Les eaux usées peuvent-elles sauver les eaux souterraines des Émirats arabes unis ?

Can wastewater save the United Arab Emirates’ groundwater?

Les Émirats arabes unis (EAU), pays hyperaride, voient leurs réserves d'eau souterraine s'amenuiser rapidement et cette eau devient de plus en plus saline. La recharge étant très faible et l'irrigation représentant 75 % de l'utilisation des eaux souterraines, les ressources naturelles en eau de cette région disparaissent rapidement.

Wafa Al Yamani a travaillé pour l'agence environnementale d'Abou Dhabi, qui a passé un contrat avec Plant and Food Research en Nouvelle-Zélande pour étudier l'utilisation des effluents d'eaux usées traitées et des eaux souterraines pour irriguer les forêts désertiques le long des autoroutes.

Les forêts du désert

Les Émirats arabes unis dessalent toute l'eau destinée à leurs villes, de sorte que les effluents d'eaux usées traitées tertiairement provenant de ces villes pourraient constituer une ressource viable, remplaçant une partie des eaux souterraines pour l'irrigation des forêts désertiques. Ces forêts fournissent un large éventail de services écosystémiques, allant de la stabilisation du sable le long de toutes les autoroutes des Émirats arabes unis à l'hébergement d'une grande partie de la biodiversité. Il existe également une association culturelle avec les forêts. Le premier dirigeant des Émirats arabes unis, Sheikh Zayed, a lancé dans les années 1970 un programme visant à "verdir le désert", de sorte que les habitants considèrent les forêts désertiques comme un héritage de leur fondateur.

Mesurer l'utilisation de l'eau

Mme Al Yamani et son directeur de thèse, M. Brent Clothier, avaient pour objectif de minimiser l'utilisation des eaux souterraines et d'en maximiser la valeur en quantifiant les besoins en irrigation des cinq espèces les plus importantes de la foresterie désertique des Émirats arabes unis. Ils voulaient également déterminer l'impact des effluents d'eaux usées traitées sur la croissance et la santé des forêts. Ils ont utilisé des mini-infiltrateurs à disque METER pour examiner le fonctionnement du système d'irrigation au goutte-à-goutte. Le Dr Clothier déclare : "Ces sols ont une conductivité hydraulique comprise entre 2 et 5 mètres par heure. Ce sont des sables désertiques très perméables. Nous pouvons déterminer la largeur du bulbe (la zone mouillée sous un goutteur d'irrigation) et la profondeur à laquelle l'eau se déplace en utilisant un infiltromètre pour examiner les propriétés hydrauliques du sol".

En savoir plus sur les instruments de conductivité hydraulique de terrain METER

M. Clothier a également mis au point un logiciel permettant de prévoir le mouvement de l'eau dans le sens radial, en fonction de la profondeur et de la durée d'utilisation des goutteurs. Il commente : "Nous avons maintenant une configuration de deux goutteurs par arbre, et nous l'utiliserons à l'avenir pour modéliser la façon dont les arbres absorbent l'eau de la zone racinaire."

Les scientifiques ont utilisé une méthode d'impulsion thermique pour mesurer l'utilisation de l'eau par les arbres en comparant le flux de sève à la demande évaporative (ETo). Ils ont utilisé la réflectométrie temporelle (TDR) pour mesurer l'humidité du sol (teneur en eau) et ont mis au point un "bâton lumineux" utilisant des capteurs de lumière pour détecter la zone d'ombre des arbres et mesurer la surface foliaire des arbres afin de prédire le facteur de culture qui permettra de prédire l'utilisation de l'eau par les arbres à partir de l'ETo.

A photo of a mini disk infiltrometer

Les infiltromètres prédisent le comportement des goutteurs

Le Dr Al Yamani et son équipe ont utilisé ce qu'ils appellent "la méthode de la double tête d'Ankeny" pour l'évaluation des sites avec les mini infiltromètres à disque, et ils ont pu l'utiliser pour prédire le comportement des goutteurs. Ils commencent avec la tête à -60 mm, effectuent une série de mesures pour mesurer l'infiltration régulière, et répètent le processus à -5 mm. Ils utilisent ces mesures pour résoudre l'équation de Woodings qui comporte deux inconnues : la conductivité hydraulique saturée et la capillarité.

