La réserve d’eau douce cachée sous le Grand Lac Salé

Une réserve souterraine potentiellement énorme d’eau douce sous le Grand Lac Salé se précise avec une nouvelle étude ayant utilisé des relevés électromagnétiques aéroportés (AEM) pour radiographier les structures géologiques sous la baie de Farmington et l’île d’Antilope, au large de la rive sud-est du lac.

Une analyse de ces données par des géophysiciens de l’Université de l’Utah montre que l’eau douce sature les sédiments sous la surface hypersaline du lac jusqu’à des profondeurs de 3 à 4 kilomètres, soit environ 10 000 à 13 000 pieds. Le relevé géophysique aéroporté par hélicoptère a été réalisé l’année dernière après que des scientifiques de l’Utah ont documenté de l’eau douce remontant sous pression à plusieurs endroits sur la plaine du lac exposée dans la baie de Farmington, se manifestant par d’étranges monticules envahis de phragmites.

L’étude a démontré pour la première fois la capacité des méthodes AEM à détecter de l’eau douce sous la mince couche d’eau salée conductrice à la surface du Grand Lac Salé, selon l’auteur principal Michael Zhdanov. Son équipe a également caractérisé l’étendue spatiale du réservoir d’eau douce sous la baie de Farmington et étudié la profondeur potentielle des sédiments saturés en eau douce en délimitant la structure du socle.

« Nous avons pu répondre à la question de savoir à quelle profondeur se trouve ce réservoir potentiel, et quelle est son étendue spatiale sous la marge orientale du lac. Si vous connaissez la profondeur, vous connaissez la largeur, vous connaissez l’espace poreux, vous pouvez calculer le volume potentiel d’eau douce », a expliqué Zhdanov, professeur distingué de géologie et géophysique et directeur du Consortium pour la modélisation et l’inversion électromagnétiques, ou CEMI.

Un effort de recherche plus large financé par l’État se concentre sur un aquifère nouvellement découvert

Les résultats paraissent dans la revue affiliée à Nature Scientific Reports. Cette étude fait partie d’un projet de recherche plus large mené par le département de géologie et géophysique de l’U et financé par le département des ressources naturelles de l’Utah pour comprendre les eaux souterraines sous le Grand Lac Salé, le plus grand lac terminal de l’hémisphère occidental.

Supervisé par certains des membres les plus anciens du département de géologie et leurs étudiants diplômés, cet effort a déjà donné lieu à deux autres articles importants, d’autres devant suivre.

Les preuves produites dans cette nouvelle étude suggèrent que l’eau douce pénètre dans le sous-sol vers l’intérieur du lac, et non vers sa périphérie comme on pourrait s’y attendre, selon l’hydrologue Bill Johnson, co-auteur de tous les articles sur les eaux souterraines du Grand Lac Salé.

« La partie inattendue de ceci n’était pas la lentille de sel que nous voyons près de la surface à travers la plaine. C’est que l’eau douce en dessous s’étend si loin vers l’intérieur du lac et peut-être sous tout le lac. Nous ne savons pas », a déclaré Johnson lors d’une récente apparition sur l’émission Cool Science Radio de KPCW. « Ce à quoi nous nous attendrions normalement en tant qu’hydrologues, c’est que cette saumure occuperait tout le volume sous ce lac. Elle est plus dense que l’eau douce. On s’attendrait à ce que l’eau douce des montagnes arrive quelque part à la périphérie. Mais nous constatons qu’elle arrive vers l’intérieur. Et il y a ce qui semble être un volume profond de cette eau douce arrivant sous cette lentille saline. »

Une source d’eau potentielle pour atténuer la pollution par les poussières

Ces études ont été déclenchées par l’apparition ces dernières années de monticules circulaires, chacun de 50 à 100 mètres de diamètre et recouverts de fourrés de roseaux de 15 pieds de haut, sur le lit asséché de la baie de Farmington. La baisse du niveau du lac a exposé 800 miles carrés de plaine lacustre, qui devient désormais une source majeure de pollution par les poussières soufflant vers les centres de population de l’Utah.

