Crédit :NASA
Chaque jour - jusqu'à trente fois par jour, en fait - l'un des employés de Mark Mason à Nature's Reward Farms dans le comté de Monterey, en Californie, lui apporte les résultats d'un test de sol pour discussion.
Mason supervise les engrais et l'irrigation pour les 5 000 acres de la ferme le long de la côte centrale de la Californie, qui est surnommée "America's Salad Bowl" et est l'une des régions agricoles les plus productives et les plus diversifiées au monde. Ces résultats d'analyse de sol sont des éléments clés pour l'un de ses nouveaux outils :CropManage, qui est exploité par l'Université de Californie Cooperative Extension et utilise des données de la NASA et d'autres sources pour créer des recommandations personnalisées d'irrigation et d'engrais. En plus des mesures par satellite du développement des cultures, il évalue la météo locale, les caractéristiques du sol et l'efficacité du système d'irrigation.
"CropManage donne une recommandation à la personne qui est sortie et a prélevé l'échantillon de sol", a expliqué Mason. « Il obtient les résultats, puis en discute avec moi. Je sais à quoi ressemble le champ, donc je vais suivre les recommandations de CropManage et prendre une décision basée sur ce que je sais sur la méthode d'irrigation, quand il sera récolté, le type de sol, l'apparence de la culture et l'historique de ce sol pour cette période de l'année."
Si vous avez mangé un fruit, un légume ou une noix aujourd'hui, il y a de fortes chances qu'il provienne d'une ferme comme Nature's Reward Farms sur la côte centrale de Californie ou de la vallée centrale voisine. Couvrant plus de 20 000 miles carrés dans le Golden State, ces régions abritent des milliers de fermes qui cultivent des centaines de cultures différentes, produisant chaque année plus d'un tiers des légumes des États-Unis et les deux tiers de leurs fruits et noix.
Mais le centre de la Californie ne reçoit pas beaucoup de pluie. La majeure partie de l'eau de la vallée centrale provient de ruisseaux et de réservoirs qui captent la fonte des neiges des montagnes et les eaux souterraines stockées dans des dépôts poreux profondément sous la surface. Ces sources d'eau sont confrontées à des pressions croissantes en raison du changement climatique, de l'utilisation humaine et de la variabilité naturelle, ce qui fait de la gestion de l'eau un problème complexe et évolutif. Surveiller la quantité d'eau disponible pour faire pousser nos produits d'épicerie n'a jamais été aussi vital, et les satellites d'observation de la Terre et les programmes de partenariat de la NASA aident les agriculteurs, les gestionnaires des ressources en eau et les décideurs à surveiller et à allouer des ressources en eau de plus en plus rares dans leur État.
La première question que se posent les chercheurs de la NASA qui étudient l'eau douce sur Terre est :où est l'eau ? Comme elle oscille constamment entre la vapeur d'eau, la pluie et la neige, et les réservoirs au-dessus et au-dessous du sol, l'eau est suivie par une flotte de satellites de la NASA. Crédit :NASA / Katy Mersmann
Surveiller l'approvisionnement en eau
Dans une année idéale, de fortes chutes de neige tombent dans les chaînes de montagnes californiennes et s'accumulent au cours de l'hiver et du printemps. La neige agit comme un réservoir naturel, retenant et libérant progressivement l'eau dans les rivières et les ruisseaux à mesure que le temps se réchauffe au printemps. De là, un système d'aqueducs, de canaux et de pipelines transporte l'eau vers des régions plus sèches de l'État. De nombreux agriculteurs des régions centrales de l'État utilisent cette eau pour irriguer leurs cultures et dépendent également fortement des eaux souterraines des puits.
Mais toutes les années ne sont pas une année idéale. En 2021, par exemple, la chaleur extrême et la sécheresse ont continué de frapper l'Occident. Les précipitations inférieures à la moyenne de l'hiver et les chutes de neige exceptionnellement faibles se sont évaporées rapidement lors des températures printanières élevées ou ont fondu et trempé dans des sols encore desséchés par un automne et un hiver secs. En conséquence, il restait peu d'eau pour remplir les réservoirs et nourrir les plantes plus loin dans la vallée. Déjà étroitement alloués, les approvisionnements en eau dans la région sont devenus encore plus rares, et certains agriculteurs doivent prendre des décisions difficiles sur les cultures qui recevront cette eau.
