L’Aqueduc de Californie déplace l’eau du Nord plus humide de l’état vers le sud plus sec. Mais il ne peut pas transporter assez d’eau pour empêcher le surpumping des eaux souterraines.,
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La Vallée centrale de la Californie—l’une des régions agricoles les plus riches du monde—s’enfonce. Lors d’une récente sécheresse intense, de 2012 à 2016, certaines parties de la vallée ont coulé jusqu’à 60 centimètres par an. ” Ce n’est pas comme un tremblement de terre; cela n’arrive pas, boom », explique Claudia Faunt, hydrologue à L’U. S. Geological Survey. Mais c’est la preuve d’une catastrophe au ralenti, le résultat de la soif insatiable de la région pour les eaux souterraines.,
Depuis des décennies, les agriculteurs pompent sans relâche les eaux souterraines pour irriguer leurs cultures, drainant d’épaisses couches d’argile aqueuses profondément souterraines. À mesure que les argiles se compriment, les routes, les ponts et les canaux d’irrigation se sont fissurés, causant des dommages importants et coûteux. En 2014, lorsque des scientifiques de la NASA ont survolé l’Aqueduc de Californie, un élément essentiel de l’infrastructure de l’eau, ils ont constaté qu’une section avait plongé de 20 centimètres sur 4 mois., Un tel affaissement peut laisser les canaux transporter moins d’eau—une « ironie ultime”, explique Graham Fogg, hydrogéologue à L’Université de Californie (UC), Davis, car ils ont été construits en partie pour ralentir la demande d’eaux souterraines. Un pompage excessif compromet également la qualité de l’eau, car les polluants s’accumulent dans les eaux souterraines et les argiles libèrent de l’arsenic. Pire encore, le pompage persistant signifie qu’un jour, les aquifères pourraient manquer d’eau utilisable. ” Si vous pompez trop fort, dit Fogg, vous jouez avec le feu. »
maintenant, la Californie a lancé un effort historique pour sauver ses eaux souterraines., En 2014, en pleine sécheresse, l’État a adopté une loi pour protéger ses aquifères; depuis lors, les gestionnaires locaux de l’eau ont élaboré des plans de durabilité pour ceux jugés les plus menacés. Les plans pour certaines régions particulièrement durement touchées, qui viennent d’être publiés pour consultation publique, appellent à mettre fin au déficit des eaux souterraines principalement en permettant aux précipitations de remplir les aquifères, mais aussi en réduisant la demande. L’État finance des scientifiques pour recueillir de meilleures données sur la crise; les chercheurs estiment que dans la vallée centrale, la moitié des aquifères sont dangereusement épuisés, mais ils ne connaissent pas l’étendue des dégâts., Pendant ce temps, les géologues travaillent à identifier les meilleurs endroits pour reconstituer les aquifères en inondant les champs agricoles, y compris certains avec une géologie particulièrement perméable.
La science des eaux souterraines prend une nouvelle urgence alors que la Californie et d’autres régions du monde font face à des menaces croissantes liées à la sécheresse—et forent de plus en plus de puits pour compenser la pluie et la neige manquantes. À l’échelle mondiale, les aquifères sont « fortement stressés” dans 17 pays qui détiennent un quart de la population mondiale, selon le World Resources Institute. L’approvisionnement en eau et en nourriture de milliards de personnes est menacé.,
la Californie est une étude de cas sur les défis de la protection de ces ressources. Les intérêts agricoles, qui utilisent le plus les eaux souterraines, résistent souvent à la limitation des retraits, tandis que les écologistes exigent que plus d’eau soit restituée aux rivières et au delta Sacramento-San Joaquin; le premier procès contestant les plans de durabilité de la Californie a été déposé le mois dernier. La demande pour les eaux souterraines augmente là où les fermes se sont développées dans des zones avec peu d’eau de surface. À travers l’état, le changement climatique rend les précipitations moins fiables., ” Beaucoup de gens se tournent vers la Californie pour voir comment la loi se déroule », explique Ellen Hanak du Public Policy Institute of California (PPIC). L’espoir, ajoute-t-elle, est « il y a tellement d’innovation locale en Californie qu’elle peut être un modèle pour les gens d’ailleurs. »
la Californie a autrefois servi de modèle mondial pour un autre type d’innovation: les projets d’eau massifs. Los Angeles et d’autres villes réclamaient plus d’eau que ce qu’elles pouvaient obtenir localement., La vallée de San Joaquin, dans la vallée centrale du Sud, la zone agricole la plus grande et la plus lucrative de l’État, avait un sol fertile et beaucoup de soleil, mais jamais assez d’eau. Les agriculteurs devaient se contenter de ce que la nature fournissait—et de ce qu’ils pouvaient pomper du sol.
