Des tempêtes record en 2023 ont rempli à ras bord les principaux réservoirs de Californie, apportant un certain soulagement à une sécheresse qui a duré plusieurs décennies, mais quelle quantité de cette pluie record s’est écoulée sous terre ?
Shujuan Mao de l’Université de Stanford et ses collègues ont utilisé une technique surprenante pour répondre à cette question pour la grande région métropolitaine de Los Angeles. Ils ont analysé les changements dans la vitesse des ondes sismiques traversant le bassin de Los Angeles, suivant ces changements dans l’espace et dans le temps entre janvier et octobre 2023.
Comme Mao l’a rapporté lors de la réunion de la Seismological Society of America (SSA) Assemblée annuelle 2024, leur étude a révélé que les niveaux des eaux souterraines se sont presque complètement rétablis à de très faibles profondeurs, à environ 50 mètres sous la surface. Cependant, seulement 25 % environ des eaux souterraines perdues au cours des deux dernières décennies ont été reconstituées à environ 300 mètres ou plus profondément, probablement parce qu’il est plus difficile pour les eaux pluviales de s’infiltrer dans les couches plus profondes de la terre.
« Cela signifie qu’une seule année de tempêtes épiques ne suffit pas à restaurer l’épuisement des eaux souterraines accumulé au cours des récentes sécheresses. Il faudra encore de nombreuses années humides pour que l’aquifère profond se rétablisse complètement », a déclaré Mao.
Les eaux souterraines représentent plus de 60 % de l’approvisionnement en eau utilisé en Californie en cas de sécheresse, a-t-elle noté.
Mao et ses collègues sont pionniers dans l’utilisation des données sismiques pour comprendre les niveaux des eaux souterraines dans le bassin de Los Angeles, en complément d’autres méthodes utilisées pour mesurer les niveaux des eaux souterraines. La méthode la plus traditionnelle consiste à creuser des puits, ce qui est coûteux et n’offre qu’une « mesure à l’échelle ponctuelle », a expliqué Mao. « Vous ne savez pas quel est le niveau entre deux puits, ou dans d’autres couches aquifères moins profondes ou plus profondes par rapport à votre puits. »
Plus récemment, les chercheurs ont utilisé des mesures satellitaires pour détecter de petits changements dans la déformation de la surface terrestre ou dans le champ de gravité, ce qui permet de déduire des changements dans le stockage des eaux souterraines au fil du temps et de la superficie. « Ces mesures de surface ne peuvent pas nous dire ce qui se passe à différentes profondeurs », a déclaré Mao, « mais c’est là que nous, sismologues, pouvons aider. »
Avec les données de 65 sismographes à large bande du réseau sismique de Californie du Sud, les chercheurs ont examiné les changements dans la vitesse de propagation des ondes sismiques. Les données qu’ils ont utilisées sont les vibrations sismiques « de fond » générées par les océans, les vents et l’activité humaine, et non les ondes sismiques associées aux tremblements de terre.
« Ces vibrations sismiques de fond sont continues, ce qui nous permet de mesurer et de surveiller les changements de vitesse sismique en continu », a déclaré Mao.
La vitesse des ondes sismiques varie en fonction de l’état mécanique des matériaux traversés par les ondes. Lorsque le niveau de la nappe phréatique augmente, la pression dans l’espace poreux entre les roches augmente et les ondes sismiques se propagent plus lentement à travers cette roche poreuse.
Les chercheurs ont constaté que leurs estimations du stockage des eaux souterraines calculées à partir du changement de vitesse sismique se comparaient bien aux mesures du stockage des eaux souterraines provenant de données de puits et de satellites.
Les chercheurs ont également constaté une reconstitution importante des aquifères dans la vallée de San Gabriel et dans le bassin Raymond, probablement en raison des écoulements de surface ou souterrains en provenance des montagnes de San Gabriel.
La combinaison d’un réseau sismique dense et d’une pénurie d’eau pressante a fait de Los Angeles « un endroit idéal pour montrer comment les données sismiques existantes peuvent contribuer à la surveillance, à la compréhension et à la gestion des aquifères souterrains », a déclaré Mao.
Les données sismiques seraient probablement intégrées à de nombreux types de mesures pour produire une image complète de la dynamique des eaux souterraines nécessaire à la gestion de cette précieuse ressource de manière durable et fondée sur les données, a-t-elle ajouté.
Mao, qui sera professeur adjoint à l’Université du Texas à Austin en août, a déclaré qu’elle appliquerait des techniques sismiques à Austin pour surveiller la façon dont les aquifères de cette région réagissent aux opérations de recharge artificielle.