L’eau dans tous ses états

Les fondamentaux

 

L’eau : état des lieux

 

L’eau, une ressource constante …

Le volume d’eau disponible sur la terre est constant : depuis son apparition sur la planète, il y a 3 à 4 milliards d’années, c’est toujours la même eau qui circule. En effet :

• l’eau ne peut se renouveler d’elle-même ;
• l’atmosphère agit comme un couvercle géant qui empêche l’eau de quitter la planète.

 

Source : Agence Spatiale Canadienne

 

Les composants de l’eau sont apparus lors d’évènements physico-chimiques exceptionnels dans l’Univers. Née en même temps que la planète, l’eau est apparue pour la première fois sous forme de vapeur d’eau. En se refroidissant, la Terre a permis à la vapeur d’eau de se condenser sous forme liquide. Puisque les conditions d’apparition de l’eau n’ont été réunies qu’une fois, de nouvelles quantités d’eau n’ont pu apparaître naturellement jusqu’à présent. C’est pourquoi on peut dire que nous buvons l’eau que buvaient les dinosaures !

 

 Source : Centerblog

 

L’eau peut changer de forme. Elle peut même être nettoyée, comme nous le verrons quand nous aborderons la question du recyclage de l’eau. Mais il est impossible de la faire disparaître… En résumé, l’eau ne se perd pas, l’eau ne se crée pas ; elle se transforme !

 

… mais une ressource limitée

L’eau douce, indispensable à la vie humaine, ne représente néanmoins que 3% du volume total d’eau sur Terre. Il y a donc très peu d’eau non salée sur Terre.

 

Pourquoi ne pouvons-nous pas boire l’eau des mers et des océans ?

Si Robinson Crusoé, sur son île déserte, avait voulu s’hydrater avec l’eau de la mer, il n’y aurait pas survécu. Pire encore, il serait certainement mort plus rapidement en buvant de l’eau salée qu’en ne buvant pas du tout. Cela est dû au fait que le sel absorbe l’eau ! C’est pour cela, par exemple, qu’il est utilisé pour faire fondre la neige sur les routes. Lorsque le sel pénètre dans le corps, il en absorbe l’eau. La teneur en eau du corps chute, ce qui entraine une déshydratation sérieuse. C’est essentiellement pour cette raison que l’on ne doit pas boire l’eau de mer. Cela explique également que l’on élimine le sel de l’eau de mer lors de certains procédés de préparation d’eau potable (voir « Désalinisation » dans le chapitre Informations et Innovations).

 

 

Sur le total d’eau douce de la planète, 70% prennent la forme de glace et de neiges éternelles (dans les régions montagneuses, en Arctique et dans l’Antarctique). Presque tout le reste de l’eau douce se trouve sous forme d’eau souterraine, qui constitue l’essentiel de l’eau pouvant servir aux usages humains. Enfin, les lacs et rivières ne recèlent qu’une infime partie de l’eau douce disponible (3%).

 

 

Finalement, si la totalité de l’eau disponible sur Terre était contenue dans un seau, après exclusion de l’eau salée et de l’eau inaccessible, la quantité d’eau disponible pour l’humanité tiendrait dans un dé à coudre ! Voilà pourquoi, si l’eau ne peut pas, à proprement parler, « se raréfier », elle est une ressource fragile et rare pour l’humanité.

 

 

L’eau dans tous ses états

Sauter dans les flaques, écrire son prénom en lettres de buée sur les miroirs ou jongler avec des glaçons, c’est toujours avoir affaire à une seule et même substance : l’eau. Selon la température et la pression qu’elle subit, l’eau a le pouvoir de se métamorphoser… sans changer de composition. La forme qu’elle prend alors se nomme un « état ». Les trois états de l’eau, tels qu’on les trouve dans la nature, sont les suivants :

• La vapeur d’eau (état gazeux) présente dans l’atmosphère qui enveloppe la planète ;
• L’eau à l’état liquide à la surface de la terre, sous la terre à différentes profondeurs, mais aussi au sein de tous les organismes vivants ;
• L’eau figée en glace (état solide) aux pôles et aux sommets des hautes montagnes.

