Deciphering Nitrate Sources and Biogeochemical Pathways Along Intermediate Flow System in Volcanic Aquifer of the Denpasar Basin, Bali, Indonesia
Cette étude utilise des analyses multi-traceurs hydrochimiques et des analyses isotopiques doubles du nitrate sur 70 échantillons d'eau souterraine pour révéler que la contamination par les nitrates dans l'aquifère volcanique du bassin de Denpasar provient des engrais agricoles dans les zones de recharge et des eaux usées domestiques dans les zones de décharge urbaines, avec un transport régulé par un système d'écoulement intermédiaire et partiellement atténué par une dénitrification microbienne localisée.
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L'eau cachée sous la terre est un partenaire silencieux de la vie humaine, remplissant nos puits et soutenant nos cultures. Pourtant, cette ressource invisible est vulnérable aux activités qui se déroulent en surface. Lorsque les agriculteurs épandent des engrais ou que les villes génèrent des déchets, des composés riches en azote peuvent s'infiltrer dans le sol et voyager vers le bas, finissant par contaminer les eaux souterraines. Les scientifiques étudient ces mouvements en examinant la composition chimique de l'eau et les « empreintes digitales » uniques laissées par les différentes sources. Tout comme un type spécifique de sol peut laisser une marque distincte sur une chaussure, les différentes sources de pollution laissent des signatures chimiques distinctes dans l'eau. En lisant ces signatures, les chercheurs peuvent retracer l'origine de la pollution et la façon dont elle évolue en traversant le sol, un processus essentiel pour protéger l'eau que nous buvons.
Dans le bassin de Denpasar, sur l'île de Bali, en Indonésie, une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de cartographier ce voyage caché. Le bassin est un paysage composé de couches distinctes : des forêts de haute montagne en haut, des collines agricoles vallonnées au milieu, et une plaine côtière urbaine dense en bas. L'eau souterraine s'écoule naturellement depuis les hautes montagnes, traverse les fermes et finit par atteindre la ville. Les chercheurs ont collecté soixante-dix échantillons d'eau provenant de sources et de puits à travers tout ce parcours. Ils ont mesuré la quantité de nitrate, un polluant courant, et de chlorure, un sel souvent présent dans les eaux usées. Plus important encore, ils ont analysé les isotopes de l'azote et de l'oxygène au sein des molécules de nitrate. Les isotopes sont des versions légèrement différentes du même élément, et leurs ratios agissent comme un code-barres qui révèle si le nitrate provient d'engrais, de déchets animaux ou d'eaux usées humaines, et si celui-ci a été décomposé par des bactéries en cours de route.
L'étude a révélé un schéma de contamination clair qui suit la pente du terrain. Dans les zones de recharge de haute montagne, là où l'eau pénètre pour la première fois dans le sol, les niveaux de nitrate étaient faibles. Ici, les signatures chimiques indiquaient que les engrais agricoles étaient la source principale, mais les quantités étaient minimes. À mesure que l'eau descendait vers les altitudes moyennes, où les rizières traditionnelles et les plantations sont communes, le mélange chimique commençait à changer. L'eau dans cette zone présentait des signes de mélange, transportant des traces d'engrais et de matière organique provenant du sol. Cependant, les changements les plus spectaculaires se sont produits dans les zones urbaines de basse altitude. Dans la ville, les concentrations de nitrate ont grimpé en flèche, certains échantillons atteignant des niveaux bien au-dessus de ce qui est considéré comme sûr pour la consommation. Les empreintes chimiques dans ces puits urbains racontaient une autre histoire : la pollution était dominée par les eaux usées domestiques. Les niveaux élevés de chlorure, un composant des déchets humains, ont confirmé que les fuites de systèmes septiques et les eaux usées non traitées étaient les principaux coupables, plutôt que l'intrusion d'eau de mer ou l'altération naturelle des roches.
Ce qui rend cette découverte particulièrement significative est la manière dont l'eau circule. Les chercheurs ont découvert que l'eau hautement contaminée dans la ville ne provenait pas seulement de la surface située directement au-dessus d'elle. Au contraire, elle faisait partie d'un système de flux intermédiaire. L'eau qui s'est rechargée dans les altitudes moyennes, recueillant le ruissellement agricole, a voyagé sous terre pour finalement remonter à la surface dans les basses terres. Cette autoroute souterraine a permis aux polluants des fermes de se mélanger aux eaux usées de la ville, créant un cocktail complexe de contamination. L'étude a également montré que la nature tentait de nettoyer l'eau. Dans de nombreux échantillons, les ratios chimiques indiquaient que des bactéries décomposaient le nitrate, un processus appelé dénitrification, qui convertit le polluant en gaz d'azote inoffensif. Cependant, ce nettoyage naturel était limité. Parce que le sol volcanique permet à l'oxygène de circuler facilement, les conditions étaient souvent trop riches en oxygène pour que les bactéries puissent travailler efficacement, laissant une grande partie du nitrate intacte.
Les chercheurs ont conclu que, bien que les eaux souterraines des hautes montagnes restent relativement propres, l'eau de la zone de décharge urbaine subit une forte pression due à l'activité humaine. L'étude a écarté l'idée que les niveaux de sel élevés dans la ville étaient causés par l'eau de mer, pointant au contraire directement vers les déchets humains. Elle a également souligné que se fier uniquement à la quantité totale de nitrate peut être trompeur ; les données chimiques et isotopiques ont montré que même lorsque les niveaux de nitrate sont dans les limites légales, l'eau peut déjà être dans les premières étapes de dégradation. Les conclusions suggèrent que l'expansion rapide du tourisme et du développement urbain à Bali dépasse la capacité de l'environnement naturel à filtrer l'eau. Pour protéger l'avenir de cette ressource vitale, l'étude souligne la nécessité d'une meilleure gestion des systèmes d'assainissement et d'une compréhension plus profonde de la manière dont l'eau circule à travers ces paysages volcaniques, afin de garantir que le flux caché sous la ville ne devienne pas une menace cachée pour la santé publique.
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