Une nouvelle technique développée par les chercheurs du Berkeley Lab associe des images haute résolution dérivées par satellite à une modélisation informatique avancée pour estimer le changement de volume de l'aquifère à partir de la déformation observée du sol. La méthode pourrait être particulièrement utile pour gérer les ressources en eaux souterraines dans les régions agricoles sujettes à la sécheresse telles que la vallée centrale de la Californie. Crédit :Jenny Nuss/Berkeley Lab
Les eaux souterraines représentent 30 à 50 pour cent de l'approvisionnement en eau de la Californie, mais jusqu'à récemment, il y avait peu de restrictions imposées à sa récupération. Puis, en 2014, la Californie est devenue le dernier État occidental à exiger une réglementation de ses eaux souterraines. Avec des échéances commençant cette année, pour la première fois, les gestionnaires de l'eau dans la première région agricole du pays, la vallée centrale de l'État, sont chargés d'estimer les eaux souterraines disponibles. C'est un défi technologique de taille.
Désormais, une nouvelle approche informatique développée par des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie offre une méthode à la fois simple et de haute technologie :elle associe des images haute résolution dérivées par satellite à une modélisation informatique avancée pour estimer le changement de volume de l'aquifère à partir d'observations déformation du sol. La méthode pourrait aider à rationaliser le suivi des eaux souterraines dans une région, une fois que plusieurs agences de gestion locales commencent à soumettre des plans de gestion de l'eau pour se conformer à la loi de 2014 sur la gestion durable des eaux souterraines (ou SGMA, prononcé "sigma).
« La sécheresse a prévalu tout au long de l'histoire de la Californie et est inévitable à l'avenir. Les méthodes traditionnelles de mesure des niveaux d'eau souterraine ont des limites pour le type de gestion intégrée requis par la SGMA, " dit Pierre Nico, un géochimiste environnemental de Berkeley Lab, et chercheur impliqués dans l'effort. « En utilisant cette technique, il est possible de créer un modèle « vivant » des ressources en eaux souterraines de la vallée centrale qui pourrait être mis à jour fréquemment et utilisé à une échelle très locale ou à très grande échelle. »
La méthode applique l'une des forces clés du Berkeley Lab, l'informatique, à un domaine qui est un point important pour le Lab :la durabilité de l'eau. Les scientifiques pensent que cela pourrait établir le cadre nécessaire aux gestionnaires de l'eau pour représenter les ressources en eaux souterraines de la vallée centrale à un petit, échelle locale et aussi à une échelle plus large qui prend en compte les ressources agrégées de diverses juridictions voisines.
Ce que la déformation des terres dit sur le volume de l'aquifère
Dans ce projet, les scientifiques ont exploité les données obtenues des satellites radar à synthèse d'ouverture (SAR) représentant l'affaissement de surface observé, ou lorsque la terre s'enfonce et que la capacité de stockage des eaux souterraines a diminué. Ces données fournissent un instantané beaucoup plus détaillé et au niveau macro du compactage de l'aquifère, un processus sensible aux niveaux des eaux souterraines dans la vallée centrale. Ils ont couplé les observations satellitaires avec une base de données publique de puits forés en Californie afin d'estimer la distribution spatiale du volume de l'aquifère qui est perdu chaque mois dans l'État en raison du pompage.
Leurs découvertes, publié récemment dans la revue Nature Rapports scientifiques , suggèrent que le volume de l'aquifère est influencé par les variations de la pression effective dans le sol entourant les puits documentés. Pour les périodes étudiées, les schémas spatiaux des changements de volume de l'aquifère varient considérablement selon les années représentant la sécheresse (octobre 2015 à 2016), précipitations (2017), et des précipitations proches de la moyenne (2018), reflétant les écarts de pompage des eaux souterraines, qui changent en fonction des livraisons d'eau de surface aux agriculteurs.
Les chercheurs pensent que leurs méthodes pourraient être relativement simples à mettre en œuvre pour les agences locales de durabilité des eaux souterraines, car les estimations spatialement explicites de la perte de volume de l'aquifère sont relativement peu coûteuses à obtenir, et peut être utilisé par les agences locales pour estimer les zones localisées de pompage intensif et de surconsommation d'eau souterraine.