 

 

 

Le passage d’un état de l’eau à un autre, qu’il soit naturel ou artificiel, se nomme « changement d’état » de l’eau. A l’état naturel, l’eau utilise l’énergie du soleil pour s’évaporer Et si le cycle de l’eau est un processus continu, son moteur est l’énergie du soleil. Les changements d’état de l’eau sont au nombre de cinq :

• La fusion : c’est le passage de l’état solide à l’état liquide, quand la température s’élève au-dessus de 0°C (à pression atmosphérique dite normale). C’est par ce biais que la glace et la neige fondent, et rejoignent les cours d’eau ;
• La vaporisation : c’est le passage de l’état liquide à l’état gazeux. Ce processus explique le transfert de l’eau de mer vers l’atmosphère sous l’effet de la chaleur du soleil ;
• La condensation : c’est le passage de l’état gazeux à l’état liquide. Lorsqu’elle atteint les couches les plus froides de l’atmosphère, la vapeur d’eau se condense et forme alors des nuages gorgés de pluie ;
• La solidification : c’est le passage de l’état liquide à l’état solide. Cela peut se faire par refroidissement (cas le plus courant), par augmentation de la pression, ou bien par une combinaison des deux. L’eau des précipitations se transforme ainsi en neige ou en grêle, et les eaux de surface en glace ;
• La sublimation : c’est le passage de l’état solide à l’état gazeux. Un exemple ? Celui de la glace, qui, dans une atmosphère bien sèche, celle des climats nordiques et glacés, finit par s’évaporer des trottoirs sans passer par l’état liquide.

La succession des changements d’état de l’eau à l’échelle de la planète forme un cycle naturel appelé « cycle de l’eau ».

 

Pour accéder à un petit jeu sur l’eau, à partager avec les plus petits, cliquez ici.

 

Le cycle de l’eau : qu’est-ce que c’est ?

Le cycle de l’eau, c’est le mouvement de l’eau sur, dans et au-dessus de la Terre. En effet, l’eau est toujours en mouvement et change toujours d’état (ou de forme) : eau liquide, eau gazeuse (vapeur), eau solide (glace). Le cycle de l’eau fonctionne depuis des millions d’années et toute la vie sur Terre en dépend.

 

 

Le cycle de l’eau n’a pas de point de départ, mais les océans sont un bon point de départ pédagogique pour expliquer le processus :

1. Réchauffée par le soleil, l’eau des océans, des rivières et des lacs s’évapore et monte dans l’atmosphère : c’est ce qu’on appelle l’évaporation.
2. Au contact des couches d’air froid de l’atmosphère, la vapeur d’eau se condense en minuscules gouttelettes qui, poussées par les vents, se rassemblent et forment des nuages : c’est ce qu’on nomme la condensation.
3. Les nuages déversent leur contenu sur la terre, sous forme de pluie, neige ou grêle : c’est ce qu’on nomme les précipitations. 80 % des précipitations retournent à l’océan, et 20 % tombent sur les continents. Environ 70 % de l’eau précipitée sur les continents est rapidement réintroduite dans l’atmosphère : elle s’évapore, mais elle est également rejetée par les végétaux qui « transpirent » ! En effet, l’évapotranspiration est un phénomène très important dans le cycle de l’eau.
4. Enfin vient le ruissellement : la plus grande partie de l’eau tombe directement dans les océans. Le reste s’infiltre dans le sol (pour former des nappes souterraines qui donnent naissance à des sources) ou ruisselle pour aller grossir les rivières qui à leur tour, vont alimenter les océans. Et le cycle recommence…

 

Le saviez-vous ?

