Les cercles de cette image satellite sont des cultures dans le sud-ouest du Kansas arrosées par l'irrigation à pivot central, qui puise l'eau d'un puits au centre de chaque champ. L'eau provient en partie de l'aquifère d'Ogallala, une couche d'eau souterraine qui se trouve sous environ 173, 746 milles carrés (450, 000 kilomètres carrés) des Grandes Plaines - une zone qui comprend des parties de huit États américains. L'eau se situe entre 30 et 100 mètres sous terre, et la quantité d'eau dans l'aquifère varie considérablement d'une région à l'autre. L'image a été prise par l'instrument d'imagerie ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) du satellite Terra. Crédit :NASA
Le pompage des eaux souterraines au siècle dernier a contribué jusqu'à 50 pour cent à la baisse du débit des cours d'eau dans certaines rivières américaines, selon une nouvelle recherche menée par un hydrologue de l'Université de l'Arizona.
La nouvelle étude a des implications importantes pour la gestion des ressources en eau des États-Unis. Les lois régissant l'utilisation des eaux souterraines et des eaux de surface diffèrent d'un État à l'autre. Certains États occidentaux, Arizona parmi eux, gérer séparément les eaux souterraines et les eaux de surface.
"Nous essayons de comprendre comment cet épuisement des eaux souterraines a réellement remodelé notre paysage hydrologique, " a déclaré la première auteure Laura Condon, professeur adjoint d'hydrologie et de sciences atmosphériques à l'Université de l'Arizona. "Qu'est-ce que cela signifie pour nous, et quels sont les impacts durables ?"
Condon a déclaré qu'il s'agissait de la première étude à examiner l'impact du pompage des eaux souterraines dans l'ensemble des États-Unis. D'autres chercheurs ont examiné comment le pompage des eaux souterraines affectait les eaux de surface, mais à plus petite échelle.
A l'aide d'un modèle informatique, Condon et son co-auteur, Reed Maxwell de la Colorado School of Mines à Golden, ont déterminé ce qu'auraient été les eaux de surface des États-Unis sans utilisations consommatrices importantes et ont comparé cela avec les changements des eaux de surface depuis le début du pompage à grande échelle des eaux souterraines dans les années 1950.
Les scientifiques se sont particulièrement concentrés sur les bassins des fleuves Colorado et Mississippi et ont examiné exclusivement les effets du pompage des eaux souterraines dans le passé, car ces pertes se sont déjà produites.
Le US Geological Survey a calculé la perte d'eau souterraine au cours du 20e siècle comme 800 kilomètres cubes, ou 649 millions d'acres-pieds. Cette quantité d'eau couvrirait les états du Montana, Idaho, Wyoming, Nevada, Utah, Colorado, Arizona et Nouveau-Mexique, plus la majeure partie de la Californie, avec de l'eau à un pied de profondeur.
"Nous avons montré que parce que nous avons retiré toute cette eau du sous-sol, qui a eu de très gros impacts sur le comportement de notre hydrologie de surface terrestre, " a-t-elle dit. " Nous pouvons montrer dans notre simulation qu'en retirant cette eau souterraine, nous avons asséché de nombreux petits ruisseaux à travers les États-Unis parce que ces ruisseaux auraient été alimentés par les eaux souterraines. »
Les eaux souterraines aident à fournir de l'eau à la végétation existante, y compris les cultures, dit Condon.
Le recul des nappes phréatiques et la diminution des cours d'eau peuvent rendre l'irrigation des cultures plus difficile et plus coûteuse. Certaines végétations indigènes, y compris les peupliers, finiront par mourir si la nappe phréatique descend en dessous de leurs racines.
Les eaux souterraines sont souvent la composante la plus lente du système hydrologique terrestre à récupérer des pertes, dit Condon.
Baisse potentielle du débit simulée causée par l'épuisement à grande échelle des eaux souterraines de 1900 à 2008. Ces baisses illustrent les changements de débit qui se seraient produits uniquement en raison du pompage des eaux souterraines et n'incluent pas d'autres activités de gestion qui ont un impact sur le débit comme l'irrigation ou le climat. Crédit :Laura Condon et Reed Maxwell
Les scientifiques ont découvert que les ruisseaux, lacs et rivières dans l'ouest du Nebraska, l'ouest du Kansas, l'est du Colorado et d'autres parties des hautes plaines ont été particulièrement touchés par le pompage des eaux souterraines. Ce résultat est en accord avec d'autres études à plus petite échelle dans la région.
Maxwell a dit, "Avec cette étude, nous avons non seulement pu reconstituer l'impact du pompage historique sur l'épuisement des cours d'eau, mais on peut aussi l'utiliser dans un sens prédictif, pour aider à gérer durablement le pompage des eaux souterraines à l'avenir."
Article de Condon et Maxwell, « Simulation de la sensibilité de l'évapotranspiration et de l'écoulement des eaux à l'épuisement des eaux souterraines à grande échelle » est prévu pour publication dans Avancées scientifiques le 19 juin. Le département américain de l'Énergie a financé la recherche.
Le modèle informatique de l'équipe cartographie les eaux souterraines et les eaux de surface sur une grille de carrés de 0,6 mile de côté qui couvre la plupart des États-Unis contigus. qui n'inclut pas les régions côtières, comprend toutes les eaux souterraines jusqu'à 328 pieds (100 mètres) sous la surface du sol.
Maxwell a dit, "Nous pouvons faire des choses avec ces simulations de modèles que nous ne pouvons pas faire dans la vraie vie. Nous pouvons demander, « Et si nous ne pompions jamais du tout ? Quelle est la différence?'"
Condon a déclaré que le simple fait de faire un scénario de pompage des eaux souterraines avant et après pendant un an prenait une énorme quantité de puissance de calcul de la part des superordinateurs.
"Nous avons environ 32 millions de grilles que nous devons résoudre dans notre modèle, " elle a dit.
Les régions les plus sensibles à un abaissement de la nappe phréatique sont à l'est des montagnes Rocheuses, où initialement la nappe phréatique était peu profonde, à une profondeur de 6-33 pieds (2-10 mètres), elle a dit. Dans ces régions, les eaux souterraines et les eaux de surface sont plus étroitement liées, et l'épuisement des eaux souterraines est plus perturbateur pour la végétation, ruisseaux et rivières.
Dans l'ouest des États-Unis, la nappe phréatique était déjà profonde, la réduction des eaux souterraines n'a donc pas eu un effet aussi important sur les eaux de surface.
D'autres recherches ont montré que certaines parties du Midwest où la quantité de précipitations utilisée pour égaler la demande d'évaporation - ce qui signifie que les plantes n'avaient pas besoin d'irrigation - deviennent plus arides, elle a dit. Ce sont quelques-unes des régions où le pompage des eaux souterraines a réduit les eaux de surface.
"Dans l'ouest, nous nous soucions beaucoup de la disponibilité de l'eau et avons de nombreux systèmes en place pour gérer et gérer la pénurie d'eau, " dit Condon. " Alors que vous vous déplacez vers l'Est, où les choses sont plus humides, nous n'avons pas autant de systèmes en place."
