Dans la vallée de San Joaquin en Californie, les terres autour du bassin de Tulare présentent des creux et des montées uniques. Le coupable de ces étranges divots n'est pas les tremblements de terre qui affligent la côte ouest. Ils proviennent de puits artificiels utilisés pour déterrer les eaux souterraines de la région, l'eau contenue dans le sol de la région.
La vallée de San Joaquin est l'une des régions les plus productives sur le plan agricole des États-Unis, fournissant près de la moitié de la nourriture du pays. Le bassin de Tulare , un bassin versant historique du système aquifère de la vallée centrale , recueille la majeure partie de son eau du ruissellement de la fonte des neiges des montagnes voisines, certaines étant également importées d'autres aqueducs et canaux. L'ensemble du système aquifère fournit de l'eau potable à environ 6,5 millions d'habitants. Mais entre les sécheresses récurrentes de la Californie, les pénuries d'eau et le risque accru d'incendies de forêt, les humains ont poussé les ressources en eau souterraines à leur limite.
En fait, nous avons tellement pompé de l'aquifère de Tulare que les eaux souterraines de la Californie risquent de s'épuiser. Alors que les efforts locaux ont longtemps travaillé pour lutter contre la diminution de l'eau du bassin de Tulare, les agences gouvernementales interviennent avec des solutions créatives. Récemment, une équipe d'hydrologues de la NASA a proposé un nouveau point de vue pour surveiller et informer la gestion des eaux souterraines :les satellites en orbite. L'étude a été publiée le 9 mars dans la revue Scientific Reports.
Les bassins d'eau souterrains occupent généralement l'espace entre le sol et les particules de roche et peuvent être utilisés pour soutenir l'approvisionnement local en eau en cas de sécheresse. Cette nappe phréatique est une sorte de "compte d'épargne" dont nous dépendons pour toutes sortes de besoins urbains et agricoles, explique Kyra Kim, deuxième auteur de l'étude et chercheuse sur les ressources en eau au Jet Propulsion Laboratory de la NASA.
"Parce que le [bassin de Tulare] soutient une entreprise agricole si florissante, l'un des inconvénients est qu'il nécessite beaucoup d'eau pour se maintenir", dit-elle.
Au fur et à mesure que ces pratiques agricoles et autres activités humaines ont drainé le système terrestre à l'excès, les couches supérieures de la terre se sont progressivement affaissées. Ce problème, appelé affaissement, peut survenir en raison du mouvement souterrain des ressources naturelles de la planète comme le sel, le pétrole ou, dans ce cas, l'eau. Bien que l'affaissement ne soit pas nécessairement une surprise, les scientifiques de la communauté et de la NASA ont été alarmés par la rapidité avec laquelle les terres de la vallée centrale s'enfoncent pendant les périodes de sécheresse. Cela a fait couler le bassin de Tulare à un rythme d'environ 30 cm par an.
L'affaissement peut également causer des dommages structurels à la surface de la Terre, y compris les choses que nous construisons dessus. "Nous endommageons les infrastructures civiles comme les routes, les ponts, les tuyaux, et nous voyons la surface couler jusqu'à un pied par an", explique Kim, ajoutant que "vous perdez parfois de façon permanente cet espace de stockage pour l'eau, donc c'est presque comme si vous réduisiez la limite globale de votre compte d'épargne. »
L'affaissement peut également causer des dommages structurels à la surface de la Terre, y compris les choses que nous construisons dessus. "Nous endommageons les infrastructures civiles comme les routes, les ponts, les tuyaux, et nous voyons la surface couler jusqu'à un pied par an", explique Kim, ajoutant que "vous perdez parfois de façon permanente cet espace de stockage pour l'eau, donc c'est presque comme si vous réduisiez la limite globale de votre compte d'épargne. »
Les niveaux des eaux souterraines peuvent être restaurés après une saison humide et pluvieuse, explique Thomas Meixner, professeur d'hydrologie à l'Université de l'Arizona. Il compare la terre à une éponge qui se resserre lorsque les gens "pressent" l'eau et se regonfle lorsque l'eau est absorbée. Cependant, les communautés et les industries "tirent l'eau plus vite qu'elle n'est rechargée ou réapprovisionnée", déclare Meixner.
Les scientifiques ne disposent pas non plus d'une base de référence claire des réserves d'eau, dit Meixner, ce qui ajoute encore un autre obstacle à la mesure de la quantité de la précieuse ressource utilisée au fil du temps. « Obtenir des estimations plus précises de la variation réelle du volume des eaux souterraines peut vraiment nous aider à mieux gérer ces bassins d'eau souterraine », déclare-t-il.
La NASA a déjà utilisé des données satellitaires pour aider la vallée centrale à évaluer les niveaux d'eau et l'impact du pompage excessif des eaux souterraines. Maintenant, l'équipe de Kim offre de nouvelles perspectives. Ils ont créé un modèle pour étudier les variations d'un mois à l'autre de deux des couches de sol qui s'enfoncent dans le bassin de Tulare. Ils se sont appuyés sur les données de perte d'eau de deux satellites, Gravity Recovery and Climate Experiment (Grace) et Grace Follow-On. Ils l'ont également combiné avec des données sur les changements au niveau du sol d'un ESA Sentinel-1, une constellation de deux satellites qui peuvent effectuer une cartographie radar continue de la hauteur de la surface de la Terre.
"La relation entre l'épuisement des eaux souterraines et l'affaissement des terres ne sera pas linéaire dans le temps et dans l'espace", déclare Kim. Cela signifie que ces creux et hausses ne correspondent pas toujours aux causes attendues. Selon l'étude, alors qu'une pluie abondante remplirait les nappes phréatiques, au lieu de faire monter la terre, elle la ferait parfois s'enfoncer.
Ces changements à court terme peuvent aider les scientifiques à comprendre ce que les communautés locales et les agriculteurs doivent faire pour mieux rationner les ressources en eau sur une échelle de temps plus réaliste pour la gestion locale et législative, explique-t-elle.
Les satellites ont traditionnellement plus de facilité à surveiller et à visualiser les rivières et les lacs sinueux que les changements dans l'eau souterraine. Mais les satellites Grace utilisent la gravité pour mesurer la quantité de masse d'eau sous la surface de la Terre. Les découvertes de l'équipe ont montré que ces changements topographiques sont attribués à des changements de volume dans les aquifères, et non à des événements tels que de fortes pluies qui peuvent affecter les niveaux d'eau.
Dans les prochaines étapes de la recherche, Kim souhaite combiner ces nouvelles données avec la mission NASA-ISRO SAR (Nisar) pour créer un meilleur modèle des ressources naturelles dans d'autres régions de Californie, et éventuellement dans le monde entier. Prévu pour être lancé en 2023, Nisar est un effort conjoint entre la NASA et l'Indian Space Research Organization, un partenariat international qui contribuera à élargir la portée des données environnementales. La mission de trois ans mesurera l'évolution des écosystèmes et des masses de glace de la Terre et fournira aux scientifiques des informations détaillées sur les risques naturels, l'élévation du niveau de la mer et les eaux souterraines.
"Dans l'ensemble, la culture autour de l'eau est en train de changer", déclare Kim. "Nous assistons vraiment à une évolution vers une gestion plus pratique de l'eau, ce qui est un changement vraiment positif."