Le renouvellement de l’eau dans la couche atmosphérique et les cours d’eau est très rapide : de une à quelques semaines. En revanche, l’eau séjourne quelques dizaines d’années dans les grands lacs, et plusieurs milliers d’années dans les océans, les glaciers, et certaines nappes souterraines.

 

Ici, le cycle de l’eau animé.

  

 

Au cours de son périple, et au fil de ses changements d’état, l’eau traverse plusieurs compartiments terrestres : l’eau, la terre, l’air… et les créatures vivantes ! Il ne faut pas oublier que les animaux et les végétaux sont aussi des acteurs importants du cycle de l’eau.

 

 

 

L’eau et le vivant

 

Sur terre, la vie est apparue dans l’eau il y a environ 3,6 milliards d’années, sous la forme de créatures microscopiques appelés « micro-organismes ». Très progressivement, ces cellules “primitives” ont évolué jusqu’à s’extraire du milieu aquatique. Mais la vie sur la terre ferme est relativement récente (elle a émergé il y a environ 400 millions d’années), et l’eau demeure le principal constituant des êtres vivants. De plus, elle est indispensable à toute forme de vie.

Des bactéries aux baleines, aucun être vivant ne peut se passer d’eau. Animaux et végétaux l’absorbent et la rejettent régulièrement pour en extraire les éléments essentiels, chacun à sa manière.

 

Voici la teneur en eau de quelques représentants du vivant :

 

 

L’eau et les végétaux

Les végétaux sont essentiellement constitués d’eau, qui représente entre 80% et 95% environ de leur poids total. L’eau joue un rôle fondamental dans la nutrition de la plante par exemple. En effet, l’eau véhicule les matières élaborées par la plante et les minéraux nécessaires à sa nourriture. La plante se nourrit ainsi, avec l’aide de l’eau, en quatre étapes :

1. Grâce à un phénomène de diffusion (mécanisme « hydrostatique »), la plante puise dans le sol l’eau et les sels minéraux qui lui permettent de constituer sa sève.
2. Cette sève monte ensuite dans la tige de la plante et se répartit dans les feuilles. Les végétaux ne possédant pas de « pompe » pour faire circuler la sève, c’est la transpiration des feuilles (appelée « transpiration foliaire) qui permet à la sève de monter le long de la tige, des racines jusqu’aux feuilles.
3. Grâce à la chlorophylle et à l’énergie du soleil, la photosynthèse enrichit la plante en substances organiques (glucides, lipides, protides) et la transforme en « sève élaborée » qui redescend pour assurer le développement normal de la plante (nutrition, croissance) et permettre la constitution de réserves en vue d’assurer une prochaine reproduction (tubercules, graines, fruits). La sève élaborée est en quelque sorte le « sang » des plantes.

 

 

D’autres échanges d’eau entre la plante et son environnement ont lieu. Par la transpiration, l’eau est rejetée à l’état de vapeur à un rythme qui varie suivant les conditions atmosphériques (humidité, température, vent). En été, un chêne adulte peut transpirer jusqu’à 500 litres d’eau par jour !

 

Le saviez-vous ?

Dans des conditions normales, une plante ne transpire pas la nuit. Mais lorsque le taux d’humidité est particulièrement élevé, la plante sait évacuer l’eau qu’elle reçoit du sol en excès. Ce phénomène s’appelle la « guttation », à ne pas confondre avec la rosée : les gouttes de rosée proviennent de la vapeur d’eau de l’air qui s’est condensée puis déposée sur les feuilles d’une plante.

 

L’eau et les animaux

Chez l’animal, l’eau intervient dans de nombreuses réactions chimiques de l’organisme: l’hydratation par exemple. Elle est le milieu dans lequel se déroulent les processus “métaboliques” comme la distribution des substances alimentaires aux cellules ou l’élimination des déchets par certains organes (dits “organes excréteurs”). L’organisme animal doit remplacer quotidiennement une certaine quantité d’eau perdue par l’urine, la transpiration et l’évaporation pulmonaire.

