Le transport par les eaux souterraines est le mouvement de substances, en particulier de contaminants, dans les eaux souterraines. La zone d’eau souterraine dans laquelle les contaminants sont concentrés est appelée panache d’eau souterraine. Les panaches ont différentes formes, tailles et taux de transport. Les différents facteurs qui affectent le transport des eaux souterraines comprennent la géologie et l’hydrologie de l’aquifère ainsi que les propriétés physiques, chimiques, biologiques et radiologiques des contaminants dans les eaux souterraines.
Les aquifères sont des formations souterraines de roches et de sols saturées d’eau. Les eaux souterraines se déplacent à travers les pores entre les particules de sol et de roche et à travers les fissures, les crevasses et les fractures du substratum rocheux dur. Le mouvement des contaminants est grandement affecté par les types de roches et de sols présents. Les facteurs géologiques importants comprennent la texture et la taille des particules et les caractéristiques physiques des pores et autres espaces à travers lesquels les eaux souterraines se déplacent.
La perméabilité, ou conductivité hydraulique, est la facilité avec laquelle les eaux souterraines se déplacent à travers les formations souterraines. Les grosses particules faiblement tassées, telles que les graviers et le substratum rocheux fortement fracturé, sont plus perméables que les argiles, les particules de limon très tassées et la roche solide. La taille, la distribution et l’interconnexion des espaces ouverts déterminent en grande partie la facilité avec laquelle les eaux souterraines et les contaminants qu’elles contiennent peuvent migrer d’un endroit à l’autre.
Les propriétés chimiques sont également des facteurs importants dans le transport des eaux souterraines. Certains contaminants se dissolvent dans l’eau, tandis que d’autres sont insolubles. Les substances dissoutes font en fait partie des eaux souterraines et ne s’en séparent pas facilement. Les substances insolubles se comportent de manière beaucoup plus indépendante. Ils peuvent être très denses et difficilement transportés. Ils peuvent également se loger dans les pores ou s’accrocher aux bords irréguliers des particules. La nature chimique des contaminants ainsi que la température et le pH de l’eau souterraine déterminent en grande partie quelles substances sont solubles ou insolubles dans l’eau.
Les contaminants dissous, ou solutés, sont entraînés avec l’eau souterraine au fur et à mesure qu’elle s’écoule. Ce processus de transport est appelé advection. Les contaminants se déplacent essentiellement au même débit et dans la même direction que les eaux souterraines. Le transport par adduction d’eau souterraine est le plus courant dans les aquifères hautement perméables avec de grands réseaux de pores ou d’espaces interconnectés.
Les solutés se dispersent dans les eaux souterraines en raison du mélange mécanique et de la diffusion moléculaire. Le mélange mécanique se produit comme une conséquence naturelle du mouvement à travers et autour des particules de sol et de roche. La diffusion moléculaire est un mélange qui se produit au niveau moléculaire entre certains composés et l’eau. La dispersion dilue progressivement les concentrations de contaminants et crée un panache de forme elliptique dans lequel les contaminants sont fortement concentrés près du bord de fuite du panache et dilués vers le bord d’attaque.
Certains contaminants, comme les produits pétroliers, ne se dissolvent pas facilement dans les eaux souterraines. Au lieu de cela, ils flottent au sommet de la nappe phréatique ou coulent au fond de l’aquifère, selon leur densité. Ils peuvent subir une certaine dispersion, mais leurs panaches se déplacent beaucoup plus lentement que les panaches de solutés et de contaminants qui se dispersent facilement dans les eaux souterraines.
Les effets qui ralentissent le transport des eaux souterraines sont appelés facteurs de retard. L’adsorption est un facteur de retard majeur. Cela se produit lorsque des contaminants se fixent ou se collent au sol ou aux particules de roche en raison des forces d’attraction électrostatiques. Les composés qui ne sont pas facilement dissous ou dispersés dans les eaux souterraines subissent facilement une adsorption. D’autres facteurs de retard incluent le frottement des pores et l’effet de filtrage qui se produit lorsque des contaminants solides et insolubles cessent de se déplacer parce qu’ils se logent dans les pores ou sont accrochés par des particules de sol ou de roche déchiquetées.
Enfin, les contaminants peuvent subir des transformations physiques, chimiques, biologiques ou radiologiques qui modifient leurs taux de transport dans les eaux souterraines. Un contaminant peut changer de phase, par exemple, d’un liquide à un gaz. Les réactions chimiques entre les contaminants et les processus biologiques et radiologiques naturels peuvent également convertir un composé en un autre. Les composés nouvellement créés peuvent se déplacer plus rapidement ou plus lentement que les composés précédents.