Florent Barbecot

barbecot

Impacts anthropiques
sur les ressources en eau

Université du Québec à Montréal
Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère

L’ensemble des méthodes que je développe vise à la connaissance de l’objet «ressource en eau». Les outils géochimiques sont combinés et confrontés aux approches de terrain et à l'hydrodynamique des sites afin de reconstituer le parcours, déterminer l'origine de l'eau et d'identifier les processus à l'origine de la minéralisation ou de la pollution des ressources. C'est une lecture de la "mémoire de l'eau". 
J’utilise ces méthodes dans différents contextes, des milieux les plus riches en eaux comme le Canada, la France mais aussi dans les zones les plus arides de la planète (Afrique, pourtour méditerranéen…). Dans tous les cas, l’avenir des populations locales l’homme dépend de la connaissance de ces ressources et le tarissement qui se généralise à l’échelle de la planète s’exprime soit directement par la chute des quantités disponibles ou par une dégradation de la qualité, parfois difficile à identifier. C’est ce qui motive ma recherche fondamentale sur les traceurs isotopiques, je souhaite apporter à notre société d’outils d’investigation innovants tels que les traceurs précurseurs de la dégradation des environnements aqueux. Avec de tels moyens, le travail des environnementalistes ne devrait plus se limiter à un simple constat de dépérissement des populations soutenues par les hydrosystèmes. Nous devons pouvoir œuvrer à la préservation des ressources pour les générations futures en visant au maintien des équilibres hydrosystèmes – biodiversité.

A partir de l’étude de sites, mes recherches visent dans un second temps à la détermination de la sensibilité des eaux souterraines à l’évolution des conditions environnementales actuelles et passées, c’est-à-dire identifier la capacité de résilience des hydrosystèmes. Pour cela, je m'appuie sur une large palette d'outils géochimiques (chimie des éléments majeurs, mineurs ou traces, isotopes stables et radioactifs, traceurs de l'activité anthropique) afin d'identifier les variables environnementales dominantes, ou les modes d’intégration/amortissement de la variabilité des signaux environnementaux au sein des masses d'eaux continentales. 
Les sites d'études sont de vrais "laboratoires naturels" dont les particularités permettent de discuter la notion de sensibilité environnementale en réponse aux :

gradients de pression anthropique directe traduisant l’emprise de l’homme sur les aires de recharge (imperméabilisation urbaine, pollutions agricoles, etc.) et sur la modification des écoulements (exploitation des ressources) ;
gradients hydro-climatiques et d’occupation des sols qui jouent directement sur les bilans de recharge des nappes ;
gradients de sensibilité à l’évolution du climat.
Les moyens et méthodes développés sont à même de répondre aux problématiques actuelles et fondamentales dans le cadre du cycle de l’eau en visant plus particulièrement l’étude de la sensibilité des hydrosystèmes continentaux aux forçages anthropiques directs (modification des aires de recharge et exploitation des ressources) ou indirects (évolutions du climat et du couvert végétal). L'objectif final est ici de développer des outils/méthodes d'investigation hydro-géochimique novateurs adaptés à la gestion des ressources en eaux pour les organismes de gestion et agences gouvernementales.

Des moyens innovants
Infrastructure de recherche sur la recharge des eaux souterraines (IRRES)
En 2014, dans le cadre de mon recrutement et du développement de ma recherche au Canada, j’ai bénéficié d’un financement FCI impliquant mes collègues Marie Larocque et Daniele Pinti ;
    Cette infrastructure a pour but de permettre des avancées significatives en regard de la compréhension de la dynamique spatio-temporelle des processus responsables de la recharge des aquifères, par l’observation, l'analyse in situ, de même que par la quantification des réservoirs d’eau et des flux. Les objectifs soutenant cette acquisition sont :

