Le cheminement des eaux souterraines de l’Emmental repéré avec des gaz nobles

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Bassin versant de l’Emme au niveau du Brienzer Rothorn (Photo: Wikipedia f

Bassin versant de l’Emme au niveau du Brienzer Rothorn (Photo: Wikipedia free Commons)

Une chercheuse de l’Eawag a participé au développement d’une nouvelle approche visant à révéler comment l’eau des rivières rejoint les eaux souterraines. Dans la zone d’essai de l’Emmental, il s’est avéré que le temps d’écoulement dans l’aquifère est beaucoup plus court que ce qui était supposé jusqu’ici. Cela peut avoir des conséquences lors de périodes de sécheresse.

80 % de l’eau potable consommée en Suisse proviennent des eaux souterraines. Les réserves hydriques abondantes de la Suisse sont d’une valeur inestimable pour la société, l’économie et la nature. Dans le sous-sol sont stockés quelque 150 milliards de mètres cubes d’eaux souterraines, dont 18 milliards seraient théoriquement utilisés durablement chaque année pour l’approvisionnement en eau potable, l’industrie et à des fins agricoles.

Rien d’étonnant à ce que la formation des nappes phréatiques soit un sujet de recherche important. «Si nous voulons préserver la sécurité de l’approvisionnement en eau, nous devons comprendre de quelle manière les eaux de surface et les eaux souterraines se mélangent dans l’aquifère vulnérable et à quelle vitesse l’eau s’y déplace», déclare l’hydrologue Andrea Popp. Elle vient d’achever sa thèse à l’EAWAG et à l’ETH Zurich et a développé une nouvelle approche méthodologique pour mieux comprendre les eaux souterraines. Cette méthode a été présentée récemment dans la revue scientifique «Water Resources Research» .

Mise en oeuvre d’un spectromètre de masse portatif

Le progrès de la méthode consiste essentiellement dans le fait de ventiler les proportions d’eau de rivière récemment infiltrée et d’eaux souterraines régionales dans l’aquifère et de déterminer les temps d’écoulement de l’eau de rivière infiltrée dans l’aquifère. Jusqu’ici, ces temps étaient calculés à l’aide de méthodes de datation à partir d’échantillons d’eau souterraine non spécifiés. L’équipe d’Andrea Popp utilise pour ses mesures sur site des gaz nobles dissous dans l’eau qui sont en quelque sorte «repérés» au moyen d’un spectromètre de masse portatif (vidéo) développé à l’Eawag. Les résultats sont alors combinés avec des calculs de modélisation.

La méthode a été utilisée pour la première fois dans le cadre d’une étude de cas dans l’Emmental. Un prélèvement a été effectué dans la nappe phréatique d’Aeschau, où l’eau est pompée parallèlement à l’Emme dans différents puits. Cette eau potable permet entre autres d’approvisionner une grande partie de la population de Berne. Les principaux résultats des essais de pompage réalisés début 2019: env. 70 % des eaux souterraines proviennent de l’Emme. En outre: L’eau de la rivière se déplace relativement rapidement dans l’aquifère. Son temps d’écoulement est compris entre 7 et 14 jours. «On peut se représenter l’Emmental comme une baignoire remplie principalement de gravier sableux et de cailloux concassés», explique Andrea Popp, «cela explique les temps d’écoulement rapides.»

Ces résultats sont importants notamment au vu des répercussions du changement climatique. Une étude antérieure a montré que le débit annuel de l’Emme diminue. Entre 1999 et 2018, il a régressé de plus de 10 % par décennie. En outre, les projections pour les années 2070 à 2099 annoncent que l’écoulement estival diminuera de 25 à 45 % en raison de l’élévation de la température de l’air.

Cela se recoupe avec les estimations du rapport publié récemment «Effets des changements climatiques sur les eaux suisses» de l’Office fédéral de l’environnement OFEV portant sur le projet Hydro-CH2018. On peut y lire: «Les scénarios hydrologiques montrent que les niveaux d’eau en été et en automne diminueront en général nettement, non seulement pour les eaux de surface, mais aussi pour les eaux souterraines.» Parallèlement, les périodes de sécheresse et les vagues de chaleur estivales seront, à l’avenir, plus fréquentes et plus longues. «Sans mesure de protection du climat, les débits d’étiage connaîtront un recul de l’ordre de 30 % en été dans les régions situées à moins de 1’500 m d’altitude.»

Les réserves d’eau potable comme celles de l’Emmental, mais aussi du monde entier, seront également affectées par cette évolution. Andrea Popp estime que sa méthode pourrait contribuer à une meilleure gestion des ressources en eau potable. On peut imaginer, par exemple, de relier différentes zones de captage afin de parer aux phases de sécheresse. «Notre approche», commente l’hydrologue, «peut révéler les risques et la vulnérabilité des approvisionnements en eau potable à partir de la nappe phréatique.»

Articles originaux (en libre accès):
Popp, A. L., Pardo-Alvarez, A., Schilling, O. S., Scheidegger, A., Musy, S., Peel, M., et al. (2021). A framework for untangling transient groundwater mixing and travel times. Water Resources Research, 57, e2020WR028362. https://doi. org/10.1029/2020WR028362

Article «Tracing Water from River to Aquifer» in den Science News der American Geophysical Union (AGU): https://eos.org/research-spotlights/tracing-water-from-river-to-aquifer


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