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Identification of Hydrologic Landscapes in Brazilian river basins and their application as indicators of water yield and storage

Cette étude applique la méthode de classification des paysages hydrologiques aux bassins versants du PCJ dans le sud-est du Brésil, démontrant que l'intégration des données de relief, de sol, d'aquifère et de climat via les SIG permet d'identifier efficacement des régions spécifiques capables de maximiser simultanément le rendement et le stockage de l'eau afin de guider une gestion durable de l'eau dans les zones de pénurie hydrique.

Auteurs originaux : Matheus Henrique Mortene, Ronalton Evandro Machado, Tarcio Rocha Lopes, Sergio Nascimento Duarte, Marco Antonio Jacomazzi

Publié 2026-07-06

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CC BY 4.0

Auteurs originaux : Matheus Henrique Mortene, Ronalton Evandro Machado, Tarcio Rocha Lopes, Sergio Nascimento Duarte, Marco Antonio Jacomazzi

Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète

Imaginez la terre non pas seulement comme de la poussière et des roches, mais comme une éponge géante et complexe qui décide de la quantité de pluie qui deviendra une rivière et de la quantité qui disparaîtra dans le sol pour être stockée pour plus tard. C'est exactement ce que les chercheurs de cet article ont cherché à cartographier pour les bassins versants de la Piracicaba, du Capivari et de la Jundiaí (PCJ) au Brésil.

Voici un résumé simple de ce qu'ils ont fait et de ce qu'ils ont trouvé, en utilisant des analogies de la vie quotidienne.

Le gros problème : Une ville animée avec un seau percé

La région de la PCJ est comme une ville dynamique et riche qui est aussi une grande zone agricole. Elle compte beaucoup de populations et d'usines ayant besoin d'eau, mais elle manque également de cette ressource. Le problème est que le terrain y est un peu « fuyant » ou « difficile à imprégner ». Lorsqu'il pleut, l'eau s'écoule souvent trop rapidement à la surface (provoquant des inondations) au lieu de s'infiltrer profondément pour remplir les réservoirs d'eau souterrains (les aquifères).

Les chercheurs voulaient trouver les « points idéaux » de ce paysage :

Rendement en eau : Où la terre produit-elle le plus d'eau de rivière ? (Bon pour une utilisation immédiate).
Stockage de l'eau : Où la terre agit-elle comme une bonne éponge, absorbant l'eau profondément dans le sous-sol ? (Bon pour économiser pour les jours secs).

La méthode : La « recette du paysage »

Au lieu de regarder l'ensemble du bassin versant comme un seul gros bloc, les chercheurs ont utilisé une carte informatique (SIG) pour découper la terre en minuscules carrés de 30 mètres (comme des pixels sur un écran). Pour chaque pixel, ils ont mélangé quatre ingrédients pour créer une « recette de paysage hydrologique » unique :

Le relief (La forme) : Le terrain est-il plat comme une crêpe, vallonné comme une douce colline ou escarpé comme une montagne ?
La perméabilité du sol (L'éponge de surface) : La couche arable est-elle meuble et sableuse (facile à imprégner) ou dure et argileuse (l'eau ruisselle) ?
La perméabilité de l'aquifère (L'éponge souterraine) : À quoi ressemble la roche profonde ? L'eau peut-elle circuler facilement à travers elle ?
Le climat (Le seau de pluie) : Est-ce une zone très humide et arrosée, ou simplement modérément humide ?

En mélangeant ces quatre ingrédients, ils ont créé 57 types de paysages différents (qu'ils ont appelés Régions de Paysage Hydrologique, ou RPH). Imaginez cela comme si vous aviez 57 types d'éponges différents, chacun ayant une texture et une forme uniques.

Les résultats : Qu'est-ce qui fait une bonne éponge ?

1. L'équilibre entre « Ruissellement » et « Imprégnation »
Les chercheurs ont testé leur carte par rapport aux données réelles des rivières des 20 dernières années. Ils ont découvert des règles intéressantes :

Rendement en eau (Le débit de la rivière) : La quantité d'eau s'écoulant dans les rivières était fortement liée au sol. Si la couche arable était très perméable (sableuse/meuble), plus d'eau atteignait les rivières. Étonnamment, la pente du terrain importait moins que le type de sol.
Stockage de l'eau (Le réservoir souterrain) : La capacité à stocker l'eau profondément dans le sous-sol était liée à un terrain plat et à une roche souterraine perméable. Si le terrain est plat, l'eau a le temps de s'infiltrer. Si la roche profonde est poreuse, l'eau peut circuler profondément et être stockée.

