Nouveaux Modèles d'Écologie pour Prédire la Distribution des Solutés dans les Eaux Souterraines superficielles : Une Avancée Majeure pour la Gestion des Ressources Hydriques

Les chercheurs de l'Institut de géographie nord-est et d'écologie agricole de l'Académie chinoise des sciences ont proposé une nouvelle approche pour l'étude des eaux souterraines, intégrant des concepts de modélisation écologique. Leurs travaux visent à améliorer la précision des simulations de la distribution des sels dans les eaux souterraines peu profondes, ce qui est crucial pour la protection de l'écosystème et la gestion des ressources hydriques. La migration des solutés dans les eaux souterraines superficielles constitue un facteur majeur dans le processus de salinisation des sols. Cette salinisation peut entraîner divers effetsécologiques, compromettant la productivité des terres et la biodiversité, avec des retombées potentiellement graves sur l'environnement humain. Par conséquent, modéliser précisesent la répartition des sels dans ces eaux est primordial pour une conservation efficace de l'environnement et la gestion durable des ressources. Cependant, la complexité des systèmes d'eaux souterraines, caractérisée par des liaisons hydrauliques variées, une distribution spatiale hétérogène et de multiples influences, jointe à l'insuffisance des données de terrain, rend ce type de simulation particulièrement ardu, notamment dans les régions arides. Les chercheurs ont innové en appliquant l'idée des modèles de distribution des espèces (SDM) de l'écologie à la prédiction de la répartition spatiale des principaux solutés des eaux souterraines peu profondes, tels que Na+, K+, SO4²⁻ et Cl⁻. Ils ont combiné les méthodes de modélisation hydrologique traditionnelles avec des techniques d'apprentissage machine pour créer un modèle simulatif à grande échelle, spécifique aux zones arides. Pour construire ce modèle, l'équipe a recueilli des échantillons d'eaux souterraines peu profondes, d'eaux souterraines profondes et d'eaux de surface. Ces données ont été intégrées dans une base de données multidimensionnelle comprenant cinq types de facteurs environnementaux : topographie, climat, liens hydrauliques, caractéristiques du sol et activités humaines. En s'inspirant du concept d'« aptitude » en écosystème, ils ont utilisé les modèles de distribution des espèces pour simuler la répartition spatiale des concentrations de solutés dans les eaux souterraines. Cette étude a adopté des algorithmes avancés comme l'analyse de mélange des composants fins, la forêt aléatoire et le critère d'information Akaike corrigé (AICc) pour surmonter les lacunes des données de terrain. Ces techniques ont permis d'améliorer considérablement la précision des prédictions, de 30 % par rapport aux méthodes traditionnelles d'interpolation spatiale. Les résultats de cette recherche mettent en évidence que les niveaux de Na+, K+, SO4²⁻ et Cl⁻ dans les eaux souterraines superficielles sont majoritairement influencés par la composition chimique des eaux de surface. La répartition de Ca²⁺, quant à elle, est plus étroitement liée aux eaux souterraines profondes. De manière intéressante, l'activité humaine, en particulier l'irrigation agricole, est positivement corrélée aux concentrations de solutés, avec une influence particulièrement marquée dans les zones irriguées. Parmi les facteurs climatiques, la quantité de précipitations et le taux d’évaporation jouent un rôle essentiel dans la migration des solutés. Cette nouvelle méthodologie ouvre une voie inédite pour l’étude des mécanismes de transport des sels dans les eaux souterraines superficielles. Elle offre également un outil puissant pour identifier avec précision les zones de concentration de sel et pour gérer de manière scientifique les ressources en eau souterraine. Ces avancées sont particulièrement pertinentes dans les régions sujettes à la sécheresse, où la gestion de l'eau est un enjeu crucial. Le résultat de cette recherche a été publié récemment dans la revue Water Resources Research. L'étude a bénéficié du soutien financier de plusieurs sources, dont le Fonds national des sciences naturelles de Chine et le Fond spécial des talents pour la bataille technologique de la “grande céréalière noire”. La collaboration sur ce projet a impliqué, entre autres, l'Institut de géographie nord-est et l'Université du Henan. L'intégration de concepts écologiques dans la modélisation des eaux souterraines représente une avancée significative, offrant non seulement une meilleure compréhension des dynamiques sédimentaires, mais aussi des instruments pratiques pour lutter contre la salinisation et préserver les écosystèmes vulnérables.