Les chercheurs de la NASA observent de près les sources d'eau du centre de la Californie, comment elles évoluent au fil du temps et pourquoi - et produisent des informations qui peuvent être utilisées pour déterminer quoi faire à ce sujet. Les satellites, les missions aéroportées et sur le terrain suivent les chutes de neige, les précipitations, les niveaux d'humidité du sol, l'épuisement des eaux souterraines, la santé des cultures et l'évapotranspiration. En fournissant de meilleures informations sur la quantité d'eau entrant et sortant du système, ces indicateurs aident les agriculteurs à déterminer la quantité d'eau dont ils auront besoin et la quantité qui sera accessible.
Matt Rodell est directeur adjoint associé des sciences de la Terre pour l'hydrosphère, la biosphère et la géophysique au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Il étudie les eaux souterraines du monde entier, en utilisant les données de la mission Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO) de la NASA. Les eaux souterraines sont particulièrement importantes dans des endroits comme la vallée centrale et la côte centrale qui ne reçoivent pas beaucoup de précipitations et font face à des sécheresses fréquentes.
"Les eaux souterraines sont extrêmement importantes car elles sont généralement toujours disponibles", a déclaré Rodell. "C'est stocké pendant de nombreuses années, ou décennies, ou siècles, ou millénaires - c'est comme votre compte d'épargne. Vous voulez toujours que cette eau soit mise de côté afin qu'elle soit là pour les moments difficiles. »
La Californie est l'un des points chauds mondiaux que les chercheurs de GRACE étudient. C'est l'un des nombreux domaines où les eaux souterraines s'épuisent plus rapidement qu'elles ne se rechargent.
"Les gens deviennent trop dépendants des eaux souterraines", a déclaré Rodell. "Idéalement, comme pour votre compte d'épargne, vous voudriez dépenser moins que vous n'y investissez sur une longue période. Mais en Californie, ils utilisent tellement d'eau souterraine que le niveau baisse depuis des décennies."
La Californie a récemment adopté sa première politique de réglementation des eaux souterraines à l'échelle de l'État, en partie en réponse aux problèmes d'épuisement des eaux souterraines, a déclaré Claudia Faunt, hydrologue à l'US Geological Survey et chef de programme pour la section de disponibilité et d'utilisation des eaux souterraines au USGS California Water Science Center à San Diego, Californie. Dans certaines régions, la baisse du niveau des eaux souterraines entraîne un affaissement :la surface du sol s'affaisse à mesure que l'eau est extraite des dépôts situés en dessous, et ces dépôts se déposent et se compactent.
"Les problèmes d'affaissement affectent d'autres parties de l'infrastructure, et les puits s'assèchent dans les zones où les niveaux d'eau ont baissé", a déclaré Faunt. Forer plus profondément lorsqu'un puits s'assèche, ou forer de nouveaux puits à la recherche d'eau, coûte cher et peut contribuer à épuiser encore plus les eaux souterraines.
D'autres menaces qui pèsent sur l'approvisionnement en eau de la région, comme la diminution de l'enneigement et l'évolution des régimes de précipitations hivernales, sont dues au changement climatique. En outre, le réchauffement climatique augmentera l'évapotranspiration, ce qui contribue aux déficits d'humidité du sol et au stress hydrique des plantes, et peut affecter les conditions météorologiques locales. À mesure que les modèles de précipitations changent, les futurs scénarios de précipitations pourraient devenir de plus en plus extrêmes. En Californie et dans d'autres parties de l'ouest des États-Unis, cela ressemblera probablement à une sécheresse, menaçant la production alimentaire.
Pendant les saisons où les ressources en eau sont rares, les outils alimentés par les données de la NASA peuvent aider les agriculteurs comme Mark Mason à décider où allouer l'eau et les nutriments pour l'irrigation et les engrais. Crédit :NASA / Mark Mason
Mettre les données de la NASA au service des agriculteurs californiens
Pour faire face à l'évolution des conditions, les agriculteurs californiens se tournent vers de nouveaux outils et technologies pour les aider à produire les fruits, les noix et les légumes en demande constante par les consommateurs américains.
