Apport des nouvelles technologies et des nouveaux équipements pour expliquer la présence d'uranium dans l'eau potable

Il y a quelques années, le Département des Services pour la Santé Publique du Nebraska (Nebraska Department of Health and Human Services - DHHS) a commencé à contrôler les puits d’approvisionnement en eau potable afin de s’assurer que ceux-ci étaient bien en accord avec la nouvelle loi promulguée par l’US EPA sur la teneur en uranium. Cette nouvelle loi établit un seuil maximum de 30 µg/l dans l’eau potable.

Tom Christopherson, Program Manager pour les puits au sein du DHHS, apprit rapidement que les vieux puits d’approvisionnement en eau potable (Public Water Supply - PWS) d’une petite communauté rurale à Clarks, au centre du Nebraska, étaient contaminés par de l’uranium à des concentrations comprises entre 100 et 200 µg/l. Mauvaise nouvelle pour les 375 résidents de Clarks. Après une recherche difficile, deux puits-tests ont été installés environ 2,5 km

Au nord-est de la petite ville, dans ces deux puits-tests, aucune trace d’uranium n’a été détectée.

Deux nouveaux puits d’approvisionnement en eau ont alors été installés à côté des deux puits-tests. Le pompage initial et l’analyse de l'eau du nouveau puits au nord ont montré des teneurs en uranium de 30 µg/l. Après des tests préliminaires effectués par l'Université de Lincoln au Nebraska, il est apparu qu’un pompage à faible débit n’allait pas corriger le problème. C'est alors que Tom Christopherson a sollicité Geoprobe pour une utilisation éventuelle des méthodes Direct Push (DP) sur ce site afin d’aider l'agence à comprendre l'origine de cette teneur élevée en uranium.

Une équipe d'ingénieurs en Recherche & Développement de Geoprobe®, dirigée par Wes McCall, géologue environnemental, a mobilisé de l’équipement à Clarks et effectué, en un temps record (sept jours sur place), l’étude des nouveaux puits. De telles opérations permettent à l’équipe R & D de tester de nouvelles techniques et de nouveaux outils en conditions réelles. D'après Wes McCall : « Non seulement ce site était une belle occasion de tester nos nouveaux outils, mais nous avons pu aider une petite communauté à retrouver une eau potable sûre à 100 %. »

Le profilage HPT : collecter des informations hydro-stratigraphiques

Cinq profils furent d'abord acquis en utilisant le Hydraulic Profiling Tool (HPT). Une machine Geoprobe® et le nouveau système HPT ont aussi été utilisés afin de collecter des informations hydro-stratigraphiques jusqu’à des profondeurs approchant les 37 mètres. Le premier profil HPT a été obtenu près du puits d’approvisionnement en eau situé au sud. Wes McCall explique : « Les profils HPT nous ont permis d’engranger de nombreuses informations relatives au sous-sol et ils nous ont aidés à positionner les puits par la suite. Les profils HPT ont révélé la présence de plusieurs couches ou lentilles de faible granulométrie séparant des zones sableuses plus épaisses. »

La construction du puits-test de 4 pouces (+/- 10 cm) de diamètre et du nouveau puits d'approvisionnement en eau (PWS) de 12 pouces (+/- 30 cm) de diamètre au sud est aussi indiquée sur le premier profil et est basée sur les coupes des forages. Le puits PWS et le puits-test situés au nord ont été construits de manière identique.

L’installation des puits selon la méthode Direct Push

Le deuxième jour, une autre équipe est arrivée pour l’installation des puits d’observation, méthode DP. « Au travers des informations des profils HPT des crépines pré-enrobées de ¾ pouce (19,05 mm) de diamètre interne (DI) ont été installées à différentes profondeurs à proximité du profil HPT1 (groupe A de puits), explique Wes McCall. Les crépines pré-enrobées de 5 pieds (1,5 m) de long ont été mises en place entre les lentilles de faible granulométrie identifiées par les profils HPT. » Pour ce faire, l’équipe a utilisé le modèle 8040DT de Geoprobe® afin d’enfoncer les tubes de 2,25 pouces (57,15 mm) jusqu’à 36 mètres… et ce, en moins d’une heure ! Un nouveau modèle de pompe a ensuite injecté un coulis de bentonite (25 % de suspensions solides) dans l’espace annulaire. Un second groupe de puits (groupe B) a été installé à côté du profil HPT2 et à une certaine distance des puits PWS. Grâce aux capacités de la 8040DT, 8 puits pré-enrobés ont été installés en 2 jours. Le 5ᵉ puits, moins profond, a été mis en place la matinée suivante.