de mettre en place un référentiel naturel permettant un couplage original des approches physiques et géochimiques visant à la quantification de la recharge;
de développer des compétences instrumentales et théoriques originales pour la prospection physique, géochimique et isotopique de la recharge.
L'infrastructure demandée permettra de quantifier les volumes d'eau pouvant être attribués à la recharge de l'eau souterraine en climat humide. Elle apportera également des connaissances nouvelles sur l’impact de facteurs environnementaux (couverture végétale, nature des sols, etc.) et de processus (dégel, infiltration, reprise par évapotranspiration) sur la variabilité spatiale et temporelle de la recharge à court et à long termes. Les résultats permettront d’identifier les méthodes les mieux adaptées pour caractériser in situ la recharge dans le contexte canadien. Cette infrastructure contribuera ainsi à une compréhension intégrée de la dynamique spatio-temporelle de la recharge et servira à la formation pratique sur des techniques novatrices de quantification du renouvellement des ressources en eaux souterraines. Dès l’automne 2014, Sophie Guillon développera les premières études visant à identifier l’impact de la dynamique du couvert neigeux et des températures hivernales sur les échanges entre l’atmosphère et les nappes d’eau souterraines.

Traçage de l’origine des phosphates dans les eaux
Nous développons avec une équipe de chercheurs du British Geological Survey (Dr Daren Gooddy) une approche innovante pour identifier l’origine des phosphates dans les eaux souterraines et les lacs. Ce traçage de l’origine des phosphates nous permettra d’identifier les sources de dégradation de la qualité des eaux avant que l’eutrophisation des milieux n’ait des conséquences graves sur l’environnement.

L’âge de l’eau
Depuis plus de 10 ans mes travaux de recherche portent sur la notion d’âge de l’eau, et nous venons de nous instrumenter au GEOTOP de l’équipement nécessaire aux datations des eaux anciennes (radiocarbone) et des récentes (CFC-SF6). Aujourd’hui, je suis formateur pour l’ONU (IAEA) dans le cadre des programmes de National Training Courses in Isotope Hydrology (volet Datation des eaux à l’aide de traceurs environnementaux*), et j’ai des collaborations avec des grandes compagnies telles que Danone pour la datation de leurs eaux minérales (Evian, collaboration avec le Dr Patrick Lachassagne – Danone- , Matthias Brenwald – EAWAG- et Roland Purtschert -Univ. of Bern).

http://www.iaea.org/technicalcooperation/Topics-in-focus/Sahel/Events.h…

Mots clés : Ressources en eau – Résilience des hydrosystèmes / Age / Datation des eaux souterraines, Recharge des aquifères, Echanges nappe-rivière, Transfert des polluants, Zone d’alimentation, Transferts en zone non-saturée, Flux de CO2, Protections des ressources en eau, Eaux carbogazeuses.

Méthodes : Ages 14C, 226Ra, CFCs-SF6, signatures δ2H-δ18O, phosphates-δ18O, modélisation hydrochimique, modélisation du transport réactif, 222Rn, δ13C et traceurs chimiques des interactions eau-roche.

Meyzonnat, G., Barbecot, F., Alazard, M., McCormack, R., 2018. La richesse de la ressource en eau du Québec. Géologues 198, 69-75.

Arnoux, M., Barbecot, F., Gibert-Brunet, E., Gibson, J., Noret, A., 2017Impacts of changes in groundwater recharge on the isotopic composition and geochemistry of seasonally ice-covered lakes: insights for sustainable managementHydrology and Earth System Sciences 21 (11), 5875-5889.

Arnoux, M., Barbecot, F., Gibert-Brunet, E., Gibson, J., Rosa, E., Noret, A., Monvoisin, G., 2017Geochemical and isotopic mass balances of kettle lakes in southern Quebec (Canada) as tools to document variations in groundwater quantity and qualityEnvironmental Earth Sciences 76 (3), art. no. 106.

Arnoux, M., Gibert-Brunet, E., Barbecot, F., Guillon, S., Gibson, J., Noret, A., 2017Interactions between groundwater and seasonally ice-covered lakes: Using water stable isotopes and radon-222 multilayer mass balance models. Hydrological Processes 31 (14), 2566-2581.

Saby, M., Larocque, M., Pinti, D., Barbecot, F., Gagné, S., Barnetche, D., Cabana, H., 2017Regional assessment of concentrations and sources of pharmaceutically active compounds, pesticides, nitrate, and E. coli in post-glacial aquifer environments (Canada)Science of the Total Environment 579, 557-568.

