Chaque jour, jusqu'à trente fois par jour, en fait, l'un des employés de Mark Mason à Nature's Reward Farms dans le comté de Monterey, La Californie lui apporte les résultats d'une analyse de sol pour discussion.

Mason supervise les engrais et l'irrigation pour les 5 de la ferme, 000 acres le long de la côte centrale de la Californie, qui est surnommée "America's Salad Bowl" et est l'une des régions agricoles les plus productives et les plus diversifiées au monde. Ces résultats d'analyse de sol sont des intrants clés pour l'un de ses nouveaux outils :CropManage, qui est exploité par la University of California Cooperative Extension et utilise des données de la NASA et d'autres sources pour créer des recommandations personnalisées en matière d'irrigation et d'engrais. En plus des mesures satellitaires du développement des cultures, il mesure la météo locale, caractéristiques du sol, et l'efficacité du système d'irrigation.

"CropManage donne une recommandation à la personne qui est sortie et a prélevé l'échantillon de sol, " expliqua Mason. " Il obtient les résultats, puis en discute avec moi. Je sais à quoi ressemble le terrain, donc je vais prendre les recommandations de CropManage et prendre une décision en fonction de ce que je sais sur la méthode d'irrigation, quand il sera récolté, le type de sol, à quoi ressemble la récolte, et l'histoire de ce terrain pour cette période de l'année."

Si vous avez mangé un fruit, légume ou noix aujourd'hui, il y a de fortes chances qu'il provienne d'une ferme comme Nature's Reward Farms sur la côte centrale de Californie, ou de la vallée centrale voisine. Couvrant plus de 20, 000 miles carrés dans le Golden State, ces régions abritent des milliers de fermes qui cultivent des centaines de cultures différentes, produisant annuellement plus d'un tiers des légumes des États-Unis et les deux tiers de leurs fruits et noix.

Mais la Californie centrale ne reçoit pas beaucoup de pluie. La majeure partie de l'eau de la vallée centrale provient de ruisseaux et de réservoirs qui captent la fonte des neiges des montagnes et les eaux souterraines stockées dans des dépôts poreux profondément sous la surface. Ces sources d'eau font face à des pressions croissantes dues au changement climatique, utilisation humaine et variabilité naturelle, faisant de la gestion de l'eau une question complexe et évolutive. Contrôler la quantité d'eau disponible pour faire pousser notre épicerie n'a jamais été aussi vital, et les satellites d'observation de la Terre et les programmes de partenariat de la NASA aident les agriculteurs, les gestionnaires des ressources en eau et les décideurs surveillent et allouent des ressources en eau de plus en plus rares dans tout leur État.

Surveiller l'approvisionnement en eau

Dans une année idéale, de fortes chutes de neige dans les chaînes de montagnes de Californie et s'accumulent au cours de l'hiver et du printemps. La neige agit comme un réservoir naturel, retenir et libérer l'eau progressivement dans les rivières et les ruisseaux à mesure que le temps se réchauffe au printemps. De là, un système d'aqueducs, des canaux et des pipelines transportent l'eau vers les régions les plus sèches de l'État. De nombreux agriculteurs du centre de l'État utilisent cette eau pour irriguer leurs cultures, et dépendent également fortement des eaux souterraines des puits.

Mais chaque année n'est pas une année idéale. En 2021, par exemple, la chaleur extrême et la sécheresse ont continué à frapper l'Occident. Les précipitations hivernales inférieures à la moyenne et les chutes de neige exceptionnellement faibles se sont évaporées rapidement lors des températures printanières élevées ou ont fondu et trempé dans des sols encore desséchés par un automne et un hiver secs. Par conséquent, il restait peu d'eau pour remplir les réservoirs et nourrir les plantes plus loin dans la vallée. Déjà étroitement alloué, l'approvisionnement en eau de la région est devenu encore plus rare, et certains agriculteurs doivent prendre des décisions difficiles sur les cultures qui recevront cette eau.

Des chercheurs de la NASA observent de près les sources d'eau du centre de la Californie, comment ils changent au fil du temps, et pourquoi, et produire des informations qui peuvent être utilisées pour déterminer ce qu'il faut faire à ce sujet. Satellite, les missions aériennes et sur le terrain suivent les chutes de neige, pluie, taux d'humidité du sol, épuisement des nappes phréatiques, la santé des cultures et l'évapotranspiration. En fournissant de meilleures informations sur la quantité d'eau entrant et sortant du système, ces indicateurs aident les agriculteurs à déterminer la quantité d'eau dont ils auront besoin et la quantité qui sera accessible.

Matt Rodell est le directeur adjoint associé des sciences de la Terre pour l'hydrosphère, biosphère, et la géophysique au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Il étudie les eaux souterraines du monde entier, en utilisant les données de la mission GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On) de la NASA. Les eaux souterraines sont particulièrement importantes dans des endroits comme la vallée centrale et la côte centrale qui ne reçoivent pas beaucoup de précipitations et font face à de fréquentes sécheresses.

« L'eau souterraine est extrêmement importante car elle est généralement toujours disponible, " dit Rodell. " Il est stocké pendant de nombreuses années, ou des décennies, ou des siècles, ou des millénaires, c'est comme votre compte d'épargne. Vous voulez toujours que cette eau soit mise de côté pour qu'elle soit là pour les moments difficiles."

La Californie est l'un des points chauds mondiaux que les chercheurs de GRACE étudient. C'est l'une des nombreuses régions où les eaux souterraines s'épuisent plus rapidement qu'elles ne se rechargent.

