Découvert

L'épuisement des nappes phréatiques est le processus d'extraction des eaux souterraines au-delà du rendement d'équilibre d'un aquifère . Les eaux souterraines sont l'une des plus grandes sources d' eau douce et se trouvent sous terre. La principale cause de l'épuisement des nappes phréatiques est le pompage excessif des eaux souterraines des aquifères souterrains. Une recharge insuffisante peut entraîner un épuisement, réduisant ainsi l'utilité de l'aquifère pour l'homme. L'épuisement peut également avoir des impacts sur l'environnement autour de l'aquifère, tels que la compression et l'affaissement des sols , le changement climatique local, les changements de la chimie du sol et d'autres détériorations de l'environnement local.

Il existe deux types de rendement : le rendement sûr et le rendement durable . Le rendement sûr correspond à la quantité d'eau souterraine qui peut être prélevée sur une période donnée sans dépasser le taux de recharge à long terme ni affecter l'intégrité de l'aquifère. Le rendement durable correspond à la quantité d'eau extraite qui peut être maintenue indéfiniment sans impact hydrologique négatif, en tenant compte à la fois du taux de recharge et des impacts sur les eaux de surface .

Il existe deux types d'aquifères : captifs et libres. Dans les aquifères captifs, il existe une couche supérieure appelée aquitard , qui contient des matériaux imperméables à travers lesquels l'eau souterraine ne peut pas être extraite. Dans les aquifères libres, il n'y a pas d'aquitard et l'eau souterraine peut être extraite librement de la surface. Extraire l'eau souterraine des aquifères libres revient à emprunter de l'eau : elle doit être rechargée à un rythme approprié. La recharge peut se faire par recharge artificielle et recharge naturelle.

Lorsque l'eau souterraine est extraite d'un aquifère, un cône de dépression se crée autour du puits . Au fur et à mesure que l'extraction de l'eau se poursuit, le rayon du cône augmente. Extraire trop d'eau (surextraction) peut entraîner des impacts négatifs tels qu'une baisse de la nappe phréatique , un affaissement du sol et une perte d'eau de surface atteignant les cours d'eau. Dans les cas extrêmes, l'approvisionnement en eau qui recharge naturellement l'aquifère est tiré directement des ruisseaux et des rivières, ce qui abaisse leur niveau d'eau. Cela affecte la faune, ainsi que les humains qui pourraient utiliser l'eau à d'autres fins.

Le processus naturel de recharge des aquifères se déroule par percolation des eaux de surface. Un aquifère peut être rechargé artificiellement, par exemple en pompant directement dans l'aquifère les eaux récupérées des projets de gestion des eaux usées . L' Orange County Water District en Californie en est un exemple . Cette organisation récupère les eaux usées, les traite à un niveau approprié, puis les réinjecte systématiquement dans les aquifères pour les recharger artificiellement.

Étant donné que chaque bassin d'eau souterraine se recharge à un rythme différent en fonction des précipitations , de la couverture végétale et des pratiques de conservation des sols , la quantité d'eau souterraine qui peut être pompée en toute sécurité varie considérablement selon les régions du monde et même au sein des provinces. Certains aquifères nécessitent un temps très long pour se recharger, et une surexploitation peut donc effectivement assécher certaines réserves d'eau souterraine . L'affaissement se produit lorsque l'excès d'eau souterraine est extrait de roches qui supportent plus de poids lorsqu'elles sont saturées. Cela peut entraîner une réduction de la capacité de l'aquifère.

Les variations de la disponibilité de l'eau douce sont le résultat d'activités naturelles et humaines (en conjonction avec le changement climatique ) qui perturbent les schémas de recharge des eaux souterraines. L'une des principales activités anthropiques à l'origine de l'épuisement des eaux souterraines est l'irrigation . Environ 40 % de l'irrigation mondiale est assurée par les eaux souterraines, et l'irrigation est la principale activité à l'origine de la perte de stockage des eaux souterraines aux États-Unis

Ce classement est basé sur la quantité d'eau souterraine utilisée par chaque pays pour l'agriculture. Ce problème devient de plus en plus important aux États-Unis (notamment en Californie), mais il est récurrent dans d'autres régions du monde, comme cela a été constaté au Pendjab , en Inde, en 1987.

Aux États-Unis, on estime que 800 km3 ^d' eau souterraine ont été épuisés au cours du XXe siècle. Le développement des villes et d'autres zones d'utilisation d'eau très concentrée a créé une pression sur les ressources en eau souterraine. Dans les scénarios post-développement, les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines sont réduites ; il y a moins de mélange entre la surface et le sous-sol ( flux inter-surface ), ce qui conduit à un épuisement des nappes phréatiques.