2. Le grand défi
Ils ont découvert une situation délicate : environ la moitié du bassin possède un sol « dur » et une roche souterraine « dure ». Dans ces zones, l'eau ne peut pas bien s'imprégner. Elle dévale la surface, entraînant l'érosion et stockant moins d'eau dans le sous-sol. C'est comme verser de l'eau sur une bâche en plastique : elle glisse simplement.

3. La bonne nouvelle : Les zones de « double usage »
Ils ont découvert que certaines zones peuvent faire les deux en même temps.

Scénario 1 (L'idéal) : Ils ont trouvé des zones spécifiques, particulièrement dans le sous-bassin de la rivière Corumbataí (près de l'aquifère Guarani, une immense réserve d'eau souterraine), qui sont assez escarpées pour produire un bon débit de rivière mais possèdent un sol et une roche perméables qui permettent également un excellent stockage souterrain.
La connexion : Ils ont trouvé un lien étroit entre les zones qui produisent beaucoup d'eau de rivière et celles qui stockent beaucoup d'eau. Il s'avère que vous n'avez pas toujours à choisir entre « inondations » et « sécheresses » ; certains paysages sont naturellement capables de faire les deux.

La conclusion : Une carte pour sauver l'eau

L'article conclut que cette carte de « paysage hydrologique » est un outil puissant et à faible coût. C'est comme une carte au trésor pour les gestionnaires de l'eau.

Au lieu de deviner où planter des arbres ou construire des projets de conservation, les responsables peuvent consulter cette carte et voir exactement quels « types d'éponges » (RPH) sont les meilleurs pour :

Protéger : Préserver les zones de « double usage » afin qu'elles continuent de produire et de stocker l'eau.
Investir : Mettre de l'argent dans des projets de conservation là où ils auront le plus grand impact.

L'étude souligne que, bien que la région de la PCJ soit confrontée à la pénurie d'eau, il existe des poches spécifiques et identifiables de terres qui sont naturellement équipées pour bien gérer l'eau. Protéger ces zones spécifiques est essentiel pour sécuriser l'approvisionnement en eau de la région.

Résumé technique : Identification des paysages hydrologiques dans les bassins versants brésiliens et leur application comme indicateurs de rendement et de stockage de l'eau

Énoncé du problème
Les bassins versants de la Piracicaba, du Capivari et de Jundiaí (PCJ) dans le sud-est du Brésil représentent une région socio-économiquement active critique, confrontée à une pénurie d'eau significative malgré une forte pluviométrie. La zone est caractérisée par une pression anthropique intense due à l'expansion urbaine et agricole, parallèlement à la dégradation de la couverture originelle de la forêt atlantique. Bien que la région possède des sources abondantes, la diminution de la disponibilité de l'eau par habitant menace son potentiel économique. Les modèles de classification hydrologique existants reposent souvent sur des séries hydrométriques à long terme ou manquent de la résolution nécessaire pour identifier simultanément les zones favorables tant au rendement de l'eau (production) qu'au stockage de l'eau. Il existe une lacune spécifique dans la littérature concernant l'application de la classification des paysages hydrologiques (HL) aux bassins versants brésiliens à la double fin d'identifier les zones de production et de stockage de l'eau.

Méthodologie
Cette étude a appliqué le cadre des paysages hydrologiques (HL), initialement proposé par Winter (2001) et affiné par Wolock et al. (2004), aux bassins du PCJ. Contra \text{à} contrairement aux applications à grande échelle précédentes qui attribuaient une valeur de région de paysage hydrologique (HLR) unique à des sous-bassins entiers, cette recherche a adopté une approche de classification à haute résolution, pixel par pixel (30 m × 30 m), telle que proposée par Brown et al. (2014).

La méthodologie a intégré quatre unités d'évaluation hydrologique dans un plan d'information (IP) unique via les Systèmes d'Information Géographique (SIG) :

Relief : Dérivé d'un modèle numérique d'élévation SRTM de 30 m, reclassé en classes Plat, Transitionnel et Montagneux selon la pente.
Perméabilité des sols : Évaluée via la conductivité hydraulique saturée ( $K$ ) à partir des données d'Oliveira (1999), reclassée en Faible, Modérée et Haute.
Perméabilité de l'aquifère : Caractérisée par les données de débit spécifique ( $Q_e$ ) de la base de données SAP, reclassées en Faible, Modérée et Haute.
Climat : Synthétisé à l'aide de l'indice d'humidité de Feddema ( $I_f$ ), calculé à partir de la moyenne sur 20 ans des précipitations et de l'évapotranspiration potentielle (méthode de Thornthwaite & Mather), reclassé en Humide, Mouillé et Très Mouillé.

