Des satellites pour aider à gérer les nappes souterraines

Près de 97,5 % de l’eau sur Terre est salée et se trouve dans les océans. Seul 2,5 % est constitué d'eau douce, ce qui représente environ 35,2 millions de milliards de mètres cubes. Sur cette quantité, 68,7 % se trouve dans les glaciers, 30,1 % dans les nappes phréatiques, 0,8 % dans le permafrost et 0,4 % en surface et dans l'atmosphère.

Une équipe de recherche de la Nasa et du laboratoire Lawrence Berkeley, aux États-Unis, a étudié le bassin de Tulare en Californie, qui fait partie de la Central Valley. Cette dernière ne représente que 1 % des terres agricoles américaines, mais elle produit annuellement 40 % des fruits de table, des légumes et des noix du pays.

Une telle productivité n'est possible que parce que les agriculteurs augmentent les 12 à 25 centimètres de précipitations annuelles de la vallée par un pompage intensif des eaux souterraines. Les années de sécheresse, plus de 80 % de l'eau d'irrigation provient du sous-sol. D’où l’importance de distinguer les différents types d’aquifères pour gérer les ressources en eau.

Deux grandes familles d'aquifères

Un aquifère est une formation géologique poreuse ou fracturée, un réservoir, susceptible de contenir ou contenant une nappe d’eau souterraine. Laquelle peut se présenter sous forme libre ou captive.

Une nappe libre est une nappe d’eau souterraine dont le niveau supérieur peut varier sans être bloqué par une couche imperméable supérieure (illustration ci-dessous). Elle est généralement peu profonde (1 à 20 mètres) et est directement alimentée par les pluies, par infiltration. Elle possède des capacités de recharge rapide mais a l’inconvénient d’être sensible aux pollutions de surface.

A l’inverse, une nappe captive est surmontée par une formation peu perméable et qui se trouve sous pression. Ce type de nappe est difficilement rechargée car son bassin d'alimentation en surface est limité. Elles représentent une ressource en eau particulière, moins importante sur le long terme que les nappes phréatiques, mais souvent mieux protégée des pollutions.

Mesure des niveaux des sols par satellite

L’équipe, constituée de chercheurs du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et du laboratoire Lawrence Berkeley en Californie, a découvert que la clé de la distinction entre ces différentes nappes d'eau était liée aux schémas d'abaissement et d'élévation du niveau des sols :

Lorsque l'eau est pompée à partir d’une nappe captive, la couche d’argile qui la surmonte met un certain temps à se comprimer en réponse au poids de la masse terrestre qui s'enfonce par le haut. A l’inverse, le sol monte, ou descend, plus rapidement à proximité de nappes libres. D’où l’idée de combiner les données sur les pertes d'eau provenant des satellites U.S.-EuropeanGravity Recovery and Climate Experiment(GRACE) et GRACE Follow-Onavec des données sur les variations de niveaux du sol du satellite Sentinel-1 de l’Agence spatiale européenne, pour suivre l’évolution des différents types de nappes.

Les chercheurs ont ainsi développé un modèle numérique simple reproduisant les caractéristiques bassin de Tulare et capable de différencier les différents types de nappes. Ce dernier réagit de manière assez conforme aux événements météorologiques, comme les fortes pluies de l'hiver 2016-2017, ce qui devrait permettre de mieux évaluer à l’avenir les ressources en eau.

« Le nouveau modèle peut être réutilisé pour représenter d'autres régions agricoles où l'utilisation des eaux souterraines doit être mieux surveillée », explique Kim Kyra, post-doctorante et co-auteure de l’étude.

La résolution des mesures devrait même être augmentée, avec le lancement en 2023 de la mission NASA-ISRO (Indian Space Research Organisation) Synthetic Aperture Radar (NISAR).

Philippe Jeanneret avec le concours de la NASA

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