Les taux de recharge des eaux souterraines sont également affectés par la hausse des températures, qui augmente l’évaporation et la transpiration de surface, ce qui entraîne une diminution de la teneur en eau du sol. Les changements anthropiques du stockage des eaux souterraines, tels que le pompage excessif et l’épuisement des nappes phréatiques, combinés au changement climatique, remodèlent efficacement l’hydrosphère et ont un impact sur les écosystèmes qui dépendent des eaux souterraines.

Selon un rapport de 2013 du chercheur en hydrologie Leonard F. Konikow de l' Institut d'études géologiques des États-Unis (USGS), l'épuisement de l' aquifère d'Ogallala entre 2001 et 2008 représente environ 32 % de l'épuisement cumulé au cours de l'ensemble du XXe siècle. Aux États-Unis, les plus grands utilisateurs d'eau des aquifères sont l'irrigation agricole et l'extraction de pétrole et de charbon . Selon Konikow, « l'épuisement total cumulé des eaux souterraines aux États-Unis s'est accéléré à la fin des années 1940 et a continué à un rythme linéaire presque constant jusqu'à la fin du siècle. En plus des conséquences environnementales largement reconnues, l'épuisement des eaux souterraines a également un impact négatif sur la durabilité à long terme des réserves d'eau souterraine pour aider à répondre aux besoins en eau du pays. »

Selon une autre étude de l'USGS sur les prélèvements dans 66 principaux aquifères américains, les trois principales utilisations de l'eau extraite des aquifères étaient l'irrigation (68 %), l'approvisionnement public en eau (19 %) et « l'auto-approvisionnement industriel » (4 %). Les 8 % restants des prélèvements d'eau souterraine étaient destinés à « l'auto-approvisionnement domestique, à l'aquaculture , à l'élevage , à l'exploitation minière et à l'énergie thermoélectrique »

L’extraction des eaux souterraines pour les utiliser dans les approvisionnements en eau abaisse la nappe phréatique globale, le niveau auquel se trouve la nappe phréatique dans une zone. L’abaissement de la nappe phréatique peut diminuer le débit des cours d’eau et réduire le niveau d’eau dans d’autres plans d’eau tels que les zones humides et les lacs. Dans les systèmes karstiques, le prélèvement d’eau souterraine à grande échelle peut entraîner des dolines ou des affaissements liés aux eaux souterraines. Le surexploitation entraîne une instabilité de la pression dans les confinements calcaires et l’effondrement des sédiments, créant un doline. Dans les régions côtières, le surexploitation peut entraîner une réduction de la pression de l’eau dans un aquifère, ce qui permet l’intrusion d’eau salée. Si l’eau salée contamine un aquifère d’eau douce, cet aquifère ne peut plus être utilisé comme source fiable d’eau douce pour les agglomérations et les villes. La recharge artificielle peut rétablir la pression de l’eau douce pour arrêter l’intrusion d’eau salée. Cependant, cette méthode peut être économiquement inefficace et indisponible en raison du coût élevé du processus.

Lorsque les aquifères ou les puits d'eau souterraine subissent un surexploitation, les concentrations chimiques dans l'eau peuvent changer. Des produits chimiques tels que le calcium, le magnésium, le sodium, le carbonate, le bicarbonate, le chlorure et le sulfate peuvent être présents dans les sources d'eau souterraine. Les changements de qualité de l'eau résultant d'un surexploitation peuvent la rendre impropre à la consommation humaine, rendant les sources d'eau souterraine inutilisables comme source d'eau potable.

La surexploitation peut également affecter les organismes vivant dans les aquifères souterrains connus sous le nom de stygobiontes . La perte d'habitat de ces créatures due à la surexploitation a réduit la biodiversité dans certaines zones.

