11 juin 2019 — 
Houston, au Texas, est inondée chaque année depuis cinq ans. Dans le même temps, le Texas est également connu pour ses graves pénuries d’eau. Et si les gens captaient les eaux de crue et les stockaient pour plus tard dans des aquifères — des couches souterraines de roche perméable, de gravier et de sable qui laissent passer l’eau?
Une étude récente menée par des chercheurs de l’Université du Texas à Austin a révélé que les aquifères côtiers à partir desquels de l’eau a été pompée pour être utilisée dans les fermes et les villes disposent de suffisamment d’espace pour stocker les deux tiers de l’eau provenant des événements de débit élevé de 10 rivières du Texas, réduisant ainsi les impacts des inondations et des sécheresses – si nous trouvons un moyen d’y introduire l’excès d’eau.
Le déplacement actif de l’eau sous terre, une pratique connue sous le nom de recharge des aquifères gérés (MAR), est de plus en plus populaire aujourd’hui. Il existe environ 1 200 projets de recharge des aquifères gérés dans 62 pays, selon le Centre International d’évaluation des ressources en eaux souterraines (IGRAC) basé à Delft, aux Pays-Bas. En plus d’aider à gérer les approvisionnements excédentaires et insuffisants en eau, MAR peut être utilisé pour restaurer les aquifères épuisés, réhabiliter les écosystèmes et nettoyer les eaux polluées. Mais il y a aussi des défis.
L’eau en banque
Le stockage de l’eau sous terre pour une utilisation future est de plus en plus populaire en raison de la volatilité croissante de l’offre en raison du changement climatique ainsi que des inconvénients de l’alternative: endiguer les rivières pour créer des réservoirs de surface.
Projets de recharge des aquifères gérés dans le monde entier. Cliquez sur l’image pour accéder à la carte interactive avec la clé. Image reproduite avec l’aimable autorisation de l’IGRAC, sous licence CC BY-SA
D’une part, dans les pays développés, de nombreuses rivières sont déjà endiguées. D’autre part, les barrages causent une myriade de problèmes environnementaux, comme empêcher les sédiments de reconstituer les côtes, bloquer les migrations des poissons et détruire l’habitat des rivières en ralentissant l’eau et en lui permettant de se réchauffer. Les réservoirs perdent jusqu’à un quart de l’eau stockée à cause de l’évaporation et doivent parfois libérer de l’eau pour faire place à de grosses tempêtes. Et le stockage en surface peut entraîner une utilisation excessive de l’eau car la vue de celle-ci donne aux gens un faux sentiment de sécurité de l’eau. Il en coûte également environ le double du prix de la recharge des eaux souterraines.
Depuis les années 1960, l’île barrière de Wildwood, dans le New Jersey, a pour pratique d’économiser des flux lourds sous terre pour des périodes de demande plus élevées, explique Steven Phillips, hydrologue et spécialiste des eaux souterraines à l’U.S. Geological Survey à Sacramento. Zone de villégiature populaire, Wildwood accueille de nombreux visiteurs en été. Les gestionnaires de l’eau stockent l’excès d’eau d’hiver sous terre, puis la pompent pour une utilisation en haute saison.
La recharge des aquifères gérés exploite la stratégie de la nature pour stocker et nettoyer l’eau en la déplaçant sous terre. Avec l’aimable autorisation d’INOWAS. Cliquez pour développer.
La Californie cherche à étendre cette stratégie. Le manteau neigeux qui a historiquement fourni de l’eau au printemps et à l’été secs devrait disparaître en grande partie avec la crise climatique. Et ses tempêtes hivernales devraient devenir plus intenses. Les gestionnaires de l’eau et les scientifiques, dirigés par le département des Ressources en eau de Californie, recherchent les meilleurs endroits pour déplacer l’eau des tempêtes hivernales sous terre pour une utilisation pendant les étés secs.
Autres avantages
La tendance naturelle de l’eau, en de nombreux endroits et en de nombreuses saisons, est de s’attarder sur la terre. Lorsque les eaux de surface ralentissent, certaines peuvent s’infiltrer sous terre et recharger les aquifères.
