Une grande partie de l'industrie agricole de 50 milliards de dollars de la Californie dépend des eaux souterraines. On ne voit généralement que ce que cette eau permet au-dessus du sol :des amandiers et des pistachiers, vergers d'agrumes, des rangées de laitues et de vignes et des troupeaux de bétail dans une vallée qui fournit un quart de la nourriture du pays, même lorsque l'eau de surface est rare.

Mais beaucoup de choses se passent sous la surface. Profond souterrain, des canaux complexes de sable et de gravier se faufilent à travers des argiles et des limons très compacts, permettant à la Terre de retenir l'eau comme une éponge.

Un pompage excessif peut faire sortir l'éponge, épuiser de façon permanente la capacité de stockage d'un aquifère et libérer de l'arsenic toxique dans les réserves d'eau. Dans la fertile vallée centrale de Californie, des années de découvert généralisé ont entraîné des pénuries dans de nombreux pays à faible revenu, communautés à prédominance latino et a provoqué l'assèchement des puits et l'enfoncement de la surface terrestre, endommager les infrastructures.

"Le plus longtemps, la gestion de nos systèmes d'eaux souterraines a été négligée, ", a déclaré Rosemary Knight, géophysicienne de l'Université de Stanford. "Les gens ne comprenaient pas vraiment ce qui se passait et ne reconnaissaient pas la nécessité d'une gestion prudente."

Structures cachées

Au milieu d'une sécheresse qui s'aggrave rapidement et d'un mandat californien d'équilibrer les prélèvements et les dépôts d'aquifères d'ici 2040, il est maintenant de plus en plus urgent de mieux comprendre les structures cachées des bassins d'eaux souterraines.

Une solution possible pour équilibrer le bilan hydrique de l'aquifère consiste à inonder stratégiquement un champ, verger ou étang de recharge dédié et laisser l'eau s'infiltrer à travers des canaux sablonneux. Dans une étude publiée plus tôt ce mois-ci dans Journal de la Zone Vadose , Knight et la chercheuse postdoctorale Meredith Goebel démontrent une nouvelle façon d'évaluer les sites pour ce type de recharge aquifère gérée en utilisant des mesures du sol et un système géophysique remorqué par un véhicule tout-terrain.

Le système géophysique repose sur un processus similaire à l'imagerie médicale du corps et consiste à sonder le sous-sol jusqu'à une profondeur de 200 pieds avec un champ magnétique. Cela produit une mesure de la résistivité électrique, qui a tendance à être plus élevée dans les sables et les graviers que dans les argiles qui peuvent empêcher l'eau d'atteindre les aquifères. Prochain, la même bande de terre est arpentée à l'aide d'une méthode connue sous le nom d'essai au pénétromètre à cône, dans lequel des techniciens enfoncent un cône en acier chargé de capteurs à environ 70 pieds dans le sol à plusieurs endroits autour du site pour déterminer les types de sédiments.

Armé des deux ensembles de données, Knight et Goebel montrent comment transformer mathématiquement les mesures de résistivité en type sédiment, fournissant efficacement les clés pour déverrouiller une carte 3D de ce qui se trouve sous les sites de recharge potentiels. « Cela permet aux gestionnaires de l'eau d'évaluer les terres avant de s'engager dans les dépenses d'acquisition et de mise en place d'une opération de recharge, " dit Chevalier, le professeur George L. Harrington à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth).

Goebel dit qu'il est maintenant temps de construire ces cartes. "Pour beaucoup de ces opérations de recharge dans la vallée centrale, ils parlent d'essayer de capter les eaux de crue pendant les années humides. Ils doivent faire beaucoup de démarches maintenant pour être prêts quand l'eau arrive, " elle a dit.

Cela pourrait également aider à apaiser les inquiétudes des producteurs concernant l'inondation de leurs terres, Chevalier ajouté. "La dernière chose que nous voulons, c'est inonder un champ et perdre une grande partie de cette eau par évaporation. Ou pire encore, avoir un sol gorgé d'eau qui endommage les racines des arbres dans un verger d'amandiers ou augmente le risque de renversement des arbres, ", a déclaré Knight, qui est également chercheur principal au Stanford Woods Institute for the Environment.

Aggravation de la sécheresse

La recherche intervient alors que la sécheresse s'intensifie à nouveau en Californie et dans l'Ouest, avec environ 87 pour cent de la région connaissant maintenant un certain niveau de sécheresse et la plupart des comtés de Californie confrontés à des conditions de sécheresse extrêmes ou pires. À l'échelle mondiale, des recherches récentes suggèrent que jusqu'à un puits sur cinq dans le monde risque de s'assécher si le niveau des eaux souterraines baisse de quelques mètres. « La gestion durable de nos ressources en eaux souterraines est essentielle pour soutenir à la fois les besoins humains et le fonctionnement des écosystèmes naturels, ", a déclaré Knight. "Nous ne pouvons pas continuer à pomper les eaux souterraines au point que les ruisseaux ne coulent plus et que les poissons ne se reproduisent plus."

Knight a longtemps travaillé pour étendre les levés électromagnétiques aéroportés des systèmes d'eaux souterraines en Californie, et cet été, l'agence de l'eau de l'État doit lancer un projet de 12 millions de dollars de cartographie des bassins d'eaux souterraines dans toute la Californie en interprétant les données acquises par une boucle d'émetteur suspendue à un hélicoptère - une approche que Knight a aidé à affiner pour une application en Californie grâce à sa direction d'un programme de deux projet pilote d'un an.

La nouvelle méthode ramène le système aéroporté sur Terre, transmettant des signaux électromagnétiques à partir d'un appareil développé au cours des cinq dernières années à l'université danoise d'Aarhus, qui s'intègre parfaitement entre les rangées d'amandiers. Knight et Goebel ont travaillé avec un producteur d'amandes et des gestionnaires régionaux de l'eau pour envoyer le système rebondir sur une remorque tractée par un véhicule tout-terrain à travers un bosquet du comté de Tulare en Californie, qui est maintenant presque entièrement dans un état de « sécheresse extrême ».

Long terme, Knight envisage la recharge des eaux souterraines dans le zonage. « S'il y a une proposition de développement pour une zone, ce nouveau système pourrait être utilisé pour évaluer la zone en termes de sa contribution à la recharge du système d'eau souterraine, " dit-elle. " S'il s'avère que, Hey, c'est l'un de ces sweet spots avec des voies pour se ressourcer, vous ne devriez pas penser à le paver. Ou, si vous pensez au développement dans ce domaine, vous le faites de manière à maximiser la protection de son rôle dans la recharge."