Mapping bar-sand coastal aquifer structure and saltwater intrusion mechanisms using Electrical Resistivity Tomography: a case study fromBinh Thuan coast, south-central Vietnam

Le long des côtes de nombreux pays tropicaux, le sol renferme une ressource précieuse et invisible : une lentille d'eau douce flottant sur une eau de mer plus salée et plus lourde. Cette séparation naturelle est fragile. Lorsque les populations pompent trop d'eau, ou lorsque le niveau de la mer monte, le sel s'infiltre vers l'intérieur des terres, rendant l'approvisionnement d'eau douce imbuvable. Dans les zones côtières sablonneuses, cette limite n'est pas une ligne nette, mais une zone de mélange qui fluctue avec les marées et les saisons. Comprendre exactement où se situe l'eau salée et comment elle se déplace est crucial pour les communautés qui dépendent de ces réservoirs souterrains pour leur survie quotidienne. Les scientifiques savent depuis longtemps que l'eau salée conduit l'électricité bien mieux que l'eau douce, un fait physique simple qui permet aux chercheurs de « voir » sous terre sans creuser le moindre trou. En mesurant la facilité avec laquelle l'électricité circule à travers le sol, ils peuvent cartographier les couches cachées de sable et d'eau, distinguant ainsi le frais du salé.

Dans le sud-central de la côte vietnamienne, une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de cartographier ces couches cachées sur un tronçon de rivage de 95 kilomètres appelé la côte de Binh Thuan. Cette région est constituée de dunes de sable anciennes et de cordons dunaires reposant sur des roches volcaniques plus anciennes. Bien que la surface ressemble à une ceinture de sable continue, la structure souterraine est complexe, et la menace de contamination par l'eau salée est élevée. Les chercheurs ont parcouru la plage et les dunes avec un instrument spécialisé qui envoie des courants électriques dans le sol. Ils ont utilisé une méthode appelée tomographie de résistivité électrique, qui crée une image en coupe transversale de la terre, semblable à un scanner médical, mais pour le paysage. Ils ont disposé huit longues lignes d'électrodes, s'étendant sur un total de près de deux kilomètres, et ont mesuré la résistance du sol jusqu'à des profondeurs de 57 mètres. Les données ont révélé une image claire du monde souterrain : une couche supérieure de sable sec ou frais, une zone de transition intermédiaire et une couche profonde et conductrice d'eau salée.

Les cartes produites par cette étude racontent l'histoire de quatre manières distinctes dont le sel envahit l'eau douce. Dans certains endroits, l'intrusion est naturelle et prévisible. À l'extrême bord de l'océan et aux embouchures de rivières, l'eau salée pousse vers l'intérieur des terres sous la forme d'un coin, remontant plus haut en profondeur, suivant un schéma classique connu des hydrogéologues. Il s'agit du résultat direct de la différence de densité entre l'eau douce et l'eau salée, où l'eau salée, plus lourde, glisse sous l'eau douce, plus légère. Cependant, l'étude a révélé que l'activité humaine crée d'autres modèles de contamination plus chaotiques. Dans une zone, les chercheurs ont trouvé une poche d'eau très salée piégée dans une dépression laissée par d'anciennes opérations minières. Il y a des décennies, des mineurs avaient creusé dans les dunes pour extraire du titane, utilisant de l'eau de mer pour laver le minerai. Cette eau de mer, désormais piégée dans les zones basses, s'est lentement infiltrée dans le sable environnant, créant un panache de sel résiduel qui persiste longtemps après l'arrêt de l'exploitation minière.

Dans d'autres localités, la source du sel est active et continue. L'étude a identifié des zones de faible résistivité directement sous et à proximité des fermes de crevettes. Ces fermes, courantes le long de la côte, utilisent de l'eau de mer pour élever leurs stocks. Les chercheurs ont observé que l'eau salée s'échappe des bassins d'élevage et s'infiltre dans le sol, ou est rejetée par des canaux ouverts qui se déversent directement dans l'aquifère peu profond. Dans un cas spécifique, une ligne de mesure passait parallèlement au rivage, avec les deux extrémités à égale distance de la mer. Une extrémité présentait de l'eau douce, tandis que l'autre montrait une anomalie saline profonde. La seule différence était que l'extrémité salée se situait directement au-dessus du système de drainage d'une ferme de crevettes. Cela a prouvé que la contamination ne provenait pas de l'océan, mais de la ferme elle-même, s'infiltrant dans le sol par le haut.

Le tableau le plus complexe est apparu à l'embouchure de la rivière Song Phan. Ici, toute la section souterraine semblait hautement conductrice, indiquant un mélange d'eau salée et d'eau douce. Les chercheurs ont déterminé que cela n'était pas dû à une cause unique, mais à une combinaison de trois facteurs travaillant de concert. Premièrement, le débit de la rivière est faible pendant la saison sèche, permettant à la marée de pousser l'eau salée loin en amont. Deuxièmement, le sol à cet endroit précis est composé d'argile et de limon plutôt que de sable propre, ce qui conduit naturellement mieux l'électricité et abaisse la lecture de la résistance, quel que soit le taux de sel de l'eau. Troisièmement, des fermes de crevettes actives à proximité rejettent de l'eau saline dans la même zone. Le résultat est un effet combiné où les marées naturelles, le drainage humain et le type de sol se conjuguent pour créer une zone de contamination sévère difficile à démêler.

L'étude a également confirmé la forme de la lentille d'eau douce elle-même. Dans les zones où les dunes de sable sont épaisses et hautes, l'eau douce repose profondément et de manière stable, protégée par une épaisse couverture de sable sec. Dans ces endroits, le coin d'eau salée est repoussé au fond de l'aquifère, préservant les couches supérieures pour la consommation. Les chercheurs ont constaté que l'épaisseur de cette couche d'eau douce varie considérablement le long de la côte, selon la hauteur des dunes et la distance par rapport aux embouchures de rivières. En comparant leurs cartes électriques avec des échantillons d'eau prélevés dans des puits voisins, ils ont vérifié l'exactitude de leur méthode. Les échantillons d'eau ont montré que là où la résistance du sol était élevée, l'eau était douce, et là où la résistance était faible, l'eau était salée.

Ce travail offre une manière claire et non invasive de visualiser la bataille invisible entre l'eau douce et l'eau salée. Il montre que si les lois naturelles de la physique dictent la forme générale du biseau salin, les activités humaines comme l'exploitation minière et l'élevage de crevettes créent des poches de contamination locales qui suivent des règles différentes. Les conclusions suggèrent que la gestion de ces ressources nécessite plus que la simple surveillance des marées ; elle exige une compréhension de l'histoire spécifique du terrain, des anciens fosses minières aux fossés de drainage modernes. Les cartes électriques servent de base de référence, un instantané de l'état actuel de l'aquifère qui peut être utilisé pour surveiller les changements au fil du temps. Pour les communautés vivant sur cette côte, savoir exactement où se trouve le sel et comment il est arrivé là est la première étape pour protéger l'eau douce dont elles dépendent.