L’eau est un puissant isolant. Lorsque l’eau est chauffée ou refroidie, sa température change plus lentement que les autres liquides. Cette résistance à gagner ou à perdre de la chaleur est due à la chaleur spécifique élevée de l’eau. En raison de la structure moléculaire et de liaison unique de l’eau, la chaleur doit d’abord rompre les liaisons hydrogène entre les molécules, plutôt que d’accélérer immédiatement les molécules et d’augmenter ainsi leur température. Cela permet à l’eau de servir de « dissipateur de chaleur » ; il absorbe la chaleur sans changements rapides de température, ce qui aide à amortir les organismes aquatiques des fortes variations de température.

Photosynthesis
Figure 5 : Photosynthèse. Le processus de photosynthèse nécessite de l’énergie lumineuse, de l’eau et du dioxyde de carbone (CO2) comme ressources pour la plante. Dans les chloroplastes des feuilles vertes et des tissus de la tige, la plante utilise ces trois ressources pour produire du glucose et de l’oxygène. L’équation chimique de la photosynthèse est l’opposé de la respiration: 6CO2 + 6 H2O + lumière = C6H12O6 + 6O21

La chaleur spécifique élevée de l’eau permet à de grandes masses d’eau d’absorber une chaleur importante pendant l’été sans augmentation rapide de la température de l’eau. La nuit, les grandes étendues d’eau se refroidissent très peu, fournissant une température relativement stable, et pendant l’hiver, la libération progressive de l’énergie thermique de l’eau réchauffe l’air, donnant aux zones côtières un climat « maritime » plus doux. La modération de la température de l’eau est d’une importance vitale pour les plantes et les animaux vivant dans les écosystèmes aquatiques et marins.

L’eau est nécessaire pour de nombreuses réactions chimiques nécessaires à la vie. C’est un élément clé, par exemple, du métabolisme – ou de la série de réactions chimiques qui permettent aux organismes de vivre, de croître et de se reproduire. Le type et le but de chaque processus métabolique sont uniques, mais la photosynthèse (voir figure 5) en est un exemple bien connu. Dans ce processus, les plantes utilisent l’énergie rayonnante du soleil et le dioxyde de carbone (CO2) de l’atmosphère et l’eau du sol pour produire de l’énergie chimique sous forme de sucre (glucose, C6,H12O6). Les plantes libèrent de l’oxygène (O2) comme sous-produit de la photosynthèse. L’oxygène de notre atmosphère permet aux plantes, aux animaux et aux micro-organismes de vivre et de subir la respiration cellulaire. La source ultime de cet oxygène vital est les molécules d’eau qui sont absorbées par les racines des plantes. Vous en apprendrez plus sur l’importance de la photosynthèse au chapitre 3 sur l’énergie.

Questions à considérer

  • Imaginez comment l’approvisionnement en eau douce de votre communauté sera modifié par le réchauffement climatique. Quel effet cela aurait-il sur la disponibilité de l’eau dans votre communauté?
  • Imaginez que l’approvisionnement en eau douce de votre communauté est devenu si pollué qu’il a perdu une bonne partie de sa solvabilité. Quel effet cela aurait-il sur l’utilisation de l’eau dans votre communauté?
  • Quelles sont les propriétés de l’eau qui la rendent essentielle à la vie sur terre?

Le cycle hydrologique

Le changement physique de l’eau du solide au liquide en passant par le gaz est à la base du cycle hydrologique (voir la figure 6). Le cycle de l’eau de la Terre est régi par l’évaporation, la transpiration, les précipitations et le ruissellement de surface. Chaque processus implique non seulement le changement de l’état physique de l’eau, mais aussi son transport et son stockage temporaire.

Figure 6 : Le Cycle Hydrologique. 2

Regarder vers l’avant

looking_ahead

De nombreuses traditions religieuses ont utilisé le cycle hydrologique des pluies, des inondations et des sécheresses pour dépeindre – dans les histoires mythiques- l’expérience spirituelle de passer de l’opportunité, à la souffrance et au sacrifice, à l’abondance.