 

Delbart, C., Valdés, D., Barbecot, F., Tognelli, A., Couchoux, L., 2016Spatial organization of the impulse response in a karst aquiferJournal of Hydrology 537, 18-26.

Meyzonnat, G., Larocque, M., Barbecot, F., Pinti, D.L., Gagné, S., 2016The potential of major ion chemistry to assess groundwater vulnerability of a regional aquifer in southern Quebec (Canada)Environmental Earth Sciences 75 (1), art. no. 68, 1-12.

Saby, M., Larocque, M., Pinti, D.L., Barbecot, F., Sano, Y., Castro, M.C., 2016. Linking groundwater quality to residence times and regional geology in the St. Lawrence Lowlands, southern Quebec, CanadaApplied Geochemistry 65, 1-13.

 

Aquilina, L., Vergnaud-Ayraud, V., Armandine Les Landes, A., Pauwels, H., Davy, P., Pételet-Giraud, E., Labasque, T., Roques, C., Chatton, E., Bour, O., Ben Maamar, S., Dufresne, A., Kaskha, M., Le Gal La Salle, C., Barbecot, F., 2015. Impact of climate changes during the last 5 million years on groundwater in basement aquifersScientific Reports 5, 14132; doi: 10.1038/srep14132.

Lefebvre, K., Barbecot, F., Larocque, M., Gillon, M., 2015Combining isotopic tracers (222Rn and δ13C) for improved modelling of groundwater discharge to small riversHydrological Processes 29 (12), 2814-2822.

Razafindratsima, S., Péron, O., Piscitelli, A., Gégout, C., Schneider, V., Barbecot, F., Giffaut, E., Robinet, J.C., LeCointe, P., Montavon, G., 2015Transport properties of iodide in a sandy aquifer: Hydrogeological modelling and field tracer testsJournal of Hydrology 520, 61-68.

Tribovillard, N., Hatem, E., Averbuch, O., Barbecot, F., Bout-Roumazeilles, V., Trentesaux, A., 2015Iron availability as a dominant control on the primary composition and diagenetic overprint of organic-matter-rich rocks. Chemical Geology 401, 67-82.

Vautour, G., Pinti, D.L., Méjean, P., Saby, M., Meyzonnat, G., Larocque, M., Castro, M.C., Hall, C.M., Boucher, C., Roulleau, E., Barbecot, F., Takahata, N., Sano, Y., 20153H/3He, 14C and (U-Th)/He groundwater ages in the St. Lawrence Lowlands, Quebec, Eastern CanadaChemical Geology 413, art. no. 17661, 94-106.

 

Baudron, P., Barbecot, F., Aróstegui, J.L.G., Leduc, C., Travi, Y., Martinez-Vicente, D., 2014. Impacts of human activities on recharge in a multilayered semiarid aquifer (Campo de Cartagena, SE Spain). Hydrological Processes 28 (4), 2223-2236. 

Delbart, C., Barbecot, F., Valdes, D., Tognelli, A., Fourre, E., Purtschert, R., Couchoux, L., Jean-Baptiste, P., 2014. Investigation of young water inflow in karst aquifers using SF6-CFC-3H/He-85Kr-39Ar and stable isotope componentsApplied Geochemistry 50, 164-176.

Delbart, C., Valdes, D., Barbecot, F., Tognelli, A., Richon, P., Couchoux, L., 2014. Temporal variability of karst aquifer response time established by the sliding-windows cross-correlation methodJournal of Hydrology 511, 580-588. 

Labasque, T., Aquilina, L., Vergnaud, V., Barbecot, F., 2014Inter-laboratory comparison of the analyses of sulphur hexafluoride (SF6) and three chlorofluorocarbons (CFC-11, -12 and -113) in groundwater and an air standardApplied Geochemistry 50, 118-129.

Labasque, T., Aquilina, L., Vergnaud, V., Hochreutener, R., Barbecot, F., Casile, G. 2014. Inter-comparison exercises on dissolved gases for groundwater dating - (1) Goals of the exercise and site choice, validation of the sampling strategyApplied Geochemistry 40, 119-125.