Mais dans de nombreux endroits, nous avons bloqué la possibilité de reconstituer les aquifères naturels. Nous avons coupé les rivières des plaines inondables avec des canaux et des digues en béton; drainé les zones humides et pavé les villes étendus et imperméables; et éliminé les castors. En conséquence, les eaux pluviales finissent par s’écouler dans les eaux de surface et s’éloignent de la région au lieu de s’infiltrer dans les aquifères.
En fait, une étude de 2015 des données satellitaires de la NASA a révélé que plus de la moitié des principaux aquifères du monde étaient à découvert ou surchargés.Combiné au fait que, dans de nombreux endroits, les eaux souterraines sont en cours d’élaboration pour des utilisations en surface, cette situation a entraîné une perte nette d’eau souterraine. En fait, une étude de 2015 des données satellitaires de la NASA a révélé que plus de la moitié des principaux aquifères du monde étaient à découvert ou surchargés.
Non seulement cela menace la sécurité de l’eau, mais cela peut également faire couler les terres situées au-dessus, comme c’est le cas dans la vallée de San Joaquin en Californie, à Pékin et à Mexico. Et le pompage d’un aquifère près de la côte peut diminuer la pression de l’eau au point où l’eau salée peut pénétrer sous terre, entachant l’eau douce.
MAR peut aider à réduire ces problèmes. San Jose, en Californie, a commencé à utiliser MAR il y a plusieurs décennies après que le centre-ville a coulé à environ 4 mètres (13 pieds). Et les comtés de Los Angeles et d’Orange ont été parmi les premiers endroits à utiliser MAR pour repousser l’intrusion d’eau salée. Dans la région de Hampton Roads, en Virginie, les responsables prévoient une « recharge des eaux souterraines à assez grande échelle pour repousser l’eau salée entrant dans leurs eaux souterraines”, explique Bill Alley, directeur des sciences et de la technologie de la National Groundwater Association. L’intrusion d’eau salée est en partie due à l’élévation rapide du niveau de la mer.
Parce que les eaux de surface et les eaux souterraines sont souvent liées par la gravité et la pression hydraulique, la recharge peut également apporter une nouvelle vie aux zones humides, aux sources, aux ruisseaux et à d’autres écosystèmes d’eaux de surface qui s’assèchent, deviennent trop chauds ou s’étouffent avec des algues après que les gens épuisent les eaux de surface ou les eaux souterraines qui les alimentent. Dans la vallée de Sacramento, la Conservation de la nature a creusé une brèche dans une digue afin que les débits élevés de la rivière inondent à nouveau la réserve de la rivière Cosumnas et s’infiltrent dans l’aquifère, où l’eau pourrait fournir une subsistance continue à l’écosystème.
Le déplacement de l’eau dans le sol peut souvent le nettoyer, en fonction des polluants et de la composition du substrat.Mais parfois, il est trop tard. Dans certaines parties de la vallée de San Joaquin, les nappes phréatiques sont tombées à plus de 500 pieds (150 mètres) sous terre à cause d’un sur-pompage, explique Phillips. « Les niveaux d’eau sont suffisamment profonds pour que nous ne puissions probablement pas voir les rivières bénéficier de l’apport d’eau souterraine pour toujours. »De tels aquifères pourraient encore être utilisés pour le stockage de l’eau — bien que ce ne soit pas toujours possible car l’affaissement entraîne parfois une perte permanente de capacité dans un aquifère.
Le déplacement de l’eau dans le sol peut souvent le nettoyer, en fonction des polluants et de la composition du substrat. Gilbert, en Arizona, rejette les eaux usées dans des étangs de recharge, y compris une réserve riveraine qui offre un espace de loisirs aux personnes et un habitat à la faune, où elles percolent dans l’aquifère pour une utilisation future. L’eau des étangs est également utilisée directement pour l’irrigation et d’autres utilisations non potables, ce qui réduit la demande en eau potable.
Comment cela se fait
Une approche utilisée depuis longtemps pour déplacer l’eau sous terre, encore pratiquée dans les zones rurales du monde entier, consiste à récolter ou à entonner les précipitations dans un bassin ou une tranchée peu profonde et à les laisser pénétrer dans le sol.
