​Mapping and assessing evapotranspiration using MODIS-based SEBAL for groundwater potential in the Sita–Swarna river basins, coastal Karnataka, India

L'eau est le sang de la terre, mais elle est aussi un fantôme qui s'évapore dans l'air chaque jour. Dans les régions tropicales et humides du littoral de l'Inde, où les pluies de la mousson sont abondantes et les forêts épaisses, cette perte invisible est appelée évapotranspiration. Il s'agit du processus combiné de l'évaporation de l'eau du sol et de la transpiration des plantes, un échange massif quotidien qui renvoie l'eau de la terre vers le ciel. Comprendre exactement quelle quantité d'eau est perdue, et où, est crucial pour gérer les réservoirs cachés d'eau souterraine dont les communautés dépendent lorsque les pluies s'arrêtent. Si les ingénieurs et les urbanistes ne peuvent pas voir où va l'eau, ils ne peuvent pas planifier efficacement les mois de sécheresse ni protéger les aquifères contre une surexploitation. Le défi a toujours été que ce processus est difficile à mesurer à l'échelle d'un paysage entier ; les outils traditionnels ne peuvent prendre une mesure qu'en un seul point, laissant de vastes zones de la campagne dans le mystère.

Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de résoudre ce casse-tête pour deux bassins versants dans le district d'Udupi, au Karnataka, en Inde : les rivières Sita et Swarna. Ces bassins constituent une tranche spectaculaire des Ghats occidentaux, s'étendant des hautes crêtes montagneuses forestières jusqu'aux plaines côtières plates et urbanisées là où les rivières rejoignent la mer. L'équipe a utilisé une méthode sophistiquée qui transforme les images satellites en une carte de la perte d'eau. En observant la chaleur rayonnée par la surface de la Terre et la verdure de la végétation, ils ont calculé le bilan énergétique du terrain. Cela leur a permis d'estimer la quantité d'eau extraite du sol et rejetée dans l'atmosphère à travers toute la région, jour après jour, sur une période de deux ans. Ils n'ont pas simplement deviné ; ils ont recoupé leurs calculs satellitaires avec les données des stations météorologiques et ont comparé les résultats selon les différentes saisons, de la mousson humide à l'hiver sec.

Les résultats ont brossé un tableau clair, bien que surprenant, de la manière dont l'eau circule dans ce paysage. Les chercheurs ont constaté que la quantité d'eau perdue dans l'air variait considérablement selon le type de terrain et la période de l'année. Dans le bassin de la Sita, la perte d'eau quotidienne variait d'environ 5,6 à près de 20 millimètres, tandis que dans le bassin de la Swarna, elle était plus modeste, oscillant entre environ 4 et 6 millimètres. Les taux de perte d'eau les plus élevés ne se trouvaient pas là où l'on attendrait les conditions les plus sèches, mais plutôt au-dessus des forêts d'arbres persistants sur les crêtes montagneuses et au-dessus des eaux libres des estuaires des rivières. Ces zones, riches en humidité et en végétation, "respirent" constamment de l'eau dans l'atmosphère. À l'inverse, les taux de perte d'eau les plus bas ont été observés sur les zones urbanisées de la plaine côtière, où le béton et les bâtiments recouvrent le sol.

Cette découverte a renversé une hypothèse courante utilisée dans la planification des eaux souterraines. Pendant longtemps, de nombreux experts ont cru que les zones présentant une perte d'eau élevée étaient de mauvaises candidates pour la recharge des nappes phréatiques, car elles semblaient "consommer" l'eau. L'étude a montré que cette logique était inversée pour cette région. La perte d'eau élevée dans les forêts était en fait un signe de santé ; cela signifiait qu'il y avait beaucoup d'eau disponible pour être perdue. Ces hauts plateaux forestiers, avec leurs racines profondes et leurs sols perméables, sont les véritables moteurs de la recharge des eaux souterraines, absorbant les fortes pluies de la mousson et alimentant les aquifères en dessous. En revanche, les zones présentant la perte d'eau la plus faible — les villes et les villages — étaient les moins susceptibles de recharger les eaux souterraines. Parce que le sol y est scellé par le pavage et les bâtiments, la pluie ne peut pas du tout s'infiltrer. La faible perte d'eau à ces endroits n'était pas un signe de surplus d'eau, mais le signe que l'eau était bloquée, l'empêchant d'entrer dans la terre.

L'étude a également révélé comment les saisons modifient l'histoire. Pendant l'hiver, quand l'air est plus frais mais que le sol retient encore l'humidité des pluies précédentes, les forêts et les plans d'eau continuent de perdre de l'eau à des taux élevés. Cependant, à l'approche de l'été sec, alors que le sol s'assèche, la perte d'eau chute brutalement dans les champs agricoles et les zones d'habitation, même si l'air devient plus chaud et plus assoiffé. Cet écart entre ce que l'air réclame (une forte demande) et ce que le sol peut offrir (une faible offre) est précisément le moment où la pression sur les puits d'eau souterraine devient la plus intense. Les chercheurs ont constaté que la différence entre la demande atmosphérique et la perte d'eau réelle s'accentuait à mesure que la saison sèche progressait, signalant les moments précis où les communautés sont les plus susceptibles de pomper excessivement les aquifères.

L'un des aspects les plus frappants de la recherche fut la découverte d'un artefact de calcul près de l'embouchure de la rivière. Les modèles ont montré un pic extrêmement élevé de perte d'eau à l'estuaire, là où la rivière rejoint l'océan. Bien que cela soit dû en partie à la physique unique de l'eau libre et du mélange avec l'air sec, les chercheurs ont déterminé que les chiffres étaient probablement exagérés par la manière dont les données satellites ont été traitées. Ils ont traité cette valeur extrême non pas comme une mesure précise, mais comme une limite supérieure, une façon d'identifier où la demande en eau est la plus concentrée. Cette distinction est cruciale ; elle montre que si la méthode satellitaire est puissante, elle doit être interprétée avec prudence, surtout dans les environnements côtiers complexes où la terre, l'eau et l'air interagissent de manière complexe.

En fin de compte, ce travail fournit un nouvel outil spatialement détaillé pour les gestionnaires de l'eau. En cartographiant l'endroit où l'eau est réellement perdue, les chercheurs ont identifié les zones spécifiques où la demande de la saison sèche est la plus élevée. Cette information permet aux ingénieurs de placer les structures de recharge, comme les barrages de retenue et les bassins de percolation, aux endroits appropriés pour capter le ruissellement avant qu'il ne soit perdu. Cela souligne également les zones où les restrictions sur le pompage de l'eau sont les plus nécessaires pour empêcher l'eau salée de l'océan de s'infiltrer dans les eaux souterraines douces. L'étude conclut que, bien que l'évapotranspiration soit une pièce vitale du puzzle de l'eau, elle ne peut pas être utilisée seule pour juger du potentiel d'une zone à contenir des eaux souterraines. Elle doit au contraire être examinée parallèlement à l'utilisation des terres, au type de sol et à la géologie. Dans ces bassins côtiers, les forêts sont les gardiennes de l'eau, et les villes sont les barrières ; comprendre cette dynamique est la clé pour maintenir la stabilité de la nappe phréatique dans un climat changeant.