Quels facteurs différents affectent le transport des eaux souterraines?
Le transport des eaux souterraines est le mouvement de substances, en particulier de contaminants, dans les eaux souterraines. La zone d'eaux souterraines dans laquelle les contaminants sont concentrés s'appelle un panache d'eaux souterraines. Les panaches ont différentes formes, tailles et taux de transport. Les différents facteurs qui affectent le transport des eaux souterraines incluent la géologie et l'hydrologie de l'aquifère, ainsi que les propriétés physiques, chimiques, biologiques et radiologiques des contaminants présents dans les eaux souterraines.
Les aquifères sont des roches souterraines et des formations de sol saturées en eau. L'eau souterraine se déplace à travers les pores entre les particules de sol et de roche et à travers les fissures, les crevasses et les fractures dans le substrat rocheux dur. Le type de roches et de sols présents influe grandement sur le mouvement des contaminants. Les facteurs géologiques importants comprennent la texture et la taille des particules ainsi que les caractéristiques physiques des pores et des autres espaces traversés par les eaux souterraines.
La perméabilité, ou conductivité hydraulique, est la facilité avec laquelle les eaux souterraines se déplacent à travers les formations souterraines. Les grosses particules faiblement tassées, telles que les graviers et le substrat rocheux fortement fracturé sont plus perméables que les argiles, les particules de limon compactes et les roches solides. La taille, la distribution et l'interconnexion des espaces ouverts déterminent en grande partie la facilité avec laquelle l'eau souterraine et les contaminants qu'elle contient peuvent migrer d'un endroit à l'autre.
Les propriétés chimiques sont également des facteurs importants dans le transport des eaux souterraines. Certains contaminants se dissolvent dans l'eau, tandis que d'autres sont insolubles. Les substances dissoutes font en réalité partie des eaux souterraines et ne s'en séparent pas facilement. Les substances insolubles se comportent beaucoup plus indépendamment. Ils peuvent être très denses et difficiles à transporter. Ils peuvent également se loger dans les pores ou se coincer sur les bords des particules déchiquetées. La nature chimique des contaminants ainsi que la température et le pH des eaux souterraines déterminent en grande partie les substances solubles ou insolubles dans l'eau.
Les contaminants dissous, ou solutés, sont entraînés avec les eaux souterraines au fur et à mesure de leur écoulement. Ce processus de transport s'appelle l'advection. Les contaminants se déplacent essentiellement au même débit et dans la même direction que les eaux souterraines. Le transport des eaux souterraines par advection est plus courant dans les aquifères hautement perméables comportant de vastes réseaux de pores ou d’espaces interconnectés.
Les solutés se dispersent dans les eaux souterraines en raison du mélange mécanique et de la diffusion moléculaire. Le mélange mécanique est une conséquence naturelle du mouvement à travers et autour des particules de sol et de roche. La diffusion moléculaire est un mélange qui se produit au niveau moléculaire entre certains composés et l’eau. La dispersion dilue progressivement les concentrations de contaminants et crée un panache de forme elliptique dans lequel les contaminants sont fortement concentrés près du bord de fuite du panache et dilués vers le bord d'attaque.
Certains contaminants, tels que les produits pétroliers, ne se dissolvent pas facilement dans les eaux souterraines. Au lieu de cela, ils flottent au-dessus de la nappe phréatique ou s’enfoncent au fond de l’aquifère, en fonction de leur densité. Ils peuvent subir une certaine dispersion, mais leurs panaches se déplacent beaucoup plus lentement que les panaches de solutés et de contaminants qui se dispersent facilement dans les eaux souterraines.
Les effets qui ralentissent le transport des eaux souterraines sont appelés facteurs de ralentissement. L'adsorption est un facteur de retard important. Cela se produit lorsque des contaminants s'attachent ou adhèrent au sol ou aux particules de roche en raison de forces d'attraction électrostatiques. Les composés qui ne se dissolvent pas ou ne se dispersent pas facilement dans les eaux souterraines sont facilement adsorbés. Les autres facteurs de retard comprennent le frottement dans les pores et l'effet de filtrage qui se produit lorsque des contaminants solides et insolubles cessent de se déplacer car ils se logent dans les pores ou sont happés par des particules de sol ou de roche déchiquetées.
Enfin, les contaminants peuvent subir des transformations physiques, chimiques, biologiques ou radiologiques qui modifient leurs taux de transport des eaux souterraines. Un contaminant peut changer de phase, par exemple d’un liquide à un gaz. Les réactions chimiques entre contaminants et processus biologiques et radiologiques naturels peuvent également convertir un composé en un autre. Les composés nouvellement créés peuvent se déplacer plus rapidement ou plus lentement que les composés précédents.