En 2011, sur un projet au Tigré, en Éthiopie, une zone montagneuse et rurale, l’hydrogéologue de l’IGRAC Arnaud Sterckx a vu des gens construire des barrages de contrôle dans des ravins, reboiser des flancs de vallée escarpés, construire des terrasses pour l’agriculture et creuser des étangs pour capter l’eau de pluie. De tels projets n’apparaissent généralement pas dans l’inventaire mondial de MAR, dit-il, car ces méthodes traditionnelles ne nécessitent pas de permis, d’études de faisabilité ou d’études d’impact environnemental.
Sterckx dit que l’eau correlée n’a même pas besoin de filtrer jusqu’à un aquifère pour en faire une pratique utile. En s’attardant dans le sol, il peut aider les cultures à pousser avec un besoin réduit d’irrigation.
Une version urbaine de cette approche est l’utilisation croissante des infrastructures vertes par les villes. Des ajouts tels que des toits verts, des bioswales, des trottoirs perméables et des parcs le long des berges absorbent les eaux pluviales, réduisant ainsi les inondations et retenant l’eau localement pour l’approvisionnement futur.
La Coachella Valley Water District and Desert Water Agency utilise l’eau du fleuve Colorado pour reconstituer les eaux souterraines du sous-bassin de la West Whitewater River dans le centre-sud de la Californie. Photo gracieuseté de John Marx de Flickr, sous licence CC BY-NC-ND 2.0
Les gestionnaires de l’eau construisent également de grands bassins d’infiltration, tels que l’installation de recharge des montagnes Hiéroglyphiques de 38 acres (15 hectares) en Arizona, qui stocke l’eau du fleuve Colorado pour une utilisation ultérieure. Ces bassins sont construits au-dessus d’une géologie appropriée pour l’infiltration, généralement un mélange de sable, de gravier et d’argile. Mais les bassins de recharge peuvent se boucher si l’eau contient beaucoup de sédiments et doivent donc être nettoyés périodiquement, prévient Sterckx.
Une façon plus naturelle de stocker l’eau sous terre consiste à aider les ruisseaux et les rivières qui ont été conçus pour rester sur leurs rives à se répandre dans leurs plaines inondables historiques.
Dans un premier exemple, les dirigeants locaux de Los Gatos, en Californie, ont construit des barrages partiels sur une crique dans les années 1920 en utilisant des sacs en toile de jute remplis de terre pour ralentir l’eau et l’étaler sur des zones plates adjacentes à la crique. Aujourd’hui, des barrages gonflables sont déployés dans plusieurs comtés du nord et du sud de la Californie pour ralentir les rivières et les ruisseaux lors des débits élevés afin de permettre plus d’infiltration dans le canal naturel, explique Phillips.
L’approche la plus industrielle consiste à injecter l’eau excédentaire dans le sol via un puits ou un forage. C’est plus coûteux que les méthodes passives en raison de l’énergie requise. Néanmoins, il peut être utile pour déplacer l’eau à travers une couche d’argile non absorbante dans un aquifère en dessous, ou dans des endroits où il n’y a pas de place pour un bassin d’épandage. Cette approche a été utilisée à Rio Rancho, une banlieue d’Albuquerque, au Nouveau-Mexique, explique Alley.
Cette installation de filtration en rive induite située à Mayence, en Allemagne, puise l’eau du Rhin et la tire à travers le sol pour la nettoyer. Photo gracieuseté de Wikimedia/Domaine public
Une autre méthode MAR est appelée filtration de banque induite. Les gens creusent un puits à plusieurs dizaines de mètres de la rivière afin que la pression hydraulique attire l’eau de la rivière, la déplaçant à travers le sable et le limon, qui ont de bonnes propriétés de filtration, explique Sterckx. L’Allemagne et les Pays-Bas ont beaucoup de ces projets et l’utilisent généralement comme prétraitement pour l’eau potable. La Hongrie obtient environ la moitié de son approvisionnement public de cette façon, dit Alley.
Défis
Malgré les nombreux avantages du MAR, il peut également y avoir des inconvénients. La principale préoccupation est la pollution. Bien que mettre de l’eau sous terre puisse la nettoyer, dans certains cas, la MAR peut contaminer les eaux souterraines en raison de polluants dans l’eau ou le sol. ”C’est pourquoi vous avez besoin de connaissances sur les aquifères, l’hydrogéologie, la direction de l’écoulement des eaux souterraines, la qualité de l’eau que vous infiltrez », explique Sterckx. « Sinon, vous pourriez avoir de graves problèmes.”