Visser, A., Fourré, E., Barbecot, F., Aquilina, L., Labasque, T., Vergnaud, V., Esser, B.K., 2014. Intercomparison of tritium and noble gases analyses, 3H/3He ages and derived parameters excess air and recharge temperatureApplied Geochemistry 50, 130-141. 

 

Baudron, P., Barbecot, F., Gillon, M., Aróstegui, J.L.G., Travi, Y., Leduc, C., Castillo, F.G., Martinez-Vicente, D. 2013Assessing groundwater residence time in a highly anthropized unconfined aquifer using bomb peak 14C and reconstructed irrigation water 3HRadiocarbon, vol. 55, no. 2-3, pp. 993-1006. 

Lefebvre, K., Barbecot, F., Ghaleb, B., Larocque, M., Gagné, S. 2013Full range determination of 222Rn at the watershed scale by liquid scintillation countingApplied Radiation and Isotopes, vol. 75, pp. 71-76. 

Tribovillard, N., du Châtelet, E.A., Gay, A., Barbecot, F., Sansjofre, P., Potdevin, J.-L. 2013Geochemistry of cold seepage-impacted sediments: Per-ascensum or per-descensum trace metal enrichment?Chemical Geology, vol. 340, pp. 1-12. 

 

Baudron, P., Garcia-Arostegui, J.L., Barbecot, F., Martinez-Vicente, D., Travi, Y., Leduc, C., Noret, A., 2012. Évolution d'un aquifère côtier multicouche soumis à une forte pression anthropique. Approche multi-isotopique. Campo de Cartagena (SE Espagne), in: Nuevas Aportaciones Al Conocimiento De Los Acuíferos Costeros, Serie Hidrogeología y Aguas Subterráneas. Instituto Geologico y Minero de España, pp. 375-385.

Tribovillard, N., Sansjofre, P., Ader, M., Trentesaux, A., Averbuch, O. Barbecot, F. 2012Early diagenetic carbonate bed formation at the sediment-water interface triggered by synsedimentary faultsChemical Geology, vol. 300-301, pp. 1-13. 

Gillon, M., Barbecot, F., Gibert, E., Plain, C., Corcho-Alvarado, J.-. Massault, M. 2012. Controls on 13C and 14C variability in soil CO 2, Geoderma, vol. 189-190, pp. 431-441. 

 

Barbecot, F.,  2011.  De l’archive environnementale à la signature des processus : résilience des systèmes hydrologiques naturels. Thèse d'habilitation à diriger la recherche. 106 p. 

Gillon, M., Barbecot, F., Marlin, C. Gibert, E. 2009. Groundwater dating: Importance of isotopic and geochemical exchanges during the water infiltration, Actualite Chimique, no. 329, pp. 25-29

Gillon, M., Barbecot, F., Gibert, E., Corcho Alvarado, J.A., Marlin, C. Massault, M. 2009. Open to closed system transition traced through the TDIC isotopic signature at the aquifer recharge stage, implications for groundwater 14C dating, Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 73, no. 21, pp. 6488-6501.

Corcho Alvarado, J.-., Barbecot, F. Purtschert, R. 2009. Ambient vertical flow in long-screen wells: A case study in the Fontainebleau Sands Aquifer (France), Hydrogeology Journal, vol. 17, no. 2, pp. 425-431.

Corcho Alvarado, J.A., Barbecot, F., Purtschert, R., Gillon, M., Aeschbach-Hertig, W. Kipfer, R. 2009. European climate variations over, the past half-millennium reconstructed from groundwater, Geophysical Research Letters, vol. 36, no. 15.

Corcho Alvarado, J.A., Purtschert, R., Barbecot, F., Chabault, C., Rueedi, J., Schneider, V., Aeschbach-Hertig, W., Kipfer, R. Loosli, H.H. 2007. Constraining the age distribution of highly mixed groundwater using 39Ar: A multiple environmental tracer (3H/3He, 85Kr, 39Ar, and 14C) study in the semiconfined Fontainebleau Sands Aquifer (France), Water Resources Research, vol. 43, no. 3.

