Surveiller les polluants invisibles sous nos villes
Les eaux souterraines sont essentielles à la santé et à la prospérité humaines ; elles représentent en effet 30 % de l’eau douce de notre planète(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Elles sont stockées dans les aquifères et s’y déplacent. Ces couches souterraines de roches ou de sédiments constituent une source d’eau vitale pour les usages domestiques, industriels ou agricoles. Les ressources en eaux souterraines en milieu urbain étant soumises à une pression croissante en raison de la variabilité du climat, de la pollution et de la surexploitation, la qualité de la recharge des aquifères est plus importante que jamais. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet SPONGE a cherché à comprendre comment les microplastiques et les polluants émergents présents dans les eaux de ruissellement impactent les aquifères. L’objectif était de déterminer si les eaux de ruissellement stockées pouvaient être utilisées pour améliorer la résistance des aquifères urbains à la pénurie d’eau souterraine.
Aller au-delà des méthodes traditionnelles pour mieux détecter les particules nocives
La première ligne d’action de la SPONGE a été de surveiller les eaux souterraines dans 11 puits sur une période de 17 mois entre 2023 et 2025 et de collecter des échantillons de sources potentielles de contamination, y compris les eaux de ruissellement et les eaux usées. L’objectif était par la suite d’analyser ces échantillons pour détecter la présence de microplastiques, d’antibiotiques, de produits pharmaceutiques et de traceurs chimiques. Pour réaliser cette analyse, SPONGE a introduit une nouvelle approche multi-traceurs qui intègre des données isotopiques, chimiques et pharmaceutiques afin de retracer les voies de contamination potentielles. Les résultats ont montré que les fuites d’eaux usées étaient les principales responsables, ce qui a permis de mieux comprendre les processus à l’origine de leur distribution. Très tôt, l’équipe s’est heurtée aux limites des techniques de détection et d’identification existantes. Comme l’explique Stefano Viaroli, chercheur associé au projet: «Nous avons constaté que les protocoles et les techniques spectroscopiques couramment utilisés ne permettent pas de détecter ni de caractériser les particules de taille inférieure à 20 µm. Pour y remédier, nous avons testé une approche innovante utilisant la microscopie à force atomique pour détecter les microplastiques à l’échelle nanométrique». Bien que la méthode ne soit pas encore largement applicable en raison des coûts élevés et des difficultés à détecter les types de polymères, les résultats sont très prometteurs et ouvrent de nouvelles possibilités pour la caractérisation des microplastiques et leur relation avec d’autres polluants aquatiques.
Modélisation numérique avancée pour l’évaluation des eaux souterraines
Les conditions réelles des eaux souterraines sont difficiles à reproduire en laboratoire, ce qui affecte la précision. Grâce à des simulations en 3D, SPONGE a modélisé le transport de microplastiques dans des milieux poreux soumis à des gradients hydrauliques variables, améliorant ainsi la capacité de prévision et reflétant les conditions réelles. Le modèle numérique a été mis à l’épreuve lors d’une simulation à l’échelle de la ville de la recharge de l’aquifère de Shenzhen, une métropole chinoise de la province de Guangdong, montrant que les aquifères peu profonds de ces zones transportent une charge polluante élevée. «Les grands réseaux de collecte des eaux de ruissellement urbaines se sont révélés être des sources potentielles de contamination importante, car ils peuvent être alimentés par des débordements d’égouts», souligne Stefano Viaroli. «Ces résultats nous ont permis de mieux comprendre la qualité des eaux souterraines et les principaux facteurs à l’origine de la contamination du sous-sol», ajoute-t-il.
Une initiative interculturelle
Le consortium SPONGE a mené bon nombre de ses activités en collaboration avec l’Université des sciences et technologies du Sud, SUSTech(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à Shenzhen. L’institution partenaire a fourni des installations, des instruments pour la surveillance et l’échantillonnage des eaux souterraines ainsi que des équipements analytiques pour les analyses chimiques et pharmaceutiques. «La possibilité de mener des recherches dans un environnement totalement différent du contexte européen s’est avérée très stimulante; elle nous a permis de découvrir une nouvelle approche de la recherche et d’échanger avec des collègues à tous les niveaux, en partageant nos idées et nos expériences», note Stefano Viaroli. «L’une des principales réalisations du projet SPONGE a été le perfectionnement des méthodes d’échantillonnage et de prétraitement des eaux souterraines, ce qui a permis de mieux cerner la vulnérabilité des aquifères à la contamination par les microplastiques», conclut Stefano Viaroli. Ainsi, SPONGE a ouvert la voie à une recharge sûre des aquifères urbains et, par conséquent, à des écosystèmes aquatiques plus sains et plus résistants.