Conception à faible impact : Les capteurs valident la gestion des ressources en eaux souterraines en Californie

Structures à faible impact

Les ressources mondiales en eaux souterraines dans les environnements urbains et côtiers sont très vulnérables aux pressions humaines accrues et à la variabilité du climat. Les surfaces imperméables, telles que les bâtiments, les routes et les parkings, empêchent l'infiltration, réduisent la recharge des aquifères sous-jacents et augmentent les contaminants dans les eaux de ruissellement qui débordent souvent des systèmes d'égouts. Pour atténuer ces effets, les villes du monde entier adoptent des approches de conception à faible impact (LID) pour diriger les eaux de ruissellement vers des systèmes naturels végétalisés tels que les jardins de pluie qui réduisent, filtrent et ralentissent le ruissellement des eaux pluviales. La conception à faible impact augmente hypothétiquement les taux d'infiltration et de recharge des aquifères.

Infiltration et recharge

Michelle et l'équipe de l'université d'État de San Francisco, conseillée par le Dr Jason Gurdak, se sont rendu compte que les effets du LID sur les taux de recharge et la qualité étaient inconnus, en particulier lors de précipitations intenses dans les villes situées le long de la côte Pacifique, en réponse à la variabilité interannuelle de l'oscillation australe El Niño (ENSO). À l'aide des capteurs METER de potentiel hydrique (succion du sol) et de teneur en eau, elle a pu quantifier les taux actuels et prévus d'infiltration et de recharge du système aquifère du bassin côtier californien de Westside. L'équipe a comparé une tranchée d'infiltration LID entourée d'un jardin de pluie à une pelouse traditionnelle à San Francisco.

Elle explique : "Des villes comme San Francisco mettent en place ces structures LID, et nous voulions tester la quantité d'eau qui les traverse. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux différents scénarios climatiques, comme El Niño ou La Niña, car les événements pluvieux sont beaucoup plus intenses pendant les années El Niño et peuvent provoquer des crues soudaines ou des problèmes de débordement de polluants de surface."

Les capteurs racontent l'histoire

L'équipe de recherche a examiné les différences de quantité d'eau que les structures LID pouvaient laisser passer. Michelle explique : "Les capteurs de potentiel hydrique et d'humidité du sol ont fourni des données prouvant que les zones LID étaient efficaces pour capturer l'eau, l'infiltrer plus lentement et la stocker essentiellement dans l'aquifère." L'équipe a testé la comparaison entre une tranchée d'infiltration de type développement à faible impact et une pelouse irriguée et a constaté que l'efficacité de recharge de la tranchée d'infiltration, de 58 % à 79 %, était beaucoup plus élevée que celle de la pelouse, de 8 % à 33 %.

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Les pluviomètres réservent des surprises

Bien que cela ne fasse pas partie du plan initial des chercheurs, ils ont utilisé des pluviomètres pour mesurer les précipitations, ce qui a permis d'obtenir des données surprenantes.

Michelle commente : "Nous allions simplement utiliser la base de données de San Francisco, mais il est devenu nécessaire d'utiliser les pluviomètres à cause du brouillard. Le brouillard apportait beaucoup de précipitations qui ne se présentaient pas sous la forme de gouttes de pluie. En se condensant sur les feuilles, il a fourni une part importante de l'eau contenue dans le budget, ce qui m'a surpris. Le pluviomètre a capturé le condensat sur l'entonnoir de l'instrument, ce qui nous a permis de constater l'arrivée d'une certaine quantité d'eau qui est généralement négligée dans de nombreuses études".

Précipitations futures dues à El Niño

Michelle a également trouvé des résultats très intéressants concernant El Niño et La Niña. Elle explique : "J'ai effectué une analyse historique afin d'établir des références pour la fréquence, l'intensité et la durée des précipitations au cours des années El Niño et La Niña. J'ai ensuite soumis les données climatiques projetées à un modèle Hydrus-2D, et les modèles ont montré qu'avec les intensités futures d'El Niño, les taux de recharge étaient effectivement plus élevés pour un épisode de précipitations donné. Lors de ces événements, dans les zones urbaines typiques, l'eau s'écoule si rapidement que seuls ces jardins pluviaux et ces tranchées seraient en mesure de capter la pluie qui, autrement, se perdrait dans l'océan. En revanche, dans un scénario climatique La Niña, les précipitations sont généralement moins abondantes et plus diffuses. La plupart de ces précipitations peuvent être perdues par évaporation au cours des années sèches. À l'aide de capteurs et de la modélisation 2D, nous avons donc validé l'hypothèse selon laquelle les structures LID fournissent un service de stockage de l'eau, en particulier pendant les années El Niño où les tempêtes de pluie sont plus intenses.

La recherche de Michelle a fait l'objet d'une certaine presse en ligne et a également été présentée dans l'AGU EOS Editor's Spotlight. Ses résultats sont publiés dans la revue Water Resources Research.

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