Les laboratoires d'hydrologie isotopique dans les pays en développement

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1 PERSPEIVES Les laboratoires d'hydrologie isotopique dans les pays en développement Leur rôle, leur expériene et leurs problèmes dans le domaine de la reherhe hydrologique et géohimique La onsommation d'eau dans le monde a déuplé au ours de e sièle et, pourtant, quelque deux milliards d'habitants de ette planète manquent enore d'eau potable. Dans l'avenir, il se peut que la demande d'eau doue propre et saine augmente enore plus rapidement vu l'expansion démographique mondiale et les besoins roissants de l'agriulture et de l'industrie. Il faut don redoubler d'efforts pour protéger les ressoures hydrauliques existantes, mettre en valeur de nouvelles soures durables, renforer la surveillane et améliorer les réseaux de distribution. L'ampleur des besoins et des diffiultés que onnaissent en partiulier les pays en développement donne toute son importane à la reonnaissane et à l'étude des ressoures hydrauliques qu'il onvient d'évaluer et de gérer ave plus de soin. Un ertain nombre de pays ont déjà pris des mesures et réé des laboratoires d'hydrologie hargés de faire des analyses pour les équipes de prospetion, en utilisant notamment des tehniques fondées sur les isotopes de l'environnement (voir l'enadré). Une bonne soixantaine de laboratoires de e genre ont ainsi été réés dans 28 pays en développement pour failiter la reherhe en hydrologie et dans d'autres domaines des sienes de la terre et de l'environnement (voir les tableaux). Nombre d'entre eux ont bénéfiié d'une aide substantielle de l'aiea aux stades de la planifiation, de l'équipement et de la mise en œuvre, dans le adre des programmes sientifiques et tehniques de ette organisation. La réation de es laboratoires était d'autant plus néessaire que le propre laboratoire d'hydrologie isotopique de l'aiea était assailli, depuis quelques années, de demandes de servies analytiques. Nous parlerons ii du rôle, de l'expériene et des problèmes de es laboratoires, tels que l'aiea les onnaît, et nous donnerons aussi quelques onseils sur d'importantes questions d'organisation, de personnel et d'exploitation. M. Gonfiantini est hef de la Setion d'hydrologie isotopique de l'aiea; M. Stihler est un de ses ollaborateurs. Implantation des laboratoires La tâhe essentielle d'un laboratoire d'hydrologie isotopique dans un pays en développement est d'assurer un bon servie d'analyse permettant d'appliquer les tehniques isotopiques à l'étude de problèmes hydrologiques onrets. e servie peut également appuyer d'autres ativités dans des domaines onnexes, telles la prospetion géothermique, la géohimie, la géologie et l'éologie. et élargissement doit être enouragé. A l'heure atuelle, ertains laboratoires relèvent d'organismes nationaux qui s'oupent diretement de l'évaluation et de la gestion des ressoures en eau, tandis que d'autres dépendent d'instituts de reherhe faisant partie d'organismes nationaux de l'énergie atomique ou d'universités. Les deux formules ont leurs avantages et leurs inonvénients. Etablissements hydrologiques. En prinipe, les organismes qui s'oupent diretement de l'évaluation et de la gestion des ressoures hydrauliques sont les mieux plaés pour appliquer des tehniques isotopiques à l'étude de problèmes hydrologiques pratiques et pour se doter d'un laboratoire d'hydrologie isotopique. Le personnel spéialisé de es établissements possède normalement une bonne formation en hydrogéologie, hydrologie ou hydraulique. Il a également une grande expériene du forage et du jaugeage des puits, de la mesure des niveaux piézométriques et des débits, de l'éhantillonnage des eaux de surfae et des eaux souterraines en vue de leur analyse himique, des levés topographiques, et. es équipes se onsarent don essentiellement à des tâhes pratiques et leur ollaboration ative ave le personnel sientifique du laboratoire peut donner des résultats très intéressants sur le plan pratique et sur le plan sientifique. Il faut bien dire que les onditions néessaires à ette ollaboration ne sont pas toujours failes à réaliser. ela tient d'abord à la diversité des disiplines sientifiques. Il se peut qu'un physiien ou un himiste, par exemple, ait quelques diffiultés à bien omprendre la struture géologique d'un système hydraulique souterrain (dont la onnaissane est généralepar Roberto Gonfiantini et Willibald Stihler AIEA BULLEIN, 4/1991 9