« Les gens deviennent trop dépendants des eaux souterraines, " dit Rodell. " Idéalement, comme votre compte d'épargne, vous voudriez dépenser moins que vous n'y investissez sur une longue période. Mais en Californie, ils utilisent tellement d'eau souterraine que le niveau baisse depuis des décennies maintenant. »

La Californie a récemment adopté sa première politique de réglementation des eaux souterraines à l'échelle de l'État, en partie en réponse aux préoccupations relatives à l'épuisement des eaux souterraines, dit Claudia Faunt, hydrologue au U.S. Geological Survey et chef de programme pour la section sur la disponibilité et l'utilisation des eaux souterraines au USGS California Water Science Center à San Diego, Californie. Dans certaines régions, la baisse du niveau des eaux souterraines entraîne un affaissement :la surface du sol s'affaisse au fur et à mesure que l'eau est extraite des dépôts situés en dessous, et ces dépôts se tassent et se compactent.

"Les problèmes d'affaissement affectent d'autres parties de l'infrastructure, et les puits s'assèchent dans les zones où les niveaux d'eau ont baissé, " dit Faunt. Forer plus profondément quand un puits s'assèche, ou forer de nouveaux puits à la recherche d'eau, est coûteux et peut contribuer à encore plus d'épuisement des eaux souterraines.

D'autres menaces pesant sur l'approvisionnement en eau de la région, comme la diminution du manteau neigeux et l'évolution des précipitations hivernales, sont dues au changement climatique. Aussi, le réchauffement climatique augmentera l'évapotranspiration, qui contribue aux déficits hydriques des sols et au stress hydrique des plantes, et peut affecter la météo locale. À mesure que les régimes de précipitations changent, les futurs scénarios de précipitations pourraient devenir de plus en plus extrêmes. En Californie et dans d'autres parties de l'ouest des États-Unis, cela ressemblera probablement à de la sécheresse, menaçant la production alimentaire.

Mettre les données de la NASA au service des agriculteurs californiens

Pour faire face aux conditions changeantes, Les agriculteurs californiens recherchent de nouveaux outils et technologies pour les aider à produire les fruits, les noix et les légumes en demande constante des consommateurs américains.

En plus de GRACE-FO qui étudie les eaux souterraines, des missions comme SMAP (Soil Moisture Active Passive) et MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) mesurent l'humidité et l'évapotranspiration du sol, et GPM (la mission mondiale de mesure des précipitations) suit la pluie et les chutes de neige. Le puissant programme Landsat, un effort conjoint de la NASA et du US Geological Survey, mesure la santé et la croissance des cultures depuis près de 50 ans. Par ailleurs, La NASA collabore avec des universités, entreprises privées, instituts de recherche et autres agences gouvernementales pour créer des outils et des programmes qui mettent toutes ces données à profit. Grâce aux sciences appliquées de la NASA et à ses programmes de sécurité alimentaire et d'agriculture, y compris la récolte de la NASA, les agriculteurs peuvent accéder à des informations utilisables pour prendre de meilleures décisions sur leurs exploitations.

Lee Johnson est chercheur principal au Ames Research Center de la NASA et à l'Université d'État de Californie à Monterey Bay (CSUMB). En partenariat avec Forrest Melton du programme Sciences appliquées de la NASA et Alberto Guzman et Will Carrara de NASA Ames, il prend en charge le système d'assistance à la gestion de l'irrigation par satellite (SIMS), une plate-forme de données en ligne qui utilise des données satellitaires terrestres accessibles au public et des modèles open source pour cartographier l'évapotranspiration à l'échelle d'un quart d'acre.

"L'évapotranspiration est une très grande partie du cycle hydrologique, et pourtant dans le passé, beaucoup d'informations à ce sujet ont été difficiles à obtenir ou coûteuses, " Johnson a déclaré. "Tout le monde connaît les précipitations; c'est sur l'écran d'accueil de votre téléphone. Mais l'évapotranspiration est en quelque sorte le processus inverse. Pour les producteurs qui souhaitent l'utiliser pour orienter leur production végétale, ces informations ont été rares. Et si vous ne pouvez pas le mesurer de manière fiable, c'est plus difficile à gérer."

"Pour la plupart des cultures, l'évapotranspiration représente la quantité minimale d'eau qui doit être remplacée par l'irrigation ou les précipitations pour maintenir une culture saine et maximiser les rendements des cultures, ", a déclaré Melton. "Lier les données satellitaires du SIMS à CropManage aide les agriculteurs comme Mark Mason et son équipe de Nature's Reward à éviter les conjectures lors de l'estimation des besoins en irrigation et en engrais de leurs cultures."

Un autre outil de gestion de l'eau, GRAPEX (Profil Atmosphérique de Télédétection Raisin et Expérience d'Evapotranspiration), utilise également les données Landsat, cette fois pour aider les propriétaires de vignobles. Les images Landsat thermiques et visuelles donnent aux producteurs des informations sur l'évapotranspiration et la santé des plantes de leurs vignobles et les aident à s'assurer qu'ils ne sont pas trop humides ou trop secs.

"Le but de notre travail est de trouver des moyens de mettre les données de la NASA entre les mains des agriculteurs et des irrigants sur le terrain, où il peut aider à améliorer la durabilité de l'agriculture californienne, " dit Guzman, un ingénieur logiciel senior à la NASA Ames et à la CSUMB qui a commencé sa carrière en travaillant dans les domaines de la Californie. « Les partenariats avec des producteurs innovants comme Nature's Reward sont essentiels pour garantir que nous pouvons prendre des pétaoctets de données satellitaires et les transformer en informations pouvant être utilisées pour la prise de décision au jour le jour. »