Heureusement, une étude de l'Université de Santa Barbara suggère que des mesures moins extrêmes pourraient aider à résoudre les problèmes d'eau en Californie. Les chercheurs ont combiné la télédétection, le big data et l'apprentissage automatique pour estimer la quantité d'eau utilisée par les cultures dans la vallée centrale de l'État. Les résultats, publiés dans Nature Communications , suggèrent que la variation de l'efficacité due aux pratiques agricoles pourrait permettre d'économiser autant d'eau que de changer de culture ou de mettre des champs en jachère.

"Il existe une opportunité pour que les méthodes moins intrusives d'économie d'eau soient plus importantes que nous le pensions initialement", a déclaré l'auteur principal Anna Boser, doctorante à la Bren School of Environmental Science &Management de l'UCSB. "Nous n'aurons peut-être pas besoin d'apporter autant de changements dans l'utilisation des terres que nous le pensions au départ."

Les sols fertiles de la Californie et le climat méditerranéen permettent aux agriculteurs de cultiver des cultures de grande valeur qui ne sont tout simplement pas viables dans le reste du pays. Plus d'un tiers des légumes du pays et près des trois quarts des fruits et noix sont cultivés en Californie, selon le ministère de l'Alimentation et de l'Agriculture de l'État.

Mais bon nombre de ces cultures ont très soif. L'agriculture représente environ 80 % de l'eau utilisée en Californie, a expliqué le co-auteur Kelly Caylor, professeur à la Bren School. "La baisse des niveaux des eaux souterraines et le changement climatique exercent une pression sur la disponibilité de l'eau d'irrigation, ce qui rend essentiel de déterminer comment nous pouvons "faire plus avec moins"."

En 2014, Sacramento a adopté la Sustainable Groundwater Management Act (SGMA) pour sécuriser les ressources en eau de la Californie. La SGMA exige que chaque bassin d'eau souterraine de l'État soit durable d'ici 2040. Chaque bassin a créé une agence locale chargée d'élaborer un plan pour atteindre cet objectif.

Cela signifie essentiellement que nous ne pompons pas plus d'eau du sol que ce qui s'y infiltre. Nous devrons réduire l'utilisation totale des eaux souterraines de 20 à 50 % d'ici 2040, selon le bassin, a déclaré Boser. Mais pour y parvenir, nous avons besoin d'une idée de la quantité d'eau utilisée par les exploitations agricoles et de la fraction de cette quantité qui parvient réellement aux cultures.

Modélisation de l'utilisation de l'eau

Les scientifiques disposent de diverses méthodes pour estimer la quantité d'eau qui monte de la surface de la Terre vers l'atmosphère en raison de l'évaporation et de la transpiration à travers les feuilles des plantes. Notamment, l'évaporation refroidit les choses.

"Quand nous avons chaud, nous transpirons pour nous rafraîchir. La Terre fait quelque chose de similaire", a déclaré Boser. Les scientifiques examinent la température du sol et la quantité d'énergie qu'il reçoit de la lumière du soleil et de l'atmosphère. Si le sol est plus frais que prévu, cela signifie qu'une partie de cette énergie a été utilisée pour transformer l'eau en vapeur, ce qui refroidit cet endroit.

Une base de données sur l’évapotranspiration appelée OpenET est devenue publique début 2023. Elle fournit des estimations de l’évapotranspiration par satellite pour l’ouest des États-Unis. Mais Boser s’intéressait à l’eau utilisée spécifiquement par les cultures. Ainsi, elle a comparé la transpiration dans les champs en jachère aux champs actifs de la vallée centrale. En soustrayant l'évapotranspiration dans les champs en jachère de l'évapotranspiration totale, on obtient la quantité d'eau réellement consommée par les cultures.

Malheureusement pour Boser, les agriculteurs ne laissent pas leurs champs en jachère au hasard. Souvent, ils mettent hors production leurs champs aux rendements les plus faibles. Cela crée des différences systématiques entre les champs en jachère et les champs cultivés, ce qui pourrait fausser l'analyse de Boser. Elle a donc créé un modèle d'apprentissage automatique pour effectuer une comparaison pondérée entre les terres actives et les terres en jachère, en tenant compte de facteurs tels que l'emplacement, la topographie et la qualité du sol.

Elle a entraîné le modèle sur 60 % des zones et testé ses résultats sur 30 %, affinant l'algorithme jusqu'à ce que ses prédictions correspondent aux conditions réelles dans ces champs à moins de 10 millilitres par mètre carré et par jour, en moyenne. Désormais confiante en son modèle, elle l'a appliqué au reste de la vallée centrale de Californie.