Les impacts environnementaux des découverts comprennent :

• Affaissement lié aux eaux souterraines : effondrement d'un terrain dû à un manque de soutien (par l'épuisement des ressources en eau). Le premier cas d'affaissement de terrain enregistré remonte aux années 1940. L'affaissement de terrain peut être minime, comme l'effondrement d'un terrain localisé, ou aussi important que l'affaissement d'une région entière. L'affaissement peut entraîner des dommages aux infrastructures et aux écosystèmes.
• Abaissement du niveau des eaux souterraines , ce qui rend l'eau plus difficile à atteindre dans les ruisseaux et les rivières
• Réduction du volume d'eau dans les cours d'eau et les lacs car leur approvisionnement en eau est diminué par les eaux de surface qui rechargent les aquifères
• Impacts sur les animaux qui dépendent des cours d’eau et des lacs pour leur alimentation, leur eau et leur habitat
• Détérioration de la qualité de l'eau
• Augmentation du coût de l’eau pour le consommateur en raison d’une nappe phréatique plus basse : il faut plus d’énergie pour pomper à une plus grande profondeur, ce qui augmente les coûts d’exploitation pour les entreprises, qui répercutent la dépense sur le consommateur
• Diminution de la production agricole due au manque d'eau
• Perturbations du cycle de l'eau

La surexploitation a des conséquences socio-économiques en raison des inégalités de coûts qui augmentent à mesure que le niveau de la nappe phréatique baisse. Lorsque le niveau de la nappe phréatique baisse, des puits plus profonds sont nécessaires pour atteindre l'eau dans l'aquifère. Cela nécessite non seulement d'approfondir les puits déjà existants, mais aussi de creuser de nouveaux puits. Les deux processus sont coûteux. Des recherches menées au Pendjab ont montré que le coût élevé de la technologie pour continuer à accéder à l'eau nuit davantage aux petits propriétaires fonciers qu'aux grands propriétaires fonciers, car ces derniers ont plus de ressources « pour investir dans la technologie ». Par conséquent, les petits propriétaires fonciers, qui ont traditionnellement un revenu inférieur à celui des grands propriétaires fonciers, ne peuvent pas bénéficier de la technologie qui permet un meilleur accès à l'eau. Cela crée un cycle d'inégalités car les petits propriétaires fonciers qui dépendent de l'agriculture ont moins d'eau pour irriguer leurs terres, ce qui entraîne une production agricole plus faible.

De plus, le dépassement des quotas a des conséquences socio-économiques en raison des lois d’appropriation antérieures . Les droits d’appropriation antérieure stipulent que la première personne à utiliser l’eau d’une source d’eau conservera son droit à l’eau. Ces droits entraînent des inégalités socio-économiques dans la mesure où les entreprises et/ou les grands propriétaires fonciers qui ont un revenu plus élevé peuvent conserver leurs droits à l’eau. Dans le même temps, les nouvelles entreprises ou les petits propriétaires fonciers ont moins accès à l’eau, ce qui réduit leur capacité à réaliser des bénéfices. En raison de cette inégalité, les petits agriculteurs du Pendjab qui ont moins de droits à l’eau ont tendance à cultiver du maïs ou du riz moins productif ; dans le même temps, les grands propriétaires fonciers du Pendjab peuvent utiliser plus de terres pour le riz parce qu’ils ont accès à l’eau.

Recharge artificielle :

Étant donné que la recharge est le renouvellement naturel de l'eau, la recharge artificielle est le renouvellement artificiel des eaux souterraines, bien qu'il n'y ait qu'une quantité limitée d'eau appropriée disponible pour le renouvellement.

Techniques de conservation de l’eau :

D’autres solutions incluent la mise en œuvre de techniques de conservation de l’eau pour réduire les prélèvements excessifs. Il s’agit notamment d’améliorer la gouvernance pour assurer une gestion adéquate de l’eau, d’encourager la conservation de l’eau, d’améliorer les techniques agricoles pour garantir une utilisation efficace de l’eau, de modifier les régimes alimentaires pour privilégier les cultures nécessitant moins d’eau et d’investir dans des infrastructures qui utilisent l’eau de manière durable. L’État de Californie a mis en œuvre certaines techniques de conservation de l’eau en raison des sécheresses dans l’État. Certaines de ces techniques comprennent l’interdiction de : 1) l’arrosage extérieur qui s’écoule sur les trottoirs ou autres surfaces dures qui n’absorbent pas l’eau, 2) le lavage des véhicules avec un tuyau qui n’a pas de poignée d’arrêt, 3) l’arrosage dans les 48 heures après un quart de pouce de pluie et 4) l’arrosage du gazon décoratif commercial/industriel.

Incitation à la conservation de l’eau :

Les techniques utilisées par la Californie dans les situations d'urgence sont utiles, mais il est important de les inciter à les mettre en œuvre. La ville de Spokane a mis en place un programme d'incitation aux paysages durables appelé SpokaneScape. Ce programme encourage les paysages économes en eau en offrant aux propriétaires jusqu'à 500 $ de crédit sur leur facture d'électricité s'ils adaptent leur jardin à des plantes économes en eau.