Studium-Poll : Traçage des sources de contamination dans les eaux souterraines

Le projet Studium-Poll 2011 (projet soutenu par l’abondement Carnot 2010) a pour objectif d’utiliser les outils géochimiques (terres rares, isotopes du Nd, Zn, Cu) pour tracer les sources de contamination dans les eaux souterraines. La connaissance de l’origine des polluants, même à basse teneur, ainsi que de leur comportement dans les systèmes aquifères est en effet une question clé pour la mise en place de politiques de gestion durable des ressources en eau. Réalisé dans le cadre du Studium (accueil de chercheurs de renommée internationale au sein d’entités scientifiques de la région Centre), Studium-Poll est lié à l’accueil au BRGM du Dr Gérard Klaver, de l’Institut de recherche Deltares (Pays-Bas), spécialiste de la géochimie des terres rares.

Tracer la contamination des aquifères par les eaux usées en détectant du gadolinium

L’un des objectifs du projet est de tracer la contamination des aquifères par des eaux usées ou issues de stations d’épuration, en utilisant les terres rares, en particulier l’anomalie en gadolinium. Le gadolinium, sous forme d’un complexe organique, est utilisé comme agent contrastant en imagerie médicale. Très vite excrété par les patients, il transite par les stations d’épuration sans aucune altération (n’étant pas biodégradable) et se retrouve dans l’environnement en l’état. Il constitue donc un "marqueur" très fiable de la présence d’eaux usées dans le milieu.

La détection d’anomalies en gadolinium, révélatrices d’une empreinte anthropique dans les eaux, repose sur l’établissement d’un profil de référence des terres rares (quatorze éléments) dans le milieu géologique concerné. La comparaison de ce référentiel avec les eaux analysées permet de mettre en évidence les anomalies (teneurs en gadolinium supérieures aux teneurs "naturelles"), signature de la présence d’effluents de stations d’épuration à l’intérieur d’un réservoir.

Fiabilité du traçage des eaux usées par le gadolinium

Plusieurs interrogations doivent cependant être levées : comment dissocier l’origine des eaux contaminées (qui peuvent aussi provenir du ruissellement ou de rivières) ; comment mesurer une éventuelle anomalie « naturelle » en gadolinium ; à partir de quel niveau une anomalie est-elle révélatrice d’une pollution ; quelles sont les conditions de transfert des eaux usées dans le réservoir ; y a-t-il des phénomènes de transformation ou de rétention du gadolinium dans le sol ?

Les travaux de G. Klaver visant à développer et valider une méthodologie de traçage des apports des effluents de stations d’épuration dans les eaux souterraines ont été entamés en avril 2011. Ils ont requis une forte implication des laboratoires du BRGM, suscitant la mise en place et le développement des analyses de terres rares, en particulier sur les eaux souterraines, et l’adaptation de méthodes de préconcentration, préalable souvent nécessaire à l’analyse par spectrométrie de masse (ICP-MS).

Ils ont été conduits sur de nombreux échantillons disponibles dans la banque d’échantillons du BRGM et à partir de nouveaux prélèvements. Les premières mesures réalisées sur des eaux souterraines (mais également des eaux de surface) ont mis en évidence les améliorations analytiques et méthodologiques à apporter. Si l’anomalie de gadolinium est une bonne signature pour tracer les eaux usées, la méthode doit en effet gagner en robustesse. Les recherches et les tests vont donc se poursuivre.

Conférence au CNRS sur les premiers résultats de Studium-Poll

Un atelier scientifique ("Rare Earth Elements in our Environment: From Ores towards Recycling through the Continental Cycle") intégrant les premiers résultats de Studium-Poll s’est tenu les 10 et 11 mai 2012 au CNRS, avec une vingtaine de conférenciers d’Europe, de Chine et des États-Unis.

Dernière mise à jour le 22.04.2013