Les carottes sédimentaires prélevées au fond des lacs ou des rivières permettent de « lire » les évolutions passées du climat et des écosystèmes. De même, les sédiments accumulés dans les égouts peuvent être vus comme des archives du milieu urbain à notre époque, marquée par l'empreinte de l'Homme (Anthropocène). C'est l'idée directrice du projet de recherche Golden Spike, mené en 2017-2018 à Orléans, avec le soutien d'Orléans Métropole.
Les scientifiques ont tiré parti des travaux de rénovation de la « chambre à sable » d'Orléans. Cet ouvrage permet la décantation des particules charriées par les eaux usées et pluviales, en amont des stations d'épuration. Entre deux opérations de curage des sédiments, une carotte de 1,5 m de long, correspondant à près d'un an d'accumulation de matières, a été prélevée.
Elle présente des changements nets avec, à sa base, des sédiments fins et organiques (les plus anciens), puis des sédiments grossiers et minéraux et, au sommet, des sédiments fins et minéraux (les plus récents). Pour comprendre l'origine de ces différents compartiments, les chercheurs ont utilisé des marqueurs originaux : des traceurs fécaux (acides biliaires), des radioéléments et des microbilles de verre qui entrent dans la composition des peintures blanches de marquage au sol pour en augmenter le pouvoir réfléchissant (passage piétons, lignes de circulation).
Les marqueurs fécaux se sont révélés très abondants dans les sédiments organiques, témoignant d'un apport d'eaux usées. À l'inverse, les microbilles de verre ont principalement été retrouvées dans les sédiments minéraux, signant un apport d'eaux pluviales.
Les chercheurs ont ensuite comparé leur séquence de sédiments à l'évolution des débits des eaux dans le réseau et aux évènements pluvieux. En l'absence de pluies, les matières déposées dans la chambre à sable le sont essentiellement par les eaux usées, chargées en matières organiques. À l'inverse, lors de fortes précipitations, les particules minérales grossières provenant du lessivage des chaussées et trottoirs sont prédominantes.
Selon l'étude, ces archives atypiques répondent très directement aux évènements météorologiques affectant le milieu urbain. En particulier, les précipitations perturbent la sédimentation régulière des eaux usées, en charriant et déposant des matières très distinctes, à l'instar des épisodes de crues dans les lacs.
La suite de ces travaux est consacrée aux dépôts accumulés depuis plus de trente ans dans la chambre à sable et sauvegardés avant les travaux de rénovation. D'autres marqueurs – des médicaments notamment – permettront de tracer certains éléments du quotidien des populations urbaines.
La collaboration associe l'Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (CNRS-Université d'Orléans-BRGM), le laboratoire « Environnements, dynamiques et territoires de la montagne » (CNRS-Université Savoie Mont-Blanc), le LSCE (CEA-CNRS-UVSQ) et le Bureau de recherches géologiques et minières.