vignette|Au cours d'une longue période d'épuisement des eaux souterraines dans la vallée Centrale de Californie, les brèves périodes de rétablissement sont principalement dues à des événements météorologiques extrêmes qui ont généralement provoqué des inondations et ont des conséquences sociales, environnementales et économiques négatives.
L'épuisement ou la surexploitation des eaux souterraines est le processus d’extraction d'eau souterraine au-delà du rendement d'équilibre d'un aquifère. Les eaux souterraines constituent l'une des plus importantes sources d'eau douce et se trouvent sous terre. La principale cause de l'épuisement des nappes phréatiques est le pompage excessif de ces eaux depuis les aquifères souterrains.
Un rechargement insuffisant peut entraîner un épuisement de la nappe phréatique, réduisant ainsi son utilité pour l'homme. L’épuisement peut également avoir des impacts sur l’environnement autour de l’aquifère, tels que la compression et l’affaissement du sol, des changements climatiques locaux, des modifications de la chimie du sol et d’autres détériorations de l’environnement local.
Rendements Il existe deux types de rendements : le rendement sûr et le rendement durable. Le débit de prélèvement sécuritaire 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 est la quantité d'eau extraite qui peut être maintenue indéfiniment sans impacts hydrologiques négatifs, en tenant compte à la fois du taux de recharge et des impacts sur les eaux de surface..
Aquifères Les aquifères sont des formations géologiques avec des parties hydrauliques qui permettent le stockage et la libre transmission de l'eau à travers ses pores et fissures. Les aquifères sont composées de la nappe phréatique, la zone de saturation, la couche imperméable. Il existe deux types d'aquifères selon la localisation des aquifères, leur comportement hydrologique et la géologie caractéristique à savoir : les aquifères libres, celles confinés et semi-confinés.
Les aquifères libres ou souterrains ne présentent pas de formation imperméables. Dans ces aquifères, la zone non saturée est située entre la surface du sol et la nappe phréatique et l'eau est en contact avec l'air et à la pression atmosphérique.
Ceux confinés contrairement à ceux libres, ils ne sont pas en contact avec l'atmosphère en raison de la présence de matériaux imperméables ou confinants. Dans un aquifère actif, l'eau sature totalement les pores ou les fissures, de sorte que lors du forage, elle monte jusqu'à ce qu'il y ait équilibre avec la pression hydraulique et la pression atmosphérique.
Les aquifères semi-confinés sont des aquifères sous pression et présentent une très grande perméabilité car ils sont considérés comme des aquitards.
Extraire de l'eau souterraine des aquifères non captifs revient à emprunter de l'eau : il faut la recharger à un rythme approprié. La recharge peut se faire par recharge artificielle et par recharge naturelle...
Mécanisme Lorsqu'on extrait de l'eau souterraine d'un aquifère, un cône de dépression se crée autour du puits. À mesure que l'aspiration de l'eau se poursuit, le rayon du cône augmente. Un prélèvement excessif d'eau (surexploitation) peut entraîner des conséquences négatives telles qu'une baisse du niveau de la nappe phréatique, un affaissement des sols. et une diminution de l'apport d'eau de surface aux cours d'eau. Dans les cas extrêmes, l'eau qui alimente naturellement la nappe phréatique est prélevée directement dans les ruisseaux et les rivières, ce qui abaisse leur niveau. Cela affecte la faune sauvage, ainsi que les humains qui pourraient utiliser l'eau à d'autres fins.
Le processus naturel de recharge des aquifères s'effectue par percolation des eaux de surface. Une nappe phréatique peut être rechargée artificiellement, par exemple en injectant directement dans la nappe phréatique les eaux usées récupérées après leur traitement (épuration). Un exemple en est le District des eaux du comté d'Orange en Californie : cette organisation récupère les eaux usées, les traite jusqu'à un niveau approprié, puis les réinjecte systématiquement dans les aquifères pour une recharge artificielle..
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 sans danger varie considérablement d'une région du monde à l'autre, et même au sein d'une même province. Certaines nappes phréatiques mettent très longtemps à se recharger, et un surexploitation peut donc assécher certaines réserves d'eau souterraines. L'affaissement se produit lorsque l'on extrait une quantité excessive d'eau souterraine des roches qui supportent un poids plus important lorsqu'elles sont saturées. Cela peut entraîner une réduction de la capacité de l'aquifère..
Les variations de la disponibilité en eau douce résultent d'activités naturelles et humaines (liées au changement climatique) qui perturbent les schémas de recharge des nappes phréatiques. L'irrigation est l'une des principales activités anthropiques à l'origine de l'épuisement des eaux souterraines. Environ 40 % de l'irrigation mondiale est assurée par les eaux souterraines, et lirrigation est la principale activité à l'origine de la perte de stockage des eaux souterraines aux États-Unis..
Autour du monde +Classement des pays qui utilisent les eaux souterraines pour l'irrigation. : Pays Millions d'hectares ( ) irrigué par les eaux souterraines Inde 26,5 USA 10.8 Chine 8.8 Pakistan 4.9 L'Iran 3.6 Bangladesh 2.6 Mexique 1.7 Arabie Saoudite 1.5 Italie 0,9 Turquie 0,7 Syrie 0,6 Brésil 0,5 Ce classement est basé sur la quantité d'eau souterraine utilisée par chaque pays pour l'agriculture. Ce problème prend de l'importance aux États-Unis (notamment en Californie), mais il est un problème persistant dans d'autres parties du monde, comme cela est documenté au Pendjab, en Inde, en 1987..
