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GW-TEMP: Comprendre les effets du changement climatique sur les eaux souterraines

 

L’augmentation de la température de l’eau peut compromettre la qualité des eaux souterraines. Des données historiques ont été analysées afin d’évaluer les répercussions de cette augmentation sur la qualité des eaux souterraines.

Description du projet (projet de recherche terminé)

Les nappes souterraines sont nos principales sources d’approvisionnement en eau potable. Quel est l’impact du changement climatique sur leur qualité? Pour répondre à cette question, nous avons analysé de longues séries chronologiques de plusieurs nappes aquifères. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la température et à la concentration en oxygène car nous partons de l’hypothèse que la hausse des températures accélère les processus biogéochimiques. Ces derniers pourraient engendrer une baisse du bilan d’oxygène qui, à son tour, serait susceptible de modifier les conditions d’oxydoréduction dans l’eau, entraînant la disparition de certaines substances et l’apparition de problèmes dans les installations de pompage. Pour bien gérer l’approvisionnement en eau, il importe donc de connaître l’influence des changements climatiques sur la température et sur la concentration en oxygène des eaux souterraines.

Méthodes

Nous avons tout d’abord corrigé les données historiques en réalisant une interpolation des données manquantes, en éliminant les exceptions et en homogénéisant les séries chronologiques à des intervalles réguliers. Pour la recherche de tendances à long terme et de changements soudains dans les séries chronologiques, nous avons eu recours à des méthodes d’analyse couramment utilisées. Les rapports entre les variables du climat, des eaux courantes et des eaux souterraines ont ensuite été étudiés à l’aide de fonctions d’intercorrélation et de modèles de régression. Nous avons également utilisé des modèles statistiques pour les prédictions relatives aux températures des eaux souterraines. Afin de modéliser la température de la nappe souterraine en relation avec la température de l’air, nous avons élaboré des modèles de régression linéaire, un modèle en boîte, ainsi qu’un modèle à fonction de transfert. Enfin, nous avons calculé la température des eaux souterraines jusqu’à la fin du XXIe siècle à l’aide de prévisions existantes sur la température de l’air en Suisse.

Résultats

Les prévisions révèlent que la température des aquifères étudiés augmentera d’ici la fin du siècle. L’ampleur de cette hausse dépendra du scénario climatique mais aussi du type de formation aquifère. Dans les aquifères alimentés par des cours d’eau, la température sera plus élevée d’environ 2 à 4°C en moyenne qu’aujourd’hui. En revanche, dans les formations aquifères uniquement alimentées par les précipitations, la température des eaux souterraines n’augmentera que de 1°C au maximum en moyenne. Les séries chronologiques des concentrations d’oxygène dans les nappes aquifères alimentées par des cours d’eau ont révélé diverses accentuations. On a notamment observé une baisse de la teneur en oxygène sur plusieurs années, très probablement liée à une forte augmentation des températures des eaux courantes et des eaux souterraines. La courbe de la concentration en oxygène présente également des hausses brutales qui ne peuvent pas être attribuées à la température mais coïncident plutôt avec de forts écoulements dans les cours d’eau. Nous en déduisons donc que ces forts écoulements entraînent une modification de la perméabilité du fond des cours d’eau. Par conséquent, l’infiltration provenant des eaux courantes reste moins longtemps dans les zones très actives d’un point de vue microbiologique, ce qui engendre une hausse de la concentration en oxygène des eaux souterraines.

Importance pour la recherche et la pratique

Notre étude montre qu’à l’avenir, la température des eaux souterraines présentes dans les aquifères alimentés par des cours d’eau sera considérablement plus élevée. Ces conditions provoqueront une baisse de la teneur en oxygène dans les formations aquifères, lesquelles représentent environ 25% de l’approvisionnement en eau potable, et pourraient donc avoir des répercussions négatives sur la qualité des eaux souterraines et engendrer des problèmes dans l’infrastructure des stations de pompage de l’eau. Nous recommandons par conséquent d’intensifier le contrôle dans les sites où l’eau potable provient de ce type d’aquifère.

Titre original

Réactions des eaux souterraines suisses au forçage et au changement climatique: analyse des données historiques

Direction du projet

  • Dr. David M. Livingstone, Wasserressourcen und Trinkwasser, Eawag Dübendorf
  • Dr. Eduard Hoehn, Wasserressourcen und Trinkwasser, Eawag Dübendorf
  • Prof. Rolf Kipfer, Wasserressourcen und Trinkwasser, Eawag Dübendorf

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