Le sol de la vallée centrale aride de la Californie s’enfonce alors que le pompage des eaux souterraines pour l’agriculture et l’eau potable épuise les aquifères. Une nouvelle étude de télédétection de l’Université de Stanford montre que l’affaissement des terres – ou l’affaissement – se poursuivra probablement pendant des décennies, voire des siècles, si les niveaux d’eau souterraine cessent simplement de baisser. Pour arrêter le naufrage, les niveaux d’eau devront monter.
« Si vous ne faites pas remonter ces niveaux d’eau, alors la terre va couler, potentiellement des dizaines de centimètres par an, pendant des décennies. Mais s’ils augmentent, vous pouvez être récompensé très rapidement. Vous vous améliorez presque immédiatement la situation », a déclaré Matthew Lees, titulaire d’un doctorat en géophysique. étudiant et auteur principal de l’étude, qui paraît le 2 juin dans Recherche sur les ressources en eau.
La recherche intervient au milieu d’une sécheresse qui s’aggrave dans un état où le changement climatique fait pencher la balance vers des conditions chaudes avec plus de précipitations extrêmes. Les quatre premiers mois de 2022 ont marqué le début d’année le plus sec de la Californie depuis 1895. Les niveaux des réservoirs sont si bas que, pour une deuxième année consécutive, de nombreux districts d’irrigation sont sur le point de ne recevoir aucune de leurs allocations habituelles d’eau du Central Valley Project , le réseau de réservoirs et de canaux géré par le gouvernement fédéral qui achemine l’eau vers quelque 3 millions d’acres de terres agricoles.
« Il est urgent de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux contrôlant le lien entre les niveaux d’eau et la déformation de la surface du sol », a déclaré Rosemary Knight, auteur principal de l’étude et professeur de géophysique à la Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth ) et chercheur principal au Stanford Woods Institute for the Environment.
Gestion durable
Historiquement, la diminution des approvisionnements en eau de surface a conduit les agriculteurs à dépendre fortement des eaux souterraines pour l’irrigation dans la vallée centrale. Cette région produit environ un quart de la nourriture du pays et détient maintenant la plupart des 21 bassins d’eau souterraine désignés comme étant en situation de surexploitation critique en vertu de la loi californienne de 2014 sur la gestion durable des eaux souterraines, ou SGMA.
La loi oblige les agences locales de l’eau à équilibrer les prélèvements et les dépôts des bassins d’eau souterraine d’ici 2040. En vertu de la SGMA, les agences sont également tenues d’élaborer des plans pour surveiller et traiter l’affaissement des terres, qui peut endommager les infrastructures et a déjà réduit la capacité de charge des aqueducs critiques et canaux.
« Cette surface solide et apparemment immobile sur laquelle nous vivons est en fait un objet dynamique et en mouvement qui change constamment. Ces changements interagissent avec nos vies bien plus que la plupart d’entre nous ne le réalisent », a déclaré Lees. « Ce problème d’affaissement en est un exemple incroyable. »
La première série de plans de gestion durable, soumis au cours de l’année écoulée, a dans plusieurs cas échoué dans la gestion de l’affaissement. Le ministère californien des ressources en eau a donné aux agences jusqu’en juillet 2022 pour remédier à des lacunes telles que le manque d’informations sur les infrastructures potentiellement à risque en raison de l’affaissement des terres, des preuves insuffisantes pour démontrer la corrélation entre les niveaux des eaux souterraines et l’affaissement des terres, et des informations historiques insuffisantes sur l’affaissement des terres.
« La modélisation effectuée dans cette étude, si elle était effectuée dans des zones de l’ensemble de l’État, fournirait la base scientifique nécessaire pour éclairer la gestion durable. Une gamme d’actions possibles pour atténuer l’affaissement pourrait être rigoureusement évaluée », a déclaré Knight, qui est le George L Professeur Harrington à Stanford Earth.
Empêcher un futur naufrage
La nouvelle recherche simule 65 ans d’affaissement près de la ville de Hanford dans la vallée de San Joaquin, qui constitue à peu près la moitié sud de la vaste vallée centrale. S’appuyant sur des recherches publiées en 2019 par Knight et Ryan Smith, Ph.D. ’18, la simulation combine des données d’affaissement par satellite, des journaux de puits privés et des mesures du niveau d’eau remontant aux années 1950 pour créer un modèle physique du sous-sol de la région, y compris des couches de sédiments à gros grains et d’argiles qui se compactent comme un pressé- éponge à mesure que les niveaux d’eau baissent.
Les agences locales de l’eau et les districts de conservation ont fourni des journaux de puits et des mesures du niveau d’eau et ont aidé à identifier les questions de recherche pour une future gestion durable. Les gestionnaires locaux, avec des années d’expérience dans l’observation de la montée et de la baisse des niveaux d’eau dans la zone d’étude pendant les périodes humides et sèches, ont également aidé les scientifiques à repérer les erreurs de données dans les premières itérations du modèle. « Des partenariats avec des personnes dans les agences locales ont rendu cette étude possible », a déclaré Knight. « Les données qu’ils ont fournies et leur connaissance du système étaient essentielles. »
Conformément à la modélisation et aux observations faites dans la moitié ouest plus étroitement surveillée de la vallée de San Joaquin dans les années 1970, les résultats suggèrent que les argiles épaisses dans toute la vallée continueront à se compacter pendant des décennies, voire des siècles, après la stabilisation des niveaux d’eau dans les aquifères de la région. « Il s’agit d’une observation importante », écrivent les auteurs, car les plans de gestion durable soumis pour la zone étudiée supposent que les niveaux d’eau stabilisés à des creux récents seront suffisants pour empêcher de futurs naufrages. « Cette hypothèse est fausse », a déclaré Knight. L’affaissement de la terre ne ralentira que si les dépôts dans les bassins d’eau souterraine – provenant des précipitations et du ruissellement ou des projets de recharge des aquifères gérés – commencent à dépasser les prélèvements.
La nouvelle modélisation montre également que le compactage dans la couche la plus profonde du système d’eau souterraine a représenté plus de 90 % de l’affaissement dans la zone d’étude au cours des 20 dernières années. « Si votre seule préoccupation est l’affaissement des terres, alors vous feriez bien mieux de pomper votre eau de la zone peu profonde que de la zone profonde », a déclaré Lees.
Bien que l’étude se concentre sur une zone relativement petite, les auteurs affirment que les résultats sont probablement représentatifs des régions d’affaissement de la vallée de San Joaquin, et que la méthodologie peut être appliquée pour comprendre l’affaissement dans des systèmes aquifères similaires dans le monde.
Matthew Lees et al, Développement et application d’un modèle de compactage 1D pour comprendre 65 ans d’affaissement dans la vallée de San Joaquin, Recherche sur les ressources en eau (2022). DOI : 10.1029/2021WR031390