Dans les années récentes, les feux de forêt dans l'ouest des États-Unis se sont produits avec une fréquence et une ampleur croissantes. Les scénarios de changement climatique en Californie prédisent des périodes prolongées de sécheresse avec un potentiel de conditions encore plus propices aux incendies de forêt. Les montagnes de la Sierra Nevada fournissent jusqu'à 70 % des ressources en eau de l'État, Pourtant, on sait peu de choses sur l'impact des incendies de forêt sur les ressources en eau à l'avenir.

Une nouvelle étude menée par des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) utilise un modèle numérique d'un important bassin versant en Californie pour faire la lumière sur la façon dont les incendies de forêt peuvent affecter les processus hydrologiques à grande échelle, comme le débit d'un cours d'eau, niveaux des nappes phréatiques, et le manteau neigeux et la fonte des neiges. L'équipe a découvert que les conditions post-incendies de forêt entraînaient un manteau neigeux hivernal plus important et par la suite un ruissellement estival plus important, ainsi qu'une augmentation du stockage des eaux souterraines.

L'étude, « Dynamique des bassins versants à la suite d'incendies de forêt :rétroactions non linéaires et implications sur les réponses hydrologiques, " a été publié récemment dans la revue, Processus hydrologiques .

« Nous voulions comprendre comment les changements à la surface du sol peuvent se propager à d'autres endroits du bassin versant, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Fadji Maina, un boursier postdoctoral dans le domaine des sciences de la terre et de l'environnement du Berkeley Lab. "Des études antérieures ont examiné des processus individuels. Notre modèle les relie et examine le système de manière holistique."

Les chercheurs ont modélisé le bassin versant de la rivière Cosumnes, qui s'étend de la Sierra Nevadas, commençant juste au sud-ouest du lac Tahoe, jusqu'à la vallée centrale, se terminant juste au nord du delta de Sacramento. "C'est assez représentatif de nombreux bassins versants de l'État, " a déclaré Erica Woodburn, chercheuse au Berkeley Lab, co-auteur de l'étude. "Nous avions précédemment construit ce modèle pour comprendre comment les bassins versants de l'État pourraient réagir aux changements climatiques extrêmes. Dans cette étude, nous avons utilisé le modèle pour explorer numériquement comment les changements de couverture terrestre après les incendies de forêt ont influencé la répartition de l'eau dans le paysage sur une gamme de résolutions spatiales et temporelles. »

En utilisant le calcul haute performance pour simuler la dynamique des bassins versants sur une période d'un an, et en supposant une zone de brûlage de 20 % basée sur les occurrences historiques, l'étude leur a permis d'identifier les régions du bassin versant les plus sensibles aux conditions de feux de forêt, ainsi que les processus hydrologiques qui sont les plus touchés.

Certains des résultats étaient contre-intuitifs, les chercheurs ont dit. Par exemple, évapotranspiration, ou la perte d'eau dans l'atmosphère à partir du sol, feuilles, et par les plantes, diminue généralement après un incendie de forêt. Cependant, certaines régions du modèle de Berkeley Lab ont connu une augmentation en raison de changements dans les modèles de ruissellement des eaux de surface dans et à proximité des cicatrices de brûlures.

"Après un incendie, il y a moins d'arbres, ce qui conduit à une attente de moins d'évapotranspiration, " Maina a déclaré. "Mais dans certains endroits, nous avons en fait constaté une augmentation. C'est parce que le feu peut modifier la distribution souterraine des eaux souterraines. Il y a donc des impacts non linéaires et propagés de la modification de l'occupation du sol qui conduisent à des tendances opposées à celles que l'on pourrait attendre d'une modification de l'occupation du sol. »

La modification de l'occupation du sol entraîne un changement dans la dynamique du manteau neigeux. "Cela va changer combien et quand la neige fond et alimente les rivières, " Woodburn a déclaré. "Cela aura à son tour un impact sur les eaux souterraines. C'est un effet en cascade. Dans le modèle, nous quantifions combien il se déplace dans l'espace et le temps, ce qui est quelque chose que vous ne pouvez faire avec précision qu'avec le type de modèle haute résolution que nous avons construit."

Elle a ajouté :« Les modifications du débit des cours d'eau et des niveaux des eaux souterraines à la suite d'un incendie de forêt sont des mesures particulièrement importantes pour les parties prenantes de la gestion de l'eau, qui dépendent en grande partie de cette ressource naturelle, mais ont peu de moyens de comprendre comment ils pourraient être touchés par les incendies de forêt à l'avenir. L'étude est vraiment illustrative de la nature intégrative des processus hydrologiques à travers l'interface Sierra Nevada-Central Valley dans l'État. »

Les chercheurs du Berkeley Lab étudient également comment les incendies de forêt du comté de Sonoma en 2017 ont affecté les systèmes d'approvisionnement en eau de la région, y compris la biogéochimie du bassin versant de la rivière Russian. « Développer une compréhension prédictive de l'influence des incendies de forêt sur la disponibilité et la qualité de l'eau est d'une importance cruciale pour la résilience de l'eau en Californie, " a déclaré Susan Hubbard, le directeur associé du laboratoire des sciences de la terre et de l'environnement au Berkeley Lab. "Le calcul haute performance permet à nos scientifiques d'explorer numériquement comment les bassins versants complexes répondent à une gamme de scénarios futurs, et les impacts en aval associés qui sont importants pour la gestion de l'eau.