Sous la surface des rivières se cache un danger qui n'est pas bien compris, mais qui pourrait faire des ravages sur les personnes et les communautés proches de l'eau.

Les changements dans les conditions météorologiques peuvent perturber les chenaux des rivières qui ont toujours été solides, les poussant vers deux extrêmes :une érosion accélérée ou des inondations suralimentées.

Aujourd'hui, un scientifique de l'Université de Washington à St. Louis lance une nouvelle expérience qui pourrait anticiper - et peut-être même prévenir - les dommages causés par des pluies intenses, un problème qui est devenu de plus en plus urgent après une averse record qui a inondé Saint-Louis la semaine dernière.

"Nous nous intéressons à ce qui se passe lorsque l'eau touche le sol", a déclaré Claire Masteller, géomorphologue à l'Université de Washington à la tête du projet. "Et comment le paysage doit s'adapter pour faire face au fait que la quantité d'eau qui touche le sol change."

Masteller et son équipe mettent en place un laboratoire capable de simuler les inondations dans les systèmes fluviaux du monde entier. Les chercheurs feront jaillir les eaux de crue à travers des tubes et des boîtes de roches et de gravier pour étudier comment la structure des lits des rivières évolue avec les précipitations changeantes.

Et les scientifiques regardent.

L'impact du changement climatique sur les systèmes fluviaux est difficile à comprendre, car les facteurs qui sont plus simples à étudier sur terre, comme la température et les précipitations, deviennent beaucoup plus compliqués lorsqu'ils sont filtrés à travers le cycle de l'eau, a déclaré Jason Knouft, un scientifique de l'eau douce de l'Université de St. Louis. qui n'est pas impliqué dans l'étude.

Le projet de Masteller pourrait mettre en lumière des détails critiques, a-t-il dit, sur l'impact du changement climatique sur des rivières spécifiques.

"Et cela a toutes sortes d'implications pour les écosystèmes, les utilisations humaines des systèmes fluviaux et la sécurité de l'eau", a déclaré Knouft.

La forme des canaux de rivière, même les plus grands, commence par les plus petits rochers sur un lit de rivière.

Des galets de toutes formes et tailles sont enfermés dans un équilibre délicat entre la friction, la gravité et le remorqueur du courant d'eau.

Lorsque le courant qui traverse le lit de la rivière est doux, il tasse les cailloux saillants en un motif plus compact, ce qui rend la rivière plus résistante à l'érosion.

Mais si le débit de la rivière se renforce suffisamment pour vaincre les forces qui maintiennent les roches en place, celles qui dépassent le plus du lit de la rivière sont entraînées en aval. Et lorsque les gros cailloux bougent, ils délogent leurs voisins, formant une masse mouvante de sédiments qui coule en aval.

En d'autres termes, le canal s'érode. La rivière s'élargit. Des flux plus forts arrachent plus de roches du lit de la rivière, laissant derrière eux une surface déchiquetée de bords saillants. Et plus il y a de roches qui dépassent du lit de la rivière, plus il est facile pour l'eau de les arracher.

"Ce sont les points de faiblesse du lit qui peuvent déclencher l'érosion", a déclaré Masteller.

Cet équilibre naturel entre l'érosion et le compactage est la clé de l'évolution de la forme des rivières au fil du temps. Les scientifiques ont découvert que les cours d'eau s'élargissent avec des débits d'eau intenses, comme les inondations, jusqu'à ce qu'ils soient juste assez grands pour que des inondations se produisent environ tous les deux ans.

Le changement climatique brise le système.

Dans le Missouri, la hausse des températures devrait augmenter la fréquence des tempêtes extrêmes, comme celle qui a déversé des pluies record sur Saint-Louis la semaine dernière, en rendant plus courants les ingrédients nécessaires aux grosses tempêtes.

Et comme de plus en plus de tempêtes bombardent plus de rivières avec plus d'inondations, les sédiments du lit des rivières pourraient ne pas avoir le temps de se lier naturellement, s'inquiètent les chercheurs. Cela signifierait que le canal serait constamment vulnérable à l'érosion.

"Lorsqu'un autre gros orage frappe", a déclaré Masteller, "le lit de la rivière est déjà prêt à disparaître."

D'autre part, le changement climatique devrait assécher certaines régions comme l'Ouest, laissant les rivières plus dépendantes de l'eau ruisselant de la fonte des neiges. Cela pourrait laisser beaucoup de faible débit pour que les grains se tassent plus étroitement, développant une résistance à l'érosion.