2 PERSPEIVES Laboratoires d'hydrologie isotopique de la région Asie et Paifique hine: Institut de reherhe en géologie de l'uranium, Beijing Servie analytique Institut de géologie, Aademia Sinia, Beijing Institut des gisements, Aadémie hinoise des sienes géologiques, Beijing Département de géologie, Université de Beijing Institut de géologie karstique, Ministère de la géologie et des ressoures minières, Guilin, Guangxi Institut de reherhe de Nanjing pour l'hydrologie et les ressoures hydrauliques Institut d'hydrogéologie et de géologie appliquée, Ministère de la géologie et des ressoures minières, Jengding, Hefei Institut de géologie et de prospetion de la houille, Ministère de l'industrie harbonnière, Xian Institut des las salés, Aademia Sinia, Xining Institut de géohimie, Aademia Sinia, Guangshou Note: Il existe en hine une trentaine de laboratoires équipés pour faire des analyses isotopiques de l'eau, dont quelques uns seulement figurent sur notre liste. Inde: Indonésie: Malaisie: Pakistan: République de orée: Viet Nam: Division des isotopes, entre Bhabha de reherhe atomique, Bombay Institut national d'études géophysiques, Hyderabad Division des minerais atomiques, Hyderabad Laboratoire de reherhe nuléaire, Institut indien de reherhe agriole, New-Delhi Laboratoire de reherhe en physique, Navrangpura, Ahmedabad entre pour les appliations des isotopes et des rayonnements, Djakarta* entre de reherhe sur les matières et l'instrumentation nuléaires, Djokjakarta Setion de l'énergie nuléaire, Ministère des sienes, de la tehnologie et de l'environnement, Kajang* Institut de la siene et de la tehnologie nuléaires, Islamabad* Institut de hautes études sur l'énergie, Daeduk-Danji, hoong-nam* Institut de reherhe nuléaire, entre des tehniques nuléaires, Ho-hi-Minh Ville* = Isotopes stables; = ritium; = arbone 14 " Laboratoires ayant reçu une aide importante de l'alea. Note: Liste établie d'après les renseignements dont dispose l'alea. ment trop sommaire) ou les méthodes empiriques souvent utilisées sur le terrain. De leur ôté, les hydrogéologues peuvent avoir du mal à se familiariser ave les tehniques isotopiques, notamment à omprendre les prinipes des proessus physio-himiques qui régissent le frationnement des isotopes dans les eaux naturelles. Les experts envoyés par l'aiea peuvent aider à franhir et obstale entre le personnel travaillant sur le terrain et le personnel du laboratoire. L'assoiation d'un laboratoire ave e genre d'établissement présente un autre inonvénient, à savoir que l'infrastruture est le plus souvent insuffisante pour assister les travaux ourants très spéialisés du laboratoire. Il est fréquent qu'il n'existe pas d'atelier életronique, d'installation pour le soufflage du verre ou de doumentation sientifique sur les isotopes dans la bibliothèque. Les laboratoires installés dans des établissements qui s'oupent de géothermie sont généralement mieux lotis ar es établissements onnaissent bien les méthodes géohimiques dont font partie les tehniques fondées sur les isotopes de l'environnement qui sont ommunément utilisées pour étudier les hamps géothermiques. entres de reherhe des organismes nationaux de l'énergie atomique. es entres sont souvent onstitués d'un ensemble de laboratoires d'un haut niveau sientifique et tehnologique, auprès duquel un laboratoire d'hydrologie isotopique peut en prinipe se trouver dans les meilleures onditions possibles pour fontionner de manière effiae. outefois, es entres manquent souvent de ompétenes en hydrologie, de sorte que le laboratoire doit travailler en étroite ollaboration ave des établissements s'oupant des ressoures en eau. Le suès de ette ollaboration dépend en grande partie du personnel des deux équipes de ses aptitudes, de son effort et de l'intérêt mutuel à établir et entretenir de bons ontats sientifiques dans le travail ommun. Au début, les experts de l'aiea peuvent aider à établir les relations de travail entre le laboratoire et l'établissement hydrologique et à hoisir les problèmes à