Répartition intégrée des sources, analyse des mécanismes de co‑enrichissement et évaluation des risques de l’arsenic et du fluorure dans les eaux souterraines des grands périmètres irrigués en régions semi‑arides

Pourquoi cette histoire d’eaux souterraines est importante

Dans de nombreuses régions arides du monde, les populations dépendent presque entièrement des eaux souterraines pour boire et pour produire leur nourriture. Dans le périmètre irrigué de Jiaokou en Chine, cette source vitale est menacée par des polluants invisibles — l’arsenic et le fluorure — qui peuvent endommager les dents et les os, nuire aux organes internes et même provoquer des cancers après des années d’exposition. Cette étude examine en détail l’origine de ces substances, la façon dont elles s’accumulent dans les eaux souterraines sous une vaste zone agricole, et ce que cela signifie pour la santé des adultes et des enfants qui boivent quotidiennement cette eau.

Une région agricole dépendante des puits

Le périmètre irrigué de Jiaokou, dans le bassin semi‑aride de Guanzhong en Chine, est irrigué depuis plus de 60 ans. La majeure partie du paysage est cultivée, alimentée par l’eau pompée de la rivière Wei et par des centaines de puits peu profonds qui fournissent aussi l’eau potable aux habitants locaux. En raison de faibles précipitations et d’une forte évaporation, les agriculteurs dépendent beaucoup de l’irrigation, des engrais et des pesticides pour maintenir la productivité des cultures. Les auteurs ont collecté 51 échantillons d’eau souterraine et d’eau de canaux de drainage dans toute la zone pour mesurer les niveaux d’arsenic et de fluorure et comprendre comment l’eau circule du ciel au sol puis à l’aquifère.

Des produits chimiques cachés dans un milieu souterrain salé

L’équipe a constaté que les eaux souterraines locales sont faiblement alcalines et souvent salines, plus de 98 % des échantillons étant classés comme saumâtres ou salés. Les teneurs en arsenic dépassaient la valeur recommandée pour l’eau potable de l’Organisation mondiale de la santé dans près de 12 % des échantillons, tandis que les niveaux de fluorure étaient encore plus préoccupants : environ 44 % des échantillons étaient au‑dessus de la limite recommandée. Dans plus de la moitié de la région, le fluorure dans les eaux souterraines était suffisamment élevé pour les rendre impropres même à l’irrigation, ce qui soulève des inquiétudes pour la sécurité alimentaire et la santé à long terme. En utilisant une méthode informatique de détection de motifs, les chercheurs ont regroupé les eaux en trois « profils » principaux selon les sels dissous, révélant des différences nettes entre des zones plus riches en minéraux et des secteurs moins affectés.

Comment les roches, le climat et l’agriculture agissent de concert

Pour comprendre pourquoi arsenic et fluorure s’accumulent conjointement, les auteurs ont combiné des analyses chimiques, des isotopes naturels de l’eau et de la modélisation minéralogique. Les pluies et l’eau d’irrigation s’infiltrent à travers des sols et des sédiments riches en silicates et en minéraux contenant du fluorure. Dans les conditions légèrement alcalines observées ici, l’arsenic précédemment adsorbé sur des surfaces riches en fer est relâché dans l’eau, et le fluorure est libéré de minéraux tels que la fluorite et certaines micas. L’altération continue du feldspath et d’autres roches silicatées augmente l’alcalinité de l’eau et ralentit l’écoulement souterrain, laissant plus de temps à ces réactions. Parallèlement, la forte évaporation dans ce climat sec concentre sels dissous et polluants. Une utilisation intensive d’engrais et de pesticides ajoute par ailleurs de l’arsenic et du fluorure en surface, qui lessivent ensuite vers le bas : la géologie naturelle et l’activité humaine se renforcent donc mutuellement.

Risques pour les adultes et les enfants

À l’aide de modèles d’évaluation des risques sanitaires combinés à des simulations de Monte‑Carlo — une méthode pour prendre en compte l’incertitude — l’étude a estimé l’ampleur du danger posé par ces polluants. L’analyse a pris en compte l’ingestion et le contact cutané, mais a conclu que l’ingestion d’eau contaminée constitue de loin la principale voie d’exposition. Le fluorure est le principal facteur des risques sanitaires non cancéreux, en particulier chez les enfants, qui boivent plus d’eau par unité de masse corporelle. Pour les effets non cancéreux, plus de 60 % des échantillons d’eau souterraine présentaient un risque potentiel pour les adultes et plus de 95 % pour les enfants lorsque l’arsenic et le fluorure étaient considérés ensemble. L’arsenic supportait le principal risque cancérogène, notamment pour les adultes, près d’un point d’échantillonnage sur cinq dépassant le seuil de sécurité couramment utilisé pour la probabilité de cancer sur toute une vie.

Ce que cela implique pour une eau plus sûre

Les auteurs concluent que l’arsenic et le fluorure dans ce périmètre irrigué semi‑aride proviennent d’une double origine : des réactions naturelles roche‑eau sous des conditions alcalines et salines, et des pratiques agricoles à long terme qui recyclent et ajoutent ces polluants. Les enfants sont particulièrement vulnérables aux effets du fluorure, tandis que les adultes encourent un risque cancérogène plus élevé lié à l’arsenic. L’étude recommande de prioriser des approvisionnements en eau potable plus sûrs pour les enfants dans les zones à haut risque et de gérer les niveaux de fluorure dans les eaux souterraines utilisées pour l’agriculture. Elle met aussi en avant des options de traitement peu coûteuses, telles que la coagulation‑filtration et des filtres biosourcés fabriqués à partir d’écorces de fruits, comme solutions pratiques pour réduire l’exposition pendant que des mesures de gestion des terres et de l’eau à plus long terme sont mises en œuvre.

Citation: Zhang, Q., Wei, A., Xu, P. et al. Integrated source apportionment, co-enrichment mechanisms analysis, and risk assessment of arsenic and fluoride in groundwater of large-scale irrigation districts in semi-arid regions. Sci Rep 16, 11007 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42293-6

Mots-clés: contamination des eaux souterraines, arsenic, fluorure, périmètres irrigués, risque sanitaire