« Cocktails chimiques » des bassins versants : formation de nouvelles combinaisons d’éléments dans les eaux douces durant l’anthropocène

© 2018, Springer Nature Switzerland AG. Durant l’anthropocène, le transport des substances chimiques des bassins versants est de plus en plus dominé par de nouvelles combinaisons d’éléments, qui sont liées hydrologiquement sous forme de « cocktails chimiques ». Les cocktails chimiques sont nouveaux parce que les activités humaines augmentent considérablement la concentration des éléments et leur probabilité d’interactions biogéochimiques et de transport commun le long des voies d’écoulement hydrologiques. Une nouvelle approche des cocktails chimiques fait avancer notre capacité : de déterminer l’origine des mélanges de contaminants dans les bassins versants, d’élaborer des substituts chimiques à l’aide des données de capteurs à haute résolution et de gérer de multiples problèmes de qualité de l’eau. Nous étudions les questions suivantes : 1) Pouvons-nous classer le transport des éléments dans les bassins versants comme des cocktails chimiques à l’aide d’une nouvelle approche? 2) Quel est le rôle du climat et de l’utilisation des terres dans l’accroissement de la formation et du transport des cocktails chimiques dans les bassins versants? Pour répondre à ces questions, nous analysons d’abord les tendances des concentrations de carbone, de nutriments, de métaux et de sels dans les eaux douces sur 100 ans. Ensuite, nous explorons la manière dont le climat et l’utilisation des terres augmentent la probabilité de formation de cocktails chimiques de carbone, de nutriments, de métaux et de sels. Enfin, nous classons le transport des cocktails chimiques en fonction de la solubilité, de la mobilité, de la réactivité et des phases dominantes : 1) cocktails chimiques tamisés (p. ex. formes particulaires de nutriments, métaux et matières organiques); 2) cocktails chimiques filtrés (p. ex. matières organiques dissoutes et complexes de métaux associés); 3) cocktails chimiques chromatographiques (p. ex. ions élués des sites d’échange du sol); et 4) cocktails chimiques réactifs (p. ex. nutriments limitants et éléments sensibles à l’oxydoréduction). Habituellement, les contaminants sont réglementés et gérés un élément à la fois, même si des combinaisons d’éléments interagissent pour influer sur de nombreux problèmes de qualité de l’eau tels que la toxicité pour la vie, l’eutrophisation, la corrosion des infrastructures et le traitement des eaux. L’approche des cocktails chimiques élargit l’évaluation des signatures et des répercussions de la qualité de l’eau bien au-delà des éléments individuels pour englober les mélanges. Les données de capteurs à haute fréquence (pH, conductance spécifique, turbidité, etc.) peuvent servir de substituts pour les cocktails chimiques et améliorer les analyses en temps réel des manquements à la qualité de l’eau, déterminer les besoins en matière de réglementation et suivre le rétablissement de la qualité de l’eau par suite de tempêtes et de phénomènes climatiques extrêmes. En fin de compte, une approche fondée sur les cocktails chimiques des bassins versants est nécessaire pour une cogestion efficace des groupes de contaminants et fournit une méthode plus holistique pour l’étude, la surveillance et la gestion de la qualité de l’eau durant l’anthropocène.