Alors qu’un nombre croissant de communautés sont obligées de faire face à la contamination par les PFAS dans leurs eaux souterraines, un obstacle majeur à la lutte contre ce groupe nocif de produits chimiques consiste à démêler comment ils se déplacent dans une région de l’environnement appelée la zone non saturée – un fouillis de sol, de roche et l’eau prise en sandwich entre la surface du sol et la nappe phréatique en dessous.
Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison offre une nouvelle façon simplifiée de comprendre le mouvement des PFAS dans cette zone.
PFAS est une abréviation pour les substances perfluoroalkyles et polyfluoroalkyles. Les produits chimiques synthétiques sont utilisés depuis des décennies dans des produits allant des ustensiles de cuisine antiadhésifs aux mousses anti-incendie. Certains produits chimiques PFAS sont associés à des risques pour la santé et peuvent persister indéfiniment dans l’environnement. La modélisation de leur écoulement à travers la zone non saturée, également connue sous le nom de zone vadose, est importante car les produits chimiques peuvent s’y attarder pendant des années ou des décennies, tout en s’infiltrant lentement dans les aquifères que de nombreuses communautés utilisent pour fournir de l’eau potable.
Malheureusement pour les personnes chargées de cette tâche, la complexité de la zone non saturée et la structure moléculaire des produits chimiques PFAS eux-mêmes font de ce travail crucial un défi considérable.
« La zone non saturée est vraiment complexe parce que vous avez de l’air, vous avez des grains et vous avez de l’eau qui bouge tout le temps de manière dynamique », explique Will Gnesda, étudiant diplômé du département de géosciences UW-Madison et auteur principal de l’étude.
« Cela a toujours été un gros problème pour tous les types de contaminants, comprendre le fonctionnement de la zone non saturée », explique Gnesda. « Mais les PFAS ajoutent une autre couche de complexité. »
C’est en grande partie parce que les molécules de PFAS sont attirées par la frontière entre l’air et l’eau.
« La zone non saturée est pleine de ces frontières », explique Gnesda.
Pour ces raisons, la modélisation du mouvement des PFAS à travers la zone non saturée a traditionnellement nécessité beaucoup de conjectures et une immense puissance de calcul. Gnesda, qui travaille dans le laboratoire du professeur de géosciences Christopher Zahasky, s’efforce d’améliorer et de simplifier ce travail de modélisation.
Grâce à une série d’observations et de calculs en laboratoire, Gnesda et ses collègues ont produit un cadre simplifié qui promet de réduire la puissance de calcul et le temps nécessaires pour modéliser le mouvement des PFAS à travers le sol. Le cadre peut être appliqué à des sites spécifiques – un facteur important pour le rendre utile aux services publics et aux consultants en environnement qui tentent de prédire comment la contamination par les PFAS peut affecter les réservoirs locaux dans des contextes géologiques uniques.
Les travaux ont été récemment publiés dans la revue Sciences et technologie de l’environnement.
Les chercheurs ont appliqué leur cadre de modélisation à un site réel près de Rhinelander, une ville d’environ 8 000 habitants dans les Northwoods du Wisconsin, où deux puits municipaux se sont révélés contaminés par des PFAS en 2019. La géologie du site a été étudiée en profondeur, fournissant à l’équipe des informations utiles. données pour tester le cadre de modélisation.
Ils ont constaté que plusieurs facteurs ont une influence majeure sur l’endroit et la durée pendant lesquels les produits chimiques PFAS nocifs restent enfermés dans le sol avant de s’écouler sous la nappe phréatique. Ces facteurs comprennent la quantité et l’emplacement du carbone organique contenu dans les roches d’un site, la quantité de sable graveleux et la porosité des sols et des roches.
Alors que la recherche pointe vers une approche plus accessible pour modéliser le flux de PFAS dans le sol, d’autres analyses doivent être effectuées pour affiner et valider le cadre. C’est l’objet d’un nouveau projet collaboratif mené par Zahask. Les travaux sur ce projet sont en cours alors que Gnesda et ses collègues tentent de suivre les molécules de PFAS lorsqu’elles traversent une zone non saturée simulée et un aquifère dans un laboratoire sur le campus UW-Madison.
« Nous allons voir dans quelle mesure notre théorie se connecte au laboratoire », déclare Gnesda, qui s’attend à ce que les expériences affinent davantage le cadre de modélisation afin qu’elles puissent finalement être appliquées à des scénarios plus réels.
Plus d’information:
William R. Gnesda et al, Adsorption des PFAA dans la zone Vadose et implications pour la contamination à long terme des eaux souterraines, Sciences et technologie de l’environnement (2022). DOI : 10.1021/acs.est.2c03962