Utilisation de la recharge maitrisée d’un aquifère pour atténuer l’intrusion d’eau salée dans un aquifère côtier du sud de Malte

L‘eau est une ressource rare dans la région méditerranéenne. L’archipel de Malte est un cas d’étude régional pertinent dans lequel les sources d’eau disponibles ne fournissent pas des volumes suffisants pour répondre à la demande. Des mesures de gestion durable des ressources en eau sont nécessaires pour faire face à la variabilité climatique et à la sécurité de l’approvisionnement. Un cadre politique national pour l’utilisation de sources d’eau non conventionnelles a ouvert la voie à la mise en œuvre de méthodes alternatives telles que la recharge maitrisée des aquifères (RMA).

Photo of Som Thapa

L’Agence maltaise de l’énergie et de l’eau, grâce à un financement de la recherche de l’Union européenne, a mis en œuvre une série d’expériences d’injection de puits en utilisant des eaux usées traitées hautement épurées afin de freiner l’avancée de l’intrusion d’eau salée dans la principale source d’eau douce de l’île de Malte, l’aquifère inférieur calcaire karstique. La surexploitation des eaux souterraines et les modifications attendues du régime des pluies en raison du changement climatique incitent à donner la priorité à la protection de cette source, la plus importante de la région. La méthode RMA développée a montré que, bien qu’aucun résultat considérable n’ait été obtenu, avec d’autres méthodes associées à la réduction de l’utilisation de l’eau par l’agriculture et l’industrie et à la réutilisation des eaux usées traitées, RMA est une méthodologie complémentaire solide pour aider à faire face aux défis du futur proche.

Entité responsable

La mise en œuvre de la recharge maitrisée des aquifères pour atténuer la progression de l’eau salée dans les aquifères maltais a été suggérée pour la première fois par l’Agence de l’énergie et de l’eau (AEE), une agence gouvernementale du ministère maltais de l’énergie et du développement durable. Elle vise à mettre en œuvre les politiques nationales des secteurs de l’eau et de l’énergie afin de garantir la sécurité, la durabilité et l’accessibilité financière de l’énergie et de l’eau à Malte.

L’AEE s’est associée à la Water Services Corporation (WSC) de Malte, une entité publique chargée de la production et de la distribution d’eau potable ainsi que de la collecte et du traitement des eaux usées dans les îles. Elle conçoit, construit et vend également des équipements dédiés au dessalement et au traitement de l’eau et fournit des services de laboratoire accrédités à l’industrie, aux hôtels et aux particuliers.

Fig. 1 – Entités responsables de la mise en œuvre du projet

Ces dernières années, la Water Services Corporation, par le biais du programme New Water, a investi dans le développement d’installations pour le polissage des eaux usées traitées afin de permettre leur utilisation dans les secteurs agricole et commercial en remplacement des ressources en eau souterraine (Sapiano, 2020).

Cadre institutionnel

La stratégie nationale d’adaptation au changement climatique de Malte, principal moteur de la gestion de l’eau, est mise en œuvre sur la base des plans de gestion des bassins versants (PGBV). Selon l’autorité maltaise des ressources, ces plans, semblables à d’autres plans de captage mis en œuvre dans toute l’UE, représentent une approche holistique pour traiter les questions liées à l’eau, en tenant compte des impacts sur la santé, la biodiversité, le paysage, le sol et le climat. Les objectifs liés aux eaux souterraines sont les suivants :

• Prévenir la détérioration de l’état des masses d’eau souterraine.
• Protéger, améliorer et restaurer toutes les masses d’eau souterraine.
• Prévention et limitation de l’apport de polluants dans les eaux souterraines.
• Inverser toute tendance significative à la hausse des polluants dans les eaux souterraines.
• Atteindre le bon état qualitatif et quantitatif des eaux souterraines d’ici 2015 ou, dans des circonstances spécifiques, d’ici 2021 et 2027.

Le deuxième PGBV (2015-2021) (AEE, 2015) envisageait une réduction de l’utilisation des eaux souterraines en augmentant l’utilisation optimisée, le recyclage/réutilisation des ressources en eau et la substitution de l’approvisionnement par l’utilisation de ressources alternatives. Ces mesures peuvent concerner la réutilisation de l’eau, le recyclage des eaux grises, les mesures d’efficacité de l’eau, la recharge maitrisée des aquifères et l’optimisation de l’utilisation de l’eau par le secteur commercial et agricole (Fig. 1).

Fig. 2 – Base d’approvisionnement en ressources en eau actuelle (2014) et prévue (2021) (adapté de AEE, 2015)

Cadre géographique

L’archipel maltais est composé de trois îles habitées (Malte, Gozo et Comino).

