Isotopes stables de l’eau

Le deutérium et l’oxygène-18, isotopes stables de l’eau, constituent des indicateurs naturels du cycle de l’eau, qui permettent tant de déterminer l’origine des composants qui y sont présents que de suivre l’évolution du climat.

De par la signature isotopique des précipitations, qui diffère en fonction de la région, de l’altitude et de la saison, les isotopes stables de deutérium (2H) et d’oxygène-18 (18O) permettent d’évaluer l’altitude moyenne des bassins versants fluviaux et de distinguer les différents composants dans les eaux souterraines (eaux fluviales et infiltrations des précipitations). L’utilisation du deutérium et de l’oxygène-18 se fait toujours plus fréquente dans le monde pour mesurer les répercussions des changements climatiques sur le cycle de l’eau. Le Système national d’observation du climat utilise le deutérium et l’oxygène-18 depuis 2007 comme paramètre climatique officiel. L’Agence internationale de l’énergie atomique coordonne les mesures des isotopes au niveau international et exploite à cet effet les réseaux internationaux de mesure des isotopes dans les précipitations et dans les cours d’eau (Global Network of Isotopes in Precipitation et Global Network of Isotopes in Rivers).

Réseau de mesure de référence solide

Le module ISOT de l’Observation nationale des eaux souterraines (NAQUA) livre depuis 1980 des données de référence sur les isotopes dans les précipitations (treize stations de mesure) et les cours d’eau (neuf stations de mesure) qui servent à des études hydrologiques. Dans le cadre d’une étude pilote, le deutérium et l’oxygène-18 ont été analysés entre 2006 et 2013 aux 50 stations de mesure des eaux souterraines du module TREND. Cette étude visait à décrire la dynamique de la recharge des eaux souterraines et les interactions entre celles-ci et les eaux superficielles.

Isotope_2H&18O_Karte_2015 — Deutérium et oxygène-18 dans les précipitations, les cours d’eau et les eaux souterraines (2013) selon les régions géographiques et le régime d’eaux souterraines des fonds de vallée. Stations de mesure des précipitations et des eaux de surface du module ISOT, stations de mesure des eaux souterraines du module TREND.

Évolution temporelle variable

En général, les concentrations d’isotopes dans les précipitations varient selon les saisons. Les comparer aux évolutions à long terme des changements climatiques mondiaux permet le constat suivant : dans la lignée de la tendance internationale concernant les températures, les concentrations de deutérium et d’oxygène-18 dans les précipitations ont augmenté à toutes les stations de mesure des années 1980 au début de ce siècle. Entre 2005 et 2015, elles ont temporairement stagné voire diminué, puis sont reparties à la hausse. Les concentrations les plus élevées ont été observées entre 2008 et 2010 à la plupart des stations de mesure des eaux souterraines sous revue dans le cadre de l’étude pilote mentionnée plus haut, « Isotopes dans les eaux souterraines ».

Entwicklung-18O Niederschlag 1981-2020 — Évolution des valeurs d’oxygène-18 dans les précipitations dans une sélection de stations (1980 à 2022). Moyenne par station de mesure NAQUA et par an.

Données tramées interpolées (Isoscapes)

Des cartes surfaciques ont été réalisées à l'aide de données interpolées spatialement de la répartition de l'oxygène-18 et du deutérium dans les précipitations pour des années sélectionnées. La méthode de régression multiple avec topographie et précipitations mensuelles, suivie d'une interpolation des résidus avec krigeage ordinal, a été considérée comme la plus appropriée. Le modèle a été développé à partir des données de la période 2007-2020. Des cartes raster mensuelles avec une résolution de 500m ont été déterminées pour les années 2013 et 2020.

Document de base sur les isotopes de l’eau (PDF, 228 kB, 31.10.2023)