la vallée centrale de Californie, avec les collines accidentées des chaînes côtières. Crédit :Wikimedia Commons
La disponibilité de l'eau des aquifères souterrains est vitale pour les besoins fondamentaux de plus de 1,5 milliard de personnes dans le monde.
Au cours des dernières décennies, cependant, le pompage excessif des eaux souterraines, combinée à la sécheresse, a fait perdre définitivement à certains aquifères leur capacité de stockage essentielle.
Dans l'espoir de fournir de meilleurs outils aux gestionnaires des ressources en eau pour maintenir les aquifères en bonne santé, des scientifiques financés par la National Science Foundation (NSF) et affiliés à l'Arizona State University (ASU) et au Jet Propulsion Laboratory (JPL) utilisent les dernières technologies spatiales pour mesurer cette précieuse ressource naturelle.
« Les périodes de sécheresse ont des effets à long terme sur les approvisionnements en eaux souterraines et créent des défis majeurs pour la gestion des eaux souterraines, " dit Maggie Benoit, un directeur de programme à la Division des sciences de la Terre de la NSF, qui a financé la recherche. "Maintenant, les scientifiques développent de nouvelles méthodes de surveillance des niveaux des eaux souterraines à l'aide de mesures satellites de la surface de la Terre, fournissant une image plus complète de la santé des ressources en eaux souterraines de notre pays. »
Les chercheurs ont concentré leurs efforts sur l'un des plus grands systèmes aquifères du monde, situé dans la vallée centrale de la Californie, mesurant à la fois son volume d'eau souterraine et sa capacité de stockage. Les résultats de leurs découvertes sont publiés dans la revue American Geophysical Union Recherche sur les ressources en eau .
Regarder sous terre depuis l'espace
La vallée centrale de Californie est un important centre agricole couvrant une superficie d'environ 20, 000 milles carrés. Il produit plus de 25 pour cent de l'agriculture américaine, à une valeur estimée à 17 milliards de dollars par an.
Carte montrant la vallée centrale de Californie, qui traverse une grande partie de l'État. Crédit :Wikimedia Commons
Le système aquifère de la vallée centrale fournit de l'eau aux personnes et aux zones humides, fournissant environ 20 pour cent de la demande globale en eau souterraine aux États-Unis. En raison de la sécheresse et de l'augmentation de la population humaine que cet aquifère dessert, il est classé parmi les plus stressés au monde.
Alors que les études antérieures sur les ressources en eau et la sécheresse se sont principalement concentrées sur des mesures à faible résolution ou à l'échelle locale de la dynamique des eaux souterraines, l'équipe de recherche de cette étude, qui comprend les scientifiques de l'ASU Chandrakanta Ojha, Manoochehr Shirzaei et Susanna Werth, et Donald Argus et Thomas Farr du JPL, a pris une voie plus high-tech.
Ils ont utilisé les fonctionnalités de collecte de données de plusieurs techniques de télédétection de la Terre par satellite pour obtenir une vue plus cohérente et à plus haute résolution du système aquifère de la vallée centrale.
"Ironiquement, " dit Werth, "nous avons dû aller plusieurs centaines de kilomètres dans l'espace pour voir ce qui se passait sous la surface de notre planète."
En utilisant ces hautes technologies, techniques de télédétection, l'équipe a analysé les données de la sécheresse de 2007 à 2010 et cartographié l'ensemble de la vallée centrale de la Californie.
"C'est super quand on peut utiliser notre high-tech, Des satellites en orbite terrestre pour aider à résoudre des problèmes du monde réel ici même en Californie, " ajoute Farr.
La rivière Sacramento et son bassin versant font partie de la vallée centrale. Crédit :Wikimedia Commons
Un indicateur pour les aquifères dans le monde
L'équipe a mesuré l'affaissement des terres (lorsque les terres au-dessus et autour d'un aquifère se déplacent vers le bas) à l'aide d'un radar interférométrique à synthèse d'ouverture (InSAR) spatial et l'a ajouté aux données sur les niveaux d'eau souterraine échantillonnés dans des milliers de puits de la vallée centrale.
Les chercheurs ont ensuite utilisé les données de la mission satellite jumelle de la NASA, l'Expérience Gravity Recovery and Climate (GRACE), pour estimer la perte d'eau souterraine.
"C'est cette combinaison de littéralement téraoctets de données qui nous a aidés à obtenir la meilleure image de ce qui se passe sous la surface, ", explique l'auteur principal Ojha.
L'équipe a constaté qu'entre 2007 et 2010, il y a eu une baisse significative du niveau du sol dans la zone sud de la vallée centrale - près de 32 pouces, une diminution qui devrait normalement prendre des décennies.
"Le découvert des eaux souterraines dans certaines parties de la vallée centrale a altéré de façon permanente les couches d'argile, provoquant un naufrage rapide du sol qui peut être mesuré par des satellites radar depuis l'espace, " dit Shirzaei.
Le résultat le plus surprenant, cependant, est la perte permanente de capacité de stockage d'eau dans le système aquifère. Lors de la sécheresse de 2007 à 2010, jusqu'à 2 pour cent de la capacité de stockage ont été entièrement perdus lorsque le niveau d'eau a baissé et que les couches d'argile du système ont été compactées de façon permanente.
La Vallée Centrale, vu de l'espace. Crédit :NASA
« Cette capacité de stockage ne peut pas être récupérée par recharge naturelle, " dit Ojha. " Cela signifie que pendant la saison des pluies, quand la vallée centrale reçoit de la pluie, il n'y a pas assez d'espace pour stocker l'eau, rendant les approvisionnements en eau souterraine plus rares lors de futures sécheresses. »
De nouveaux satellites pour mesurer les effets de la sécheresse
La prochaine étape pour l'équipe sera de se concentrer sur la sécheresse en Californie de 2012 à 2016, une période qui a été plus préjudiciable à l'aquifère de la vallée centrale que la sécheresse de 2007 à 2010.
Les chercheurs prévoient d'intégrer les mesures radar avec des données supplémentaires provenant des satellites GRACE Follow-On (FO) récemment lancés.
La mission GRACE FO, qui a été lancé le 22 mai de cette année, se compose de deux satellites presque identiques qui se succèdent le long de la même orbite. Les satellites mesurent en permanence la distance entre eux, qui change en fonction du champ de gravité sur lequel ils gravitent.
Étant donné que les oscillations des eaux souterraines modifient le champ de gravité, les scientifiques peuvent utiliser les données pour cartographier l'emplacement des eaux souterraines et les changements de volume.
Le travail ne s'arrêtera pas là. L'équipe espère étendre la recherche à l'Arizona et à d'autres régions du sud-ouest aride.
« Toute la région est touchée par une sécheresse de longue durée, " déclare Werth, "avec des différences de gravité, conditions climatiques, géologie des eaux souterraines et approches de gestion de l'eau.
"Notre espoir est que cette recherche permettra aux décideurs de gérer avec précision les ressources en eau et de planifier les futures allocations d'eau. Les gestionnaires de l'eau doivent connaître les processus irréversibles en cours et comment prévenir de futures crises."
