Depuis des décennies, un problème coûteux s'aggrave sous la vallée de San Joaquin en Californie : les terres s'enfoncent, entraînées par le pompage excessif chronique des eaux souterraines.
À mesure que les puits agricoles ont drainé l'eau des aquifères, les couches d'argile souterraines se sont compactées et la surface du sol s'est affaissée autant que dans certaines régions.
De nouvelles recherches montrent désormais que de grandes parties de la vallée de San Joaquin ont coulé à un rythme record depuis 2006.
« Jamais auparavant cela n'a été aussi rapide et sur une période aussi longue », a déclaré Matthew Lees, l'auteur principal de l'étude.
L'étude menée par des chercheurs de l'Université de Stanford est la première à quantifier l'ampleur de l'affaissement des terres dans la vallée de San Joaquin, l'une des principales régions agricoles du monde, au cours des deux dernières décennies. L'effondrement du sol a endommagé des canaux, des puits et d'autres infrastructures, nécessitant des réparations qui, dans certaines zones, sont désormais en difficulté.
En vertu de la loi californienne sur les eaux souterraines, les agences locales sont chargées de lutter contre le problème alors qu'elles travaillent sur des plans visant à limiter le pompage et d'ici 2040.
Les mesures satellitaires ont suivi les changements de la surface du sol au cours d'une grande partie des deux dernières décennies, mais il existe des lacunes dans les données de 2011 à 2015. Les chercheurs ont utilisé les données des stations GPS pour documenter le déclin des terres au cours de ces années, ce qui leur a permis de détailler les affaissements sur toute la période allant de 2006 à 2022.
Une grande partie du naufrage s'est produite dans deux grandes parties de la vallée, l'une autour de la communauté d'El Nido et l'autre autour de la ville de Corcoran. La recherche a révélé que les déclins étaient en moyenne de près d'un pouce par an s'ils étaient répartis dans toute la vallée de San Joaquin.
« Grâce à ces résultats, nous pouvons avoir une vue d'ensemble de l'atténuation de cet affaissement record », a déclaré Rosemary Knight, auteur principal de l'étude et professeur de géophysique à la Doerr School of Sustainability de Stanford.
Le , publié dans Nature Communications Earth & Environment, explique également comment le naufrage pourrait être ralenti ou stoppé grâce à la recharge stratégique des aquifères.
Les résultats soulignent la lutte continue de la Californie contre un phénomène qui modifie le paysage depuis le début des années 1900, lorsque les puits et les pompes ont commencé à proliférer dans la vallée.
Dans un , Joseph Poland, un scientifique de l'US Geological Survey, se tenait à côté d'un poteau téléphonique avec des panneaux indiquant 1925, 1955 et 1977, marquant la chute du niveau du sol de près de 30 pieds dans la zone proche de Mendota.
Dans une étude de 1999, des chercheurs de l'USGS ont décrit l'affaissement des terres dans la vallée de San Joaquin comme « la plus grande altération humaine de la topographie de la surface de la Terre ».
Les taux de déclin ont ralenti dans les années 1970 et 1980, lorsque de nouveaux aqueducs ont été construits pour amener l'eau des rivières vers les terres agricoles, et le naufrage est resté moins prononcé jusqu'au début des années 2000. Cela a changé au cours de la sécheresse de 2007-09, qui a été suivie par des sécheresses extrêmes de 2012 à 2016 et de 2020 à 2022 – des sécheresses qui, selon les recherches, ont été considérablement plus graves.
Knight et Lees ont déclaré que la diminution des livraisons d'eau des canaux pendant les sécheresses, combinée à la priorité accordée à l'eau à des fins environnementales et aux changements dans l'agriculture, ont contribué au naufrage au cours des deux dernières décennies.
Ils ont comparé le volume total d'affaissement de la vallée depuis 2006 avec les mesures de 1944 à 1968 – une partie du demi-siècle illustrée sur la photo polonaise – et ont constaté que la période post-2006 avait entraîné le même affaissement, mais sur une période plus courte.
