Vulnérabilité des eaux de surface et souterraines dans le bassin versant Katari/Lago Menor du lac Titicaca (Bolivie) 

Impact du changement climatique et de l’urbanisation rapide

Financement : LABEX 2017-2021, gouvernement bolivien, gouvernement colombien
Participants :
Céline Duwig (IRD/IGE), Michel Esteves (IRD/IGE), Yvan Rossier (UGA/IGE), Anatoli Legchenko (IRD/IGE), Marc Descloitres (IRD/IGE), Lorenzo Spadini (UGA/IGE), Hélène Guyard (IRD/IGE)
Alvaro Soruco (UMSA/IGEMA), Oswaldo Ramos Ramos (UMSA/IIQ), Gabriela Flores Aviles (ABEN)
Résumé
Le lac Titicaca est le plus grand lac d’eau douce d’Amérique du Sud et est aujourd’hui perturbé par des changements rapides dus à une importante croissance urbaine et aux changements climatiques dans son bassin versant. Notre consortium multidisciplinaire propose d’effectuer la première évaluation quantitative jamais réalisée du transfert des masses d’eau, de nutriments et de contaminants depuis la surface vers les eaux souterraines et le Lac Titicaca. La combinaison de méthodes géophysiques, géochimiques et hydrogéologiques a permis de cartographier de manière fiable les limites des aquifères, de comprendre leurs fonctionnements hydrogéochimiques, les sources et le devenir des contaminants en particulier le nitrate (thèse de Gabriela Flores Avilès, Flores Avilès et al. 2020, 2021) et de surveiller les niveaux et la qualité des eaux de surface et souterraines (thèse de Denisse Archundia, Archundia et al., 2017a, 2017b, 2019, 2021). Ces données et nouvelles connaissances acquises sur ce système servent actuellement à évaluer des modèles mécanistes de transfert d’eau en surface (SWAT) et vers les aquifères (FEFLOW).
La modélisation hydrologique du bassin versant du Katari (bassin de méso-échelle de 2500 km²) est réalisé à l’aide du modèle SWAT (Soil and Water Assessment Tool). L’hétérogénéité spatiale et le caractère très dynamique des processus de flux et de transport nécessite de développer une modélisation hydrologique distribuée et de processus pour représenter les principales variables observables dans les compartiments de la zone critique : surface, sol, zone-saturée et aquifères. Sur le plus long terme, l’objectif est d’arriver à une modélisation intégrée de ces compartiments avec l’aquifère principal de la région (Katari/Lago Menor), qui sera réalisé avec le modèle FEFLOW.

A court terme (2021) l’objectif est de modéliser le fonctionnement hydrologique distribué du bassin sur une période de 37 ans (1980-2016) au pas de temps journalier avec l’outil SWAT et des données météorologiques du SENAMHI. Une fois calibré, le modèle sera évalué à l’aide des observations sur l’humidité du sol, le niveau d’eau dans les aquifère et des écoulements de surface. Des estimations de l’ETR (évapotranspiration réelle) obtenues par des observations satellites (MODIS) seront également utilisées.

Au plan de la recherche pour le développement, la mise en œuvre du modèle en mode simulation permettra d’aider à la gestion de la demande croissante d’usage en eau potable et en eau pour l’irrigation dans l’Altiplano bolivien. Une gestion optimale nécessite, en effet, une meilleure connaissance de la distribution spatiale des ressources en eau disponibles, tant en surface que dans les eaux souterraines, afin de proposer des modes d’exploitation durable dans ces régions de hautes montagnes semi-arides et en partie englacées.

