Separating secular depletion from drought: a detrended storage-deficit characterization of groundwater across Arizona’s Active Management Areas from GRACE observations (2002–2023)

L'eau est le sang vital de l'Arizona, un État où le soleil frappe de plein fouet de vastes déserts et où le fleuve Colorado n'est qu'une promesse lointaine et parfois peu fiable. Pendant des décennies, les habitants qui vivent là ont énormément compté sur l'eau cachée sous leurs pieds, la pompant depuis de profonds réservoirs souterrains pour boire, cultiver des aliments et faire fonctionner leurs villes. Mais cette réserve cachée n'est pas infinie, et elle change de manières difficiles à percevoir depuis la surface. Pour comprendre ce qui se passe, les scientifiques se sont tournés vers un outil unique : des satellites capables de peser la Terre. Ces satellites, faisant partie d'une mission appelée GRACE, ne prennent pas de photos du sol ; au lieu de cela, ils mesurent les infimes changements de gravité causés par le mouvement de l'eau. Lorsqu'une région perd une quantité massive d'eau, la terre devient légèrement plus légère, et les satellites peuvent détecter ce changement. Cette capacité à voir le flux invisible de l'eau à travers des paysages entiers a ouvert une nouvelle fenêtre sur la façon dont les systèmes hydriques de notre planète se comportent.

Cependant, l'analyse de ces données présente un casse-tête complexe. Lorsque les scientifiques observent une baisse constante des niveaux des eaux souterraines sur vingt ans, il est difficile de dire si une période de sécheresse est simplement une sécheresse temporaire — une pénurie de courte durée par rapport à la normale — ou si elle fait partie d'un problème beaucoup plus profond et à long terme où l'eau disparaît tout simplement pour toujours. Imaginez que vous essayiez d'écouter un seul coup de tambour dans une chanson qui devient de plus en plus faible chaque seconde ; sans ajuster le volume qui diminue, vous pourriez penser que chaque coup est faible, alors qu'en réalité, certains coups sont aussi forts qu'ils l'étaient auparavant, mais c'est le bruit de fond qui a changé. En Arizona, cette confusion est cruciale car les solutions pour une sécheresse temporaire sont très différentes des solutions pour une perte d'eau permanente. Si les gestionnaires traitent un déclin à long terme comme une sécheresse temporaire, ils pourraient attendre une pluie qui ne viendra jamais. S'ils traitent une période sèche temporaire comme une perte permanente, ils pourraient paniquer et imposer des coupes inutiles dans les réserves d'eau.

Une nouvelle étude dirigée par Md Rayhan, de l'Université de technologie de Bangladesh, s'attaque précisément à ce problème en examinant six régions spécifiques de l'Arizona connues sous le nom de Zones de Gestion Active (Active Management Areas). Ces zones, qui incluent des villes majeures comme Phoenix et Tucson ainsi que des zones rurales comme Douglas et Prescott, sont les endroits où l'État réglemente strictement l'utilisation de l'eau. Le chercheur a analysé vingt et un ans de données, de 2002 à 2023, pour séparer le déclin lent et constant des eaux souterraines des baisses brusques et temporaires causées par la sécheresse. L'étude confirme ce que beaucoup soupçonnaient : chacune de ces six régions perd des eaux souterraines à un rythme significatif. Les niveaux d'eau chutent d'environ cinq à huit millimètres chaque année, un déclin constant qui se produit que la pluie tombe ou non. C'est l'épuisement séculaire, la perte de stockage à long terme qui s'accumule au fil du temps.

Mais la véritable percée de l'étude réside dans la manière dont le chercheur a examiné les données après avoir supprimé ce déclin à long terme. En lissant mathématiquement la chute constante, le scientifique a pu voir la véritable forme des sécheresses qui se cachaient en dessous. Sans cet ajustement, une méthode standard de mesure de la sécheresse aurait suggéré que toute la période après 2019 était un désastre unique et ininterrompu. Une fois la tendance à long terme éliminée, un tableau différent est apparu. Les données ont révélé que, bien que l'eau disparaisse effectivement sur le long terme, les sécheresses sont des événements distincts qui surviennent et passent. Certaines régions connaissent des sécheresses fréquentes mais relativement courtes et modérées, tandis que d'autres font face à des sécheresses moins fréquentes mais beaucoup plus longues et sévères.

L'étude a révélé que les six régions ne souffrent pas toutes de la même manière. Les zones autour de Prescott et de Phoenix, par exemple, connaissent moins d'événements de sécheresse, mais lorsqu'ils surviennent, ils durent plus longtemps et frappent plus fort. Les sécheresses les plus profondes dans ces zones ont vu les niveaux d'eau chuter à près de quatre fois la variation normale en dessous de la ligne de tendance. En revanche, les régions de Douglas, Tucson et Santa Cruz sont confrontées à des sécheresses qui arrivent plus souvent, mais ces événements ont tendance à être plus courts et moins intenses. Malgré ces différences dans la perception des sécheresses, l'étude montre que les régions sont toujours connectées ; quand une zone subit la sécheresse, les autres suivent souvent, ce qui suggère qu'un modèle météorologique à grande échelle affecte l'ensemble de l'État. Pourtant, la réponse locale varie, ce qui signifie qu'une approche uniforme de la gestion de l'eau échouerait à répondre aux besoins spécifiques de chaque communauté.

La découverte la plus importante est peut-être que le classement des zones les plus en difficulté change selon la manière dont on aborde le problème. Si l'on regarde uniquement la vitesse du déclin à long terme, Douglas est la zone la plus stressée, perdant de l'eau plus rapidement que toute autre. Cependant, si l'on examine la sévérité des sécheresses temporaires, Phoenix grimpe dans la liste des préoccupations. Phoenix présente le taux de perte d'eau à long terme le plus lent, mais elle subit les événements de sécheresse les plus intenses et les plus prolongés lorsque le déclin à long terme est pris en compte. Cette distinction est vitale pour les gestionnaires de l'eau. Cela signifie qu'une ville comme Phoenix, qui pourrait sembler plus sûre parce que sa nappe phréatique descend lentement, fait en réalité face à un risque élevé de pénuries temporaires graves qui nécessitent une planification d'urgence immédiate. Inversement, Douglas fait face à un drainage constant et implacable qui nécessite des stratégies à long terme pour réduire l'utilisation de l'eau de façon permanente.

La recherche a également introduit une façon de mesurer la quantité totale d'eau qui a été perdue et jamais récupérée. En suivant la distance de laquelle les niveaux d'eau actuels sont tombés par rapport aux niveaux les plus élevés jamais enregistrés, l'étude a montré que certaines zones, particulièrement Prescott et Douglas, ont chuté de plus de deux cents millimètres en dessous de leurs sommets historiques. Il ne s'agit pas d'une simple baisse temporaire ; c'est une perte cumulative qui représente un changement fondamental dans la santé de l'aquifère. L'étude conclut que pour gérer l'eau avec sagesse en Arizona, les responsables doivent cesser de traiter l'épuisement et la sécheresse comme étant la même chose. Ils doivent utiliser des outils capables de faire la différence entre une fuite lente et constante et une période de sécheresse soudaine et brutale. En séparant ces deux processus, l'étude fournit une carte plus claire des risques pesant sur l'approvisionnement en eau de l'État, offrant une base pour des décisions qui peuvent protéger à la fois les besoins immédiats de la population et la survie à long terme des réservoirs souterrains.