« L'histoire s'est répétée », a déclaré Lees. « Nous avons recommencé et nous y sommes arrivés plus vite. »
Lees, chercheur associé à l'Université de Manchester au Royaume-Uni, a travaillé sur l'étude alors qu'il était doctorant en géophysique à Stanford.
Les chercheurs ont déclaré qu'en plus d'endommager les aqueducs et autres infrastructures, l'affaissement des terres menace d'affecter le tracé des routes de l'État, ainsi que les changements de topographie.
Le problème est dû au découvert des eaux souterraines, qui se produit lorsque la quantité d’eau pompée dépasse la quantité d’eau réalimentée. Lorsque les couches d’argile des aquifères s’épuisent et s’effondrent, la perte d’espace de stockage de l’eau est largement irréversible.
Selon les chercheurs, le découvert des aquifères profonds de la vallée est à l'origine d'une grande partie de l'affaissement. Ces aquifères se trouvent à des centaines de pieds sous terre, sous des aquifères peu profonds et des couches d'argile, et contiennent des couches d'argile qui sont particulièrement sensibles au compactage lorsque l'eau est extraite.
De nombreux puits ont été forés à 1 000 pieds de profondeur ou plus pour approvisionner les fermes, et ces puits puisent l'eau des aquifères où se produit une grande partie de l'affaissement.
Pour ralentir ou arrêter le naufrage, disent les chercheurs, il est important de s'attaquer au découvert dans les aquifères profonds où les couches d'argile se compriment. Ils affirment que cela pourrait être réalisé en réduisant le pompage des aquifères ou en les rechargeant en utilisant soit des voies naturelles, soit des puits qui permettraient d'injecter de l'eau sous terre.
« Nous devons arrêter le découvert des aquifères compactés », ont écrit Knight et Lees, suggérant que les efforts soient stratégiquement « ciblés sur les parties les plus profondes du système aquifère ».
Diriger l'eau vers les bons endroits pour reconstituer ces espaces plus profonds nécessite des informations détaillées sur les caractéristiques géologiques de la vallée, y compris les voies naturelles par lesquelles l'eau peut rapidement traverser le sable perméable, le gravier et les galets pour atteindre les aquifères. Dans certaines parties de la vallée, ces canaux peuvent capter les écoulements près de la base de la Sierra Nevada, à des kilomètres de l'endroit où la terre s'affaisse, et canaliser l'eau vers un endroit où elle contribuera à ralentir le naufrage.
La Californie a récemment cartographié de grandes parties des aquifères de la vallée pour révéler leurs réseaux de connexions hydrauliques. À l’aide d’un hélicoptère équipé d’un système d’imagerie électromagnétique pénétrant dans le sol, les scientifiques ont scanné jusqu’à 1 000 pieds sous terre pour cartographier les zones optimales pour recharger les aquifères, y compris celles cachées sous les cônes alluviaux de la vallée.
« Si nous voulons continuer à pomper à partir de l'aquifère inférieur, nous devons recharger de telle manière que cette eau de recharge atteigne l'aquifère inférieur », a déclaré Knight. « Il faut arrêter le découvert dans la partie de l'aquifère qui provoque l'affaissement, et c'est la partie la plus profonde. »
Dans le cadre des efforts de la Californie pour freiner la baisse des niveaux des eaux souterraines, une solution partielle qui a été promue par l'administration du gouverneur Gavin Newsom et les agences locales de l'eau consiste en des projets visant à reconstituer les eaux souterraines qui impliquent une gamme de méthodes, telles que la construction d'infrastructures pour capter le ruissellement pendant périodes humides et diriger l’eau vers des bassins où elle s’infiltre dans le sol.
D’autres méthodes incluent le forage de puits d’injection qui acheminent l’eau vers des aquifères ou intentionnellement dans des zones où elle peut s’infiltrer rapidement sous terre.
Les scientifiques ont analysé la quantité d'eau nécessaire pour recharger les parties des aquifères qui sont à l'origine des problèmes d'affaissement, et ont calculé qu'elle serait d'environ 680 000 acres-pieds par an en moyenne, une quantité comparable à la quantité d'eau disponible pour la reconstitution des eaux souterraines dans une année moyenne.
