Empreintes digitales de l’eau douce : Nouveau guide DataStream pour rendre compte des données isotopiques
L’eau est complexe. Afin de protéger l’eau, nous devons répondre à beaucoup de questions. D’où vient l’eau ? Dans quelle mesure notre eau est-elle vulnérable à la pollution et au changement climatique ? Quels sont les polluants présents dans l’eau et d’où viennent-ils ?
Pour répondre à ces questions, les scientifiques exploitent une caractéristique particulière de l’eau : ses empreintes digitales. L’eau provenant de différents endroits a des empreintes digitales, des marqueurs uniques qui permettent d’identifier les origines de l’eau et la façon dont elle se déplace dans l’environnement.
Un moyen de lire ces empreintes est par les isotopes. Les données isotopiques sont un outil puissant pour évaluer la qualité et la durabilité de l’eau.
Qu’est-ce qu’un isotope ?
Chaque élément du tableau périodique comprend au moins un isotope. Les isotopes sont des formes d’un élément ayant le même nombre de protons et d’électrons, mais un nombre différent de neutrons. Les isotopes ont les mêmes propriétés chimiques, mais la différence du nombre de neutrons fait que chaque isotope a une masse différente.
Par exemple, une molécule d’eau (H2O) est composée de deux atomes d’hydrogène (H) et d’un atome d’oxygène (O). Cependant, deux molécules d’eau ne sont pas toujours les mêmes. La plupart des molécules d’eau ont des atomes composés d’isotopes légers et certaines d’isotopes plus lourds.
Les isotopes sont des atomes ayant le même nombre de protons mais différents nombres de neutrons. Les isotopes partagent pratiquement les mêmes propriétés chimiques, mais diffèrent par leur masse, et donc par leurs propriétés physiques. Les isotopes de l’hydrogène sont appelés protium (1H), deutérium (2H) et tritium (3H).
Pourquoi mesurer les isotopes ?
La mesure des isotopes peut nous en apprendre beaucoup sur les précipitations et l’origine de l’eau, ce qui nous aide à évaluer correctement les masses d’eau. Les données isotopiques peuvent être utilisées pour différencier les eaux de surface, les eaux souterraines et les eaux glaciaires.
Mais les données isotopiques peuvent être utilisées pour bien d’autres choses que pour retracer les origines de l’eau. Environ 70 % de la production alimentaire mondiale dépend des eaux souterraines et celles-ci constituent la source d’eau douce la plus abondante à la disposition des humains. Les données isotopiques sont l’outil le plus direct et le plus puissant pour déterminer l’âge et la vulnérabilité des eaux souterraines.
Différents isotopes peuvent être utilisés pour déterminer l’âge des eaux souterraines ; l’eau contenant une quantité perceptible d’un isotope appelé tritium peut avoir environ 60 ans, tandis que le carbone 14 est utilisé pour dater l’eau jusqu’à environ 40 000 ans, et le kryptom-81 est un isotope qui permet de mesurer l’âge de l’eau jusqu’à un million d’années.
Les eaux souterraines « vieilles » s’écoulent lentement, ce qui signifie que l’aquifère qui les contient mettra longtemps à se réalimenter. Les eaux souterraines plus jeunes peuvent être renouvelées facilement et rapidement par les eaux de pluie, mais elles sont plus vulnérables à la pollution et au changement climatique. L’utilisation des isotopes pour comprendre l’âge de l’eau, permet aux scientifiques et aux décideurs politiques de gérer plus efficacement les eaux souterraines.
Les isotopes sont aussi un moyen puissant pour mieux comprendre la qualité de l’eau et la pollution. Les polluants présents dans l’eau proviennent de diverses sources. L’étude de la composition isotopique d’un polluant permet d’en déterminer l’origine.
Par exemple, l’excès d’azote est un polluant courant dans les cours d’eau. La pollution par l'azote peut contribuer à l’eutrophisation des lacs, à la prolifération de la vie végétale et parfois à la mort des poissons et des animaux en raison du manque d'oxygène dans l'eau.
L’azote peut pénétrer dans les cours d’eau à partir de sources telles que les engrais ou les déchets humains. Les isotopes d’azote présents dans les engrais agricoles ayant généralement des valeurs différentes de celles des isotopes d’azote présents dans les déchets humains, les scientifiques peuvent mesurer les isotopes pour savoir de quelle source provient le polluant avant de pénétrer dans un cours d’eau.
De plus, en mesurant les isotopes de l’azote dans les insectes aquatiques, les scientifiques peuvent continuer à suivre le polluant tout au long de la chaîne alimentaire. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour mieux comprendre et atténuer la pollution future.
À mesure que l’eau s’évapore de l’océan, des nuages se forment. Lorsque les systèmes météorologiques se déplacent vers l’intérieur des terres, les molécules d’eau contenant les isotopes les plus lourds se condensent en premier et tombent sous forme de pluie. Ensuite, les molécules d’eau plus légères se condensent et tombent. Plus les nuages sont éloignés de la côte, moins ils contiennent d’isotopes lourds. Ces isotopes peuvent ensuite être mesurés dans les eaux souterraines et les eaux de surface. Illustration tirée du Bulletin de l’AIEA, 2019.
Comment les isotopes sont-ils mesurés ?
Il existe deux types d’isotopes : les isotopes stables et les radio-isotopes (également appelés isotopes instables). Les isotopes stables n’émettent pas de rayonnements, tandis que les radio-isotopes subissent une décroissance radioactive et sont donc radioactifs.
Les isotopes sont mesurés en prélevant des échantillons d’eau, de sol ou de matières biologiques, entre autres substances. Les échantillons sont ensuite envoyés à un laboratoire où ils sont préparés et mesurés à l’aide de techniques telles que la spectrométrie de masse ou la spectroscopie laser. Les isotopes des éléments suivants sont couramment mesurés pour les applications relatives à la qualité de l’eau : oxygène (O), hydrogène (H), carbone (C) et azote (N).
Nouveau guide DataStream
Les données isotopiques peuvent être complexes et leur formatage peut être une tâche ardue. C’est pourquoi nous sommes si heureux de lancer notre nouveau Guide DataStream : Meilleures pratiques pour rendre compte des données isotopes. L’objectif de ce document est de favoriser une approche cohérente dans le traitement des données isotopiques.
Les données isotopiques sont un outil puissant pour révéler les processus environnementaux qui ont un impact sur la qualité de l’eau. Le téléchargement de données isotopiques dans DataStream permet de mieux situer ces histoires dans un contexte plus large. Nous sommes ravis de publier ce nouveau guide sur la communication des données isotopiques afin de mieux comprendre la santé des eaux douces.
À propos de l’auteure
Jessie s’est jointe à The Gordon Foundation en 2022 en tant que coordinatrice des communications. Jessie a obtenu sa M. Sc. en biologie à l’université Queen’s et son B. Sc. H. en biologie et littérature anglaise à l’université Queen’s. Jessie on peut la joindre à jessie@datastream.org.
