Comment la cartographie des eaux souterraines pourrait changer la donne pour la Californie
Au cours des 11 premiers jours de 2017, la sécheresse de six ans en Californie s’est terminée par un déluge. Pendant cette période, l’État a vu un quart de ses précipitations annuelles moyennes. Des chutes de neige record ont fermé les stations de ski. À San Jose, les gens ont évacué leurs maisons dans des bateaux. Les réservoirs de l’État ne pouvaient pas le contenir ; l’eau a jailli par les déversoirs et vers l’océan Pacifique.
Mais le soulagement était temporaire. L’année suivante, la Californie retomba rapidement dans la sécheresse.
Cette histoire d’extrêmes est la nouvelle normalité de la Californie, déclare Graham Fogg, hydrogéologue à l’Université de Californie à Davis. Pour survivre à cet avenir au changement climatique, l’État doit capturer ces torrents – et les outils pour le faire sont juste sous nos pieds. En Californie, cachés sous le sol se trouvent des aquifères qui ont la capacité de stocker environ 1,3 milliard d’acres-pieds d’eau, soit 26 fois tous les réservoirs de l’État réunis. Tout ce que la Californie doit faire est de guider les inondations causées par les pluies torrentielles dans le sol, plutôt que vers la mer. « Si nous ne captons que les 5 à 10 % supérieurs des débits de crue, cela représente suffisamment d’eau pour compenser la perte d’eau due au changement climatique », déclare Fogg.
Voici le problème : nous ne savons pas où construire cette infrastructure. Parce que nous ne pouvons pas voir les eaux souterraines, notre compréhension de celles-ci (où elles se trouvent, dans quelle direction elles coulent et comment elles se connectent à la surface) est limitée. « Ça a été hors de vue, loin de l’esprit », dit Fogg.
Cela commence à changer. En 2021, le département des ressources en eau de Californie a entamé une collaboration ambitieuse avec une équipe de scientifiques pour cartographier le réseau complexe d’eaux souterraines de l’État. Le projet fournira les données que les municipalités locales pourront utiliser pour commencer à maîtriser les inondations lorsqu’elles se produiront.
Un jour de fin de printemps, un hélicoptère a traîné un énorme cerceau métallique au-dessus de Redding, en Californie. C’était la dernière escale d’une série de vols d’un an à travers la Californie rurale, de Ventura au comté de Siskiyou. Le cerceau, qui génère un courant électrique, a envoyé des ondes électromagnétiques dans la terre en dessous, générant une sorte d’appel et de réponse électromagnétique. Lorsqu’il est touché par ces ondes, le matériau sous la surface du sol réagit en créant son propre courant électrique unique et l’onde électromagnétique correspondante. Cette réponse, qu’un appareil à l’intérieur de l’hélicoptère reçoit et enregistre, raconte une histoire sur le matériau qui l’a générée : « Tout comme vous obtiendriez un instantané de votre corps avec une IRM », explique Ian Gottschalk, hydrogéophysicien à la société de génie civil Ramboll. L’eau douce génère un signal différent de l’eau salée, dit-il, et l’argile génère un signal différent du gravier.
Un hélicoptère montre comment un levé souterrain AEM est effectué. | Photo publiée avec l’aimable autorisation d’Andrew Innerarity / Département des ressources en eau de Californie
La composition du sol sous nos pieds affecte la quantité d’eau contenue dans le sous-sol et la facilité avec laquelle l’eau s’infiltre dans les sédiments. Les aquifères souterrains ne sont pas des cavités géantes sous le sol. Ils ressemblent davantage à des éponges, constituées d’un mélange grossier de matériaux, tels que du limon, du gravier, de l’argile et du sable. L’eau se précipite à travers les interstices entre le gravier et s’écoule lentement à travers l’argile. La vitesse à laquelle l’eau se déplace à travers ces matériaux varie d’un facteur d’un million, dit Fogg : « De mètres par jour à des centimètres par an. » En nous renseignant sur la composition de la terre, les données de ces levés, appelés levés électromagnétiques aériens, ou AEM, nous indiquent également où l’on peut « recharger » les aquifères le plus rapidement lors d’un orage.
La Californie a déjà investi des millions dans la recharge des eaux souterraines et des projets sont déjà en cours dans tout l’État. Sur le littoral du comté d’Orange, de la machinerie lourde injecte de l’eau directement dans le sol. Dans tout le comté de Los Angeles, des zones humides artificielles appelées « bassins d’épandage » infiltrent l’eau dans la nappe phréatique. Mais une stratégie appelée Flood-MAR est ce qui enthousiasme le plus Don Cameron, un agriculteur qui cultive 5 500 acres près de Fresno.
