L'approche par multi-traçage géochimique, isotopique et organique comme outil d'étude de l'origine et du transfert des contaminants dans les eaux souterraines : Application à la nappe de la Vistrenque

The geochemical, isotopic and organic multi-tracer approach as a tool for understanding the origin and transfer of contaminants in groundwater : Application to the Vistrenque aquifer

• Auteur / Autrice : Antoine Bonnière
• Direction : Corinne Le Gal La Salle, Mahmoud Khaska
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hydrogéochimie
• Date : Soutenance le 06/05/2024
• Etablissement(s) : Nîmes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Risques et Société (Nîmes ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CHROME (Nîmes) - Détection- évaluation- gestion des risques CHROniques et éMErgents (CHROME) / Université de Nîmes / CHROME
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Huneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Brouyère, Anne Togola, Lise Cary
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christelle Marlin, Serge Brouyère

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Qualité -- Gestion

Contaminants d'intérêt émergent dans l'eau

Eaux souterraines -- Pollution

Vistrenque (France)

Hydrogéologie

Mots clés libres

Hydrogéochimie

Multi-Traçage

Eaux souterraines

Transfert de contaminants

Contaminants émergents

Nitrates

Hydrogeochemistry

Multi-Tracer approach

Groundwater

Contaminant transfers

Emerging contaminants

Nitrates

Résumé

Les masses d'eaux souterraines soutiennent 65% de l’alimentation en eau potable en France. L'accroissement des pressions anthropiques entraîne des pollutions des eaux et la fermeture de captages. La diversité des pollutions existantes et l'apparition de contaminants émergents requièrent une compréhension globale du fonctionnement des masses d’eau souterraine. La mise en place de plan d'actions par les collectivités et gestionnaires de la ressource nécessite d’identifier les origines des contaminants et de définir les zones vulnérables avec précision. L’objectif de ce travail consiste en la mise en place d’une approche multi-traceurs sur la nappe de la Vistrenque (Gard), afin d’étudier l’origine et le transfert des contaminants. Les analyses portent sur les traceurs naturels d’origine de l’eau (les éléments majeurs, mineurs et traces), les isotopes stables de la molécule d’eau (δ18O/δ2H-H2O), les isotopes stables de l’azote des nitrates δ15N/δ18O-NO3-, l’isotope du bore δ11B, le gadolinium (Gd), ainsi que sur un cortège de molécules organiques incluant pesticides et résidus médicamenteux, servant eux-mêmes de traceurs. L'application de cette approche multi-traceurs a permis l'identification de l'origine des nitrates sur des zones de captages prioritaires présentant une superposition de sources de nitrate d'origines agricoles et urbaines. L’analyse de la signature isotopique en δ15N/δ18O-NO3- des nitrates facilement mobilisables des sols s’est montrée être un outil efficace pour caractériser les pollutions azotées en contexte agricole. En comparant les signatures isotopiques des sols et des eaux souterraines, les parcelles à l'origine de la contamination ont été identifiées. En plus d'une contamination agricole, l'infiltration d'un panache d'effluent de station d'épuration dans la nappe a montré l'importance de l'étude des résidus pharmaceutiques et la vulnérabilité des aquifères face aux contaminants émergents. L'ensemble de ces observations a permis de poser les bases pour transposer cette approche à d'autres secteurs d'étude, en se focalisant sur l'opérationnalité de l'approche par multi-traçage géochimique, isotopique et organique.

In France, groundwater supports 65% of the drinking water supply. The increasing pressures of human activities lead to water pollution and the closure of water supply wells. The diversity of existing pollutants and the emergence of new contaminants require a comprehensive understanding of the functioning of groundwater bodies. The implementation of action plans by local authorities and resource managers requires identifying the origins of contaminants and defining vulnerable areas with precision. The objective of this work is to establish a multi-tracer approach on the Vistrenque aquifer (France, Gard), to study the origin and transfer of contaminants. Analyses include natural tracers of water origin (major, minor, and trace elements), stable isotopes of water molecules (δ18O/δ2H-H2O), stable nitrogen isotopes of nitrates δ15N/δ18O-NO3-, boron isotope δ11B, gadolinium (Gd), as well as a range of organic molecules including pesticides and pharmaceutical residues, serving as tracers themselves. Using this multi-tracer approach, it was possible to identify the origin of nitrates in water catchment areas where agricultural and urban nitrate sources overlap. Analysis of the isotopic signature in δ15N/δ18O-NO3- of easily mobilized nitrates in soils has proved to be an effective tool for characterizing nitrogen pollution in an agricultural context. The land parcels responsible for contamination were identified, based on the comparison of the isotopic signatures of soils and groundwater. In addition to agricultural contamination, the infiltration of an urban effluent plume from a wastewater treatment plant into the aquifer highlighted the importance of studying the occurrence of pharmaceutical residues and the vulnerability of aquifers to emerging contaminants. All these observations have laid the groundwork for extending this approach to other study areas, focusing on the operability of the geochemical, isotopic, and organic multi-tracer approach.