L’échantillonnage des puits

Du tuyau polyéthylène (PE) de ½ pouce (12,7 mm) de diamètre externe (DE) et le système de valve à bille ont été utilisés pour le développement des puits pré-enrobés de ¾ pouce (19,05 mm) de diamètre interne (DI). L’actuateur électrique 12 VCC a fourni la puissance nécessaire au système de valve à bille pour développer les puits jusqu’à 35 mètres de profondeur. Les valves à bille ont été oscillées dans l’intervalle crépiné et ont purgé de 19 à 76 litres à chaque puits. Après que le développement initial ait fait baisser la turbidité de manière significative, des pompes à vessie ont été installées afin de purger et d’échantillonner à faible débit. Les actuateurs électriques ont aussi servi pour les pompes à vessie (débits de 150 à 300 ml/min environ). Le débit était dirigé vers une petite cellule équipée d’une sonde YSI556 multi-paramètres afin d’observer les paramètres reflétant la qualité de l’eau (oxygène dissous, potentiel Redox, pH, température, conductance spécifique). La turbidité était surveillée régulièrement à l’aide d’un turbidimètre Cole-Parmer. La turbidité mesurée était en dessous de 10 NTU dans tous les puits avant échantillonnage. Le personnel du DHHS a collecté des échantillons pour la détection de cations, d’anions et de traces d’éléments (uranium inclus) dans chaque puits pré-enrobé fraîchement installé. « Comme un des puits-tests de 4 pouces (+/- 10 cm) avait préalablement montré des niveaux de concentrations élevés en uranium, les deux puits-tests ont été échantillonnés pour la détection de tous les éléments y compris l’uranium en utilisant la pompe à vessie mécanique et les actuateurs. »

Les échantillons ont été récoltés dans les neuf puits DP pré-enrobés et dans les deux puits-tests de 4 pouces (+/- 10 cm) par le personnel du DHHS et soumis au laboratoire de l'État du Nebraska pour analyse. D’après le résumé des résultats de la composition chimique des puits du groupe A installés à proximité des puits PWS au sud, les mesures de conductance spécifique, le sodium (Na), les sulfates (SO4), le sélénium (Se) et l'uranium (U) ont tous montré une tendance à la décroissance avec la profondeur. « Pourtant les résultats issus du puits-test de 4 pouces (+/- 10 cm), proche des puits DP du groupe A, apparaissaient anormaux », indique Wes McCall.

Bien que le puits-test ait été crépiné en profondeur dans l’aquifère, celui-ci avait un contenu chimique similaire aux puits crépinés en surface A4 et A3, mais était en contradiction avec les puits A1 et A2, plus profonds, crépinés aux mêmes profondeurs. Sur la base des informations HPT et des données du puits, il est apparu que le gravier filtrant de l’espace annulaire du puits PWS préexistant se comportait comme une conduite pour l’eau souterraine de surface qui se mobilisait en profondeur dans l’aquifère, et ce spécialement quand les pompes des puits PWS étaient actives.

Le plus évident est probablement l'uranium dans le puits-test de 4 pouces (+/- 10 cm) au sud. « Les données indiquent que les concentrations en uranium atteignent 168 µg/l, ce qui est environ 5 fois plus que tout ce qui a été observé dans le groupe de puits A pour l’uranium », estime Wes McCall. « Ceci n’est pas en accord avec les données des puits DP A1 et A2 crépinés aux mêmes profondeurs, et dans lesquels on n’a pas détecté d’uranium ».

Les résultats pour les puits du groupe B montrent que la conductance spécifique, le sodium, le sulfate et le sélénium tendent également à décroître avec la profondeur. Pourtant, les concentrations en uranium sont visiblement plus élevées en B3 et B4... jusqu’à 376 µg/l. D’après Wes McCall : « Il apparaît que ces deux zones de l’aquifère sont des sources probables d’uranium observé dans le puits-test de 4 pouces (+/- 10 cm) et dans les puits PWS au sud ».

