Dans la vallée de San Joaquin en Californie, les terres autour du bassin de Tulare présentent des creux et des soulèvements inhabituels. Contrairement aux séismes fréquents sur la côte Ouest, ces déformations sont causées par le pompage intensif des eaux souterraines via des puits artificiels.
La vallée de San Joaquin est l'une des régions agricoles les plus productives des États-Unis, fournissant près de la moitié de la production nationale de fruits, noix et légumes. Le bassin de Tulare, partie intégrante du système aquifère de la vallée centrale, tire l'essentiel de son eau de la fonte des neiges des montagnes environnantes, complétée par des importations via aqueducs et canaux. Cet aquifère alimente en eau potable environ 6,5 millions d'habitants. Cependant, les sécheresses récurrentes, les pénuries d'eau et les risques accrus d'incendies poussent les ressources en eaux souterraines à leur limite.
Le surpompage de l'aquifère de Tulare menace l'épuisement des nappes phréatiques californiennes. Malgré les efforts locaux pour contrer la baisse des niveaux d'eau, les agences fédérales déploient des solutions innovantes. Récemment, une équipe d'hydrologues de la NASA a proposé d'utiliser des satellites pour monitorer et optimiser la gestion des eaux souterraines. Cette étude, publiée le 9 mars dans Scientific Reports, offre une nouvelle perspective.
Les aquifères stockent l'eau entre le sol et les particules rocheuses, servant de réserve stratégique lors des sécheresses pour les besoins urbains et agricoles. « C'est comme un compte d'épargne dont nous dépendons pour survivre aux crises hydriques », explique Kyra Kim, co-auteure de l'étude et chercheuse en ressources en eau au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA. « Le bassin de Tulare soutient une agriculture florissante, mais cela exige une consommation massive d'eau. »
Le drainage excessif par l'agriculture et les activités humaines provoque un affaissement des couches supérieures du sol. Ce phénomène, connu sous le nom de subsidence, résulte du retrait des ressources souterraines comme l'eau. Les scientifiques de la NASA et des communautés locales s'alarment de sa rapidité lors des sécheresses : le bassin de Tulare s'affaisse à un rythme d'environ 30 cm par an.
L'affaissement endommage les infrastructures de surface : routes, ponts, canalisations. « Nous voyons la surface s'enfoncer jusqu'à 30 cm par an, avec une perte irréversible d'espace de stockage pour l'eau, réduisant ainsi la capacité globale de l'aquifère », précise Kyra Kim.
Les niveaux des nappes peuvent se restaurer après des saisons pluvieuses, comme une éponge qui se regonfle. Mais « les communautés et industries pompent l'eau plus vite qu'elle ne se recharge », note Thomas Meixner, professeur d'hydrologie à l'Université de l'Arizona. L'absence de données de référence complique les estimations précises des réserves.
La NASA utilise déjà des données satellitaires pour évaluer les niveaux d'eau dans la vallée centrale. L'équipe de Kim a développé un modèle analysant les variations mensuelles des couches de sol dans le bassin de Tulare, combinant les données de perte d'eau des satellites GRACE et GRACE-FO avec les mesures topographiques de Sentinel-1 (ESA).
« La relation entre épuisement des nappes et affaissement n'est pas linéaire dans l'espace et le temps », souligne Kim. Par exemple, des pluies abondantes peuvent paradoxalement accentuer l'affaissement au lieu de le stopper.
Ces données à court terme aident les gestionnaires locaux et législateurs à rationner l'eau de manière réaliste. Traditionnellement, les satellites monitorent mieux les surfaces que les nappes, mais GRACE mesure la gravité pour détecter les masses d'eau souterraines. Les résultats confirment que ces changements topographiques sont dus aux variations aquifères, non aux pluies superficielles.
Prochainement, Kim intégrera ces données à la mission NASA-ISRO NISAR (lancement prévu en 2023) pour modéliser les ressources en Californie et au-delà. Cette collaboration sino-américaine évaluera les écosystèmes, glaces, risques naturels, élévation marine et nappes phréatiques sur trois ans.
« La culture de l'eau évolue vers une gestion durable, un changement positif », conclut Kyra Kim.
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