L’Aqueduct Water Risk Atlas caractérise Malte comme une zone à indice de stress hydrique extrêmement élevé : rapport entre les prélèvements d’eau totaux et les ressources en eau de surface et souterraine disponibles. L’île est aussi caractérisée par un risque de sécheresse moyen et une variabilité saisonnière de l’eau moyennement élevée (Hofste et al., 2019) avec un Climat méditerranéen semi-aride (Sapiano, 2020). L’eau douce est une ressource rare dans l’archipel maltais, car ses conditions géologiques ne permettent pas un stockage efficace des eaux de surface. Les îles sont constituées d’une succession de calcaires et de marnes tertiaires avec de rares dépôts quaternaires (Barbagli et al., 2021). Les caractéristiques géologiques donnent lieu à deux types d’aquifères principaux : les petites masses d’eau souterraine perchées et les masses d’eau souterraine principales situées au niveau de la mer, qui soutiennent les lentilles flottantes d’eau souterraine en contact direct avec l’eau salée (Lotti et al., 2021). Le second est communément appelé l’aquifère du Niveau Moyen de la Mer de Malte (NMM).

Avec l’une des plus fortes densités de population au monde et la pression touristique, avec une augmentation saisonnière maximale dans les mois les plus secs et environ 550 mm/an principalement en septembre et avril (Sapiano, 2020), cela crée un défi accru dans la gestion des ressources en eau. En 2014, environ 60% de l’eau douce naturelle produite est extraite de sources souterraines pour faire face à la demande nationale (AEE, 2015).

Les impacts du changement climatique attendus sont la diminution des précipitations annuelles moyennes, couplée à des événements pluvieux générant un ruissellement extrême et entraînant la diminution de la recharge des aquifères (AEE, 2015 ; Sapiano, 2020).

Le dessalement de l’eau de mer est devenu l’une des plus importantes sources d’eau douce à Malte, représentant aujourd’hui plus de 60% de l’approvisionnement public en eau potable (Sapiano, 2020). L’eau souterraine extraite de la région sud du système aquifère NMM présente des teneurs élevées caractéristiques en chlorure. Cette détérioration de la qualité est due à l’intrusion d’eau salée en réponse aux taux de prélèvement d’eau souterraine historiquement élevés enregistrés dans la région, en particulier les prélèvements privés denses et largement répartis à des fins agricoles. Cette situation a entraîné l’arrêt des prélèvements d’eau souterraine pour l’approvisionnement public dans cette région depuis le début des années 1990.

Explication détaillée

La formation du calcaire corallien inférieur représente la formation aquifère la plus importante des îles maltaises et soutient l’aquifère NMM. La porosité primaire de la formation est très variable et suggère qu’une grande partie de l’espace poreux primaire n’est pas interconnecté, et la porosité effective de la formation est principalement liée à la perméabilité des fractures. Les fractures vont des micro-fissures aux cavités karstiques (Barbagli et al., 2021 ; Sapiano, 2020).

Le site de démonstration de Malte est situé dans la zone côtière sud-est, Ta Barkat, à 130 m de la côte, près d’une station d’épuration des eaux usées (STEP) qui fournit un effluent traité très épuré pour l’injection (Fig. 2). Géologiquement, la zone présente des cavités karstiques, et qui sont influencées par les effets de la marée et avec une profondeur d’interface eau douce-eau salée à environ 25-30 m (Sapiano, 2015).

L’eau d’injection a été transportée par un tuyau PEHD de 75 mm de diamètre de l’usine de traitement aux puits de recharge à travers un réseau de 300 m reliant tous les puits de recharge et qui a été développé par le partenaire du projet, la Water Services Corporation (Fig. 3). La surveillance du système RMA a été effectuée à travers quatre forages situés plus à l’intérieur des terres. Les procédures expérimentales d’injection ont été initiées en octobre 2016 et maintenues pendant les six mois suivants, jusqu’à la fin du mois de mars 2017, en utilisant six puits de recharge (Sapiano, 2017).

Fig. 3 – Emplacement du système MAR de Ta Barkat et de la STEP

Fig. 4 – Schéma RMA de Ta Barkat (adapté de Sapiano

Les mesures de la conductivité électrique et de la température n’ont pas montré d’impact significatif de l’expérience et une augmentation locale dans la tête hydraulique a été observée autour des puits d’injection. On s’attend à ce qu’un lessivage à long terme de l’interface vers le littoral se produise avec la continuité de l’injection. Les activités de captage de tiers dans la zone ont probablement rendu les changements de niveau d’eau plus difficiles à identifier dus à l’événement de recharge artificielle.

Techniquement, la mise en œuvre de la RMA à Ta Barkat était destinée à servir de site test pour évaluer l’impact pratique de la RMA dans un système d’eau souterraine côtier. L’objectif était également d’aider à guider le développement d’un système de RMA à plus grande échelle plus à l’intérieur des terres dans une région où le système aquifère présente de meilleures caractéristiques, à savoir, où une augmentation de la tête hydraulique modifierait ainsi les gradients hydrauliques et limiterait l’écoulement des eaux souterraines des régions centrales.