Cameron a d’abord remarqué la baisse de la nappe phréatique sous sa terre il y a plus de trois décennies. Ses moteurs de puits ont travaillé de plus en plus fort pour pomper la même quantité d’eau. Ainsi, en 2011, Cameron a proposé ce qui était alors une toute nouvelle idée : il inonderait ses raisins de cuve. Pour ce faire, Cameron a installé un réseau de pompes et de canaux qui poussent l’eau de la rivière Kings, qui jouxte sa terre, vers ses champs. Des berges surélevées appelées bermes retiennent l’eau en place. « À une certaine époque, tout cela n’était qu’une plaine inondable », dit Cameron. « Nous sommes essentiellement en train de le reconnecter. »
Lorsque Cameron a demandé pour la première fois une subvention pour tester l’idée, les chercheurs qu’il a consultés ont averti qu’un vignoble inondé tuerait les plantes. Mais comme Cameron l’a vu, ses raisins boiraient une partie de l’eau; les inondations réduiraient les mauvaises herbes et réduiraient le besoin d’herbicides ; et une partie de cette eau s’écoulerait dans les aquifères en dessous. Gagnant-gagnant.
Le plan a fonctionné. En août, Cameron a cueilli une récolte de raisins de cuve parfaits et la nappe phréatique avait augmenté de 40 pieds.
Ces jours-ci, Cameron est connu comme le « père de l’inondation-MAR ». (Ce à quoi Cameron dit : « Je suis trop vieux ; vous pouvez m’appeler le grand-père. ») La pratique, qui se réfère spécifiquement à l’inondation des champs agricoles, est bien connue dans toute la communauté agricole de Californie et gagne lentement en reconnaissance dans d’autres États qui dépendent fortement des eaux souterraines, comme le Texas. En vertu de la loi californienne de 2014 sur la gestion durable des eaux souterraines (SGMA), des coalitions locales de parties prenantes, appelées Groundwater Sustainability Associations (GSA), étaient tenues de soumettre à l’État des plans étape par étape pour s’assurer qu’ils n’épuisent pas davantage les eaux souterraines dans leur région. La plupart de ces plans impliquaient Flood-MAR, explique Yan Tang, professeur de gouvernance et de politique publique à l’Université de Californie du Sud. Mais lors de l’élaboration de leurs plans de durabilité, les GSA n’ont pas tenu compte de la géologie de leurs aquifères. « C’est là qu’intervient l’enquête AEM », déclare Tang. « Vous avez besoin d’informations pour élaborer un plan de développement durable raisonnable. »
Cameron a eu de la chance, côté terrain. Sa ferme est séparée de l’aquifère sous-jacent par une couche relativement perméable de sable, de limon et de gravier. Si son vignoble se trouvait au-dessus d’une argile dense, l’eau utilisée pour l’inonder pourrait rester à la surface, s’évaporant sous le soleil brûlant ou causant des dommages à ses plantes. D’autres sont encore plus chanceux – Fogg est optimiste que les levés AEM découvriront des formations souterraines appelées paléovallées : des zones où le sous-sol est caractérisé par un matériau inhabituellement grossier, idéal pour la recharge des eaux souterraines. « Trouver une paléovallée, c’est un peu comme trouver l’artère pour une injection intraveineuse », explique Fogg.
Les experts n’ont pas encore commencé à analyser ou à mettre en œuvre les données AEM. Une fois qu’ils l’ont fait, explique Ajay Goyal, ingénieur au Département des ressources en eau de Californie, les données de ces enquêtes pourraient aider les GSA à identifier les terres idéales pour la recharge et à les zoner en conséquence. Les terres qui autrement pourraient être exploitées pour le gravier pourraient plutôt être préservées comme point d’accès aux aquifères en dessous. Les agences d’État pourraient également utiliser les données pour identifier les agriculteurs qui cultivent sur des zones de recharge appropriées, explique Kamyar Guivetchi, également ingénieur civil au Département californien des ressources en eau, et les payer pour mettre en œuvre l’inondation-MAR.
Le Flood-MAR, et la recharge des eaux souterraines en général, sont populaires parmi les agriculteurs – si populaires que Guivetchi et Fogg prévoient la construction éventuelle d’infrastructures supplémentaires pour canaliser les eaux de crue excédentaires des parties plus humides du nord de la Californie vers les parties arides du sud de l’État. « Les agriculteurs reconnaissent qu’au cours des prochaines décennies, certaines fermes pourraient ne pas être en mesure de cultiver autant qu’elles le font actuellement en raison du faible approvisionnement en eau souterraine », déclare Guivetchi.
Mais d’abord, les données. Vous ne pouvez pas gérer ce que vous ne pouvez pas voir, dit Gottschalk. « Sinon, nous prenons plus ou moins des photos dans le noir. »
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