Nouvelles découvertes sur paradoxe de l'eau ancienne

Les résultats d'un laboratoire en plein air installé il y a cinq ans sur le Hönggerberg montrent maintenant des résultats dans le domaine de l'hydrologie du sol en forêt. Des capteurs placés sur les arbres, dans le sol et dans le ruisseau fournissent en permanence des données sur la dynamique de l'eau et confirment ainsi le «paradoxe de l'eau ancienne»: la majeure partie de l'eau est ancienne. Elle est stockée dans le sol depuis des mois, voire des années.

Au cours des cinq dernières années, des échantillons d'eau du sol ont été prélevés chaque semaine dans le laboratoire forestier de l'ETH Zurich (sur le Hönggerberg) et analysés pour déterminer la présence d'isotopes stables. L'objectif de ces efforts était de tirer des conclusions sur l'âge, l'origine et les processus hydrologiques impliqués. Le résultat est une «empreinte digitale» claire de l'eau. Les chercheurs impliqués viennent de tirer une première conclusion et les données confirment ce que les hydrologues connaissent sous le nom de «paradoxe de l'eau ancienne»: dans les échantillons de sol, on trouve surtout de «l'eau ancienne», stockée dans le sol depuis des mois ou des années, et très peu d'eau nouvelle provenant de précipitations récentes. Une série de mesures effectuées sur des échantillons prélevés entre avril 2020 et avril 2023 montre que même à dix centimètres de profondeur, seul un tiers de l'eau stockée a moins de trois semaines.

Le «paradoxe de l'eau ancienne» dans les rivières...

Cette constatation ne vaut pas seulement pour le sol forestier observé, mais aussi pour le Holderbach, situé à environ 200 mètres. Là, Marius Floriancic, maître-assistant à l'Institut d'ingénierie environnementale de l'ETH, a installé sur la rive un échantillonneur automatique qui prélève un échantillon d'eau toutes les six heures. Le «paradoxe de l'eau ancienne» se manifeste ici aussi. Même après un violent orage, la majeure partie de l'eau du Holderbach a plus d'un mois. Et sur une année, seuls 14 pour cent de l'écoulement ont moins d'un mois. Le reste provient du sol, où l'eau a été stockée pendant au moins un mois.

... et aussi dans les régions alpines

Les observations sur l'âge de l'eau au Hönggerberg ont également été confirmées dans les Alpes. Des échantillons d'eau prélevés dans 32 bassins versants des Alpes ont montré qu'en moyenne 93 pour cent de l'eau s'écoulant dans les rivières alpines avait plus d'un mois. Seule une petite partie provenait de pluies récentes et de la fonte des neiges. «Tant que les pores du sol sont remplis d'eau ancienne, l'eau nouvelle s'infiltre rapidement en profondeur et dans les nappes phréatiques par des trous de vers ou de racines», explique Floriancic. De telles connaissances peuvent améliorer les planifications de protection contre les inondations.

La couverture du sol est plus importante que prévu

Selon les résultats de la recherche, outre la canopée, la couverture du sol est également importante pour l'hydrologie forestière. «Pendant longtemps, les hydrologues ont supposé qu'environ trois à quatre pour cent des précipitations étaient retenus dans la couverture du sol - et que cette couche était donc largement négligeable», explique Floriancic. Mais ses mesures ont donné une autre image: environ 18 pour cent des précipitations sont retenues dans la couche de litière et dans le bois mort. Si l'on ajoute à cela les quelque 20 pour cent de précipitations qui restent accrochées aux feuilles de la cime des arbres et qui s'évaporent à nouveau dans l'atmosphère, seuls 600 millimètres de précipitations sur 1000 parviennent effectivement dans le sol.

La qualité du sol est essentielle pour le stockage de l'eau

Au vu du changement climatique, la question se pose de savoir quels arbres pourront à l'avenir mieux faire face à la situation. Selon Floriancic, la recherche n'a pas de réponse claire à cette question, mais cinq années de recherche permettent de tirer quelques enseignements pratiques: «La structure et la qualité du sol sont essentielles pour le stockage de l'eau. Plus il y a de matière organique dans le sol, plus la capacité de stockage de l'eau est élevée». Dans cette mesure, il est important de laisser le plus de bois mort possible dans la forêt, non seulement pour la biodiversité, mais aussi pour le bilan hydrique.

Comme le montrent les mesures systématiques d'un étudiant, beaucoup d'humidité y reste stockée. De plus, il est avantageux pour le régime hydrique de combiner différentes espèces d'arbres, car leurs racines atteignent l'eau du sol à différentes profondeurs et se concurrencent donc moins. En d'autres termes, plus la diversité est grande dans la forêt, plus elle est résistante au climat.