En plein air

Le compteur émet une série de bips assourdissants. Instinctivement, tout le monde se bouche les oreilles. Sans plus attendre, Matthias Willmann, co-responsable du cours, retire la batterie de l'appareil. S'échangeant des sourires, les étudiants et étudiantes continuent à descendre avec précaution le câble dans le trou de forage. Aujourd'hui, il s'agit de mesurer la qualité des eaux souterraines à Kappelen, une commune du canton de Berne.

Cela ne fait que quelques heures que Carole, Gianna, Raffaele et Robyn sont là. Les quatre étudiantes et étudiants de l'ETH Zurich sont ici pour effectuer un module de trois jours en vue de l'obtention d'un Master en ingénierie de l'environnement, un cours proposé par l'institut de l'ETH Zurich du même nom. Matthias Willmann vient dans cette région forestière depuis 15 ans, d'abord en tant qu'employé de l'ETH Zurich, puis récemment en tant que consultant externe. Au total, une vingtaine d'étudiants et étudiantes participent à ce module, qui vise à cartographier les eaux souterraines locales. Matthias Willmann vient d'expliquer au groupe qu'il existe 16 puits de forage dans la forêt. Creusés verticalement à plus de 10 mètres, ils sont perméables jusqu'à une certaine profondeur. Cela constitue un point d'entrée pour les eaux souterraines, qui peuvent ensuite être analysées par les étudiants.

La première tâche du groupe consiste à mesurer la nappe phréatique et la profondeur de chaque trou de forage. Pour ce faire, Matthias Willmann a apporté de la tente d'équipement deux appareils de mesure du niveau de la nappe phréatique, qui ressemblent à des enrouleurs de câble. Dans ce cas, le câble est un ruban de mesure attaché non pas à une fiche mais à une fine tige métallique - la sonde de mesure. Il demande aux étudiantes et étudiants de descendre cette dernière avec précaution dans le trou de forage. «Dès que la tige touche la nappe phréatique, le courant passe et la petite lampe d'affichage s'allume», explique Matthias Willmann. Certains modèles émettent même un signal sonore.

L'expérience du travail sur le terrain

Il ne faut pas longtemps aux étudiants et étudiantes pour se familiariser avec le compteur. Au début, ils et elles travaillent en groupe. Raffaele descend lentement le câble dans le trou, aidé par Carole. La pile a été remise en place et dès que la lampe s'allume et que l'appareil émet un bip, Robyn note la valeur sur la bande. Au forage 3.1, la nappe phréatique se trouve à une profondeur de 3 mètres et 95 centimètres. Gianna enregistre la mesure précise. Raffaele descend ensuite le câble jusqu'à ce qu'il détecte une légère résistance, ce qui indique le fond du trou. «On acquiert une certaine sensibilité à cet égard», explique Matthias Willmann. Une fois de plus, Robyn enregistre la mesure.

Plus tard, les quatre étudiants et étudiantes cartographieront les trous de forage et indiqueront le niveau de la nappe phréatique. Cela leur permettra de savoir dans quelle direction les eaux souterraines s'écoulent. Tout comme une rivière en surface, les eaux souterraines s'écoulent vers le bas. «Ce module permet aux étudiantes et étudiants de se rendre compte de la réalité du travail sur le terrain», explique Matthias Willmann. «Les connaissances qu'ils acquièrent ici sont très utiles. Joaquin Jimenez-Martinez, qui co-dirige le cours avec Matthias Willmann, acquiesce.

Joaquin Jimenez-Martinez est chef de groupe à l'ETH Zurich et à l'Institut fédéral suisse pour l'aménagement, l'épuration et la protection des eaux (Eawag). Il s'est récemment associé au département administratif de l'ETH Zurich pour le développement et la technologie de l'éducation afin d'examiner de plus près le rôle du travail sur le terrain. «L'ensemble du processus d'enseignement est différent lorsque l'on est en contact avec la nature», explique-t-il. «En tant qu'enseignants, nous faisons une brève introduction, puis nous nous retirons et laissons les étudiants se débrouiller - prendre des mesures, essayer des choses, apprendre sur le terrain. Il aimerait bien expliquer les avantages plus en détail, mais il doit maintenant se dépêcher de prendre son train pour Zurich.

Pendant ce temps, le groupe utilise une sonde pour mesurer la température et la conductivité des eaux souterraines. À une profondeur de 10 à 12 mètres, l'eau a une température de 11 degrés Celsius, exactement comme prévu. La conductivité hydraulique verticale de l'eau souterraine révèle certains détails sur sa composition. Ici, à Kappelen, tout est normal. Mais une valeur anormale peut aussi indiquer la présence de contaminants. Ce serait une catastrophe pour un pays comme la Suisse, où 80% de l'eau potable provient des nappes phréatiques.