 

Avant sa naissance, l’homme passe par une phase aquatique. Dans le ventre maternel, il baigne dans un liquide appelé « liquide amniotique ». Un embryon humain de 3 jours est formé de 97% d’eau ! Chez l’adulte, ce chiffre descend à 65%, ce qui correspond à environ 45 litres d’eau pour une personne pesant 70 kilos. Cependant, cette quantité n’est pas figée ! Il n’y a pas d’eau stagnante dans notre corps : l’eau y circule suivant un cycle ininterrompu. Elle y entre et en sort à mesure que nous l’absorbons, telle quelle ou bien contenue dans les aliments. Si les entrées d’eau n’équilibrent pas les pertes, le cycle de l’eau dans notre corps est rompu.

 

Le saviez-vous ?

Une perte de 1 % d’eau donne soif, une perte de 10 % d’eau conduit à des hallucinations, et une perte de 15 % entraîne la mort. Sans apport d’eau douce d’aucune sorte, l’homme ne peut vivre plus de deux ou trois jours.

 

Les fonctions de l’eau au sein de l’organisme humain

L’eau ne nous est pas indispensable uniquement en tant que nutriment. Si elle constitue une grande part de la matière dont est fait le corps humain, elle y joue également un rôle fonctionnel et énergétique. Autrement dit, l’eau est à la fois le matériau du corps, son agent de maintenance et son carburant. Voici quelles sont ses missions au sein du corps :

• Elle assure le transport des nutriments, des déchets de l’activité cellulaire et d’une partie des gaz respiratoires entre les organes du corps ;
• Elle est responsable de l’élimination de la chaleur ;
• Elle entre dans la plupart des réactions chimiques cellulaires, telles que la digestion.

 

L’eau et les hommes

 

Depuis l’apparition de l’Homme, l’eau est au service de la quasi-totalité de ses activités : agriculture, industrie, déplacements (maritimes et fluviaux), commerce et loisirs. Autant d’activités qui nécessitent de grandes quantités d’eau.

 

 

A travers le monde, la consommation d’eau sert trois grands types d’usages : les usages agricoles (70%), les usages industriels (20%) et les usages domestiques (10%). Cependant, cette répartition sectorielle varie énormément d’un pays à l’autre, puisqu’il ne s’agit que de moyennes mondiales.

 

Usages agricoles de l’eau

L’agriculture mobilise en moyenne 70 % de l’eau douce disponible dans le monde. Elle est consommée essentiellement sous deux formes : l’eau de pluie (pour 80%) et l’eau issue des systèmes d’irrigation (pour 20%).

 

Quel que soit le contenu de notre assiette, il aura fallu souvent beaucoup d’eau pour produire les aliments que nous consommons, que ce soit pendant la phase de culture ou d’élevage, mais aussi lors de leur transformation ou de leur préparation à la maison, comme vous pouvez le voir dans cette vidéo :

 

 

 

 

 

Usages industriels de l’eau

L’industrie représente environ 20% de la demande en eau et consomment avant tout des eaux de surface. Elles sont utilisées à des fins multiples : pour laver, chauffer, refroidir, générer de la pression, de la vapeur, pour transporter des substances dissoutes ou des particules, en tant que solvant, etc.

 

 

Le saviez-vous ?

L’eau peut être utilisée dans des proportions très variables. 2.000 m³ d’eau peuvent être nécessaires à la production d’une tonne de papier, tandis que le savon ou la bière n’en utilise potentiellement qu’1 m³ par tonne.

 

Usages domestiques de l’eau

L’accès des populations à l’eau a connu d’énormes progrès depuis les dernières décennies.

 

 

Le volume d’eau douce prélevé annuellement à des fins domestiques tourne autour de 3.830 km³, soit environ 600 m³/personne/an. Au niveau mondial, cela représente 9 % des ressources en eau disponibles.