité totale d'eau disponible diminue, comme c'est probablement le cas pendant une sécheresse. Les propriétaires fonciers peuvent poursuivre d'autres personnes pour empiéter sur leurs droits sur les eaux souterraines, et l'eau pompée pour être utilisée sur les terres sus-jacentes a priorité sur l'eau pompée pour être utilisée hors des terres.
  • La règle d'utilisation raisonnable de la loi américaine sur le drainage ne garantit pas au propriétaire foncier une quantité d'eau déterminée, mais permet une extraction illimitée tant que le résultat n'endommage pas de manière déraisonnable d'autres puits ou le système aquifère. Habituellement, cette règle accorde une grande importance aux utilisations historiques et empêche de nouvelles utilisations qui interfèrent avec l'utilisation précédente.
  • L'EPA a publié sa "Ground Water Rule", applicable aux systèmes d'eau publics , en 2006. La règle se concentre sur les systèmes alimentés en eau souterraine susceptibles d'être contaminés par des bactéries fécales et exige que ces systèmes prennent des mesures correctives.
  • Dans les transactions immobilières, les eaux souterraines et le sol font l'objet d'un examen minutieux. Pour les friches industrielles (anciennement des sites contaminés qui ont été assainis), l'EPA exige la préparation d' évaluations environnementales de site de phase I , afin d'enquêter et de divulguer les problèmes de pollution potentiels. Dans la vallée de San Fernando en Californie, les contrats immobiliers pour le transfert de propriété sous le laboratoire de terrain de Santa Susana (SSFL) et vers l'est comportent des clauses dégageant le vendeur de toute responsabilité pour les conséquences de la contamination des eaux souterraines par la pollution existante ou future de l'aquifère de la vallée.

Inde

En Inde, 65 % de l' irrigation provient des eaux souterraines et environ 90 % des eaux souterraines extraites sont utilisées pour l'irrigation. La réglementation des eaux souterraines est contrôlée et maintenue par le gouvernement central et quatre organisations ; 1) Commission centrale des eaux, 2) Eaux souterraines centrales, 3) Autorité centrale des eaux souterraines, 4) Commission centrale de contrôle de la pollution .

Lois, réglementations et régime concernant les eaux souterraines de l'Inde :

  • 2019 Atal Bhujal Yojana (régime des eaux souterraines d'Atal), un programme de 5 ans (2020-21 à 2024-25) d'un coût de 6 milliards INR (854 millions de dollars) pour la gestion de la demande avec des plans de sécurité de l'eau au niveau du panchayat du village, a été approuvé pour la mise en œuvre dans 8 350 villages en situation de stress hydrique dans 7 États, dont l'Haryana, le Gujarat, le Karnataka, le Madhya Pradesh, le Maharashtra, le Rajasthan et l'Uttar Pradesh.
  • Le projet de loi-cadre national sur l'eau de 2013 garantit que les eaux souterraines de l'Inde sont une ressource publique et ne doivent pas être exploitées par des entreprises via la privatisation de l'eau . Le projet de loi-cadre national sur l'eau permet à chacun d'accéder à l'eau potable, du droit à l'eau potable en vertu de l'article 21 du « droit à la vie » de la Constitution indienne . Le projet de loi indique que les États indiens souhaitent avoir le contrôle total des eaux souterraines contenues dans les aquifères. Jusqu'à présent , l'Andhra Pradesh , l'Assam , le Bihar , Goa , l'Himachal Pradesh , le Jammu-et-Cachemire , le Karnataka , le Kerala , le Bengale occidental , le Telangana , le Maharashtra , le Lakshadweep , Pondichéry , Chandigarh , Dadra et Nagar Haveli sont les seuls à utiliser ce projet de loi.
  • En 2012, la politique nationale de l'eau a été mise à jour, qui avait été lancée en 1987 et mise à jour en 2002 et plus tard en 2012.
  • En 2011, le gouvernement indien a créé un projet de loi type pour la gestion des eaux souterraines ; ce modèle sélectionne les gouvernements des États qui peuvent appliquer leurs lois sur l'utilisation et la réglementation des eaux souterraines.
  • 1882 Easement Act donne aux propriétaires fonciers la priorité sur les eaux de surface et souterraines qui se trouvent sur leurs terres et leur permet de donner ou de prendre autant qu'ils veulent tant que l'eau est sur leurs terres. Cette loi empêche le gouvernement d'appliquer la réglementation des eaux souterraines, permettant à de nombreux propriétaires fonciers de privatiser leurs eaux souterraines au lieu d'y accéder dans les zones communautaires. L'article 7 (g) de la loi sur les servitudes de 1882 stipule que tout propriétaire foncier a le droit de collecter, dans ses limites, toute l'eau sous le terrain et à sa surface qui ne passe pas dans un canal défini.

Canada

Une partie importante de la population du Canada dépend de l'utilisation des eaux souterraines. Au Canada , environ 8,9 millions de personnes ou 30 % de la population du Canada dépendent de l'eau souterraine à des fins domestiques et environ les deux tiers de ces utilisateurs vivent dans des régions rurales .

  • La Loi constitutionnelle de 1867 ne confère aucun pouvoir sur les eaux souterraines à l'un ou l'autre ordre de gouvernement canadien; par conséquent, la question relève en grande partie de la compétence provinciale
  • Les gouvernements fédéral et provinciaux peuvent partager les responsabilités lorsqu'il s'agit d' agriculture , de santé, d'eaux interprovinciales et de questions nationales liées à l'eau.
  • Compétence fédérale dans des domaines tels que les eaux limitrophes/transfrontières, les pêches, la navigation et les eaux sur les terres fédérales, les réserves des Premières nations et les territoires.
  • Compétence fédérale sur les eaux souterraines lorsque les aquifères traversent des frontières interprovinciales ou internationales.

Une importante initiative du gouvernement fédéral concernant les eaux souterraines est l'élaboration de l'approche à barrières multiples. L'approche à barrières multiples est un système de processus visant à prévenir la détérioration de l'eau potable à la source. La multi-barrière se compose de trois éléments clés :

  • Protection des sources d'eau,
  • Traitement de l'eau potable, et
  • Systèmes de distribution d'eau potable.

Par pays

Les eaux souterraines sont une ressource en eau importante pour l' approvisionnement en eau potable , en particulier dans les pays arides .

Eaux souterraines extraterrestres

Les eaux souterraines ne peuvent pas être confinées uniquement à la Terre. La formation de certaines des formes de relief observées sur Mars peut avoir été influencée par les eaux souterraines. Il existe également des preuves que de l'eau liquide peut également exister dans le sous-sol d' Europe , la lune de Jupiter .

Voir également

Références

Liens externes