Johnson, professeur de géologie et géophysique, souhaite explorer si l’eau souterraine artésienne pourrait être exploitée en toute sécurité pour atténuer la poussière qui contient des métaux toxiques.

« Il y a des effets bénéfiques de ces eaux souterraines que nous devons comprendre avant d’en extraire davantage. Un objectif de premier ordre est de comprendre si nous pourrions utiliser cette eau douce pour mouiller les points chauds de poussière et les arroser de manière significative sans perturber trop le système d’eau douce », a souligné Johnson. « Pour moi, c’est un objectif principal car il est très pratique et il est peu probable que nous puissions remplir la baie de Farmington et d’autres parties de la plaine assez pour éviter l’apparition de points de poussière aux altitudes plus élevées. Ce serait un excellent moyen de s’y attaquer. »

Johnson et ses collègues de l’Utah, dont Mike Thorne et Kip Solomon, cherchent des financements pour étendre les études sur les eaux souterraines à une portion beaucoup plus grande du lac.

Ce dernier article a mesuré la résistivité électrique jusqu’à une profondeur d’environ 100 mètres via des relevés électromagnétiques aéroportés pour distinguer l’eau douce de la saumure, bien plus conductrice électriquement. Pour voir si cela pouvait être fait, Johnson et Zhdanov ont engagé une équipe géophysique du Canada pour faire voler un équipement électromagnétique suspendu sous un hélicoptère en février 2025. L’hélicoptère a parcouru 10 lignes de relevé est-ouest couvrant la baie de Farmington et la partie nord de l’île d’Antilope, pour un total de 154 miles.

Regarder sous la plaine

L’équipe de Zhdanov a analysé les données résultantes pour créer une carte de l’interface eau salée-eau douce. Elle a montré comment un monticule de phragmites se trouvait au-dessus d’un endroit où l’eau douce traversait une brèche dans la couche imperméable sous-jacente au lac.

« Le rouge signifie très conducteur, le bleu est résistif », a expliqué Zhdanov en commentant la carte. « Vous voyez clairement que près de la surface, c’est de l’eau salée, à 10 mètres en dessous c’est de l’eau douce résistive. Vous voyez clairement que c’est partout. »

Le groupe de recherche CEMI de Zhdanov a développé une technique pour construire des images 3D du sous-sol terrestre en intégrant les données électromagnétiques recueillies par voie aérienne avec des mesures magnétiques. Appliquée dans cette étude, les chercheurs ont pu créer une image tomographique s’étendant profondément sous la baie de Farmington, fournissant des informations cruciales sur sa structure géologique et hydrologique.

Les résultats de l’inversion des données magnétiques montrent que le socle sous la plaine de la baie de Farmington est relativement peu profond, à moins de 200 mètres de profondeur, puis plonge brusquement à 3-4 kilomètres. Ce décrochement, qui se produit sous le monticule de phragmites, représente une limite structurelle significative qui devrait être explorée plus en détail.

« C’est pourquoi nous devons cartographier l’ensemble du Grand Lac Salé. Ensuite, nous connaîtrons le haut et le bas », a déclaré Zhdanov. « Pour étudier le haut, nous utilisons des méthodes électromagnétiques aéroportées, ce qui nous donne l’épaisseur de la couche saline et l’endroit où l’eau douce commence sous la couche saline. Pour étudier le bas, nous utilisons les données magnétiques. Nous utilisons différentes techniques pour étuduer l’étendue verticale de ces sédiments saturés en eau douce, pour trouver la profondeur du socle. »

Cette étude pilote n’a couvert qu’une infime partie du lac, mais Zhdanov estime que son équipe peut faire voler des lignes de relevé électromagnétique aéroporté couvrant toute l’empreinte de 1 500 miles carrés du lac.

Une étude aéroportée à l’échelle du lac pourrait aider à guider la planification régionale des ressources en eau et orienter des recherches similaires pour trouver de l’eau douce sous les lacs terminaux à travers le monde.

Article : Airborne Geophysical Imaging of Freshwater Reservoir Beneath the Eastern Margin of Great Salt Lake – Journal : Scientific Reports – Méthode : Observational study – DOI : Lien vers l’étude

Source : Utah U.