Denimal, S., Tribovillard, N., Barbecot, F., Aglave, S. Dever, L. 2002. Impact of coal mine tips on ground-water quality (Nord-Pas-de-Calais coal mine district, France): Inorganic and isotope-geochemistry approaches, Revue des Sciences de l'Eau, vol. 15, no. SPECIAL, pp. 67-93.

Denimal, S., Tribovillard, N., Barbecot, F. Dever, L. 2002. Leaching of coal-mine tips (Nord-Pas-de-Calais coal basin, France) and sulphate transfer to the chalk aquifer: Example of acid mine drainage in a buffered environment, Environmental Geology, vol. 42, no. 8, pp. 966-981.

Hinsby, K., Edmunds, W.M., Loosli, H.H., Manzano, M., de Melo Condesso, M.T. Barbecot, F. 2001. The modern water interface: Recognition, protection and development - Advance of modern waters in European aquifer systems, Geological Society, Special Publication 189, pp. 271-288.

Loosli, H.H., Aeschbach-Hertig, W., Barbecot, F., Blaser, P., Darling, W.G., Dever, L., Edmunds, W.M., Kipfer, R., Purtschert, R. Walraevens, K. 2001. Isotopic methods and their hydrogeochemical context in the investigation of palaeowaters.Geological Society, Special Publication 189, pp. 193-212.

Denimal, S., Barbecot, F., Dever, L., Tribovillard, N. Meilliez, F. 2001. Chemical and isotopic tracing of underground water in relation with leaching of mine spoils, Nord-Pas-de-Calais coal basin (France), Bulletin de la Societe Geologique de France, vol. 172, no. 1, pp. 111-120.

Dever, L., Travi, Y., Barbecot, F., Marlin, C. Gibert, E. 2001. Evidence for palaeowaters in the coastal aquifers of France.Geological Society, Special Publication 189, pp. 93-106.

Barbecot, F., Marlin, C., Gibert, E. Dever, L. 2000. Hydrochemical and isotopic characterisation of the Bathonian and Bajocian coastal aquifer of the Caen area (northern France), Applied Geochemistry, vol. 15, no. 6, pp. 791-805.

Gibert, E., Travi, Y., Massault, M., Chernet, T., Barbecot, F. Laggoun-Defarge, F. 1999. Comparing carbonate and organic AMS-14C ages in Lake Abiyata sediments (Ethiopia): Hydrochemistry and paleoenvironmental implications, Radiocarbon, vol. 41, no. 3, pp. 271-286.

Barbecot, F., Marlin, C., Gibert, E. Dever, L. 1998. Identification and characterization of a saline wedge in the Bajocian-Bathonian coastal aquifer of the area of Caen (France), Comptes Rendus de l'Academie de Sciences - Serie IIa: Sciences de la Terre et des Planetes, vol. 326, no. 8, pp. 539-544.

Barry, Rachid : Doctorat en sciences de la Terre et de l'atmosphère
Sujet de recherche : Modélisation hydro-économique des aquifères du bassin sédimentaire côtier togolais et analyse des effets du changement climatique
Bruneau, Sabrina : Maîtrise en sciences de la Terre
Sujet de recherche : Quantification de la variabilité spatio-temporelle de la recharge des nappes aux Québec
Delestre, Maximilien : Maîtrise en génie minéral
Sujet de recherche : Validation expérimentale d’un modèle thermohydro-géochimique de puits à colonne permanente. Approche géochimique et isotopique.
Masse-Dufresne, Janie
Sujet de recherche : Quantification et optimisation de la recharge artificielle par lacs permanents
Mattei, Alexandra : Doctorat en sciences de la Terre et de l'atmosphère
Sujet de recherche : Traçage isotopique de la variabilité de la recharge des eaux souterraines
Meyzonnat, Guillaume : Doctorat en sciences de la Terre et de l'atmosphère
Sujet de recherche : Investigation de la verticale des aquifères, applications environnementales et industrielles pour la vulnérabilité de l’eau souterraine et l’établissement des périmètres de protection des puits de captage
Pontoreau, Coralie
Sujet de recherche : Champs captants de filtration sur berge : laboratoires naturels pour le développement de stratégies de prévention des risques de contamination des eaux souterraines par le manganèse