résoudre sur le terrain en appliquant les tehniques isotopiques. Par la suite, le personnel sientifique du laboratoire devrait aquérir une ertaine autonomie. L'idéal serait qu'il se propose et qu'il ait les moyens de prélever lui-même les éhantillons du milieu sans devoir toujours reourir aux servies de l'établissement spéialisé. Il devrait aussi prendre part à tous les travaux de reherhe pour bien se familiariser ave les problèmes et être à même de donner des onseils sur les aspets partiulièrement favorables à l'appliation des tehniques isotopiques. Par exemple, ertaines opérations d'éhantillonnage peuvent présenter des diffiultés que seul un spéialiste des isotopes peut aider à surmonter. De toute façon, le laboratoire doit absolument renoner à se onsidérer omme un 10 AIEA BULLEIN, 4/1991

3 PERSPEIVES servie qui attend le lient et se borne à donner des résultats. Une telle attitude pourrait nuire aux faultés intelletuelles du personnel dont l'intérêt et les ompétenes sientifiques ne feraient que s'émousser. Il s'ensuivrait une baisse de qualité des travaux d'analyse et de leurs résultats. Universités. En prinipe, les universités offrent un milieu idéal pour la reherhe sientifique. Il est aisé d'y réer le limat interdisiplinaire néessaire aux travaux d'hydrologie, de géohimie et d'éologie. En outre, l'enseignement et la reherhe ontribuent à la formation de jeunes sientifiques, e qui assure le progrès et la ontinuité dans n'importe quel domaine sientifique. Il s'ensuit que le jeune hydrologue (géohimiste, éologiste) onnaît bien les prinipes de es tehniques et pourrait les appliquer dans ses ativités professionnelles. Les universités présentent néanmoins ertains inonvénients. out d'abord, et surtout dans les pays en développement, elles disposent de ressoures finanières souvent insuffisantes, e qui peut nuire à la ontinuité des travaux d'un laboratoire de pointe. Par ailleurs, il se peut que leur démarhe, pour intéressante qu'elle soit sur le plan sientifique, présente peu d'intérêt sur le plan pratique. On peut penser que e n'est pas là un inonvénient, puisque le but prinipal d'une université est de former de jeunes sientifiques, et que la reherhe sientifique est toujours payante, mais il importe de trouver le juste milieu entre la reherhe pure et ses appliations pratiques. Laboratoires d'hydrologie isotopique en Amérique latine, au Moyen-Orient et en Europe Amérique latine Argentine: Brésil: hili: olombie: uba: Mexique: Uruguay: Moyen-Orient et Europe Instituto de Georonologia y Geologia Isotôpia, Universidad de Buenos Aires Universidad Federal do earâ Departamento de Fisia, Fortaleza entro de Energia Nulear na Agriultura, Piraiaba* omisiôn hilena de Energia Nulear, entro de Investigaiones Nuleares de la Reina, Santiago de hile* Instituto de Asuntos Nuleares, Bogota* Instituto Naional de Reursos hidrâulios, La Habana Instituto de Investigaiones Elétrias, uernavaa, Morelos Instituto Mexiano de la enologia del Agua, Jiutepe Morelos* Instituto de Fisia, Universidad Naional Autônoma de Mexio, Mexio DF Departamento de Radioquimia, Universidad de la Repûblia de Uruguay, Montevideo" Servie analytique Personnel et infrastruture Les instruments d'analyse dont a besoin un laboratoire d'hydrologie spetromètre de masse pour déterminer le rapport isotopique et ompteur à sintillateur liquide pour les faibles ativités se trouvent ommunément sur le marhé. Il est don en prinipe relativement faile d'installer un laboratoire si l'on dispose de fonds suffisants, si l'infrastruture néessaire existe et si l'on peut reruter un personnel qualifié. L'infrastruture n'est pas un problème: il faut un minimum d'espae (environ 300 m 2 ) pour un laboratoire entièrement équipé ave un spetromètre de masse pour les isotopes stables, un ou deux ompteurs à sintillateur liquide pour le tritium et le arbone 14, et le matériel de préparation néessaire, plus l'eau ourante, l'életriité en permanene, la limatisation (indispensable dans un limat humide et haud), de la neige arbonique et de l'azote liquide, un atelier d'életronique et, si possible, un atelier méanique. L'équipe tehnique devrait omprendre un nombre suffisant de tehniiens himistes (de préférene au moins un pour haun des isotopes les