En observant les informations relatives à la construction du puits PWS au sud, le massif filtrant s’étend d’environ 18,3 mètres (60 pieds) vers la surface depuis la base de filtre. Ceci signifie que le massif filtrant de ce puits coupe la zone B3 de l’aquifère, riche en uranium. Il apparaît comme évident que le massif filtrant des puits-tests originaux ainsi que le massif filtrant des puits PWS permettent la descente de l'eau souterraine des zones moins profondes de l’aquifère vers les filtres des nouveaux puits PWS, plus profonds.

L’apport des nouveaux équipements

Il est important de noter que toutes les activités liées aux investigations décrites ici ont été effectuées en moins d'une semaine sur site. C’est-à-dire l’installation de 9 crépines pré-enrobées à des profondeurs allant jusque 33,5 mètres pour 185,7 mètres de crépines installées au total.

« C’était un très bon projet pour démontrer les capacités de la 8040DT », a estimé Tom Christy, Vice-Président de Geoprobe®. « L’installation s'est déroulée plus rapidement et plus facilement que ce que nous aurions pu accomplir avec tout autre modèle de machine Geoprobe® ». Tom Christy a ajouté que ce projet montre un bon exemple d'utilisation de données acquises par des techniques DP. « Nous avions envoyé le système HPT sur site un jour à l’avance et les données récoltées ont été très intéressantes, nous montrant les couches d’argile et les zones de faible granulométrie que les précéden-

à l’état naturel pratiquement partout sur la planète. En fait, l’uranium dans le sol peut être 10 voire 100 fois plus concentré que dans l’eau bue par les gens de la communauté de Clarks.

Wes McCall explique : « L’uranium qui se retrouve dans les sédiments de l’aquifère de Clarks provient des roches sédimentaires de l’ouest du Wyoming et aussi des granits des Montagnes Rocheuses. Les rivières érodent les roches et le granite et charrient les sables, les limons, les argiles et les graviers jusqu’à la rivière Platte, ainsi que l’uranium qu’ils contiennent. Ces sédiments forment maintenant la matrice de la rivière Platte et l’aquifère de Clarks. »

D’après Wes McCall, le réel problème est l’exposition à l’uranium. « Nous ne mangeons pas le sol et habituellement nous ne mettons pas nos mains sales en bouche, nous n’en inhalons pas vraiment, même pendant les jours secs et venteux dans les plaines, donc nous n’y sommes pas exposés. Malheureusement pour les gens de Clarks, les petites quantités d’uranium présentes dans les sédiments de leur aquifère (probablement quelques ppm) se dissolvent un peu dans l’eau souterraine dû à la chimie de certaines couches de l’aquifère. Cet uranium dissout est pompé par le système local et se retrouve dans l’eau du robinet. Les habitants de Clarks boivent l’eau et l’utilisent en cuisine, explique Wes McCall. Ils l’ingèrent et y sont donc exposés. Le souci principal avec l’uranium n’est pas tellement sa décroissance radioactive (demi-vie) dans le corps mais les dégâts provoqués sur les reins en tant que métal lourd. »

Les études effectuées par forage traditionnel n’avaient pas réussi à déceler. Nous savions exactement où placer nos filtres pré-enrobés afin de connaître avec précision les différences de distribution en uranium. Comme résultat, tous les puits pré-enrobés ont donné de bons échantillons pour analyse.

D’après les données géologiques, cette contamination n’est pas causée par une activité humaine mais plutôt par l’occurrence naturelle de l’uranium dans les sédiments de l’aquifère. L’uranium est présent.

Mesures à prendre et perspectives

La communauté de Clarks neutralise actuellement les puits-tests et évalue les mesures à prendre pour mettre les puits d’approvi–

habitués à des problèmes issus de contaminations provenant d’activités humaines telles que des hydrocarbures ou du trichloréthylène dans nos aquifères, ce projet démontre que des éléments présents dans la nature comme l’arsenic ou l’uranium peuvent devenir un problème important », conclut Wes McCall. Il ajoute également que ce projet a révélé que les méthodes Direct Push utilisées par l’industrie pour les investigations d’autres contaminants fonctionnent également pour expliquer la présence et comprendre la distribution d’analytes naturellement abondants. « Il est facile d’imaginer combien la conception et la construction des puits PWS auraient été différentes si les données issues des petits puits DP avaient été disponibles avant que le projet ne débute ».

puisement en eau (PWS) de nouveau en règle avec la limite maximale imposée de 30 µg/l. « Alors que nous sommes plutôt

Conclusions

Bien que ce ne soit pas une bonne nou-