 

Le Dr Clothier déclare : "Nous l'avons fait à deux têtes, et nous pouvons utiliser l'équation de Woodings pour résoudre la pente de la courbe de conductivité exponentielle. Je peux donc prédire avec le temps le mouvement du front de mouillage qui s'éloigne du goutteur. Cela s'est avéré très utile pour déterminer le volume de sol que nous mouillons. Cela nous indique si nous devrions avoir un ou deux goutteurs. Dans cette forêt, nous pensons pouvoir nous en sortir avec deux goutteurs, car si l'on irrigue pendant deux heures, le rayon du front humide sera de 20 cm et la profondeur sera d'environ 40 cm, ce qui représente un volume d'eau suffisant pour les racines des arbres". M. Clothier explique qu'ils ont également construit une petite digue autour des goutteurs afin de pouvoir contenir l'eau à l'intérieur de la zone d'irrigation en cas d'hydrophobie ou d'irrégularités du sable.

Les effluents traités résolvent les problèmes de salinité

Historiquement, les Émirats arabes unis pompaient leurs effluents d'eaux usées dans le golfe Persique, mais depuis peu, ils les considèrent comme une ressource en eau précieuse, non seulement pour la forêt désertique, mais aussi pour l'irrigation des cultures fruitières et des palmiers-dattiers. M. Clothier explique : "Lorsque nous avons commencé à obtenir nos résultats, nous avons réalisé que nous irriguions avec des eaux souterraines dont la salinité était élevée, environ 10 dS/m, et que les effluents d'eaux usées traitées ne contenaient que 0,5 dS/m." Cette découverte a été importante car, avec les eaux usées traitées, la salinité était plus élevée. Il s'agit d'une découverte importante, car avec les eaux souterraines à forte salinité, il faut sur-irriguer pour maintenir une fraction de lixiviation du sel. Cependant, lorsque nous appliquons l'effluent d'eaux usées traitées, nous constatons immédiatement une réaction des arbres car il contient 1/20e de la charge saline".

Le Dr Clothier a toutefois noté qu'il y avait un problème à ce que les arbres réagissent si bien aux effluents d'eaux usées. Les effluents d'eaux usées traitées font pousser les arbres plus haut et plus vite, donc si le service écosystémique que vous attendez de la forêt désertique est qu'ils fassent 4 à 6 mètres de haut, cela devient un problème. Il ajoute : "Il s'agit en fait d'un problème positif, car nous pouvons maintenant induire une irrigation déficitaire, créant ainsi une plus grande ressource d'effluents d'eaux usées traitées afin d'irriguer beaucoup plus de forêts."

Quel est l'avenir ?

M. Clothier explique qu'ils ont commencé par une étude pilote aux Émirats arabes unis en 2014, qui a connu un tel succès qu'ils se sont retrouvés avec deux projets de quatre ans entièrement financés, l'un sur les effluents d'eaux usées traitées, et l'autre sur l'irrigation des palmiers-dattiers. Il explique que ces projets nécessitent encore 3 ans et demi de travail aux Émirats arabes unis et qu'en fin de compte, leur objectif est de développer un modèle pour l'irrigation des forêts et la gestion de la salinité des sols, ainsi que de développer des capacités de mesure et de modélisation de l'impact de l'irrigation sur la sylviculture durable. Ils ont récemment développé un prototype d'outil informatisé d'aide à la décision pour l'irrigation qui fournira des conseils d'irrigation durable afin d'optimiser l'utilisation de l'eau. L'outil d'aide tient compte de la nécessité de maintenir la lixiviation du sel, et les registres d'irrigation peuvent être saisis pour permettre une utilisation en temps réel.

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