La modélisation des transferts vers les aquifères va faire l’objet d’une nouvelle thèse de doctorat (septembre 2021, thèse de Juan Hernandez, bourse du gouvernement colombien). Dans les Andes, l’accélération de la récession des glaciers de montagne à cause du changement climatique (Rabatel et al., 2013) menace la durabilité des ressources en eau dans les zones de haute altitude. On ne sait pas encore dans quelle mesure les eaux souterraines assureront la résilience de ces ressources en eau, en partie en raison d’un manque de données et d’interactions mal comprises entre les eaux souterraines et les eaux de surface. Cette thèse propose de combler ce manque de connaissances en reliant le climat, les glaciers, les eaux de surface et les eaux souterraines dans un modèle intégré du bassin versant du Katari/Lago Menor sur l’Altiplano Bolivien dans les Andes. Les ressources en eau souterraines sont déjà principalement utilisées dans les zones rurales et en usage croissant dans les zones urbaines surtout après la crise de l’eau fin 2015 (Kinouchi et al., 2019). Pourtant, on sait encore très peu de choses sur la façon dont les aquifères dans les Andes tropicales sont rechargés et dans quelle mesure ils pourraient contribuer à maintenir un débit de base crucial dans les rivières pendant la saison sèche (Vuille et al., 2018). Le doctorat de Gabriela Flores (Flores Aviles, 2019, Flores Aviles et al., 2020, Fig. 1) a permis de comprendre le fonctionnement de l’aquifère Katari/Lago Menor, localisé dans des dépôts glaciaires quaternaires entre la Cordillère Royale et le Lac Titicaca. Son extension et ses propriétés physico-chimiques sont maintenant précisées. Les objectifs principaux de cette nouvelle thèse sont les suivants :
▪ Dans un premier temps, il reste à évaluer le bilan de masse de cet aquifère. La recharge devra être précisée, notamment la recharge par les précipitations efficaces et les rivières, et par les eaux de fonte de glaciers.
▪ Un modèle déterministe sera utilisé comme un outil de validation de nos hypothèses sur le fonctionnement de l’aquifère. Ce modèle sera calibré avec des données spatio-temporelles piézométriques

Références
Archundia D., Martins J.M.F., Lehembre F., Morel M.-C, Vince E., Duwig C. 2021. Sulfamethoxazole biodegradation and impacts on soil microbial communities in a (Bolivian) arid high-altitude catchment. Chemosphere, 284, 131335
Archundia D., Duwig C., Spadini L., Morel M.C., Prado B., Perez M.P, Orsag V., Martins J.M.F, 2019. Assessment of the Sulfamethoxazole mobility in natural soils and of the risk of contamination of water resources at the catchment scale. Environment International 130, 104905. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.104905
Archundia D., Duwig C., Lehembre F., Chiron S., Morel M-C., Prado B., Bourdat-Deschamps M., Vince E., Flores Aviles G., Martins J.M.F., 2017. Antibiotic pollution in the Katari subcatchment of the Titicaca Lake : major transformation products and occurrence of resistance genes. Science of the Total Environment, 576, 671–682. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.10.129
Archundia D., Duwig C., Spadini L., Uzu G., Guédron S., Morel M.C., Cortez R., Ramos Ramos O., Chincheros J., and Martins J.M.F., 2017. How uncontrolled urban expansion increases the contamination of the Titicaca lake basin (El Alto - La Paz, Bolivia). Water, Air and Soil Pollution, 228:44. http://dx.doi.org/10.1007/s11270-016-3217-0
Flores Aviles G.P., Duwig C., Sacchi E., Savarino J., Spadini L., Ramos Ramos O., Perez M., 2021. Hydrogeochemical and nitrate isotopic evolution of a semi-arid mountainous basin-aquifer of glacial-fluvial and paleolacustrine origin, Lake Titicaca-Bolivia : evidences of anthropogenic impacts. In revision in Hydrogeological journal
Flores Avilés G. P., Descloitres M., Duwig C., Rossier Y., Spadini L., Legchenko A., Soruco A., Argollo J., Pérez M. P., Medinaceli W., 2020. Insight into the Katari-Lago Menor Basin aquifer, Lake Titicaca-Bolivia, inferred from geophysical (TDEM), hydrogeological and geochemical data. Journal of South American Earth Sciences 99,102479. https://doi.org/10.1016/j.jsames.2019.102479.