Le cycle hydrologique et ses processus de gouvernance sont essentiels pour purifier l’eau et la distribuer à travers la Terre. Le cycle hydrologique commence lorsque l’eau liquide est convertie en vapeur d’eau par l’un des deux processus.

Evapotranspiration
Figure 7 : Évapotranspiration. 3

Le premier processus est l’évaporation, par laquelle la chaleur du soleil et de l’énergie éolienne convertit l’eau liquide en son état moins dense et gazeux. La seconde est la transpiration, ou la perte de vapeur d’eau directement des plantes. Lorsqu’ils sont pris ensemble, les deux processus sont appelés évapotranspiration (voir la figure 7). Lorsque l’eau salée s’évapore, seules les molécules pures d’eau douce deviennent de la vapeur, laissant le sel minéral derrière.

Le rayonnement solaire réchauffe la surface de la Terre provoquant l’évaporation de l’humidité dans l’air. Au fur et à mesure que l’air chaud, humide et moins dense s’élève dans l’atmosphère, il refroidit puis condense cette vapeur d’eau en petites gouttelettes d’eau liquide ou cristaux de glace que nous visualisons sous forme de nuages. Un nuage reste dans le ciel jusqu’à ce que l’attraction de la gravité dépasse la capacité de l’atmosphère à le maintenir. Les précipitations peuvent être liquides (pluie), solides (neige, glace) ou un mélange des deux états, selon la température de l’air et la pression.

Regarder vers l’avant

looking_ahead

L’eau a une « valeur intrinsèque ». C’est une valeur pour « son propre bien. » Vous pouvez déjà voir la valeur élevée des propriétés uniques de l’eau et son rôle dans le cycle hydrologique.

Les niveaux d’évaporation les plus élevés se produisent au-dessus des océans de la Terre, en particulier près de l’équateur, où le chauffage solaire est le plus intense, tandis que les plus grandes quantités de précipitations se produisent au-dessus des masses terrestres. Dans les océans, plus d’eau est perdue par évaporation que par les précipitations. Sur terre, plus d’eau est gagnée par les précipitations que par évaporation. L’écoulement de surface et le stockage temporaire de l’eau de pluie dans les aquifères et les plans d’eau de surface maintiennent le niveau de l’eau dans l’océan et sur la terre relativement constante au fil du temps.

La vitesse à laquelle l’eau se déplace à travers le cycle hydrologique dépend de son état physique et le lieu à tout moment donné. L’eau se déplace le plus rapidement sous forme de vapeur d’eau dans l’atmosphère. L’eau ne reste pas dans l’atmosphère très longtemps ; le temps moyen de rétention de la vapeur d’eau atmosphérique est de neuf jours. Le temps de rétention des eaux de surface stockées dans les lacs est beaucoup plus long, de six à sept ans en moyenne. Dans certains grands lacs profonds, le temps de rétention est supérieur à 10 000 ans. Les eaux souterraines stockées sous terre dans les aquifères se déplacent lentement et ont également un temps de rétention très long. L’eau dans de nombreux aquifères souterrains peut prendre des milliers d’années pour retourner à l’océan. 

Regarder de plus près

closer_look_video

En savoir plus sur le cycle de l’eau et son lien avec la durabilité en regardant Sustainability: Water, une vidéo parrainée par la National Science Foundation and NBC.

La plupart de l’eau douce est stockée dans les glaciers et les calottes glaciaires, qui sont formées par des modèles climatiques à long terme. Notre réchauffement climatique mondial fond et libère cette eau à un rythme plus élevé que d’habitude, changeant les modèles hydrologiques naturels. Nous avons déjà rencontré ce problème dans l’étude de cas du Gange qui a ouvert ce chapitre. Le phénomène du changement climatique sera exploré en profondeur au chapitre 6.

Certaines fluctuations des précipitations sont une partie commune du cycle hydrologique et peuvent causer une sécheresse ou des inondations périodiques. En période de sécheresse, l’eau stockée dans les corps avec de longs temps de rétention (p. ex. champs de neige, lacs, rivières, aquifères) peut compléter la rareté de l’approvisionnement. Pendant les inondations, l’eau peut devenir si abondante que les écosystèmes naturels sont endommagés ou détruits.