« Cette technique permet d'évaluer les ressources en eaux souterraines non seulement au niveau très local, mais à plus grande échelle, afin de profiter à de multiples parties prenantes, " dit Nico.
Percer un trou pour accéder à la nappe phréatique. Pendant longtemps, les eaux souterraines étaient régulièrement pompées en Californie pour répondre aux besoins en eau lorsque les eaux de surface provenaient des rivières, des lacs, et les ruisseaux étaient inadéquats. Avec la récente législation SGMA, Les législateurs de l'État espèrent mettre fin aux découverts et ramener les bassins d'eaux souterraines à découvert critique à des niveaux équilibrés de pompage et de recharge d'ici 2040. Crédit :Shutterstock
L'approche hyperlocale risque de doubler l'eau disponible
Pendant longtemps, les eaux souterraines étaient régulièrement pompées en Californie pour répondre aux besoins en eau lorsque les eaux de surface provenaient des rivières, des lacs, et les cours d'eau étaient inadéquats, à tel point pendant les nombreuses années de sécheresse persistante qu'un pompage excessif massif a poussé l'État à adopter la législation SGMA.
La SGMA exige des utilisateurs d'eau qu'ils arrêtent les découverts et que les bassins d'eaux souterraines fortement sollicités atteignent des niveaux équilibrés de pompage et de recharge d'ici 2040. Les agences locales de durabilité des eaux souterraines chargées d'élaborer des politiques de gestion durable pour les bassins d'eaux souterraines sursouscrits sont désormais confrontées à la tâche difficile d'estimer l'utilisation des eaux souterraines et la capacité de stockage des aquifères. sans un suivi systématique et quantitatif suffisant, selon les chercheurs du Berkeley Lab.
Malheureusement, il n'y a pas de méthode rentable qui s'est avérée utile pour surveiller le stockage aquifère avec une résolution suffisamment élevée mais sur des étendues spatiales nécessaires, même dans les zones agricoles très développées telles que la vallée centrale de la Californie, selon Don Vasco, Berkeley Lab scientifique senior et auteur principal de l'article pour Rapports scientifiques .
Par exemple, une approche utilisant les niveaux d'eau observés dans la surveillance des forages dans toute la vallée centrale pour indiquer l'état de l'aquifère est largement inefficace, parce que les forages sont généralement peu profonds et peuvent ne pas représenter avec précision la santé des aquifères plus profonds. Les forages généralement dispersés ne fourniraient pas non plus d'informations sur des étendues spatiales suffisantes pour détecter les zones localisées de forte consommation d'eau.
« La surveillance est essentielle pour évaluer la perte de capacité de stockage dans un aquifère donné - et pour déterminer le taux d'épuisement des eaux souterraines - à une résolution qui correspond aux besoins des agences responsables de la gestion des eaux souterraines, de quelques kilomètres à des dizaines de kilomètres, " dit Vasco.
Le Public Policy Institute of California a récemment évalué 36 plans de durabilité des eaux souterraines soumis à l'État pour 11 bassins gravement déficitaires dans la vallée de San Joaquin, la plus grande région agricole de Californie. Leur revue a identifié les pièges potentiels de la gestion hyperlocale, montrant que si les estimations de l'approvisionnement en eau peuvent sembler raisonnables lorsque les plans sont considérés individuellement, l'examen des plans dans l'ensemble expose le potentiel qui existe pour les approvisionnements en eau de double comptage en adoptant une telle approche localisée.
Cette perspective met en évidence la nécessité d'un outil de surveillance intégré qui peut être appliqué à petite échelle, mais également fournir un aperçu intégré à travers de grandes juridictions englobant plusieurs zones de gestion pour empêcher tout impact de passer à travers les mailles du filet.
"Si adopté dans tout l'État, l'approche informatique que nous avons développée pourrait permettre aux nouvelles agences locales de durabilité des eaux souterraines (GSA) établies dans le cadre de la SGMA d'estimer la variation spatiale de l'utilisation des eaux souterraines pour leur propre zone et la région plus large en même temps, " dit Nico.
La technique pourrait également devenir une nouvelle approche que les parties prenantes d'autres États américains ainsi que d'autres nations pourraient envisager dans le cadre de leurs stratégies de gestion de l'eau, les chercheurs ont dit.