dans les années 1930, le gouvernement fédéral a commencé à construire un réseau de barrages, de pipelines et de canaux qui transportaient l’eau du Nord plus humide de l’état vers les fermes de son sud semi-aride. Les projets locaux ont envoyé de l’eau dans les centres urbains. Avec les robinets allumés, les fermes et les villes de Californie ont prospéré.,
Mais l’eau importée n’a pas soulagé la pression sur les eaux souterraines pendant longtemps. Grâce à l’électrification rurale, plus d’agriculteurs pouvaient pomper autant qu’ils le souhaitaient. Il n’y avait pas de règlements, pas de limites. Et les pompes sont devenues de plus en plus puissantes, avec les meilleures capables d’avaler jusqu’à 5000 litres par minute des aquifères. Maintenant, dans une année humide, environ 40% de l’eau utilisée dans l’état sort du sol; pendant une sécheresse, la proportion gonfle à 60%. Dans certaines zones agricoles, la dépendance est encore plus grande pendant les années sèches (voir carte).,
California drying
Les satellites GRACE DE LA NASA détectent l’attraction gravitationnelle des masses d’eau dans les aquifères, les réservoirs et le manteau neigeux. En 2014, les données de GRACE montrant la perte d’eau (ci-dessous, le Rouge indique la perte) ont contribué à dramatiser le drainage des aquifères et à galvaniser les législateurs des États pour protéger les eaux souterraines.,2bf »>
Les taux d’extraction des eaux souterraines ne sont pas durables dans de nombreuses régions de l’état, dit Jay Famiglietti, hydrologue à L’Université de la Saskatchewan. Pendant les années humides, suffisamment d’eau provenant de la pluie et des ruisseaux jaillissants s’enfonce dans le sol pour remplir partiellement les aquifères, dit-il, mais les niveaux peuvent baisser encore plus bas lors de la prochaine sécheresse. ” C’est comme une balle de tennis qui rebondit dans les escaliers, elle va juste dans une direction », explique Famiglietti.,
la tendance est devenue particulièrement inquiétante pendant la sécheresse de 2012-2016. Dans la vallée de San Joaquin, des puits d’irrigation profonds ont abaissé le niveau des eaux souterraines—déjà à 250 mètres sous la surface par endroits—la mettant hors de portée des puits moins profonds qui fournissaient de l’eau potable à des milliers de personnes. Ailleurs, les groupes environnementaux craignaient que les sources, les ruisseaux et les rivières ne s’assèchent à mesure que le niveau des eaux souterraines diminuerait.
en réponse, les législateurs des États ont présenté des propositions pour réglementer les prélèvements d’eau souterraine. Les groupes agricoles, qui s’inquiétaient de la baisse de la valeur des terres, s’opposaient farouchement à ces projets de loi., Mais la poussée a pris de l’ampleur à partir de nouvelles images radar par satellite qui représentaient de manière spectaculaire les problèmes d’affaissement de l’état. ” Les images ont vraiment attiré l’attention sur un système déséquilibré », explique Rosemary Knight, géophysicienne à L’Université de Stanford.