Les contaminants peuvent provenir du ruissellement urbain ou de l’utilisation d’engrais et de pesticides par l’agriculture. Près de Wichita, au Kansas, dit Alley, les gens tirent des débits élevés de la rivière Little Arkansas pour reconstituer les aquifères des lits Equus dans lesquels ils puisent leur eau. « Ils ont dû faire face à l’élimination de l’atrazine de l’eau avant de l’injecter.”
D’autres polluants sont d’origine naturelle, comme l’arsenic, que l’on trouve dans la géologie de la Floride. Lorsque vous rechargez de l’eau là-bas, il est possible d’éviter la contamination des eaux souterraines, mais c’est compliqué, explique Alley. « Dans les Everglades, ils ont eu cette idée massive de recharge de l’aquifère gérée, et ils n’ont pas donné suite à cela en grande partie à cause des problèmes de chimie avec l’arsenic. »
Dans certains cas, les eaux souterraines polluées peuvent être diluées avec de l’eau douce rechargée, en les nettoyant à un niveau où elles conviennent à certaines applications. Dans la vallée de San Joaquin, où certaines eaux souterraines sont polluées par les nitrates des engrais, les agriculteurs mesurent les niveaux des eaux souterraines qu’ils pompent pour irriguer leurs cultures et réduisent leurs applications d’engrais en conséquence, une pratique qui pourrait améliorer la qualité des eaux souterraines au fil du temps. L’eau peut également être nettoyée pour être consommée après avoir été pompée dans un puits, bien que « cela ait tendance à coûter cher”, explique Phillips.
Recharger de l’eau pour une utilisation ultérieure peut également causer de la consternation quant à la propriété. L’accès à l’approvisionnement en eau pour la recharge peut être un autre problème. Bien que la majeure partie de l’eau utilisée pour remplir les aquifères provienne des excès de la saison des pluies, dans certaines juridictions, il peut être compliqué en raison de considérations juridiques ou politiques d’obtenir des droits sur cette eau ou de s’assurer qu’elle est de qualité appropriée, explique Jim LaMoreaux, président de la branche américaine de l’Association internationale des hydrogéologues.
Recharger de l’eau pour une utilisation ultérieure peut également causer de la consternation quant à la propriété. D’autres personnes peuvent pomper l’eau que vous injectez, comme à El Paso et à San Antonio, au Texas, où, dit Alley, c’est la « loi de la plus grande pompe” — ce qui signifie essentiellement que n’importe qui peut pomper de l’eau souterraine si elle se trouve sous leur propriété. C’était le cas jusqu’à récemment en Californie également. Mais la Loi sur la gestion durable des eaux souterraines de 2014 de l’État oblige désormais les utilisateurs d’eau dans un bassin versant à travailler ensemble pour utiliser leurs eaux souterraines de manière durable, un défi qui motive certains districts à utiliser MAR. Ils partagent la ressource et sont donc responsables les uns envers les autres.
De plus, selon la géologie, une partie de l’eau déplacée sous terre peut être « perdue” dans l’environnement plus large. Accepter une certaine perte nécessite un changement similaire dans la pensée d’une mentalité de propriété à une durabilité axée sur la durabilité, dans laquelle la recharge de l’eau favorise la santé de l’écosystème, nécessitant peut-être moins d’interventions humaines pour éviter l’effondrement. Et il convient de répéter que les réservoirs hors sol perdent jusqu’à un quart de l’eau stockée à cause de l’évaporation et doivent parfois libérer de l’eau pour faire place à de grosses tempêtes — la « perte” fait donc déjà partie du statu quo.
La population humaine en plein essor dans le monde et nos environnements bâtis modifient de plus en plus le cycle naturel de l’eau. Les impacts de ces changements sont exacerbés à mesure que le chaos climatique entraîne des inondations plus importantes et des sécheresses plus longues. En tant que méthode pour réparer le cycle de l’eau, la MAR se répandra probablement, d’autant plus que les gens apprendront de l’expérience comment atténuer les problèmes potentiels liés aux processus.