Ces unités ont été superposées pour générer 57 régions de paysages hydrologiques (HLR) distinctes. Pour valider la classification, l'étude a utilisé des données de débit de 20 ans (2001–2020) provenant de 27 stations de jaugeage. Deux métriques clés ont été calculées :

Ratio de rendement de l'eau ( $R/P$ ) : Le rapport entre le rendement annuel en eau et les précipitations.
Paramètre de Fuh ( $m$ ) : Un paramètre non dimensionnel dérivé de l'équation de Fuh, reflétant les caractéristiques du bassin telles que la pente, l'infiltration et la capacité de stockage.

Résultats clés

Classification : L'étude a identifié 57 HLR uniques dans les bassins du PCJ. Une conclusion importante est qu'environ 48,8 % de la zone du bassin combine une faible perméabilité de l'aquifère avec une faible perméabilité du sol, créant des conditions défavorables pour le stockage de l'eau et la recharge des aquifères.
Facteurs déterminants du rendement de l'eau : La validation a révélé que le rendement de l'eau ( $R/P$ ) était le plus fortement corrélé à la conductivité hydraulique saturée du sol ( $R^2 = 0,102$ ), suivie de la pente ( $R^2 = 0,015$ ) et de l'indice d'humidité de Feddema ( $R^2 = 0,006$ ). Un rendement élevé en eau a été observé dans les zones montagneuses avec des sols perméables et des climats humides.
Facteurs déterminants du stockage de l'eau : Le paramètre $m$ , indicateur de la capacité de stockage, a montré une corrélation positive avec la conductivité hydraulique saturée ( $R^2 = 0,192$ ) et une corrélation inverse avec la pente ( $R^2 = 0,128$ ). Un fort potentiel de stockage était associé à des terrains plats ou transitionnels et à une haute perméabilité de l'aquifère.
Capacité duale : Une corrélation positive statistiquement significative ( $R^2 = 0,46$ ) a été trouvée entre le facteur $m$ et le ratio $R/P$ . Cela indique que des bassins spécifiques peuvent simultanément soutenir un rendement élevé et une capacité de stockage élevée.
Scénarios favorables : Deux scénarios ont été définis pour chaque objectif :
- Rendement de l'eau : Les zones favorables sont concentrées dans les régions montagneuses avec des climats humides/très humides. Le scénario 1 exigeait une haute perméabilité du sol, tandis que le scénario 2 incluait des zones à faible perméabilité du sol.
- Stockage de l'eau : Les zones favorables sont situées dans des terrains plats/transitionnels avec une haute perméabilité de l'aquifère et du sol sous des climats humides/très humides.
Distribution spatiale : Les zones favorables pour le rendement et le stockage de l'eau étaient principalement situées dans le sous-bassin de la rivière Corumbataí (en aval), chevauchant l'aquifère Guarani. Notamment, ces zones favorables sont situées en amont des grands centres urbains comme Piracicaba et Campinas.

Signification et affirmations
L'article affirme que la méthode de classification HL est un outil rentable et transférable pour identifier les zones prioritaires pour la conservation et l'allocation des ressources dans les régions souffrant de pénurie d'eau. En passant des moyennes de micro-bassins à une classification au niveau du pixel, l'étude permet de délimiter précisément les conditions hydrologiques qui resteraient autrement indétectables.

Les auteurs soulignent que l'identification des zones présentant des valeurs $R/P$ et $m$ élevées démontre que les bassins versants peuvent simultanément soutenir la production et le stockage de l'eau. Cette capacité duale soutient des interventions ciblées, telles que le reboisement et l'investissement dans les infrastructures, spécifiquement dans le sous-bassin de la Corumbataí et les zones de recharge de l'aquifère Guarani. L'étude conclut que, bien que les interactions spécifiques des paramètres soient propres aux bassins du PCJ, la méthodologie fournit un cadre robuste pour comprendre comment les facteurs physiographiques interagissent pour influencer le comportement hydrologique, aidant ainsi à une gestion durable dans des conditions de pénurie d'eau. Les auteurs mettent en garde contre le fait que ces résultats spécifiques ne doivent pas être généralisés à d'autres bassins sans une analyse localisée.

Le gros problème : Une ville animée avec un seau percé

La méthode : La « recette du paysage »

Les résultats : Qu'est-ce qui fait une bonne éponge ?

La conclusion : Une carte pour sauver l'eau

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