Chaque année, des millions de visiteurs du parc national du Grand Canyon s'arrêtent à une fontaine, ignorant joyeusement que leur hydratation dépend d'une source alimentée par une grotte appelée Roaring Springs, sur la rive nord — un endroit si inaccessible qu'il n'y a aucun sentier pour y accéder. Cette source unique approvisionne non seulement les touristes, mais aussi les plantes, les animaux et tous les écosystèmes qui habitent le canyon. Et alors que la région devient plus chaude et plus sèche, protéger cette source d'eau vitale devient de plus en plus important, car rien ne dit « vacances » comme une crise d'eau due à la sécheresse.

Des chercheurs de l'École d'informatique, d'informatique et de systèmes cybernétiques de l'Université du nord de l'Arizona sont sur le coup, essayant de comprendre comment Roaring Springs et d'autres sources alimentées par des grottes fonctionnent réellement. Avec une nouvelle subvention du parc national du Grand Canyon, ils étendront leurs efforts pour cartographier ces systèmes d'eau et comprendre comment la fonte des neiges se connecte aux sources. « Comprendre où l'eau s'infiltre est essentiel pour les infrastructures, les animaux, les plantes et le reste des écosystèmes qui dépendent de ces sources », a déclaré Blase LaSala, étudiant au doctorat en écoinformatique. « Ce sont comme des oasis. » Les premiers résultats ont été récemment publiés dans Scientific Reports, car apparemment même l'eau des grottes mérite une évaluation par les pairs.

La plupart des gens n'entreront jamais dans les grottes qui alimentent les sources du Grand Canyon — elles sont fermées au public et souvent situées loin des sentiers balisés. Les scientifiques doivent donc faire preuve de créativité. Pour ses recherches doctorales, LaSala a travaillé avec la professeure Temuulen « Teki » Sankey, experte en télédétection, pour créer des cartes détaillées de plusieurs systèmes de grottes. À l'aide d'un scanner lidar mobile, l'équipe a produit des modèles 3D haute résolution capturant les parois, les plafonds, les passages et les chambres des grottes avec un remarquable niveau de détail. Pendant 45 jours, chercheurs, bénévoles et personnel du parc ont documenté plus de 10 kilomètres de passages et de salles souterraines. « Je n'avais aucune idée de la taille et de la longueur de ces grottes », a admis Sankey. « Les grottes du Grand Canyon n'ont jamais été cartographiées en 3D comme ça. » Le travail a nécessité un effort logistique majeur : les membres de l'équipe portaient des sacs pesant jusqu'à 25 kilos, y compris l'équipement lidar, tout en marchant jusqu'à des entrées de grottes éloignées qui pouvaient prendre jusqu'à deux jours pour être atteintes. Une fois à l'intérieur, ils ont grimpé, descendu en rappel, rampé et même flotté à travers des sections inondées tout en enregistrant les formes et les motifs de fracture des grottes. Un jeudi ordinaire, vraiment.

L'explication la plus simple de l'origine de l'eau est la fonte des neiges du plateau de Kaibab. La question plus difficile est de savoir comment cette eau voyage sous terre avant d'émerger à des sources comme Roaring Springs. Les sources alimentées par les grottes sont situées dans les formations calcaires de Redwall et de Muav, avec plusieurs couches rocheuses entre elles et la surface. Des expériences précédentes de traçage par colorant menées par le parc ont montré que l'eau peut se déplacer étonnamment rapidement — dans certains tests, le colorant versé dans des dolines sur le plateau a parcouru environ 20 kilomètres et est apparu aux sources en aussi peu qu'une semaine. La manière exacte dont elle se déplace reste incertaine, les fractures, les failles, la perméabilité des roches et les voies souterraines jouant tous un rôle. « C'est comme regarder une boîte noire », a déclaré LaSala. « Vous voyez ce qui entre et ce qui sort, mais il est très difficile de quantifier ce qui se passe à l'intérieur. »

Comprendre ces voies n'est pas seulement académique : cela a des implications pratiques pour la qualité de l'eau et la sécurité publique. Les plus grandes sources du Grand Canyon sont alimentées par des systèmes karstiques, que Sankey compare à du « fromage suisse » en raison des nombreux trous, canaux et ouvertures dans la roche. L'eau se déplace rapidement à travers ces voies, laissant peu d'opportunité pour une filtration naturelle — ce qui signifie que des contaminants comme les eaux de ruissellement d'incendies ou E. coli pourraient également voyager rapidement. Si une contamination est détectée, les responsables du parc peuvent temporairement arrêter les opérations de pompage jusqu'à ce que le problème soit résolu. En identifiant où l'eau entre dans le système et en traçant comment elle se déplace, les chercheurs peuvent aider les gestionnaires à localiser les sources de contamination et à réduire le risque de perturbations futures.