Et si la rivière ne peut pas s'éroder pour s'adapter à une tempête, l'eau doit aller ailleurs.

"Notre conteneur est trop petit, de sorte que l'eau supplémentaire doit passer par-dessus", a déclaré Masteller.

Pour mieux comprendre la dynamique, Masteller a mis en place un toboggan aquatique expérimental.

L'installation de 250 000 $, appelée canal, est un canal aux parois de verre bordé de roches de rivière à travers lequel les scientifiques peuvent faire jaillir de l'eau pour simuler des inondations. Il s'incline de haut en bas pour imiter différentes pentes.

"Nous pouvons le monter jusqu'au plafond et obtenir des trucs assez noueux", a déclaré Masteller.

En gros, dit-elle, ils peuvent tout modéliser, du fleuve Mississippi aux ruisseaux de montagne des Alpes suisses.

Et c'est ce qu'ils feront. Ils créeront différents types de canaux de cours d'eau dans le canal correspondant à différentes rivières et soumettront chacun à des inondations pour tester leur réaction.

Un mélange chaotique de gros et de petits rochers imitera les rivières de montagne. Un mélange plus uniforme de petits graviers de taille similaire représentera les rivières des basses terres.

"Nous commençons par le bloc de construction le plus fondamental", a déclaré Masteller, "qui est littéralement ce que fait un seul grain lorsque vous faites couler de l'eau dessus ?"

Les sédiments se précipiteront dans le tube dans l'échelle en quantités variables en fonction de la puissance de l'inondation et des ingrédients du lit de la rivière. Les chercheurs pèseront leurs prises à l'aide d'un panier suspendu à l'embouchure du canal pour quantifier l'ampleur de l'érosion à chaque type d'inondation. Ils prendront des photos du lit de la rivière lui-même pour quantifier le nombre de roches qui dépassent de la surface.

En même temps, ils feront couler de l'eau à travers des nappes de cours d'eau plus larges (essentiellement de grands bacs à sable) pour mieux comprendre comment la forme d'une rivière peut changer avec l'érosion.

Ensuite, la science deviendra aérienne. Les chercheurs exploiteront l'imagerie laser, appelée LIDAR, capturée par l'US Geological Survey, qui mesure la topographie d'un paysage jusqu'à l'échelle d'un mètre. Ils compareront la largeur des rivières capturées par le système de cartographie avant et après les événements d'inondation et verront si ce qu'ils apprennent en laboratoire correspond à ce qui se passe dans de vraies rivières.

"Ce sont nos cas de test en réalité, pour aller de l'échelle du grain à l'échelle du paysage", a déclaré Masteller.

Ils ne sont pas encore tout à fait sûrs de la façon dont leur idée se déroulera dans différents flux. Une théorie est que les rivières des basses terres pourraient s'élargir et engloutir les routes, les maisons et les communautés environnantes. C'est parce que ces types de lits de rivière, avec des roches plus petites et de taille uniforme, a déclaré Masteller, ressemblent à un lit de billes. Si toutes les billes d'un canal fluvial ont la même taille, il y aura toujours de l'espace entre elles même lorsqu'elles sont aussi rapprochées que possible.

Dans les ruisseaux de montagne, cependant, un arrangement tumultueux de roches de différentes tailles peut s'emboîter plus facilement, créant une surface plus résistante à l'érosion et plus sujette aux inondations.

"Si vous avez de nombreux grains différents de différentes tailles, vous pouvez en quelque sorte combler vos lacunes", a déclaré Masteller.

Le but ultime est un modèle mathématique qui peut prédire quelles rivières sont les plus à risque d'érosion accélérée ou d'inondations suralimentées. Les scientifiques pourraient utiliser ces prédictions pour aider à empêcher l'une ou l'autre des catastrophes de se propager aux humains, a déclaré Masteller, en renforçant les systèmes d'eaux pluviales ou en renforçant les berges, par exemple.

Knouft, le scientifique de l'Université de St. Louis, a déclaré que la recherche pourrait être essentielle pour rendre les rivières plus résistantes à mesure que le climat se réchauffe.

"Nous ne pouvons pas faire cela sans le type d'informations que ce projet développe", a déclaré Knouft. + Explorer plus loin

Impact du climat sur la chimie des rivières aux États-Unis

2022 le St. Louis Post-Dispatch.
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