La grande science

La première expérience terminée, les étudiants et étudiantes rejoignent Lucien Biolley, chef de laboratoire à l'Institut d'ingénierie environnementale de l'ETH Zurich. Avec Marius Floriancic, il est chargé de veiller à ce que les instruments de terrain restent en parfait état de fonctionnement tout au long de l'année. C'est également lui qui prépare le matériel nécessaire pour le présent module : deux camionnettes et deux remorques entièrement emballées sont expédiées chaque année du campus de Hönggerberg à Kappelen. Lucien Biolley explique aux étudiantes et étudiants comment utiliser un capteur de pression pour surveiller en permanence le niveau de la nappe phréatique. À l'intérieur des tubes bleus qui traversent les bouchons des trous de forage se trouvent des câbles qui transmettent les mesures à un boîtier de données. Ce dernier rassemble toutes les données et peut également être consulté à distance depuis Zurich. Plus tard, les étudiants et étudiantes auront l'occasion d'analyser les données recueillies au cours des cinq dernières années. Mais pour l'instant, il y a du pain sur la planche.

Carole, Gianna, Raffaele et Robyn utilisent une brouette pour aller chercher un réservoir d'eau de 1000 litres, heureusement encore vide. Ils et elles la placent à côté de l'un des trous de forage et la remplissent d'eau souterraine à l'aide d'une pompe. Ce soir-là, un colorant sera ajouté à l'eau pour la préparer à une autre expérience. «L'avantage du travail sur le terrain, c'est que tout est à grande échelle, y compris l'équipement», explique Lucien Biolley. «Il est donc beaucoup plus facile de comprendre ce qui se passe.»

Les quatre étudiants et étudiantes sont tout aussi enthousiastes. Robyn et Carole ont obtenu une licence en sciences de l'environnement avant de s'orienter vers l'ingénierie environnementale pour leur master. «Je suis intéressée par les solutions techniques aux problèmes environnementaux», explique Carole. «J'aime l'approche pratique. Et pour Robyn, ce qui compte, ce n'est pas seulement «ce que nous apprenons pendant nos études, mais aussi l'aperçu que nous avons de l'ingénierie environnementale en tant que profession».

Forêt ou prairie ?

Pour l'expérience suivante, les étudiantes et étudiants rencontrent Marius Floriancic. Il est chargé de leur apprendre à mesurer la quantité d'eau que le sol peut contenir. Pour ce faire, ils et elles utilisent des tensiomètres. Les élèves prennent de petits tubes, fixent un bouchon en céramique au fond et les remplissent d'eau. Plus le sol est sec, plus la quantité d'eau qui traverse le bouchon en céramique et pénètre dans le sol est importante. Les étudiants et étudiantes insèrent les tubes à différentes profondeurs dans le sol de la forêt. Les relevés indiquent la courbe de rétention d'eau, une mesure de la capacité du sol à absorber l'eau.

Un deuxième instrument, en forme de grande fourche, mesure l'humidité du sol. Marius Floriancic demande où nous pensons que l'humidité du sol sera la plus élevée : dans la forêt ou dans la prairie ouverte ? La réponse est unanime : la forêt ! À notre grande surprise, les mesures montrent exactement le contraire. Avec les étudiantes et étudiants, Marius Floriancic en explore les raisons : lorsqu'il pleut, le couvert forestier et les débris naturels sur le sol de la forêt empêchent une partie de l'eau de pénétrer dans le sol ; les arbres extraient davantage d'humidité du sol que l'herbe ; enfin, le sol de la forêt est plus perméable que le sol compact de la prairie, ce qui signifie qu'il laisse passer davantage d'eau.

«L'informatique et la modélisation sont des domaines de prédilection des étudiants et étudiantes de l'ETH Zurich. Mais le travail sur le terrain leur permet de mettre ces connaissances en pratique», déclare Marius Floriancic en souriant. «C'est un module coûteux, mais qui vaut vraiment l'investissement», ajoute-t-il plus sérieusement. Le soir venu, le groupe retourne au réservoir d'eau dans la forêt, où Lucien Biolley verse la teinture de marquage. L'eau colorée s'écoule du réservoir par un tuyau épais jusqu'à l'un des trous de forage, où elle se mélange à la nappe phréatique située en dessous. À une trentaine de mètres de là, l'eau souterraine est pompée à la surface à partir d'un autre trou de forage et alimentée par un dispositif de surveillance. Il faudra un certain temps avant qu'une eau colorée ne soit détectée.

Les étudiants et étudiantes ont effectué suffisamment de travaux pratiques pour la journée. Plus tard, elles et ils examineront de plus près les données sur un ordinateur portable. C'est précisément cette combinaison de travail sur le terrain et de travail de bureau que Raffaele trouve si gratifiante. Gianna, qui bénéficie d'une bourse du programme Excellence Scholarship & Opportunity de l'ETH Zurich, aime également la variété. Pour elle, c'est «la combinaison de la technologie et de la nature qui rend l'ingénierie environnementale si attrayante».