Les eaux souterraines épuisées menacent les communautés, l'agriculture et les écosystèmes de la vallée centrale de Californie, qui produit une grande partie des fruits, des légumes et des noix de la nation. Mais les mêmes hectares où les agriculteurs ont longtemps cultivé des cultures assoiffées pourraient être essentielles pour remplir les aquifères, ont constaté des scientifiques de Stanford.
Dans un article publié le 17 avril Science de la Terre et de l'espaceles chercheurs ont utilisé des données géophysiques électromagnétiques pour identifier les zones de la vallée centrale où l'eau libérée à la surface pourrait rapidement s'écouler dans les aquifères pour « recharger » les eaux souterraines.
« Nous espérions voir une partie relativement importante des terres agricoles qui conviennent à la recharge, et c'est ce que nous voyons », a déclaré l'auteur de l'étude principale, Seogi Kang, qui a travaillé sur la recherche en tant que chercheur postdoctoral à la géophysique de la Stanford Doerr School of Durability et est maintenant professeur adjoint à l'Université de Manitoba.
Eaux souterraines à poils
L'eau maintenue dans les sédiments sous la surface est une ressource importante pour l'eau potable et l'irrigation, en particulier les années sèches, et soutient les écosystèmes dépendants de l'eau douce. Pendant les sécheresses, les eaux souterraines offrent jusqu'à 70% des approvisionnements en eau dans la vallée centrale.
Mais en ce moment, l'eau est pompée plus rapidement qu'elle ne l'est, menaçant les approvisionnements et provoquant des problèmes comme l'affaissement des terres en raison de la perte de pression de l'eau et du compactage qui en résulte. Pour aider à restaurer l'équilibre, les agences aquatiques recherchent où elles peuvent recharger les eaux souterraines en utilisant des eaux de surface excessives disponibles pendant les années humides.
L'astuce consiste à trouver où cette eau supplémentaire s'infiltre dans des aquifères plutôt que dans l'étang à la surface. Certaines terres se trouvent au sommet du sable poreux et du gravier des sédiments de vieux ruisseaux qui permettent à l'eau de se déplacer régulièrement vers la nappe phréatique. Mais d'autres parties de la vallée centrale présentent des couches d'argile denses qui empêchent l'eau de s'infiltrer dans des aquifères profonds, ce qui la conduisait à s'évaporer de la surface.
Si les terres agricoles restent saturées trop longtemps, cela peut également présenter un risque de maladies des cultures ou de déstabiliser les racines des vergers. « Les eaux de surface sont très précieuses », a déclaré l'auteur principal Rosemary Knight, professeur George L. Harrington à la Doerr School of Sustainability. « Vous ne voulez pas le mettre quelque part où il ne fournira pas un avantage en termes de recharge. »
Trouver des chemins d'écoulement
Pour étudier le potentiel de recharge de la vallée centrale, l'équipe a analysé une trate de données électromagnétiques collectées par un capteur hélicoptère qui a sillculé la région avec un total de 20 000 kilomètres de trajectoires de vol. Le capteur pendant crée un champ magnétique qui s'étend sous le sol, ce qui lui permet de détecter des différences subtiles dans la facilité avec laquelle le courant électrique traverse des matériaux jusqu'à 300 mètres sous la surface.
En comparant ces données aux journaux des puits forés, l'équipe a déterminé une relation entre la facilité de flux de courant électrique et le type de sédiments. Le courant électrique se déplace facilement sur les couches d'argile et est bloqué dans des zones dominées par le sable et le gravier, un modèle que Knight avait utilisé pour interpréter le même type de données dans la vallée centrale dans les recherches précédentes.
En utilisant des équations qui prédisent comment les journaux de forage et les données électromagnétiques sont liés au type de sédiments, l'équipe a construit une application Web appelée « FastPath », quelles agences souterraines, consultants et propriétaires de terrains peuvent utiliser pour identifier les voies les plus rapides pour l'eau à travers les sables et les graviers dans une zone.
En réponse aux demandes de gestionnaires d'eau qui ont essayé l'application, l'équipe a ensuite utilisé le logiciel FastPath pour créer des cartes évaluant la pertinence de recharge dans toute la vallée centrale. Les cartes comprennent quelques mesures pour évaluer le potentiel de recharge des eaux souterraines. L'une est la proportion moyenne de sable et de gravier entre la surface et la nappe phréatique. Mais comme même les couches minces de matériaux riches en argile peuvent entraver l'eau ou le faire se déplacer latéralement, ils ont également inclus d'autres métriques telles que la longueur des « pains rapides » poreux de la surface aux eaux souterraines.
Au total, l'équipe a constaté que jusqu'à 13 millions d'acres de la vallée centrale pourraient convenir pour recharger les eaux souterraines. La plus grande partie de cette zone se produit sur les terres agricoles, la plupart correspondant aux vergers, aux cultures sur le terrain et aux vignobles.
Les chercheurs ont rendu leurs données accessibles au public en ligne pour que quiconque puisse utiliser dans la planification de la recharge des eaux souterraines. Les utilisateurs peuvent choisir entre des cartes montrant le sable et le pourcentage de gravier, la longueur « Fastpath » et la distance à une barrière d'argile ou à la nappe phréatique. Cette flexibilité est importante car un site « approprié » pour l'infiltration est subjectif; Si une récolte pouvait être ruinée par un éventuel étang, il peut être préférable de choisir un site avec une infiltration rapide. Dans d'autres endroits, le débit plus lent pourrait être acceptable.
Ensuite, Knight a l'intention de continuer à s'appuyer sur les données géophysiques électromagnétiques pour résoudre d'autres problèmes des eaux souterraines, tels que la détermination des meilleurs endroits pour injecter de l'eau pour contrer la subsidence du sol ou pour promouvoir des écosystèmes sains. « Comment profiter de toutes ces données qui sont maintenant disponibles, pour passer des capteurs aux solutions », a-t-elle déclaré. « C'est ce que je suis. »
Rosemary Knight est également un chercheur principal au Stanford Woods Institute for the Environment. Meredith Goebel, chercheur en sciences physiques de Stanford, est également co-auteur.
