Une nouvelle méthode pour estimer le volume d’eau des rivières
Une étude menée par des chercheurs de la NASA fournit de nouvelles estimations du volume d’eau circulant dans les rivières de la Terre, des taux de ruissellement vers l’océan et de la manière dont ces deux valeurs ont varié au fil du temps. Ces informations sont fondamentales pour comprendre le cycle hydrologique de la planète et pour gérer les ressources en eau douce. Les résultats mettent également en évidence des régions soumises à une exploitation intense de l’eau, comme 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 sur Géosciences naturellesdes chercheurs du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie ont utilisé une méthodologie innovante qui combine les mesures des stations hydrométriques avec des modèles informatiques d’environ 3 millions de segments de rivières dans le monde.
Les scientifiques estiment le volume total d’eau des rivières de la Terre, en moyenne entre 1980 et 2009, à 539 miles cubes (2 246 kilomètres cubes). Cela correspond à environ la moitié de l’eau du lac Michigan – et à environ 0,006 % de toute l’eau douce, ce qui représente 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.
Défis liés à l’estimation du volume d’eau des rivières
Alors que de nombreuses estimations ont été faites au fil des années sur le débit d’eau des rivières vers l’océan, les estimations du volume d’eau que les rivières détiennent collectivement, appelé stockage, sont rares et plus incertaines, dit Cédric David, co- auteur de l’étude.
David compare la situation à des dépenses sur un compte courant sans connaître le solde. « Nous ne savons pas quelle quantité d’eau représente la facture, et la croissance démographique et les changements climatiques compliquent encore davantage les choses », explique David. « Il y a beaucoup de choses que nous pouvons faire pour gérer la façon dont nous l’utilisons et nous assurer 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 essentiel pour tout le reste.
Les estimations présentées dans l’étude pourraient à l’avenir 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 les niveaux d’eau dans le monde entier, et les changements dans les hauteurs des rivières offrent « un moyen de quantifier le stockage et le ruissellement ».
Les « empreintes » de la consommation d’eau
L’étude a identifié le bassin amazonien comme la région ayant le plus grand stockage fluvial, contenant environ 204 milles 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 % du ruissellement mondial vers l’océan, qui s’est élevé en moyenne à 8 975 milles cubes (37 411 kilomètres cubes) par an de 1980 à 2009.
Bien qu’il ne soit pas possible qu’une rivière ait un débit sortant négatif, pour des raisons comptables, il est possible que moins d’eau s’écoule de certains segments de rivière qu’elle n’en entre. C’est ce que les chercheurs ont découvert pour certaines parties des bassins du Colorado, de l’Amazone et du fleuve Orange, ainsi que pour le bassin Murray-Darling, dans le sud-est de l’Australie. Ces débits négatifs indiquent principalement une utilisation humaine intense de l’eau.
Une nouvelle façon de quantifier les rivières
Pendant des décennies, la plupart des estimations du volume total d’eau des rivières de la Terre ont été des améliorations d’un chiffre de 1974 des Nations Unies, et aucune étude n’a illustré comment la quantité a varié au fil du temps. De meilleures estimations ont été difficiles à obtenir, explique David, en raison du manque d’observations des rivières du monde, en particulier celles éloignées des populations humaines.
Un autre problème réside dans le fait qu’il existe beaucoup plus de stations hydrométriques 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, c’est-à-dire l’eau de pluie et la fonte des neiges qui se déversent dans les rivières.
L’étude a supposé que le ruissellement s’écoulant dans et à travers un système fluvial devrait approximativement « égal à la quantité » mesurée par les stations 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 stations prises à partir d’environ 1 000 emplacements, ils ont utiliséles mesures de stationpour corriger les chiffres de ruissellement simulés.
Ensuite, ils ont modélisé le ruissellement des rivières sur une carte mondiale à haute résolution développée à l’aide de données d’élévation des terres et d’images provenant de l’espace, notamment celles de la mission Shuttle Radar Topography de la NASA. Cette approche a produit des taux de ruissellement 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 humains et les prises entre différentes régions.
“De cette façon, nous pouvons voir où dans le monde la plus grande partie de l’eau des rivières est stockée, ou où la plus grande partie de l’eau est déversée dans les océans par les rivières”, explique Collins, aujourd’hui chercheur postdoctoral à l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.
Référence : « Modèles globaux de stockage de l’eau des rivières 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