Les législateurs ont également été alarmés par les images de perte d’eau (ci-dessus) de Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) DE LA NASA, qui étudie la surface et les eaux souterraines en mesurant la façon dont ses remorqueurs de masse sur une paire de satellites., Les mesures de GRACE, combinées à d’autres données, ont indiqué qu’en 2010, les aquifères de la Vallée Centrale contenaient 20 kilomètres cubes d’eau de moins qu’en 2003.
la Loi sur la gestion durable des eaux souterraines, entrée en vigueur en septembre 2014, était « une étape incroyable” pour un État qui avait longtemps résisté à la réglementation des eaux souterraines, a déclaré Famiglietti. Mais il suffit que les quelque 260 agences californiennes de durabilité des eaux souterraines (de nouvelles organisations créées en vertu de la loi, souvent composées de districts locaux de l’eau) stabilisent, et non augmentent, les niveaux des eaux souterraines., Et il permet d’augmenter le pompage si nécessaire pendant la sécheresse, tant qu’il n’y a pas de problèmes majeurs. Pourtant, la loi a forcé une refonte à l « échelle de l » état des politiques d » eaux souterraines. En janvier, les nouvelles agences dans 21 bassins jugés à découvert Critique ont dû soumettre des plans pour atteindre la « durabilité” des eaux souterraines dans les années 20. (Autres organismes doivent soumettre leurs plans d’ici 2022.)
la poussée pour développer les plans a, par endroits, révélé un manque étonnant de données., De nombreux districts, par exemple, ne savent pas combien d’eau est retirée du sol parce que la Californie n’exige pas que toutes les pompes aient des compteurs. (Les règles locales ou les ordonnances des tribunaux exigent des compteurs dans certains bassins pour aider à résoudre les différends. En l’absence de données solides, les chercheurs ont pendant des années estimé les flux en examinant les enregistrements d’électricité—les pompes d’eau souterraine sont des porcs énergétiques—et en cartographiant l’étendue et les types de cultures irriguées. Des informations sur l’affaissement sont également utiles. ” C’est assez incroyable », explique L’hydrogéologue Andrew Fisher de L’UC Santa Cruz., « Nous sommes maintenant dans une position de ne pas savoir ce que sont beaucoup de grands débits d’eau souterraine ou comment ils varient. »
réduire la pression sur les eaux souterraines n’est ni facile ni rapide. Une tactique évidente consiste à réduire la demande. Certaines parties de la Californie ont réduit leur dépendance à l’eau souterraine en encourageant l’efficacité et en imposant des exigences telles que des pommes de douche et des toilettes économes en eau. La plantation de cultures économes en eau aide-les raisins et les jeunes amandiers utilisent beaucoup moins d’eau que la luzerne, par exemple. Il en va de même pour laisser les champs en jachère, une stratégie utilisée par les agriculteurs pour faire face aux sécheresses passées.,
mais pour certaines parties de la Californie, de telles mesures ne sont pas pratiques, en partie à cause d’une expansion massive de vignobles et de vergers rentables—la superficie de noix a augmenté de 85% entre 2008 et 2018. Les bosquets et les vignobles ne peuvent pas être mis en jachère comme les autres champs, bien qu’ils puissent survivre avec moins d’eau que la normale. Et les agriculteurs sont réticents à les arracher, car ils sont coûteux à planter, peuvent prendre des années à mûrir et ont une durée de vie relativement longue.,
la puissance des pompes ont mis à l’épreuve certains aquifères. La baisse des niveaux des eaux souterraines a causé des problèmes et conduit à des appels en faveur d’une meilleure gestion.
