Cycle du manganèse et des contaminants redox-actifs dans les eaux souterraines : contrôles hydrobiogéochimiques et implications pour la qualité de l’eau potable

Description :
Doctorant : Md. Muhyminul Islam

Directeur de thèse : Debra Hausladen
Président de jury : À être confirmé

Résumé : Cette thèse examine les contrôles hydrogéologiques, biogéochimiques et anthropiques régissant le cycle du manganèse (Mn) et la cooccurrence de contaminants dans les aquifères de roc fracturé. Bien que le cycle du Mn soit fortement tributaire des conditions rédox, les mécanismes contrôlant son hétérogénéité spatiale à fine échelle, la cooccurrence de contaminants et sa réponse aux apports anthropiques de carbone organique demeurent mal compris. Afin de combler ces lacunes, les eaux souterraines de 50 puits privés répartis dans deux bassins versants lacustres caractérisés par des systèmes contrastés de gestion des eaux usées (installations septiques et réseaux d’égouts municipaux) ont été étudiées à l’aide d’une approche à traceurs multiples intégrant l’hydrogéochimie, les isotopes stables (δ18O et δ2H) et les édulcorants artificiels comme traceurs des eaux usées. Les concentrations de Mn dépassaient la recommandation canadienne pour l’eau potable (0,12 mg L-1) dans 50 % des puits échantillonnés, et 92 % des dépassements étaient observés dans des conditions suboxiques à réductrices. Les fortes corrélations positives entre le Mn et le carbone organique dissous (COD) ont permis d’identifier la dissolution réductrice des oxydes de Mn induite par le COD comme principal mécanisme de mobilisation. Les signatures isotopiques, combinées à une fréquence de détection de 85 % des édulcorants artificiels, ont démontré que le mélange avec des eaux lacustres enrichies en COD et les apports de carbone organique dérivés des eaux usées constituent un facteur anthropique de mobilisation du Mn jusqu’ici méconnu, augmentant la vulnérabilité des puits riverains à cette contamination. L’application d’un cadre rédox multiconstituant modifié et adapté aux aquifères de roc fracturé a révélé les premiers dépassements documentés de chrome (Cr) dans des puits privés de l’Est du Canada, atteignant 63 µg L-1 et associés principalement à des conditions oxydantes localisées. À l’inverse, les concentrations élevées d’arsenic (As) étaient limitées aux environnements suboxiques à réducteurs, tandis que l’uranium (U) demeurait mobile dans une diversité de contextes rédox sans être restreint aux milieux oxydants. L’évaluation des systèmes résidentiels de traitement de l’eau a révélé une élimination variable du Mn et de l’U, les filtres au sable vert (greensand) et les adoucisseurs d’eau présentant fréquemment des performances insuffisantes et, dans certains cas, une augmentation des concentrations au-delà des normes réglementaires. Dans l’ensemble, ces résultats font progresser la compréhension du devenir et du transport des contaminants dans les aquifères hétérogènes et fournissent un cadre fondé sur les processus permettant de prédire la vulnérabilité des eaux souterraines et d’orienter le développement de stratégies ciblées de surveillance et de traitement visant à protéger les communautés dépendantes des puits privés.