Principales influences naturelles sur les variations du stockage des eaux souterraines dans le centre et le sud de l’Arizona

Pourquoi cette histoire d’eau cachée est importante

Des millions de personnes et d’exploitations agricoles dans le centre et le sud de l’Arizona dépendent d’une ressource que l’on ne voit pas : l’eau souterraine stockée dans des couches profondes de sable et de gravier. Alors que le fleuve Colorado fait face à des pénuries historiques et que la région s’assèche sous l’effet de la hausse des températures, cette réserve souterraine est à la fois une bouée de sauvetage et un point de tension. Cette étude pose une question simple mais essentielle : quelle part de la baisse récente des nappes est due aux variations climatiques naturelles, et quelle part reflète nos modes d’utilisation et de gestion de l’eau ? La réponse compte pour toutes les communautés qui souhaitent maintenir l’approvisionnement en eau et la production agricole dans un avenir plus chaud et plus sec.

Observer l’eau depuis l’espace

Les chercheurs ont combiné deux outils puissants pour suivre l’eau souterraine dans le centre et le sud de l’Arizona entre 2004 et 2021. D’une part, ils ont utilisé les satellites GRACE et GRACE Follow-On de la NASA, qui détectent de très faibles variations du champ de gravité terrestre lorsque l’eau se déplace autour de la planète. En soustrayant les effets de la neige, de l’humidité du sol et des eaux de surface, l’équipe a isolé les variations du stockage des eaux souterraines au fil du temps. D’autre part, ils ont utilisé un modèle informatisé à haute résolution qui simule les flux d’eau et d’énergie à la surface terrestre, incluant les précipitations, l’évaporation, le ruissellement et l’humidité du sol. Ensemble, ces jeux de données leur ont permis de relier ce que les satellites détectaient sous terre à ce que le climat faisait à la surface.

Des bassins différents, des destins différents

L’analyse a révélé un patchwork saisissant plutôt qu’un récit régional unique. Dans de nombreux bassins du sud et du sud-est, les niveaux d’eaux souterraines ont montré des déclins forts et réguliers qui n’étaient pas compensés par la recharge due aux pluies et au ruissellement. Ces zones de perte présentaient également des hausses de température et des signes accrus d’évaporation et d’utilisation d’eau par la végétation, suggérant qu’une demande accrue liée à la chaleur extrait davantage d’eau du sol pour la restituer à l’atmosphère. En revanche, certains bassins du nord et du centre ont montré des déclins plus faibles ou des conditions plus stables. Dans ces secteurs, les variations des eaux souterraines suivaient de plus près les apports naturels comme les précipitations, l’humidité profonde du sol et les infiltrations lentes depuis le sous-sol, laissant penser à une plus grande capacité de recharge naturelle ou à l’effet de projets de recharge gérés.

Classer les modèles avec des statistiques intelligentes

Pour démêler cette complexité, l’équipe a utilisé des méthodes statistiques afin d’extraire des modes de comportement partagés entre des dizaines de bassins d’eaux souterraines. Ils ont examiné dans quelle mesure les variations des nappes s’alignaient avec différentes variables de surface et ont réduit ce réseau de relations à quelques motifs principaux. Un motif capturait l’intensité globale du lien entre les fluctuations climatiques et les eaux souterraines. D’autres distinguaient les bassins dominés par les processus de recharge de ceux où les pertes vers l’atmosphère ou le ruissellement rapide sont plus importantes. Sur la base de ces motifs, les chercheurs ont regroupé les sous-bassins en quatre catégories : dominés par la recharge, réactifs à la recharge, mixtes et dominés par les pertes. Les bassins dominés par les pertes, principalement au sud, montraient de faibles signaux de recharge naturelle et des liens forts avec l’évaporation, tandis que les bassins dominés par la recharge, dans le couloir centre-nord, répondaient plus directement aux pluies et au ruissellement souterrain.

Où les choix humains rencontrent le climat

Il est important de noter que les satellites détectent toutes les variations de l’eau souterraine, qu’elles proviennent de la nature ou d’activités humaines comme les pompages et la recharge artificielle. En revanche, le modèle de surface ne représente que les processus naturels. Là où les deux diffèrent le plus, par exemple dans les zones fortement gérées autour de Phoenix et Pinal, cet écart indique une forte empreinte humaine. En comparant les motifs entre bassins, l’étude estime que la variabilité naturelle induite par le climat explique seulement environ 16 % des différences dans les tendances à long terme des eaux souterraines d’un lieu à l’autre. Au sein de cette part naturelle, l’évaporation, les précipitations et le ruissellement souterrain sont les principaux contributeurs. Le reste de la variation reflète probablement les pompages, les projets de recharge, la géologie locale et les incertitudes restantes des données, soulignant à quel point les activités humaines influencent désormais les évolutions des eaux souterraines.

Orienter des choix d’eau plus intelligents

Pour un public non spécialiste, la leçon principale est que tous les aquifères du centre et du sud de l’Arizona ne sont pas également vulnérables ni également résilients. Certains bassins bénéficient d’une meilleure recharge naturelle et peuvent être de bons candidats pour étendre les projets de recharge, à condition de protéger ces zones de recharge. D’autres sont déjà enfermés dans des régimes dominés par les pertes, où la chaleur élevée, la faible recharge naturelle et les prélèvements importants se combinent pour provoquer des déclins réguliers. Le cadre développé ici ne prouve pas à lui seul la quantité d’eau retirée par les activités humaines, mais il cartographie clairement où le climat et les eaux souterraines sont étroitement liés et où les choix de gestion dominent. Cette carte peut aider les décideurs à cibler la conservation, les limites de pompage et les investissements en recharge là où ils sont le plus nécessaires, alors que l’avenir du fleuve Colorado devient plus incertain.

Citation: Mohajer, B., Famiglietti, J.S., Chandanpurkar, H.A. et al. Key natural influences on groundwater storage changes in Central and Southern Arizona. Sci Rep 16, 14859 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44132-0

Mots-clés: eaux souterraines, Arizona, satellites GRACE, sècheresse, durabilité de l’eau