Le manganèse est un oligoélément essentiel. À de trop fortes concentrations, ce métal peut toutefois entraîner des problèmes de santé. Deux chercheurs de l’Eawag ont désormais établi une carte mondiale des risques liés au manganèse dans les eaux souterraines. Or, celles-ci fournissent de l’eau potable à la moitié de la population du globe. Selon l’étude, entre 180 et 220 millions de personnes pourraient consommer de l’eau présentant des concentrations élevées de manganèse, soit un nombre nettement supérieur aux estimations. Les régions d’Asie densément peuplées sont particulièrement touchées.

Le manganèse fait partie des métaux les plus courants de la croûte terrestre et est indispensable à l’organisme humain. En général, nous en consommons principalement à travers notre alimentation. Dans certaines régions, l’eau potable peut toutefois en contenir des quantités considérables. Pendant longtemps, ces fortes concentrations étaient surtout considérées comme un problème, car le manganèse altère le goût de l’eau et laisse des taches sombres au niveau de la sortie des puits.
Toutefois, ces dernières années, les indications concernant les conséquences d’un apport trop élevé en manganèse sur la santé se sont multipliées. Des études montrent que ce métal peut affecter le système nerveux, en particulier chez les nourrissons et les enfants. Par conséquent, en 2021, l’Organisation mondiale de la santé (OMS) a abaissé son seuil de référence pour le manganèse dans l’eau potable, le faisant passer de 400 à 80 microgrammes par litre. Les limites en Suisse et dans l’UE sont encore plus basses, à savoir 50 microgrammes par litre.
Toutefois, jusqu’à présent, il était difficile d’estimer combien de personnes consomment une eau dont les concentrations dépassent ces valeurs. Une nouvelle étude menée par Joel Podgorski, environnementaliste et auteur principal, et Michael Berg, géochimiste, tous deux chercheurs du département Ressources aquatiques et eau potable de l’Eawag, fournit désormais une base importante pour remédier à cette situation. «Jusqu’à présent, l’accent portait surtout sur les risques posés par la présence d’arsenic, de fluor ou encore de nitrates dans l’eau potable», explique Michael Berg. «En revanche, le manganèse fait encore l’objet de peu d’attention et n’est surveillé que de manière sporadique.»

300 000 données de mesure recueillies
Les deux chercheurs ont établi une carte prévisionnelle mondiale de la pollution des eaux souterraines au manganèse. Pour cette étude, qui vient d’être publiée dans la revue spécialisée Nature Water, ils ont analysé des publications scientifiques, des archives administratives et des bases de données publiques afin de recueillir près de 300 000 mesures réalisées sur des eaux souterraines du monde entier. Ils ont ensuite croisé ces informations avec plus de 50 paramètres environnementaux, notamment liés au climat, à la géologie, à la topographie et aux caractéristiques du sol.
Ils ont ensuite intégré ces données dans un modèle d’apprentissage automatique spécialement développé à cet effet. Celui-ci identifie les tendances associées à des concentrations élevées ou faibles de manganèse dans les eaux souterraines. Il permet ainsi d’établir des prévisions pour les zones sans aucune donnée de mesure disponible. Les chercheurs ont ainsi mis au point une carte du monde indiquant les régions où le seuil de référence pour le manganèse dans les eaux souterraines devrait être dépassé.
Le modèle révèle des zones à risque sur tous les continents. Les grands deltas fluviaux et les jeunes paysages sédimentaires d’Asie du Sud et d’Asie du Sud-Est sont particulièrement touchés. On trouve notamment des zones critiques dans le delta du Gange et du Brahmapoutre, au Bangladesh et en Inde, dans le delta du Mékong, dans le delta du fleuve Rouge près de Hanoï, dans certaines régions du Pakistan, mais aussi le long du Mississippi, aux États-Unis. Cette répartition s’explique par des processus géochimiques souterrains: le manganèse se trouve souvent sous forme d’oxyde de manganèse dans les sédiments. Celui-ci est réduit par des micro-organismes dans des conditions de faible teneur en oxygène et se dissout dans les eaux souterraines.

Neuf personnes touchées sur dix vivent en Asie
Dans un deuxième temps, les chercheurs ont croisé la carte de la pollution au manganèse avec les données démographiques et des informations relatives à l’approvisionnement en eau potable. Il en ressort qu’entre 180 et 220 millions de personnes dans le monde pourraient consommer de l’eau dont la concentration de ce métal dépasse le seuil de référence de l’OMS. Plus de 90% d’entre elles vivent en Asie. «Ce phénomène n’est pas uniquement lié aux sédiments fluviaux récents, qui favorisent l’accumulation de manganèse dans les eaux souterraines à cet endroit», explique Joel Podgorski. «Ces régions sont aussi densément peuplées et une grande partie de la population y dépend d’une eau souterraine non traitée.»
Selon les chercheurs, la concentration en manganèse en Suisse est sans danger sur l’ensemble du territoire. Le risque est également faible dans le reste de l’Europe. Certes, l’étude identifie des zones fortement polluées, notamment dans le delta du Pô, dans le nord de l’Italie, ou dans une région s’étendant de la Pologne à l’est de l’Allemagne. «Mais ici, la grande majorité de la population a accès à l’eau potable du robinet, traitée à l’aide de technologies modernes», explique Michael Berg. «Raison pour laquelle les cartes de la pollution géologique et celles de la population concernée présentent des différences marquées.»
Selon lui, une simple station d’épuration suffit pour éliminer le manganèse de l’eau potable. En effet, dès qu’il entre en contact avec l’oxygène, il précipite sous forme d’oxyde métallique. Il reprend alors une forme solide et insoluble pouvant être filtrée. «Un simple système d’aération et un filtre à sable font donc parfaitement l’affaire», explique Michael Berg.

Présence simultanée rare du manganèse et de l’arsenic
Enfin, les chercheurs ont comparé la nouvelle carte du manganèse avec celles des risques liés à l’arsenic, qu’ils avaient publiées en 2020. Bien que ces deux substances soient souvent issues de processus géochimiques similaires, leur présence simultanée à l’échelle locale est rare: d’après les calculs, elles ne sont concomitantes que dans environ 4% des zones à haut risque. Ce constat a des conséquences sur la surveillance de la qualité de l’eau: «Quand on analyse un puits pour détecter la présence d’arsenic et qu’on ne trouve aucune trace de contamination, on ne peut pas pour autant lever automatiquement l’alerte: il faut également vérifier la teneur en manganèse», explique Joel Podgorski.
Quoi qu’il en soit, cette étude ne remplace pas les mesures effectuées sur place. «Nos cartes indiquent des probabilités, pas des certitudes», explique Michael Berg. Ces nouvelles données constituent toutefois une base majeure pour les autorités, les responsables politiques et les organisations internationales. À l’avenir, elles permettront de définir des priorités pour la construction de stations d’épuration ou pour la mise en place de programmes de mesure supplémentaires.

Toutes les données sur une seule plateforme L’équipe de Michael Berg et Joel Podgorski a élaboré ces dernières années toute une série de cartes présentant les risques de pollution des eaux souterraines à l’échelle mondiale et régionale, notamment, outre le manganèse, pour des polluants tels que l’arsenic, le fluorure, le sel ou encore les nitrates. Ces cartes sont toutes disponibles gratuitement sur le site web www.gapmaps.org. La plateforme s’adresse aux spécialistes et aux autorités du monde entier qui recherchent des données sur les eaux souterraines ou souhaitent créer eux-mêmes des cartes des risques à l’aide du modèle de l’Eawag.