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pourtant, les chercheurs disent que la protection véritable des eaux souterraines en Californie nécessitera des réductions dans l’agriculture, qui représente en moyenne environ 80% de la consommation commerciale et résidentielle., Pour stabiliser les eaux souterraines dans la vallée de San Joaquin, les agriculteurs devront probablement réduire les terres cultivées irriguées de plus de 200 000 hectares, soit 10%, selon un rapport 2019 du PPIC. Sans surprise, de telles perspectives inquiètent les agriculteurs à travers l’état, dit Chris Scheuring, un avocat de l’eau à la California Farm Bureau Federation. « Nous espérons absolument des résultats atténués qui nous mèneront à une gestion durable sans causer beaucoup de douleur. »
pour ralentir le taux d’épuisement avec moins de douleur, quelques districts comptent sur des méthodes éprouvées pour recharger les aquifères., Pendant des décennies, certains districts d’eau ont rempli des étangs dédiés pendant les années humides de sorte que l’eau percole dans le sol. D’autres inondent les champs agricoles lorsque l’eau est abondante. Les vignobles peuvent tolérer les inondations printanières et certaines cultures, comme la luzerne, résistent bien à l’irrigation par inondation. La construction de ponceaux et de bermes pour déplacer et retenir l’eau peut toutefois coûter cher. Dans les zones urbaines, où les terres sont rares ou où les couches supérieures de sédiments ou de roches ne sont pas très perméables, les responsables pompent de l’eau dans le sol au lieu de l’enlever.,
pour développer de telles pratiques, les chercheurs ont recherché des zones propices à la recharge, en fonction de facteurs tels que le type de sol, l’utilisation des terres et la géologie de l’aquifère. Une équipe de L’UC Davis a identifié 1,5 million d’hectares prometteurs en examinant les données existantes, ont-ils rapporté dans California Agriculture en 2015. Certains des meilleurs endroits sont des vallées, maintenant enfouies, qui existaient autrefois dans la vallée centrale et ont été remplies de sédiments grossiers pendant la dernière période glaciaire. Ces points doux peuvent être en mesure de drainer 60 fois plus d’eau que les sites moyens, dit Fogg., Les chercheurs ont découvert seulement trois de ces vallées enfouies, mais Fogg dit que beaucoup d’autres doivent exister étant donné l’histoire géologique de la région.
Knight utilise des techniques géophysiques pour trouver des zones de recharge aussi prometteuses. Un instrument monté sur hélicoptère envoie des signaux électromagnétiques dans le sol, mesurant les propriétés électriques des sédiments enfouis pour créer des cartes 3D de formations géologiques qui sont jusqu’à 300 mètres de profondeur. Après cela, des appareils plus petits peuvent être remorqués à travers des champs ou des vergers pour obtenir des images de plus haute résolution., Les cartes peuvent aider les gestionnaires à identifier les zones où l’eau s’imprégnera rapidement—en évitant les poncifs qui peuvent entraîner des maladies des cultures ou saper les arbres.
Les cartes montrent également où l’eau est la plus susceptible d’atteindre les couches profondes où le pompage provoque un affaissement. « Le niveau de complexité que nous capturons est incroyable,” Chevalier, dit. L’agence californienne des ressources en eau a récemment engagé 12 millions de dollars pour utiliser le système monté sur hélicoptère dans les bassins d’eau souterraine de tout l’état.
la restauration des eaux souterraines pourrait devenir encore plus importante en raison du changement climatique., L’État a longtemps compté sur la neige abondante des montagnes pour fournir une source fiable d’eau de surface toute l’année. Ses nombreux réservoirs ont été conçus pour se remplir avec la fonte des neiges en juillet, puis libérer l’eau pour satisfaire la demande maximale pendant l’été chaud. Mais en raison d’une tendance au réchauffement, le manteau neigeux annuel devient déjà plus mince et fond plus tôt. Et les climatologues prédisent que de plus en plus de précipitations en Californie tomberont sous forme de pluie, plutôt que de neige dans les montagnes., Tout cela signifie que les réservoirs se rempliront plus tôt et que l’eau devra être libérée plus tôt au printemps, avant qu’elle ne soit nécessaire. En été, les agriculteurs devraient probablement compter encore plus sur les eaux souterraines.
