« Il existe des façons remarquables par lesquelles la nature enregistre spontanément des informations sur elle-même au fil du temps. »
Plus tôt ce mois-ci, un article co-écrit par le Dr Alan Seltzer, expert en hydrogéologie à l'University College Dublin (UCD), a déclaré avoir trouvé une nouvelle façon de tester la qualité de l'eau en utilisant une forme rare d'azote gazeux.
La quantité d'azote dans l'eau est un indicateur de sa qualité. Des concentrations extrêmement élevées, par exemple, peuvent entraîner une prolifération d’algues pouvant entraîner la mort des organismes aquatiques.
Les microbes présents dans l’eau peuvent éliminer l’azote en le transformant en gaz – mais la quantité d’azote éliminée par ce processus est quelque chose que les chercheurs ont souvent eu du mal à déterminer.
L'étude de Seltzer, publiée dans la revue Science, a révélé que l'isotopologue 15N15N, rare mais naturel, agit comme une empreinte naturelle pour la conversion microbienne de l'azote.
Le professeur assistant de l’UCD se spécialise en géochimie de l’eau depuis plus d’une décennie. « En particulier, une grande partie de ma carrière a tourné autour des gaz rares dissous – la colonne la plus à droite du tableau périodique – et de leurs isotopes », explique Seltzer.
« Les gaz rares sont de remarquables traceurs naturels car ils sont chimiquement non réactifs, ce qui leur permet de préserver des signaux physiques qui peuvent nous aider à reconstruire l’histoire des eaux souterraines et des océans. »
Seltzer travaille à l'École des sciences de la Terre de l'UCD depuis 2025. Il a obtenu son doctorat en sciences de la Terre à l'Université de Californie à San Diego et a fait partie du corps professoral de la Woods Hole Oceanographic Institution, où il était également chercheur postdoctoral.
«Mon objectif est de m'appuyer sur les techniques que j'ai développées tout au long de ma carrière, en les appliquant de nouvelles manières pour faire progresser notre compréhension des sources et du devenir de la contamination par l'azote dans les eaux souterraines.»
Seltzer construit également un nouveau programme de recherche combinant des outils géochimiques pour mieux comprendre comment les activités humaines ont modifié les systèmes d'eau souterraine et pour développer de nouvelles méthodes de traçage de la contamination des eaux souterraines et des processus naturels qui peuvent aider à l'éliminer.
Qu’est-ce qui vous a poussé à devenir hydrogéochimiste ?
Aussi étrange que cela puisse paraître, mon intérêt pour l’hydrogéochimie est né d’une prise de conscience après un cours de premier cycle sur les gaz inertes et le climat passé.
Bien que la deuxième loi de la thermodynamique nous dise que l’entropie a tendance à augmenter dans l’univers, la nature enregistre spontanément des informations sur elle-même au fil du temps de manière remarquable. Grâce à des mesures géochimiques, nous pouvons récupérer ces informations pour reconstruire l’histoire des systèmes naturels.
Lorsque j’en ai entendu parler pour la première fois alors que j’étais étudiant, j’ai immédiatement été motivé à creuser plus profondément et à commencer à travailler avec ces traceurs géochimiques.
J'ai été captivé par l'idée que nous pourrions extraire des informations précises et quantitatives sur des processus que nous ne pourrions jamais observer directement, que ce soit parce qu'ils se sont produits il y a des milliers d'années, en profondeur sous terre, ou les deux, simplement en mesurant les gaz dissous dans l'eau. Cette fascination m’a accompagné tout au long de ma carrière.
Pouvez-vous nous parler des recherches sur lesquelles vous travaillez actuellement ?
À l’heure actuelle, je me concentre principalement sur la création d’un nouveau laboratoire à l’UCD, capable de développer et de mettre en œuvre de nouvelles techniques pour retracer les propriétés physiques et biogéochimiques des systèmes d’eaux souterraines.
En particulier, je souhaite comprendre comment les activités humaines ont modifié le cycle de l'azote dans les eaux souterraines : quelle quantité d'azote gazeux est produite par la consommation microbienne de nitrate, d'où vient cet azote, à quelle vitesse le processus se produit et comment les niveaux des eaux souterraines ont changé au cours des dernières décennies, voire des siècles.
Ma récente subvention de démarrage du Conseil européen de la recherche (ERC), intitulée Tracing Anthropogenic Biogeochemical and Physical Influences on Subsurface Hydrogeology (TABPHISH), rassemble le développement de traceurs géochimiques en laboratoire et la recherche sur le terrain dans six zones d'étude à travers le monde, y compris le sud-est de l'Irlande.
