Le fleuve Colorado alimente en eau plus de 40 millions de personnes alors qu’il serpente à travers sept États américains, y compris la partie du sud-est de l’Utah que l’on voit sur cette photo prise par un astronaute à bord de la Station spatiale internationale. Le bassin du Colorado a été identifié dans une étude menée par la NASA comme une région connaissant une utilisation intense de l’eau par l’homme. Crédit : NASA
La nouvelle approche d’estimation du stockage et du débit de l’eau fluviale identifie également les régions marquées par des « empreintes digitales » d’utilisation intense de l’eau.
Une étude menée par NASA Les chercheurs fournissent de nouvelles estimations sur la quantité d’eau qui traverse les rivières de la Terre, la vitesse à laquelle elle s’écoule dans l’océan et la mesure dans laquelle ces deux chiffres ont fluctué au fil du temps – des informations cruciales pour comprendre le cycle de l’eau de la planète et gérer ses réserves d’eau douce. Les résultats mettent également en évidence des régions appauvries par une forte consommation d’eau, notamment le bassin du fleuve Colorado aux États-Unis, le bassin amazonien en Amérique du Sud et le bassin du fleuve Orange en Afrique australe.
Pour l’étude, récemment publiée dans Géosciences naturellesdes chercheurs du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud ont utilisé une nouvelle méthodologie combinant des mesures de jaugeage de cours d’eau avec des modèles informatiques d’environ 3 millions de segments de rivières à travers le monde.
Les scientifiques ont estimé que le volume total d’eau des rivières de la Terre, en moyenne, entre 1980 et 2009, était de 539 milles cubes (2 246 kilomètres cubes). Cela équivaut à la moitié de l’eau du lac Michigan et à environ 0,006 % de toute l’eau douce, qui représente elle-même 2,5 % du volume mondial. Malgré leur faible proportion dans l’eau de la planète, les rivières sont vitales pour l’homme depuis les premières civilisations.
Une étude menée par la NASA a combiné des mesures de jaugeage avec des modèles informatiques de 3 millions de segments de rivières pour créer une image globale de la quantité d’eau que contiennent les rivières de la Terre. On estime que le bassin amazonien contient environ 38 % de l’eau fluviale mondiale, soit la plus grande partie de toutes les régions hydrologiques évaluées. Crédit : NASA
Défis liés à l’estimation du stockage fluvial
Bien que les chercheurs aient réalisé de nombreuses estimations au fil des années sur la quantité d’eau s’écoulant des rivières vers l’océan, les estimations du volume d’eau que les rivières contiennent collectivement – appelé stockage – sont peu nombreuses et plus incertaines, a déclaré JPL» Cédric David, co-auteur de l’étude.
Il aimait la situation de dépenser à partir d’un compte courant sans connaître le solde. « Nous ne savons pas quelle quantité d’eau contient ce compte, et la croissance démographique et le changement climatique compliquent encore davantage les choses », a déclaré David. « Il y a beaucoup de choses que nous pouvons faire pour gérer la façon dont nous l’utilisons et garantir qu’il y a suffisamment d’eau pour tout le monde, mais la première question est : quelle quantité d’eau y a-t-il ? C’est fondamental pour tout le reste.
Les estimations contenues dans le document pourraient éventuellement être comparées aux données du satellite international SWOT (Surface Water and Ocean Topography) pour améliorer les mesures des impacts humains sur le cycle de l’eau de la Terre. Lancé en décembre 2022, SWOT cartographie l’élévation de l’eau dans le monde entier, et les changements de hauteur des rivières offrent un moyen de quantifier le stockage et le débit.
« Empreintes digitales » de l’utilisation de l’eau
L’étude a identifié le bassin amazonien comme la région avec le plus grand stockage fluvial, contenant environ 204 miles cubes (850 kilomètres cubes) d’eau, soit environ 38 % de l’estimation mondiale. Le même bassin rejette également le plus d’eau dans l’océan : 1 629 milles cubes (6 789 kilomètres cubes) par an. Cela représente 18 % des rejets mondiaux dans l’océan, qui ont atteint en moyenne 8 975 milles cubes (37 411 kilomètres cubes) par an de 1980 à 2009.