pour s’adapter à cet avenir, les responsables réfléchissent à un nouvel arrangement selon lequel les exploitants de barrages libéreraient de l’eau avant les tempêtes de pluie. Cela ferait de la place pour les eaux pluviales, et le rejet permettrait aux sites en aval d’en mettre plus dans le sol. L’idée semble simple, mais implique des changements importants dans les réglementations, les opérations et, dans certains cas, l’infrastructure, dit Fogg., Pourtant, plusieurs projets pilotes sont en cours. Dans le bassin versant de L’American River, une agence de contrôle des inondations souhaite moderniser certains réservoirs supérieurs. Si la stratégie est mise en œuvre là-bas et dans un bassin riverain adjacent De La Sierra Nevada, Fogg et ses collègues estiment qu’environ un tiers d’un kilomètre Cube d’eau pourrait être stocké sous terre chaque année. C’est 10% à 25% du déficit annuel dans tout l’état, dit Fogg.,
lorsque la sécheresse a vidé des réservoirs, tels que le lac Cachuma près de Santa Barbara, en Californie, en 2015, les eaux souterraines peuvent devenir une source d’eau encore plus importante.
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L’eau de Recharge provenant des réservoirs de montagne est souvent de haute qualité., Mais une autre source, le ruissellement des eaux pluviales des paysages urbains ou gérés, pourrait poser un problème: empêcher les contaminants—y compris les engrais agricoles—de s’infiltrer dans les eaux souterraines. Fisher a étudié des moyens d’éliminer certains contaminants en ajoutant de la biomatière comme du paillis de bois et des coquilles d’amandes au sol sur les sites de recharge. Son équipe a constaté que les matériaux peuvent favoriser la croissance de microbes qui éliminent le nitrate, un polluant commun., ” Si nous voulons mettre des centaines de milliers ou des millions d’acres d’eau dans le sol chaque année, nous devrions saisir toutes les occasions de rendre cette eau plus propre sur le chemin », dit Fisher.
la Recharge n’est pas la solution complète. Dans la vallée de San Joaquin, les scientifiques estiment que la recharge à elle seule peut éliminer, au mieux, seulement 25% du déficit en eaux souterraines—en partie parce qu’il y a si peu d’eau de surface pour commencer dans la région., Ainsi, toute économie supplémentaire devra probablement provenir de la réduction du pompage, avec ses défis politiques, ainsi que du transfert de l’eau vers les terres cultivées les plus productives tout en laissant d’autres non cultivées. Cela nécessitera de nouveaux canaux et d’autres infrastructures, ainsi qu’un nouveau niveau de coordination. À travers l’État, plusieurs entités gouvernementales et privées devront travailler ensemble sur la gestion de l’offre et de la demande à l’échelle de bassins entiers, afin de minimiser le coût économique de l’utilisation de moins d’eau., « Il doit y avoir de l’innovation politique ou financière pour amener les gens à s’éloigner de ce mythe selon lequel nous avons toujours un approvisionnement illimité en eaux souterraines et que nous n’allons jamais toucher le fond”, dit Famiglietti.
Bridget Scanlon, hydrologue à L’Université du Texas, Austin, est optimiste quant à l’innovation. « La Californie a des opportunités d’évoluer vers une gestion plus durable, et je pense qu’elles le sont”, dit-elle. Fogg est plein d’espoir, aussi, mais ajoute une note prudente. ” La civilisation n’a jamais réussi à contrôler la demande en eau », note-t-il.,
heureusement, les récents hivers Californiens ont fourni suffisamment de précipitations pour permettre aux aquifères de se rétablir un peu. L’état peut ne pas savoir s’il a tiré les leçons de la dernière sécheresse avant la prochaine.