En plus de GRACE-FO qui étudie les eaux souterraines, des missions comme SMAP (Soil Moisture Active Passive) et MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) mesurent l'humidité et l'évapotranspiration du sol, et GPM (la mission Global Precipitation Measurement) suit les pluies et les chutes de neige. Le programme Landsat, un effort conjoint de la NASA et de l'U.S. Geological Survey, a mesuré la santé et la croissance des cultures pendant près de 50 ans. De plus, la NASA collabore avec des universités, des entreprises privées, des instituts de recherche et d'autres agences gouvernementales pour créer des outils et des programmes qui exploitent toutes ces données. Grâce aux sciences appliquées de la NASA et à ses programmes de sécurité alimentaire et d'agriculture, y compris NASA Harvest, les agriculteurs peuvent accéder à des informations utilisables pour prendre de meilleures décisions sur leurs exploitations.
Lee Johnson est chercheur principal au centre de recherche Ames de la NASA et à la California State University à Monterey Bay (CSUMB). En partenariat avec Forrest Melton du programme de sciences appliquées de la NASA et Alberto Guzman et Will Carrara de la NASA Ames, il soutient le système Satellite Irrigation Management Support (SIMS), une plate-forme de données en ligne qui utilise des données satellitaires terrestres accessibles au public et des modèles open source pour cartographier évapotranspiration à l'échelle d'un quart d'acre.
"L'évapotranspiration est une partie très importante du cycle hydrologique, et pourtant, dans le passé, de nombreuses informations à ce sujet étaient difficiles à obtenir ou coûteuses", a déclaré Johnson. « Tout le monde connaît les précipitations; c'est sur l'écran d'accueil de votre téléphone. Mais l'évapotranspiration est une sorte de processus inverse. Pour les producteurs qui souhaitent l'utiliser pour guider leur production agricole, ces informations sont rares. Et si vous ne pouvez pas le mesurer de manière fiable, il est plus difficile de le gérer."
"Pour la plupart des cultures, l'évapotranspiration représente la quantité minimale d'eau qui doit être remplacée par l'irrigation ou les précipitations pour maintenir une culture saine et maximiser les rendements des cultures", a déclaré Melton. "Lier les données satellitaires du SIMS à CropManage aide les agriculteurs comme Mark Mason et son équipe de Nature's Reward à éliminer les conjectures lors de l'estimation des besoins en irrigation et en engrais pour leurs cultures."
Un autre outil de gestion de l'eau, GRAPEX (Grape Remote-sensing Atmospheric Profile and Evapotranspiration eXperiment), utilise également les données Landsat, cette fois pour aider les propriétaires de vignobles. Les images Landsat thermiques et visuelles donnent aux viticulteurs des informations sur l'évapotranspiration et la santé des plantes de leurs vignobles et les aident à s'assurer qu'ils ne deviennent ni trop humides ni trop secs.
"Le but de notre travail est de trouver des moyens de mettre les données de la NASA entre les mains des agriculteurs et des irrigants sur le terrain, où elles peuvent aider à améliorer la durabilité de l'agriculture californienne", a déclaré Guzman, ingénieur logiciel senior chez NASA Ames et CSUMB qui a commencé sa carrière en travaillant dans les champs de la Californie. "Les partenariats avec des producteurs innovants comme Nature's Reward sont la clé pour garantir que nous pouvons prendre des pétaoctets de données satellitaires et les transformer en informations pouvant être utilisées pour la prise de décision quotidienne."
Garder la nourriture sur la table
Qu'il s'agisse de suivre les premières neiges hivernales tombant dans la chaîne de la Sierra Nevada ou d'aider un agriculteur californien à allouer des réserves d'eau rares en été, les missions et programmes de la NASA aident les producteurs à continuer à produire les fruits et légumes que nous aimons manger - tout en se préparant et en s'adaptant à un avenir plus chaud et plus sec.
