Effets du réapprovisionnement écologique sur la récupération des eaux souterraines dans le plus grand cône d’affaissement des eaux souterraines peu profondes de la plaine du Nord de la Chine

Pourquoi le remplissage des réserves cachées compte

Dans une grande partie du monde, les réserves d’eau souterraine qui alimentent villes et fermes sont pompées plus vite que la nature ne peut les reconstituer. La plaine du Nord de la Chine est l’un des exemples les plus extrêmes : des décennies d’irrigation intensive ont fait baisser les niveaux d’eau souterraine de plusieurs dizaines de mètres, menaçant les cultures, les rivières et même la stabilité des sols. Cette étude examine si le fait d’envoyer délibérément de l’eau dans des lits de rivière asséchés — une pratique appelée réapprovisionnement écologique — peut aider à remplir ces réserves cachées sous Shijiazhuang, site du plus grand « creux » d’épuisement des eaux souterraines de la région.

Une plaine assoiffée sous pression

La plaine de Shijiazhuang s’étend au pied des montagnes dans la province du Hebei, en pente douce vers l’est à travers une vaste région agricole. Plus de 70 % des terres sont cultivées et plus de 80 % des eaux pompées servent à irriguer des céréales. Depuis des années, les précipitations sont trop faibles et trop irrégulières pour compenser ces prélèvements, si bien que les niveaux d’eau des aquifères peu profonds ont baissé de 20 à 60 mètres sur la plus grande partie de la plaine du Nord de la Chine. À mesure que les puits s’approfondissent et que les rivières s’assèchent, les risques augmentent : affaissement des terrains, dégradation des écosystèmes et hausse du coût de l’eau pour les agriculteurs et les villes.

Transformer les rivières en systèmes de recharge

Pour lutter contre ce déclin, la Chine a commencé à diriger des volumes d’eau supplémentaires vers des rivières autrefois asséchées ou affaiblies. Ce réapprovisionnement écologique combine des lâchers depuis des réservoirs de montagne avec des transferts depuis le canal de dérivation Sud–Nord. Quand ces débits renforcés circulent sur des lits de rivière perméables, une partie s’infiltre vers le bas et reconstitue lentement les aquifères en dessous. Dans la plaine de Shijiazhuang, cinq rivières principales — dont la longue Hutuo et la plus courte Sha–Zhulong — ont reçu plus de 5 milliards de mètres cubes de tels apports depuis la fin 2018, faisant de la zone un cas d’essai majeur pour évaluer si cette stratégie peut inverser les pertes d’eau souterraine.

Simuler une récupération invisible

Parce que de nombreux facteurs influent sur les eaux souterraines — précipitations, pompages, canaux et débits fluviaux — les chercheurs ont utilisé un modèle informatique détaillé, appelé MODCYCLE, qui relie les eaux de surface et les eaux souterraines dans un même cadre. Ils ont divisé la région en centaines de sous‑bassins et en une grille de cellules d’un kilomètre, alimenté le modèle avec des données réelles sur la météo, les débits fluviaux, l’irrigation et la géologie, puis l’ont calibré sur les mesures de dizaines de puits et de stations de jaugeage. Une fois que le modèle a reproduit de façon fiable les conditions récentes, ils ont effectué des scénarios « et si » supprimant le réapprovisionnement dans toutes les rivières ou dans des rivières spécifiques, révélant ainsi quelle part du rebond observé des nappes pouvait réellement être attribuée au réapprovisionnement écologique.

Quelle quantité d’eau est revenue — et d’où

Les simulations montrent que de septembre 2018 à fin 2022, le réapprovisionnement écologique a transformé une faible perte continue d’eau souterraine en un gain substantiel. Au lieu d’un léger déclin net, la plaine a gagné environ 1,76 milliard de mètres cubes d’eau stockée, et la nappe moyenne s’est élevée de près de 2 mètres — soit environ 0,45 mètre par an. L’essentiel de cette récupération, environ 82 %, provient de l’eau ajoutée à la rivière Hutuo, qui est longue, bien connectée à l’aquifère et possède un lit perméable. La rivière Sha–Zhulong a contribué pour environ 12 %, tandis que plusieurs rivières plus petites ont fourni les 5 à 6 % restants. Autour de ces rivières, surtout le long de la Hutuo, la nappe est montée de plus d’un demi‑mètre sur plus de 60 % de la plaine, les gains les plus marqués s’étendant jusqu’à environ 25 kilomètres du chenal.

Trouver le point optimal de réapprovisionnement

Plus d’eau fluviale ne signifie pas automatiquement une recharge plus efficace. L’étude montre que lorsque les débits de réapprovisionnement sont modérés et réguliers, une part plus élevée de l’eau ajoutée s’infiltre réellement et y reste. Lorsque les débits augmentent trop, une fraction croissante traverse simplement le système et quitte la zone, réduisant l’efficacité. Les tests du modèle suggèrent que pendant les années sèches, la rivière Hutuo peut recharger les nappes très efficacement à environ 14,6 mètres cubes par seconde, mais que l’eau supplémentaire devrait alors être envoyée vers d’autres rivières pour répartir les bénéfices. Les années de pluviométrie normale, environ 8,4 m3/s dans la Hutuo suffisent à faire basculer la situation de l’épuisement vers la récupération ; lors des années très humides, la recharge naturelle seule peut élever les eaux souterraines sans lâchers supplémentaires.

Ce que cela signifie pour la sécurité de l’eau

Pour les non‑spécialistes, le message clé est que des débits de rivières gérés avec soin peuvent aider à reconstituer des réservoirs souterrains surexploités, même dans des régions fortement agricoles et pauvres en eau. Dans la plaine de Shijiazhuang, le réapprovisionnement écologique a déjà stoppé les pertes continues et commencé à remplir le plus grand « trou » d’eaux souterraines peu profondes de la plaine du Nord de la Chine. L’étude montre aussi que l’endroit et la façon dont l’eau est livrée importent autant que la quantité fournie : des rivières longues et bien connectées comme la Hutuo sont des voies de recharge particulièrement puissantes, et des débits modérés et soutenus sont plus efficaces que des surcroîts occasionnels. Ces enseignements peuvent guider les gestionnaires de l’eau en Chine et dans d’autres régions sèches lorsqu’ils conçoivent des stratégies basées sur les rivières pour stabiliser, et enfin restaurer, des aquifères épuisés.

Citation: Lu, W., Lu, C., Jia, Y. et al. Ecological water replenishment effects on groundwater recovery in the largest shallow groundwater depression cone of the North China Plain. Sci Rep 16, 7583 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38451-5

Mots-clés: rechargement des eaux souterraines, réapprovisionnement par les rivières, plaine du Nord de la Chine, utilisation agricole de l’eau, rétablissement de l’aquifère