plus importants) et un ingénieur életroniien onnaissant bien l'emploi des ordinateurs et leurs interfaes. Il faudrait Albanie: Grèe: Iran: Islande: Jordanie: Pologne: Portugal: Roumanie: urquie: Yougoslavie: Institut de physique nuléaire, irana* entre national de reherhe en sienes physiques, Athènes* Institut de reherhe sur les ressoures hydrauliques, Ministère de l'énergie, éhéran* Université d'islande, Reykjavik* Servie des eaux de Jordanie, Amman* Institut de physique et de tehnologie nuléaire, Aadémie des mines et de la métallurgie, raovie* Laboratorio Naional de Engenharia e enologia Industrial, Saavem* Institut de physique atomique, Buarest Diretion générale du génie hydraulique, Ankara* entre des appliations des radioisotopes en siene et dans l'industrie, Skoplje* = Isotopes stables; = ritium; = arbone 14 * Laboratoires ayant reçu une aide importante de l'alea. Note: Liste établie d'après les renseignements dont dispose l'alea. AIEA BULLEIN, 4/

4 PERSPEIVES Laboratoires d'hydrologie isotopique en Afrique Algérie: Egypte: Soudan: Niger: entre de développement des tehniques nuléaires, Alger entre régional des radio-isotopes du Moyen-Orient pour les pays arabes, Le aire Etablissement de l'énergie atomique Servie national des eaux, Département de la reherhe sur les eaux souterraines, Khartoum* Département de géologie, Faulté des Sienes, Niamey = Isotopes stables; = ritium; arbone 14 * Laboratoires ayant reçu une aide importante de l'alea. Note: Liste établie d'après les renseignements dont dispose l'alea. Servie analytique pouvoir disposer, le as éhéant, d'un souffleur de verre. Quant au personnel sientifique, il faudrait au minimum un physiien, un géohimiste et, le as éhéant, un hydrologue ou un hydrogéologue. Le physiien serait essentiellement responsable de la performane du laboratoire et de la qualité des analyses, tandis que ses ollègues seraient hargés de déterminer les problèmes à étudier et partiiperaient au prélèvement des éhantillons et à l'interprétation des données. L'AlEA peut généralement prêter son onours pour former le personnel sientifique et tehnique et assurer des servies d'experts pour failiter l'installation du laboratoire. En outre, elle peut fournir ertains matériels, notamment des spetromètres de masse pour la détermination des faibles variations des rapports isotopiques dans des omposés du milieu naturel, et des ompteurs à sintillateur liquide et ompteurs proportionnels à gaz pour la détetion des très faibles onentrations de radio-isotopes du milieu. Fontionnement du laboratoire Dans de nombreux pays en développement, la bonne marhe des travaux ourants d'un laboratoire, en partiulier après l'installation du matériel et la essation de l'assistane tehnique de l'aiea, est entravée par diverses diffiultés, en partiulier dans les domaines suivants: Maintenane du matériel et pièes de rehange. La réserve initiale de pièes de rehange qui aompagne le matériel neuf s'épuise inévitablement au ours des deux ou trois premières années, ou une pièe pour laquelle on n'a pas prévu de rehange vient à se rompre. Pour se prourer de nouvelles pièes détahées hez le fabriant, il faut payer en devises fortes; or, de nombreux pays ont de la peine à se les prourer. Il arrive qu'il faille attendre plus d'un an avant de pouvoir ommander la pièe, délai qui n'est pas sans onséquene sur le plan pratique. Par exemple, si un spetromètre de masse n'est pas utilisé pendant un an, il peut être diffiile de le remettre en servie à ause de son extrême omplexité. Par ailleurs, de longues périodes d'inativité dans une importante setion du laboratoire peuvent nuire au moral du personnel et à sa produtivité. Vu es problèmes toujours possibles, avant de déider d'installer un laboratoire d'hydrologie isotopique, ou n'importe quel laboratoire dès l'instant où il doit omporter un matériel ompliqué, il faut s'assurer que l'on peut disposer d'une petite réserve de devises fortes, généralement de l'ordre de 1000 à dollars par an. Dans ertains as, l'aiea peut aider à résoudre les diffiultés de maintenane du matériel dans le adre de projets de oopération tehnique nationaux ou régionaux. Elle peut fournir par exemple les pièes de rehange immédiatement néessaires, et envoyer