Des chercheurs du Desert Research Institute (DRI), de l'USGS et du Lawrence Berkeley National Laboratory se sont associés pour la nouvelle étude, publiée le 23 mai dans Nature Water. .

En appliquant le réchauffement aux conditions historiques de l'East River au Colorado et en utilisant des simulations informatiques pour observer l'impact sur le débit des cours d'eau et les niveaux des eaux souterraines, les scientifiques ont découvert que le stockage des eaux souterraines tomberait aux niveaux les plus bas connus après la première année extrêmement sèche et ne parviendrait pas à se rétablir, même après plusieurs périodes humides. Lorsque le niveau des eaux souterraines baisse, les débits des cours d'eau sont attirés vers la nappe phréatique au lieu de contribuer au débit du fleuve Colorado.

"Nous avons constaté que les eaux souterraines sont très importantes", déclare Rosemary Carroll, Ph.D., professeure-chercheuse en hydrologie au DRI et auteur principal de l'étude. "Même avec les périodes humides historiquement observées dans le modèle, les eaux souterraines ne peuvent pas revenir d'une seule année d'eau sèche en raison du réchauffement de la fin du siècle."

Le fleuve Colorado est dans un état de sécheresse depuis des décennies, créant des tensions autour des droits sur l'eau dans tout le sud-ouest. Les scientifiques ont été perplexes face à la baisse du niveau des rivières, même lors des années relativement humides :en 2021, le bassin supérieur du fleuve Colorado a atteint 80 % du manteau neigeux normal, mais n'a fourni au fleuve que 30 % du débit moyen.

Les auteurs de l'étude voulaient examiner dans quelle mesure le réchauffement des bassins montagneux pourrait contribuer à ce phénomène. L'augmentation des températures modifie l'équilibre entre les chutes de neige et la disponibilité de l'eau de plusieurs manières, notamment une évaporation accrue de la neige (appelée sublimation), une augmentation des précipitations tombant sous forme de pluie plutôt que de neige et une fonte plus fréquente tout au long de l'hiver.

Les recherches antérieures ont largement négligé le rôle des eaux souterraines et la manière dont elles peuvent amortir, ou intensifier, la perte de débit due au changement climatique.

"Je suis très intéressé par la relation entre les contributions des eaux souterraines et le débit des cours d'eau - c'est un thème récurrent dans mes recherches depuis longtemps", explique Carroll. "De nombreuses études indiquent qu'à court terme, le rejet des eaux souterraines dans les cours d'eau aidera à atténuer les impacts de la sécheresse, mais avant cette étude, nous n'avions aucune connaissance de ce que cela signifierait à long terme."

Les auteurs de l'étude ont utilisé l'East River comme point central de la recherche, car elle est représentative du cours supérieur du fleuve Colorado, ainsi que de l'importante infrastructure de surveillance des conditions météorologiques et de l'eau disponible. Les observations au sol et la cartographie aérienne mesurent la profondeur et la densité du manteau neigeux, le débit des cours d'eau, la couverture végétale et les niveaux des eaux souterraines, parmi de nombreuses autres mesures dans tout le bassin versant.

Les données historiques de 1987 à 2022 ont été utilisées pour créer le modèle informatique. L'équipe de recherche a ensuite appliqué un réchauffement de 4 degrés Celsius à cette période de deux manières :pour une simulation, le réchauffement a été appliqué de manière constante au fil du temps, tandis que dans les simulations suivantes, le réchauffement a été appliqué à chaque saison indépendamment.

Cette approche a permis aux scientifiques d’examiner les différents impacts du réchauffement d’une saison à l’autre. Quatre degrés Celsius sont représentatifs du climat projeté à la fin du siècle, sur la base d’un réchauffement observé d’environ 0,4 degré Celsius par décennie dans le bassin versant. La simulation ne prend pas en compte les changements probables de la végétation sur la même période.

L’étude a montré que des températures constamment plus chaudes entraînaient une forte baisse des niveaux des eaux souterraines, incapables de retrouver leurs niveaux moyens historiques pendant les périodes humides. L’isolement du réchauffement saisonnier a démontré le fort impact des étés plus chauds sur le déclin de la nappe phréatique, à mesure que l’atmosphère augmente les taux d’évaporation, que les plantes augmentent leur absorption d’eau et que les sols s’assèchent. Les baisses les plus importantes de l'élévation de la nappe phréatique se produisent dans les forêts subalpines, où les forêts de conifères sont les plus denses.

"À mesure que le niveau de la nappe phréatique baisse, vous perdez davantage de débit vers la nappe phréatique", explique Carroll. "Lorsque les précipitations sont faibles, l'East River cesse de couler pendant une partie de l'été. Bien sûr, cela aurait des effets dramatiques sur la santé écologique et l'irrigation agricole."

En incluant la baisse des niveaux de la nappe phréatique dans l'analyse, l'étude a révélé que les réductions du débit des cours d'eau doublent presque par rapport aux simulations qui examinaient les impacts du changement climatique dans la région sans tenir compte de la diminution des eaux souterraines. Cela est dû aux multiples impacts qui se produisent simultanément :moins d'eau s'écoule des aquifères vers les cours d'eau, tandis que davantage d'eau des cours d'eau s'écoule dans le sol.

La recherche démontre la nécessité de gérer conjointement les forêts et les eaux souterraines dans le bassin supérieur du fleuve Colorado, ainsi que de prendre en compte l'échange des eaux de surface et souterraines dans les bassins montagneux, afin de minimiser la baisse du débit sous l'effet du changement climatique, explique Carroll.

"Je considère les eaux souterraines comme votre compte d'épargne", ajoute-t-elle. "Le manteau neigeux est comme votre compte courant ; il change d'année en année. Les eaux souterraines sont un investissement à plus long terme :elles peuvent atténuer les années très humides et sèches. Mais si vous commencez à réduire systématiquement cette eau souterraine année après année, alors vous ne pouvez plus ne module plus ces extrêmes."