Des résultats encourageants

Le type de culture n’expliquait que 34 % de la variation de la consommation d’eau. "Cela signifie que nous négligeons peut-être d'autres moyens d'économiser l'eau", a déclaré Boser. Elle a continué à étudier le modèle, en contrôlant des facteurs tels que l'emplacement, la topographie, le climat local, la qualité du sol et l'âge du verger (le cas échéant). En fin de compte, 10 % de la transpiration des cultures pourrait être économisée si les 50 % des principaux utilisateurs d’eau réduisaient leur consommation d’eau pour qu’elle corresponde à celle de leurs voisins consommateurs médians. Boser attribue ces économies aux différences dans les « pratiques agricoles ».

10 % ne semble peut-être pas beaucoup, mais c'est comparable à un certain nombre d'autres interventions. Les auteurs ont également estimé l’effet du changement de culture. Si ces mêmes 50 % d'agriculteurs se tournaient vers les cultures médianes à forte intensité d'eau pour leur région, l'évapotranspiration agricole diminuerait de 10 %.

Pendant ce temps, si l’État retirait de la production les 5 % de champs les plus gourmands en eau, le modèle indique que l’évapotranspiration agricole diminuerait, vous l’aurez deviné :10 %. Cela suggère que remédier aux inefficacités des pratiques agricoles pourrait permettre d'économiser autant d'eau que de changer de culture ou de retirer des champs de culture.

Pour être honnête, les résultats de la jachère n’affecteraient que 5 % des terres cultivées, contre 50 % pour les changements de cultures et l’amélioration des pratiques agricoles. "Nous allons probablement devoir recourir au moins un peu à la jachère", a déclaré Boser, "mais j'espère que pas autant que nous l'espérions au départ."

Les auteurs souhaitent déterminer quelles pratiques les agriculteurs utilisent et qui expliquent les différences de 10 % dans l’utilisation de l’eau par les cultures. Quelques exemples incluent le paillage, la plantation sans labour, l'utilisation de variétés tolérantes à la sécheresse et l'irrigation déficitaire, où vous fournissez moins d'eau que ce que la culture pourrait théoriquement consommer. L'irrigation par déficit donne déjà de bons résultats en viticulture, où les vignerons estiment qu'elle peut améliorer la qualité du vin.

Changer les pratiques d’irrigation pourrait également contribuer à réduire la consommation d’eau. L’efficacité de l’irrigation représente la fraction de l’eau utilisée par une ferme qui est réellement consommée par les cultures. Les inefficacités comprennent les fuites, la croissance des mauvaises herbes et l'évaporation lors du transport et sur le terrain. Celles-ci n'entraient pas dans le cadre du modèle de Boser, qui ne considère que la transpiration des cultures elles-mêmes. Les inefficacités se produisent avant même que l'eau n'atteigne les plantes.

Selon Boser, jusqu'à 60 % de l'eau utilisée par une ferme passe en réalité par les racines de ses cultures. De toute évidence, il existe de nombreux gains potentiels dans ce domaine, même s'il n'est pas clair quelle efficacité est réellement réalisable, a-t-elle déclaré. "L'efficacité de l'irrigation est en fait assez mal comprise."

Mieux caractériser cela figure sur la liste des choses à faire de l'équipe. Ils espèrent identifier les causes des inefficacités de l’irrigation, quantifier l’efficacité de différents types d’irrigation et découvrir comment le climat et la géographie affectent l’efficacité de l’irrigation. Tout cela nécessitera la collecte de données empiriques.

La Californie se trouve à un carrefour critique en matière de gestion de l’eau. Pour la première fois de son histoire, l'État met en place des réglementations exigeant des réductions substantielles du prélèvement d'eau souterraine, y compris dans les régions où les moyens de subsistance dépendent d'une production agricole assoiffée.

"Cet article utilise de nouvelles méthodes basées sur des données pour montrer que, contrairement à la croyance populaire, il existe un grand potentiel de réduction de la consommation d'eau dans l'agriculture californienne sans mettre les champs en jachère", a déclaré la co-auteure Tamma Carleton, professeure adjointe à la Bren School de l'UCSB.

"Cela soulève la possibilité que l'État puisse continuer à jouer son rôle de puissance agricole tout en gérant de manière durable une ressource naturelle essentielle."