des experts pour aider à diagnostiquer les pannes et à faire les réparations. A noter que ette aide n'est offerte que dans des ironstanes exeptionnelles, en as d'avarie grave, et non pour les opérations ourantes de maintenane. Personnel. Le personnel sientifique et tehnique doit être bien hoisi et être motivé, et sa rémunération doit être égale à elle du personnel exerçant des fontions analogues dans d'autres organismes privés ou publis. On réduit ainsi le risque de perdre un personnel qualifié auquel on a onsaré beauoup de temps et de ressoures. De fait, le personnel qualifié est généralement très mobile dans les pays en développement pare que les établissements de reherhe ne sont pas en mesure d'offrir des émoluments et des possibilités de arrière aussi intéressants que hez les onurrents. Malheureusement, e problème n'est pas faile à résoudre. Il faudrait néanmoins que haque pays s'en préoupe, afin d'éviter à l'avenir les défetions inopportunes. Rapports entre sientifiques. Les sientifiques des pays en développement souffrent aussi d'être isolés de leurs homologues du fait qu'ils ne disposent pas des fonds néessaires pour voyager. La partiipation à des réunions sientifiques, la visite d'autres établissements et les relations personnelles ave des ollègues ontribuent non seulement à se tenir au ourant de l'atualité sientifique, mais aussi à travailler en ommun sur des problèmes déterminés. ela permet en fin de ompte de maintenir le haut niveau de la reherhe et d'assurer la bonne marhe d'un laboratoire ou d'un établissement sientifique. L'AlEA peut y ontribuer dans une ertaine mesure grâe à son programme de voyages d'étude et à l'aide finanière assoiée à ses olloques et à ses séminaires, mais ela ne peut suffire à résoudre le problème. Les programmes de reherhe oordonnée sont un exellent moyen de failiter la oopé- 12 AIEA BULLEIN, 4/1991

5 PERSPEIVES Les isotopes et la reherhe hydrologique Les isotopes de l'environnement abondent dans la nature et leur analyse joue un rôle important dans l'étude sientifique des ressoures naturelles de la planète. Fondamentalement, les isotopes sont des formes d'un élément qui diffèrent les unes des autres par leurs propriétés nuléaires, mais non par leurs propriétés himiques. Les isotopes de l'environnement sont présents, omme on le sait, en quantités variables dans les différentes masses d'eau, de sorte que les teneurs en divers isotopes et leurs rapports marquent les eaux et permettent d'en déterminer les aratéristiques. Par exemple, es isotopes indiquent la soure des eaux de subsurfae, leur alimentation réente par les eaux de pluie et les eaux de surfae (problème ritique dans les régions arides), l'âge des eaux souterraines et les ommuniations entre les eaux de surfae et les eaux souterraines ou entre deux formations aquifères. Grâe à es isotopes, les hydrologues peuvent étudier les réseaux hydrauliques, généralement d'une grande omplexité et, s'il s'agit d'eaux souterraines, diretement observables en quelques points seulement. Les isotopes importants pour les hydrologues sont le deuterium (hydrogène 2) et l'oxygène 18, tous deux stables, et le tritium (hydrogène 3) et le arbone 14, qui sont radioatifs. Les tehniques nuléaires fondées sur es isotopes ont gagné en préision et sont souvent utilisées onjointement ave d'autres méthodes pour l'étude des ressoures hydrauliques. Des instruments modernes de grande sensibilité, tels les ompteurs à sintillateur liquide, sont apables de déteter ave préision les quantités infimes de radio-isotopes du milieu présents dans les eaux. es tehniques, parmi d'autres, sont de plus en plus utilisées par les équipes sientifiques des laboratoires d'hydrologie isotopique qui ont été installés dans les pays en développement au ours des 20 dernières années. En haut: Spetromètre de masse pour la mesure des rapports isotopiques dans un laboratoire de la ommission hilienne de l'énergie atomique. En bas: ompteur à sintillateur liquide à l'institut des questions nuléaires de Bogota (olombie). ration sientifique ar ils mettent en rapport des établissements de pays en développement et de pays industriels. Les liens se resserrent enore lors des réunions de oordination de la reherhe organisées à intervalles de 18 à 24 mois, auxquelles assistent des représentants de tous les établissements partiipants. A ertains égards, les missions d'experts de l'aiea dans les pays en développement au titre de projets de oopération tehnique peuvent ontribuer à rompre l'isolement des sientifiques loaux. Réemment, plusieurs experts se sont rendus dans différents pays en développement d'une même région. out en présentant des avantages ertains, vu que es experts sont bien au ourant des problèmes de la région, ette formule risque de limiter les possibilités qu'ont les sientifiques loaux de se tenir au AIEA BULLEIN, 4/

