L'eau souterraine - l'eau contenue dans les roches poreuses et fracturées souterraines - est la plus grande source d'eau douce sur Terre en dehors des calottes glaciaires et des glaciers. Il alimente les rivières, les lacs et autres masses d'eau de surface et est essentiel pour les écosystèmes. En outre, les systèmes d'eau souterraine font partie intégrante de l'irrigation agricole, en particulier dans les régions où les ressources en eau de surface sont rares.

Les modèles à grande échelle existants ont tendance à trop simplifier l'écoulement des eaux souterraines, n'intègrent souvent pas de manière adéquate la gestion humaine de l'eau et fonctionnent à des résolutions plus grossières que nécessaire pour modéliser les processus hydrologiques à petite échelle. Dans une nouvelle étude sur le développement de modèles géoscientifiques , une équipe de chercheurs de l'IIASA a couplé le Community Water Model (CWatM) (Burek et al., 2020) avec le modèle d'écoulement des eaux souterraines MODFLOW, permettant la reproduction des nappes phréatiques à des résolutions spatiales très fines.

Le modèle intégré simule les processus hydrologiques se produisant dans le sol et les masses d'eau de surface à l'échelle du versant, avec des cellules de grille inférieures à 1 km. Il peut être utilisé pour modéliser les cycles de l'eau à différents niveaux géographiques, allant de petits bassins à des pays entiers.

En comparant la région autrichienne de Seewinkel et le bassin indien de Bhima, s'étendant respectivement sur 573 et 46 000 km², les chercheurs ont testé la capacité du modèle à reproduire adéquatement les nappes phréatiques dans différentes conditions climatiques, géologiques et socio-économiques. Les résultats simulés ont été validés avec les profondeurs et les fluctuations observées de la nappe phréatique sur une période de 35 ans à Seewinkel et de 16 ans à Bhima.

"Ces modèles biophysiques sont importants car les cycles de l'eau doivent être quantifiés pour une bonne gestion de l'eau. Nous pouvons étudier comment les processus hydriques locaux et régionaux interagissent en reliant des modèles à différentes échelles. En particulier, un modèle comme CWatM-MODFLOW est un outil utile pour projeter l'impact des futurs plans de gestion de l'eau, des modifications de la couverture terrestre ou du changement climatique », déclare Luca Guillaumot, auteur principal de l'étude et chercheur au sein du groupe de recherche sur la sécurité de l'eau de l'IIASA.

En outre, les auteurs ont utilisé le modèle pour évaluer l'impact de l'irrigation basée sur les eaux souterraines sur le cycle de l'eau dans les deux régions étudiées. Ils ont constaté que l'irrigation augmente la quantité d'eau qui se déplace dans l'atmosphère par évaporation du sol et transpiration à travers les tissus végétaux, mais réduit le soutien des eaux souterraines aux rivières et aux zones humides, en particulier pendant les saisons sèches. Les résultats indiquent également que la nappe phréatique est plus profonde dans les zones où le pompage d'irrigation est intense.

Malgré des défis persistants pour reproduire les modèles de profondeur de la nappe phréatique et calibrer le modèle à des résolutions aussi fines que possible (~ 100 m), l'étude représente une amélioration significative de la modélisation hydrologique à grande échelle.

"Les humains transforment les systèmes hydriques de la Terre. Les modèles d'eau de l'IIASA peuvent répondre à des questions importantes sur la façon dont nous affectons les systèmes hydriques régionaux et mondiaux à différentes échelles spatiales et temporelles. Les parties prenantes régionales, y compris les décideurs politiques, peuvent utiliser ces informations pour construire des scénarios réalistes de gestion de l'eau." conclut le co-auteur de l'étude et directeur du programme IIASA sur la biodiversité et les ressources naturelles, Yoshihide Wada. + Explorer plus loin

Comment nous remodelons le stockage mondial de l'eau