L’étude menée par la NASA a estimé le débit de 3 millions de segments de rivières, identifiant des endroits dans le monde marqués par une utilisation intense de l’eau par l’homme, notamment certaines parties des bassins fluviaux du Colorado, de l’Amazonie, de l’Orange et du Murray-Darling, indiqués en gris ici. Crédit : NASA
Bien qu’il ne soit pas possible qu’une rivière ait un débit négatif – l’approche de l’étude ne permet pas un écoulement en amont -, pour des raisons de comptabilité, il est possible que moins d’eau sorte de certains segments de rivière qu’elle n’en entre. C’est ce que les chercheurs ont découvert pour certaines parties des bassins des fleuves Colorado, Amazone et Orange, ainsi que pour le bassin Murray-Darling, dans le sud-est de l’Australie. Ces débits négatifs indiquent pour la plupart une utilisation humaine intense de l’eau.
“Ce sont des endroits où nous voyons les empreintes digitales de la gestion de l’eau”, a déclaré l’auteur principal Elyssa Collins, qui a mené l’analyse en tant que stagiaire du JPL et doctorante à l’Université de New York. Université d’État de Caroline du Nord à Raleigh.
Une nouvelle façon de quantifier les rivières
Pendant des décennies, la plupart des estimations de la quantité totale d’eau fluviale sur Terre étaient des améliorations d’un chiffre des Nations Unies de 1974, et aucune étude n’a illustré comment la quantité a varié avec le temps. De meilleures estimations ont été difficiles à obtenir, a déclaré David, en raison du manque d’observations des rivières du monde, en particulier celles éloignées des populations humaines.
Un autre problème est qu’il existe beaucoup plus de jauges de cours d’eau qui surveillent les niveaux et le débit des grands fleuves que des petits. Il existe également une grande incertitude dans les estimations du ruissellement des terres – l’eau de pluie et la fonte des neiges qui se déversent dans les rivières.
La nouvelle étude part du principe que le ruissellement entrant et traversant un système fluvial devrait être à peu près égal à la quantité mesurée par les jauges en aval. Lorsque les chercheurs ont découvert des incohérences entre le ruissellement simulé à partir de trois modèles de surface terrestre et les mesures de jauge prises à environ 1 000 emplacements, ils ont utilisé les mesures de jauge pour corriger les chiffres de ruissellement simulés.
Ensuite, ils ont modélisé le ruissellement des rivières sur une carte mondiale haute résolution développée à l’aide de données d’élévation du sol et d’images provenant de l’espace, notamment celles de la mission de topographie radar de la navette de la NASA. Cette approche a donné des taux de débit qui ont été utilisés pour estimer le stockage moyen et mensuel pour chaque rivière et pour l’ensemble des rivières de la planète.
L’utilisation d’une méthodologie cohérente permet de comparer les flux et les pertes humaines entre différentes régions.
“De cette façon, nous pouvons voir où dans le monde la plus grande quantité d’eau fluviale est stockée, ou où la plus grande quantité d’eau est déversée dans les océans à partir des rivières”, a déclaré Collins, maintenant chercheur postdoctoral à l’Université de Caroline du Nord à Chapel. Colline.
Référence : « Modèles globaux de stockage des eaux fluviales en fonction du temps de résidence » par Elyssa L. Collins, Cédric H. David, Ryan Riggs, George H. Allen, Tamlin M. Pavelsky, Peirong Lin, Ming Pan, Dai Yamazaki, Ross K. Meentemeyer et Georgina M. Sanchez, 22 avril 2024, Géosciences naturelles.
DOI : 10.1038/s41561-024-01421-5