L’un des principaux objectifs de ce projet est de relever un défi de longue date dans le domaine de la science des eaux souterraines : comment pouvons-nous déterminer la quantité de nitrate initialement entrée dans un système d’eau souterraine et d’où elle vient, alors qu’une partie, voire la totalité, de ce nitrate peut avoir ensuite été consommée par des microbes et convertie en azote gazeux.
Selon vous, pourquoi vos recherches sont-elles importantes ?
Les eaux souterraines constituent la principale source d’eau potable pour des milliards de personnes dans le monde, ainsi qu’une source d’eau majeure pour l’agriculture et l’industrie. Ici en Irlande, la pollution par l'azote constitue un défi environnemental particulièrement important, avec des implications importantes sur la qualité de l'eau et la santé des écosystèmes.
Une grande partie de mes recherches portent sur le développement de techniques géochimiques qui nous permettent de mesurer des aspects des systèmes d’eau souterraine qui seraient autrement difficiles, voire impossibles, à observer.
Bien que nous développions et testions ces techniques dans des zones d'étude particulières, elles ont le potentiel d'être appliquées aux systèmes d'eaux souterraines du monde entier, nous aidant ainsi à mieux comprendre et gérer ces ressources en eau critiques. C'est cette possibilité d'avoir un impact qui s'étend bien au-delà d'une seule étude que je trouve le plus passionnant dans mes recherches.
Que pensez-vous de votre travail de chercheur dans le scénario géopolitique actuel ?
Je ne pense pas que les événements géopolitiques récents aient fondamentalement changé ma perspective sur l'importance de mes recherches.
J'ai choisi ce métier parce que j'aime la science et que j'apprécie énormément le processus de recherche. L’une des choses que j’apprécie le plus dans la science est son objectivité sous-jacente : grâce à une expérimentation, une analyse et un traitement statistique minutieux, nous pouvons souvent arriver à des réponses qui reposent sur leur propre valeur scientifique, indépendamment des considérations politiques.
Bien entendu, la science ne fonctionne pas totalement indépendamment de la politique. Le financement de la recherche, les collaborations internationales et la manière dont les découvertes scientifiques sont utilisées peuvent tous être influencés par l’évolution politique. Et je crois certainement qu’une recherche scientifique rigoureuse est essentielle pour déterminer la manière dont nous interagissons de manière responsable avec le monde naturel.
Quels sont les plus grands défis auxquels vous êtes confronté en tant que chercheur dans votre domaine ?
Ce sont souvent des choses apparemment mineures qui, collectivement, posent les plus grands défis pour progresser : la paperasse, la logistique, les procédures d'achat et l'administration financière.
Je suis continuellement surpris de voir combien de temps les scientifiques peuvent consacrer à des activités autres que la science, simplement pour faire avancer leurs recherches. Bien entendu, il est nécessaire de rendre des comptes et d'assurer une bonne administration, en particulier lorsque l'on travaille avec des fonds publics, mais je pense qu'il est extrêmement utile de trouver des moyens de rendre ces processus plus efficaces.
Le financement, bien entendu, constitue un autre défi perpétuel. J'ai eu la chance de recevoir un soutien substantiel pour mes recherches, et je suis particulièrement encouragé par les récents investissements de l'Irlande dans de nouvelles sources de financement de la recherche et dans l'infrastructure scientifique.
Quels sont les domaines de recherche que vous aimeriez voir abordés dans les années à venir ?
Il y a eu une volonté croissante de développer des systèmes de spectrométrie de masse portables et déployables sur le terrain. À mesure que ces instruments deviennent plus largement disponibles, conviviaux et abordables, je pense qu’il existe un énorme potentiel pour élargir l’accès à des mesures géochimiques sophistiquées.
Imaginez que les agences de l'eau du monde entier, en particulier dans les régions qui ont historiquement manqué d'accès régulier aux laboratoires d'analyse, soient capables d'effectuer des mesures de gaz dissous de haute qualité directement sur le terrain. Cela pourrait changer la donne dans notre compréhension des ressources en eaux souterraines à l’échelle mondiale.
Deuxièmement, des progrès remarquables ont été réalisés ces dernières années dans le domaine de la spectrométrie de masse à haute précision et à haute résolution. Les techniques à haute résolution nous permettent de distinguer des molécules ayant des masses presque identiques, y compris les molécules d'azote exceptionnellement rares contenant deux atomes d'azote 15 que j'ai mentionnées plus tôt.
À mesure que ces mesures deviennent plus courantes, je pense que nous allons assister à une expansion substantielle du type de questions que nous pouvons aborder quantitativement en hydrogéochimie.
