Les humains ont eu un impact remarquable sur la planète, du défrichage des forêts pour l'agriculture et l'urbanisation à la modification de la chimie de l'atmosphère avec les combustibles fossiles. Maintenant, une nouvelle étude dans la revue La nature révèle pour la première fois l'étendue de l'impact humain sur le cycle mondial de l'eau.

L'étude a utilisé Ice de la NASA, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat-2) pour rassembler le plus grand ensemble de données jamais enregistré sur les niveaux d'eau saisonniers dans plus de 227, 000 lacs, étangs et réservoirs dans le monde entier. Les données révèlent que même si les réservoirs gérés par l'homme ne représentent qu'un faible pourcentage de tous les plans d'eau, ils représentent 57 % de l'ensemble des changements saisonniers de stockage d'eau dans le monde.

« Nous avons tendance à considérer le cycle de l'eau comme un système purement naturel :la pluie et la fonte des neiges se déversent dans les rivières, qui se dirigent vers l'océan où l'évaporation recommence tout le cycle, " a déclaré Sarah Cooley, un chercheur postdoctoral à l'Université de Stanford qui a lancé le projet de recherche alors qu'il était étudiant diplômé à l'Université Brown. "Mais les humains interviennent en fait de manière substantielle dans ce cycle. Notre travail démontre que les humains sont responsables de la majorité de la variabilité saisonnière du stockage des eaux de surface sur Terre."

Cooley a dirigé les travaux avec Laurence Smith, professeur de sciences de l'environnement à Brown, et Johnny Ryan, chercheur postdoctoral à l'Institut de Brown pour l'environnement et la société.

Les chercheurs affirment que l'étude fournit une base de référence essentielle pour suivre le cycle hydrologique mondial alors que le changement climatique et la croissance démographique exercent de nouvelles pressions sur les ressources en eau douce.

Un ensemble de données extraordinaire

Lancé en orbite en 2018, La mission principale d'ICESat-2 est de suivre les changements d'épaisseur et d'élévation des calottes glaciaires dans le monde. Il le fait avec un altimètre laser, qui utilise des impulsions lumineuses pour mesurer l'altitude avec une précision de 25 millimètres. Cooley, qui a de l'expérience dans l'utilisation de satellites pour étudier les niveaux d'eau dans les lacs de l'Arctique, s'intéressait à la capacité de mesure précise du satellite à exercer une influence sur les niveaux des lacs dans le monde entier.

Cooley dit que l'altimètre laser d'ICESat-2 a une résolution bien supérieure à celle des instruments utilisés pour mesurer les niveaux d'eau dans le passé. Cela a permis de rassembler une grande, ensemble de données précis qui comprenait de petits étangs et réservoirs.

"Avec des satellites plus anciens, vous devez moyenner les résultats sur une grande surface, qui limite les observations aux seuls plus grands lacs du monde, " Cooley a déclaré. "ICESat a une petite empreinte, afin que nous puissions obtenir des niveaux pour les petits lacs dont nous ne pouvions pas nous approcher auparavant. C'était important pour comprendre la dynamique mondiale de l'eau, puisque la plupart des lacs et des réservoirs sont assez petits."

D'octobre 2018 à juillet 2020, le satellite a mesuré les niveaux d'eau en 227, 386 plans d'eau, allant des Grands Lacs américains aux étangs d'une superficie inférieure à un dixième de mile carré. Chaque plan d'eau a été observé à différentes périodes de l'année pour suivre les changements de niveaux d'eau. Les chercheurs ont croisé les masses d'eau qu'ils ont observées avec une base de données de réservoirs du monde entier pour identifier les masses d'eau contrôlées par l'homme et celles qui étaient naturelles.

Alors que des pays comme les États-Unis et le Canada mesurent les niveaux des réservoirs et rendent ces informations accessibles au public, de nombreux pays ne publient pas de telles données. Et très peu de lacs et d'étangs sans réservoir sont jaugés. Il n'y avait donc aucun moyen de faire cette analyse sans les observations satellitaires précises, les chercheurs ont dit.

Maîtriser le cycle de l'eau

L'étude a révélé que même si les lacs et étangs naturels variaient selon les saisons de 0,22 mètre en moyenne, les réservoirs gérés par l'homme variaient de 0,86 mètre. Additionnés, la variation beaucoup plus importante des réservoirs par rapport aux lacs naturels signifie que les réservoirs représentent 57 % de la variation totale. À certains endroits, cependant, l'influence humaine était encore plus forte que cela. Par exemple, dans des régions arides comme le Moyen-Orient, Ouest américain, Inde et Afrique australe, la variabilité attribuée au contrôle humain monte à 90 % et plus.

"De tous les changements de volume dans les masses d'eau douce autour de la planète - toutes les inondations, les sécheresses et la fonte des neiges qui font monter et descendre les niveaux des lacs - les humains ont réquisitionné près de 60 % de cette variabilité, " Smith a déclaré. "C'est une énorme influence sur le cycle de l'eau. En termes d'impact humain sur la planète, c'est juste là avec des impacts sur la couverture terrestre et la chimie atmosphérique. »

Première quantification mondiale des impacts humains sur le cycle de l'eau, les résultats fourniront une base de référence cruciale pour les recherches futures sur la façon dont les impacts affectent les écosystèmes du monde entier, disent les chercheurs.

Dans une étude distincte publiée récemment dans Lettres de recherche géophysique , l'équipe de recherche a pu utiliser les données ICESat-2 pour faire la lumière sur la façon dont l'eau du réservoir est utilisée. L'étude a montré que dans des endroits comme le Moyen-Orient, les niveaux des réservoirs ont tendance à être plus bas en été et plus élevés en hiver. Cela suggère que l'eau est libérée pendant la saison sèche pour l'irrigation et l'eau potable. En revanche, la tendance dans des endroits comme la Scandinavie était à l'opposé. Là, l'eau est libérée en hiver pour produire de l'énergie hydroélectrique pour le chauffage.

"Il s'agissait d'une analyse exploratoire pour voir si nous pouvons utiliser la télédétection pour comprendre comment les réservoirs sont utilisés à l'échelle mondiale, " dit Ryan.

Smith dit qu'il s'attend à ce que les satellites jouent un rôle croissant dans l'étude du cycle de l'eau de la Terre. Depuis quelques années, il a travaillé avec la NASA sur la mission Surface Water and Ocean Topography, qui sera entièrement dédié à ce type de recherche.

"Je pense que dans les trois prochaines années, nous allons assister à une explosion de données hydrologiques satellitaires de haute qualité, et nous allons avoir une bien meilleure idée de ce qui se passe avec l'eau sur toute la planète, " Smith a dit. " Cela aura des implications pour la sécurité, accords sur les eaux transfrontalières, prévoir l'avenir des cultures et plus encore. Nous sommes à la veille d'une nouvelle compréhension de l'hydrologie de notre planète."