Des collines et de l'herbe sèche entourent les terres agricoles du comté de Tulare, Californie, où l'agriculture extensive se combine avec de faibles précipitations, températures chaudes, un besoin de pomper les eaux souterraines et une abondance d'argile qui a tendance à se compacter lorsqu'elle est pompée à sec. Crédit :Serj Malomuzh / Shutterstock
En Californie, la quantité d'eau sortant des aquifères sous la région agricole la plus productive de l'État dépasse de loin la quantité d'eau qui s'écoule. Ce découvert généralisé a fait couler les terres dans une grande partie de la région comme une éponge pressée, épuiser de façon permanente la capacité de stockage des eaux souterraines et endommager les infrastructures.
La tendance - et un mandat de 2014 pour la gestion durable des eaux souterraines dans l'État - a suscité un intérêt pour la reconstitution des aquifères de la vallée centrale de Californie grâce à l'inondation gérée du sol au-dessus d'eux. Mais jusqu'à présent, il n'existait aucun moyen fiable de savoir où ce type de remède serait le plus efficace. De nouvelles recherches de l'Université de Stanford suggèrent un moyen de cartographier précisément où et comment utiliser la recharge des eaux souterraines pour remplir les aquifères et arrêter le naufrage.
Certaines parties de la vallée centrale ont coulé jusqu'à 28 pieds au cours de la première moitié du 20e siècle, et au cours des dernières décennies, certains emplacements ont chuté de près de 8 pouces par an. Modélisation dans la nouvelle étude, publié dans la revue à comité de lecture Recherche sur les ressources en eau , indique que le sol s'enfoncera de 13 pieds supplémentaires ou plus sur certains sites au cours des 20 prochaines années, à moins que le pompage ne ralentisse.
Même dans un scénario où le pompage ne dépasse jamais la quantité d'eau entrant dans les aquifères, le modèle prédit une baisse continue à mesure que les découverts passés font des ravages. "Il y a un délai dans le système, " a déclaré la géophysicienne Rosemary Knight, auteur principal de l'étude et professeur à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement. "La seule façon de l'arrêter est d'être stratégique sur ce que nous faisons avec notre eau de recharge disponible."
Une tempête parfaite
Dans une année normale, eau dans les canaux, réservoirs et rivières est suffisant pour la plupart des irrigations dans la vallée centrale, tandis que les aquifères fournissent un supplément. Au cours des dernières années de sécheresse, cependant, les approvisionnements de surface ont été insuffisants et les agriculteurs qui contribuent à l'industrie agricole de la région, qui s'élève à 17 milliards de dollars, dépendaient davantage des eaux souterraines.
"C'est une tempête parfaite d'une vaste industrie agricole combinée à de faibles précipitations, températures chaudes, la nécessité de pomper des nappes phréatiques et une abondance d'argile sujette à l'affaissement, " a déclaré Knight. Les argiles ici compactes lorsqu'elles sont pompées à sec ont également tendance à être riches en arsenic, qu'un pompage intensif peut déverser dans les réserves d'eau. « Donc, vous avez des problèmes avec la quantité et la qualité de l'eau, " dit Chevalier.
Un hélicoptère survole des terres agricoles près de Tulare, La Californie transporte du matériel pour transmettre des signaux électromagnétiques qui aideront à évaluer la structure des couches de sable et d'argile souterraines. Crédit :Aaron Fukuda
Les méthodes de recharge actuellement utilisées ou sérieusement envisagées en Californie consistent à inonder les champs ou les vergers pendant les mois d'hiver ou à créer des étangs de recharge toute l'année. "La question clé est où va l'eau?" dit Chevalier. "Si vous allez inonder le champ d'un fermier, vous devez être sûr que cela va fonctionner.
Savoir où l'eau ira sous terre dépend de la cartographie des canaux complexes de sable et de gravier qui entrelacent des argiles et des limons très compacts. En Californie, ces informations proviennent souvent des rapports des entrepreneurs de forage aux régulateurs de l'État, qui sont coûteux à acquérir et ne couvrent pas les zones entre ou sous les puits forés. Par conséquent, l'approche la plus courante pour traiter l'affaissement est réactive. « Si nous gérons de manière proactive, nous pouvons éviter les pertes de stockage irrécupérables, " a déclaré l'auteur principal Ryan Smith, un professeur à l'Université des sciences et technologies du Missouri qui a terminé la recherche en tant que doctorat. étudiant en géophysique à Stanford.
Au-dessus et au-dessous du sol
La nouvelle approche, basé sur un mariage de deux types de données de télédétection, pourrait être appliqué dans de grandes régions agricoles à un coût relativement faible. Knight et Smith ont analysé la structure des couches de sable et d'argile qui avaient été mesurées dans une étude précédente en transmettant des signaux électromagnétiques à partir d'un hélicoptère sur trois sites du comté de Tulare, à environ 45 milles au sud de Fresno, Californie. Ils ont également traité des données d'images satellitaires publiques pour mesurer de combien le sol s'était affaissé.
"J'ai réalisé que les deux ensembles de données étaient liés à la teneur en argile, " Smith a dit. " J'ai pensé, s'il existe un moyen mathématique de relier ces deux, alors nous pourrions construire un modèle prédictif d'affaissement. » L'étude décrit une méthode d'adaptation des algorithmes mathématiques et physiques existants pour intégrer les deux ensembles de données dans un seul modèle.
Seule une partie de la Californie a été cartographiée avec les deux types de données de télédétection, a noté Tim Godwin, un géologue ingénieur principal au California Department of Water Resources, qui a soutenu les efforts de Knight pour étendre les levés électromagnétiques aéroportés dans l'État. Mais à mesure que ces ensembles de données grandissent, il a dit, les associer à des outils de prévision du naufrage aidera à répondre aux questions sur les meilleures façons d'atteindre les objectifs de durabilité. « Les gestionnaires des eaux souterraines seront en mesure de prédire avec plus de précision la sensibilité aux conditions d'affaissement et d'avoir une plus grande confiance dans les projets proposés, " il a dit.
Selon Smith, l'affaissement dans les années à venir pourrait être encore plus grave que le modèle actuel ne l'indique si les foreurs approfondissent les puits de la région pour faire face aux futures pénuries d'eau. "Il y a encore plus profond, aquifères largement inexploités qui, si pompé, aurait une perte de pression dramatique, " a-t-il dit. " Cela entraînerait un compactage des argiles plus important que dans les parties de l'aquifère utilisées aujourd'hui. "
