Il y a 13 Grands Lacs cachés sous les États-Unis contigus, révèle une nouvelle carte

Il n’est pas facile de déterminer la quantité d’eau présente dans un paysage. Un maigre 1% de l’eau douce de la Terre se trouve à la surface, où elle peut être vue et mesurée avec une relative facilité. Mais en dessous, les mesures varient énormément en fonction de la profondeur de la nappe phréatique et de la porosité du sol que nous ne pouvons pas voir directement.

Reed Maxwellhydrologue à l’Université de Princeton, aime considérer les précipitations, la neige et les eaux de surface comme un compte courant utilisé pour les besoins de gestion de l’eau à court terme et eaux souterraines comme un compte d’épargne, où une somme plus importante devrait, idéalement, s’accumuler au fil du temps.

Mais une nouvelle carte des eaux souterraines par Maxwell et ses collègues propose l’estimation la plus haute résolution à ce jour de la quantité d’eau souterraine dans la région contiguë des États-Unis : environ 306 500 kilomètres cubes. C’est 13 fois le volume de tous les Grands Lacs au total, près de 7 fois la quantité d’eau déversée par toutes les rivières de la planète en un an. Cette estimation, réalisée à une résolution de 30 mètres, inclut toutes les eaux souterraines jusqu’à une profondeur de 392 mètres, la plus profonde pour laquelle des données de porosité fiables existent. Les estimations précédentes utilisant des contraintes similaires allaient de 159 000 à 570 000 kilomètres cubes.

« C’est définitivement un progrès par rapport à certains des efforts (de cartographie) précédents », a déclaré Grant Fergusonhydrogéologue à l’Université de la Saskatchewan qui n’a pas participé à la recherche. « Ils recherchent une résolution bien meilleure que celle que nous avons eue dans le passé et utilisent des techniques intéressantes. »

Eh bien, bien, bien

Les estimations antérieures de la quantité d’eau souterraine reposaient en grande partie sur des observations de puits.

« C’est ce qui est vraiment fou avec les eaux souterraines en général », a déclaré Laura Condonhydrologue à l’Université de l’Arizona et co-auteur de l’article. « Nous faisons des piqûres d’épingle dans le sous-sol, là où se trouve un puits, ils mesurent la profondeur de la nappe phréatique, et c’est avec cela que nous devons travailler. »

Mais tous les puits ne sont pas mesurés régulièrement. Pour des raisons évidentes, il y a généralement plus de puits dans les endroits où il y a plus d’eau souterraine, ce qui rend plus rares les données sur les zones où il y a moins d’eau souterraine. Et un puits ne représente qu’un point, alors que profondeur de la nappe phréatique peut varier considérablement sur de courtes distances.

Les chercheurs ont utilisé ces points de données, ainsi que leurs connaissances physiques de la façon dont l’eau s’écoule sous terre, pour modéliser la profondeur de la nappe phréatique à une résolution d’environ 1 kilomètre. Ils ont également utilisé des données satellitaires pour capturer les tendances à grande échelle du mouvement de l’eau. Mais ces données sont de résolution inférieure : les données de Mission Tellus GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) de la NASApar exemple, ont une résolution d’environ 300 kilomètres, soit environ 10 000 fois plus grossière que la nouvelle carte.

Pour démontrer la valeur des données à haute résolution, l’équipe a montré ce qui s’est passé lorsqu’elle a réduit la résolution de l’ensemble de sa carte de 30 mètres à 100 kilomètres – la résolution spatiale de nombreux modèles hydrologiques globaux. La carte résultante, plus pixellisée, estime un peu plus de 252 000 kilomètres cubes d’eau, soit une sous-estimation de 18 % par rapport à la nouvelle carte.

En plus d’identifier les quantités d’eau souterraine à haute résolution, la nouvelle carte révèle des informations plus nuancées sur les sources d’eau souterraine connues.

Par exemple, il montre qu’environ 40 % des terres de la région limitrophe des États-Unis ont une profondeur de nappe phréatique inférieure à 10 mètres. « Cette plage de 10 mètres est celle où vous pouvez avoir des interactions entre les eaux souterraines, les plantes et la surface du sol », a déclaré Condon. « Et cela montre vraiment à quel point ces systèmes sont connectés. »

Biais favorable au bien

Les nouveaux travaux ont utilisé des mesures directes de puits ainsi que des données satellitaires – environ un million de mesures effectuées entre 1895 et 2023 – ainsi que des cartes des précipitations, de la température, de la conductivité hydraulique, de la texture du sol, de l’altitude et de la distance des cours d’eau. Ensuite, les scientifiques ont utilisé les données pour former un modèle d’apprentissage automatique.

En plus de sa capacité à trier rapidement un grand nombre de points de données, Maxwell a souligné un autre avantage de l’approche d’apprentissage automatique qui peut sembler inattendu : son biais. Les premières estimations des eaux souterraines étaient relativement simplistes, ne tenant compte ni de l’hydrogéologie ni du fait que les humains pompent eux-mêmes l’eau du sol. L’approche d’apprentissage automatique de l’équipe a pu intégrer ces informations car des preuves du pompage des eaux souterraines étaient présentes dans les données utilisées pour la formation.

« Quand vous entendez tout le temps parler de préjugés dans l’apprentissage automatique, c’est généralement dans une connotation négative, n’est-ce pas ? » dit Maxwell. « En fin de compte, lorsqu’on ne peut pas démêler le signal du pompage des eaux souterraines et de l’épuisement des eaux souterraines à partir des près d’un million d’observations que nous avons utilisées pour former cette approche d’apprentissage automatique, elle a implicitement appris ce biais.… Elle a appris les signaux de pompage, elle a appris le signal d’épuisement humain. »

Maxwell et les autres chercheurs espèrent que la carte pourra constituer une ressource pour les décideurs régionaux en matière de gestion de l’eau, ainsi que pour les agriculteurs prenant des décisions en matière d’irrigation. Condon a ajouté qu’elle espère que cela sensibilisera aux eaux souterraines en général.

« Les eaux souterraines sont littéralement partout, à tout moment », a-t-elle déclaré. La carte est « remplie partout, où que vous soyez. À certains endroits, elle fait 300 mètres de profondeur, à d’autres, elle fait 1 mètre de profondeur. Mais où que vous soyez, creusez, et il y a de l’eau quelque part. »

Cet article a été initialement publié sur Eos.org. Lire le article original.

Anissa Chauvin

Je m'appelle Anissa, rédactrice passionnée au cœur battant pour Reveil Citoyen Media. Mon parcours, de la plume lycéenne aux salles de rédaction, est guidé par une curiosité insatiable et le désir ardent de révéler les vérités cachées. Chaque article que je rédige est une invitation à réfléchir, à questionner et, surtout, à agir pour un monde meilleur.