D'un point de vue pratique, a déclaré Lees, il n'est pas possible de consacrer toute l'eau à la lutte contre l'affaissement des terres.
« Il y a beaucoup d'autres priorités très importantes, et il y a des difficultés logistiques pour acheminer cette eau vers les parties de compactage du système aquifère », a-t-il déclaré. « Nous devons être stratégiques dans ce que nous faisons avec cette recharge. Là où l’affaissement cause le plus de dégâts, nous devons essayer de l’acheminer vers ces aquifères qui se tassent.
Cibler les endroits où l'affaissement cause des problèmes coûteux, a déclaré Knight, signifiera se concentrer sur les zones, par exemple, où l'effondrement du terrain risque d'endommager un aqueduc ou des puits dont les communautés dépendent pour leur eau potable, ou encore là où le déplacement du terrain aggrave les risques d'inondation.
« L'étude m'a rendu optimiste », a déclaré Knight. « Je pense que ce problème pourrait être résolu si vous ciblez stratégiquement les zones où vous souhaitez arrêter l'affaissement. »
Les résultats s’ajoutent à un nombre croissant de recherches utilisées par les responsables locaux de l’eau alors qu’ils élaborent des plans mandatés par l’État pour gérer les eaux souterraines.
En vertu de la loi californienne adoptée il y a dix ans, l'affaissement des sols est l'un des nombreux effets indésirables que les agences locales doivent prendre des mesures pour éviter, au même titre qu'une baisse « significative et déraisonnable » des niveaux des eaux souterraines et une dégradation de la qualité de l'eau, entre autres.
Un autre objectif est d’éviter que davantage de puits domestiques ne s’assèchent à mesure que les niveaux d’eau baissent. Selon les données de l'État, plus de 5 000 puits ont été creusés au cours de la dernière décennie, et les scientifiques préviennent que si des mesures plus strictes ne sont pas mises en place.
La dernière étude contribue à éclairer les efforts de la Californie pour lutter contre l'affaissement et souligne l'importance de prendre en compte les différents effets du pompage dans les aquifères peu profonds et les aquifères profonds, a déclaré Graham Fogg, professeur émérite d'hydrogéologie à l'UC Davis qui n'a pas participé à la recherche.
Une recharge accrue des aquifères profonds est nécessaire et peut être effectuée efficacement, a déclaré Fogg, mais devra être effectuée de concert avec une réduction du pompage.
« La recharge aidera à résoudre une grande partie du problème, probablement pas plus de la moitié du problème », a déclaré Fogg. « L'autre moitié devra consister à imposer des réductions, et c'est la partie la plus douloureuse. »
Les chercheurs prévoient qu'une grande partie des terres cultivées irriguées de la vallée centrale devra rester sèche en permanence pour se conformer aux restrictions. Les experts du Public Policy Institute of California ont estimé que d’ici 2040, les réductions nécessaires du pompage pourraient entraîner la mise en jachère des terres agricoles.
Du côté positif, des données précieuses pour guider les efforts de recharge ont émergé ces dernières années, notamment des informations détaillées sur l'architecture naturelle du système aquifère, a déclaré Fogg.
Au cours des deux dernières décennies, le rythme d'affaissement record a coïncidé avec le forage de , et certaines parties de la Californie ont connu l'un des plus rapides au monde.
L’eau a été utilisée pour irriguer une grande variété de cultures, notamment des noix, des fruits, des tomates, du coton et des cultures fourragères pour approvisionner les laiteries et les parcs d’engraissement. Les producteurs ont également planté de vastes vergers de et de .
Fogg a déclaré que les dernières recherches donnent à réfléchir car elles montrent que la Californie est toujours aux prises avec des effets indésirables importants de l'affaissement.
« À ce stade, il ne devrait y avoir aucune excuse pour que ce type d'affaissement se produise au cours des 10 prochaines années », a déclaré Fogg.