6 PERSPEIVES En Inde, omme dans d'autres pays, on prévoit que la demande d'eau potable augmentera rapidement au ours des prohaines années. ourant de la reherhe de pointe, et pourrait à la longue aggraver, au ontraire, l'isolement des milieux sientifiques loaux et élargir enore le fossé qui sépare les pays développés des pays sientifiquement avanés. Il ne faut ependant pas généraliser, ar les qualifiations et l'expériene demeurent les prinipaux ritères du hoix des experts. Autres fontions. Outre l'emploi des tehniques isotopiques pour l'étude des problèmes hydrologiques, géohimiques et éologiques, il y a diverses tâhes importantes dont un laboratoire d'hydrologie isotopique devrait s'aquitter, ave l'aide et les enouragements de son établissement. En voii quelques-unes: Mise en plae d'un réseau national permanent de stations d'éhantillonnage des préipitations en vue de leur analyse isotopique (tritium, deuterium, oxygène 18). Les résultats permettront à la longue de onstituer une base de données qui s'avérera très utile pour les reherhes. Relevés périodiques de la omposition isotopique des ours d'eau, las, soures à grand débit et autres masses d'eau, afin de ompléter la base de données et de disposer d'une information permettant de déider si d'autres reherhes et d'autres appliations sont néessaires. Planifiation et exéution d'expérienes de laboratoire pour étudier des proessus de frationnement isotopique qui peuvent se produire dans des onditions partiulières renontrées lors des études in situ. Donner des ours d'initiation sientifique à l'emploi des isotopes de l'environnement. Reevoir des étudiants pour des séanes de travaux pratiques en vue de leurs examens universitaires. Approhe équilibrée omme il n'y a pas de règle générale régissant l'installation d'un laboratoire d'hydrologie isotopique, haque as doit être jugé dans son ontexte. La tâhe n'est pas faile, bien souvent, mais les quelques onsidérations i-après peuvent aider à prendre des déisions judiieuses quant à l'emplaement, au personnel et au fontionnement du laboratoire envisagé. Le hoix de l'emplaement et le bon fontionnement du laboratoire dépendent de plusieurs onditions: une bonne infrastruture et des ressoures finanières suffisantes pour ouvrir les frais d'exploitation, l'ahat des pièes détahées et les ativités sur le terrain. D'une façon générale, il existe une bonne infrastruture et des servies auxiliaires satisfaisants dans les entres de reherhe des organismes de l'énergie atomique; les universités sont un peu moins bien dotées à et égard, mais leur limat intelletuel est stimulant. De leur ôté, les organismes qui s'oupent des ressoures hydrauliques sont mieux équipés pour reenser et étudier les problèmes hydrologiques d'ordre pratique. Quant aux besoins finaniers, l'appui national au laboratoire d'hydrologie peut s'avérer inertain à la longue pour diverses raisons d'ordre éonomique ou lorsque les priorités de la reherhe sont modifiées. Pour aider les pays, l'aiea a prévu ertains méanismes dans le adre de l'aord régional de oopération (RA) pour l'asie et le Paifique et des arrangements régionaux de oopération pour la promotion des sienes et tehniques nuléaires en Amérique latine (ARAL), qui permettent de fournir un ertain appui finanier. Mais le suès d'un laboratoire d'hydrologie isotopique dépend toujours enfinde ompte de son personnel. Si le personnel sientifique est bien motivé, ompétent et résolu, le laboratoire peut devenir un entre important regroupant les ativités nationales en vue de résoudre les problèmes pratiques et protéger les préieuses ressoures naturelles. 14 AIEA BULLEIN, 4/1991