États-Unis Aux États-Unis, on estime à de nappe phréatique qui sont épuisées au cours du siècle. Le développement des villes et autres zones de forte concentration de consommation d'eau exerce une pression considérable sur les ressources en eaux souterraines. Dans les scénarios post-aménagement, 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 (écoulement hypodermique), ce qui entraîne un abaissement 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 modifications anthropiques du stockage des eaux souterraines, telles que le surpompage et l'épuisement des nappes phréatiques combinées aux changements climatiques, remodèlent efficacement l'hydrosphère et ont un impact sur les écosystèmes qui dépendent des eaux souterraines..
Déclin accéléré des réservoirs souterrains Selon un rapport de 2013 de l'hydrologue chercheur Leonard F. Konikow. de l'Institut d'études géologiques des États-Unis, l'épuisement de l'aquifère d'Ogallala entre 2001 2008 représente environ 32 % de l'épuisement cumulé au cours de l'ensemble du siècle. Aux États-Unis, les plus grands utilisateurs d'eau des aquifères comprennent l'irrigation agricole et l'extraction de pétrole et de charbon.. Selon Konikow, « la diminution cumulée des réserves d’eau souterraine aux États-Unis s’est accélérée à la fin des années 1940 et s’est poursuivie à un rythme linéaire quasi constant jusqu’à la fin du siècle. Outre ses conséquences environnementales largement reconnues, cette diminution des réserves d’eau souterraine compromet également la durabilité à long terme de ces ressources pour répondre aux besoins en eau du pays ».
Selon une autre étude de l'institut sur les prélèvements dans 66 grands aquifères américains, les trois principaux usages de l'eau extraite des aquifères sont l'irrigation (68 %), l'approvisionnement public en eau (19 %) et « l'industrie auto-approvisionnée » (4 %). Les 8 % restants des prélèvements d’eau souterraine sont destinés à « l’auto-approvisionnement domestique, à l'aquaculture, à l'élevage, à l'exploitation minière et à la production d'énergie thermoélectrique »..
Impacts environnementaux Le prélèvement d'eau souterraine pour l'approvisionnement en eau potable abaisse le niveau global de la nappe phréatique, c'est-à-dire le niveau auquel se trouve l'eau souterraine dans une zone donnée. La baisse du niveau 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 massif d'eau souterraine peut entraîner la formation de dolines ou un affaissement lié à la nappe phréatique. La surpression entraîne une instabilité de la pression dans les confinements calcaires et l'effondrement des sédiments, créant ainsi un gouffre.. Le surexploitation des nappes phréatiques dans les régions côtières peut entraîner une réduction de la pression de l'eau dans une nappe phréatique, favorisant ainsi l'intrusion d'eau salée. Si l'eau salée contamine une nappe phréatique d'eau douce, cette nappe ne peut plus être utilisée comme source fiable d'eau douce pour les agglomérations et les villes. La recharge artificielle pourrait rétablir la pression d'eau douce et ainsi stopper l'intrusion d'eau salée. Cependant, cette méthode peut s'avérer économiquement inefficace et indisponible en raison du coût élevé du processus.
Lorsque les aquifères ou les puits d'eau souterraine subissent un prélèvement excessif, les concentrations chimiques dans l'eau peuvent changer. Des substances chimiques telles que le calcium, le magnésium, le sodium, le carbonate, le bicarbonate, le chlorure et le sulfate peuvent être trouvées dans les sources d'eau souterraine.. Les modifications de la qualité de l'eau dues à la surexploitation peuvent la rendre impropre à la consommation humaine, rendant ainsi les sources d'eau souterraine inutilisables comme source d'eau potable.
Le surexploitation peut également affecter les organismes vivant dans les aquifères souterrains, connus sous le nom de tygobiontes. La perte d'habitat de ces créatures due au surexploitation réduit la biodiversité dans certaines régions..
Les impacts environnementaux du pompage excessif comprennent (Archive of chart itself). :
Affaissement lié aux eaux souterraines : l'effondrement du sol dû à un manque de soutien (de l'eau qui s'épuise). Le premier cas recensé d'affaissement de terrain remonte aux années 1940. L’affaissement des sols peut aller d’un simple glissement de terrain local à l’affaissement de toute une région. L'affaissement peut entraîner des dommages aux infrastructures et aux écosystèmes ; l'abaissement de la nappe phréatique rend l'accès à l'eau plus difficile pour les ruisseaux et les rivières ; réduction du volume d'eau dans les cours d'eau et les lacs due à la diminution de leur apport en eau par la recharge des aquifères par les eaux de surface ; impacts sur les animaux qui dépendent des cours d'eau et des lacs pour leur nourriture, leur eau et leur habitat ; détérioration de la qualité de l'eau ; l'augmentation du coût de l'eau pour le consommateur est due à la baisse du niveau de la nappe phréatique : il faut davantage d'énergie pour pomper l'eau à une plus grande profondeur, ce qui entraîne une hausse des coûts d'exploitation pour les entreprises, qui répercutent cette dépense sur le consommateur ; diminution de la production agricole due au manque d'eau ; perturbations du cycle de l'eau.
Affaissement lié aux eaux souterraines