« Cycle de l'eau » : différence entre les versions
m nettoyage |
→Différents réservoirs : + noyau externe |
||
| Ligne 43 : | Ligne 43 : | ||
|} |
|} |
||
Par ordre d'importance décroissante : |
Par ordre d'importance décroissante : |
||
* l'eau salée liquide des océans, de loin le réservoir le plus important |
* l'eau salée liquide des océans, de loin le réservoir le plus important{{note| groupe=alpha| Le bilan présenté ici ne prend pas en compte l'eau stockée dans le [[manteau terrestre]], sous forme dissoute dans les « [[minéral nominalement anhydre|minéraux nominalement anhydres]] ». Compte tenu de son volume, le manteau pourrait contenir une quantité d'eau comparable à celle des océans, mais la concentration moyenne de l'eau dans les roches du manteau est encore très mal connue. Le bilan ignore aussi l'eau contenue dans le [[noyau externe]], qui pourrait être le principal réservoir de l'eau terrestre<ref>{{article| langue=en| titre=The Earth’s core as a reservoir of water| auteur1=Yunguo Li| auteur2=Lidunka Vočadlo| auteur3=Tao Sun| auteur4=John P. Brodholt| périodique=[[Nature Geoscience]]| volume=13| pages=453-458| date=18 mai 2020| doi=10.1038/s41561-020-0578-1}}.</ref>.}} ; |
||
* l'eau douce liquide : cours d'eau, [[lac]]s, [[étang]]s d'eau douce, marais ; |
* l'eau douce liquide : cours d'eau, [[lac]]s, [[étang]]s d'eau douce, marais ; |
||
* les glaciers, dont l'eau est stockée pour un temps sous forme de neige ou de glace. Leur fonte est plus ou moins importante suivant les variations du climat ; |
* les glaciers, dont l'eau est stockée pour un temps sous forme de neige ou de glace. Leur fonte est plus ou moins importante suivant les variations du climat ; |
||
Version du 13 juin 2020 à 09:32
Le cycle de l'eau (ou cycle hydrologique) est un phénomène naturel qui représente le parcours entre les grands réservoirs d'eau liquide, solide ou de vapeur d'eau sur Terre : les océans, l'atmosphère, les lacs, les cours d'eau, les nappes d'eaux souterraines et les glaciers. Le « moteur » de ce cycle est l'énergie solaire qui, en favorisant l'évaporation de l'eau, entraîne tous les autres échanges.
La science qui étudie le cycle de l’eau est l’hydrologie. Elle peut se décomposer en hydrogéologie, hydrologie de surface, hydraulique urbaine, etc.
Différents réservoirs
| Réservoirs | Volume (106 km3) |
Pourcentage du total |
|---|---|---|
| Océans | 1 370 | 97,25 |
| Calottes glaciaires & glaciers | 29 | 2,05 |
| Eau souterraine | 9,5 | 0,68 |
| Lacs | 0,125 | 0,01 |
| Humidité des sols | 0,065 | 0,005 |
| Atmosphère | 0,013 | 0,001 |
| Fleuves et rivières | 0,0017 | 0,0001 |
| Biosphère | 0,0006 | 0,00004 |
Par ordre d'importance décroissante :
- l'eau salée liquide des océans, de loin le réservoir le plus important[a] ;
- l'eau douce liquide : cours d'eau, lacs, étangs d'eau douce, marais ;
- les glaciers, dont l'eau est stockée pour un temps sous forme de neige ou de glace. Leur fonte est plus ou moins importante suivant les variations du climat ;
- l'eau atmosphérique (vapeur d'eau).
Flux entre réservoirs
Évaporation
Les enveloppes terrestres contiennent de l’eau, en quantités variables : beaucoup au sein de l’hydrosphère, moins dans la lithosphère et en faible quantité dans l’atmosphère.
L’eau de l’hydrosphère, chauffée par le rayonnement solaire, s’évapore. Cette eau rejoint alors l’atmosphère sous forme de vapeur d’eau. Cette évaporation dépend du vent, de l'ensoleillement, de la température… Lorsque l'atmosphère n'est pas saturée en eau (d'avril à octobre), une partie de la lame d'eau qui tombe est immédiatement évaporée (et cette évaporation peut également continuer après l'épisode pluvieux, si l'atmosphère n'est toujours pas saturée). Cette évaporation est d'autant plus efficace qu'on est proche de la surface du sol. Puis s'il subsiste dans l'atmosphère une zone non saturée, apparaît alors la reprise évaporatoire. Celle-ci est favorisée par la remontée capillaire.
Évapotranspiration
Ensuite, la transpiration des végétaux intervient, on parle d'évapotranspiration. Le cycle décrit ci-dessus est essentiellement géochimique. En réalité, les êtres vivants, et plus particulièrement les végétaux ont une influence sur le cycle. Les racines des végétaux pompent l’eau du sol, et en relâchent une partie dans l’atmosphère. De même, une partie de l’eau est retenue dans les plantes. Lors de déforestation, le cycle de l’eau est fortement modifié localement et il peut en résulter des inondations.
Précipitations
Les nuages sont formés de minuscules gouttes d’eau. Lors des pluies, la totalité de la lame d'eau tombe sur les océans (pour 7/9) et les continents (pour 2/9)
Ruissellement
Le ruissellement désigne en hydrologie le phénomène d'écoulement des eaux à la surface des sols.
Recharge des nappes souterraines
- L’infiltration, à travers les fissures naturelles des sols et des roches ;
- La percolation, en migrant lentement à travers les sols.
Plus le processus est lent, plus les eaux ont le temps d’interagir chimiquement avec le milieu qu'elles traversent . Au contraire, plus le processus est rapide, plus les phénomènes d’érosion seront marqués. Cela est fonction aussi de la qualité du support rocheux et des interaction souterraines (hydrogéologie).
À travers l’infiltration et la percolation dans le sol, l’eau alimente les nappes phréatiques (souterraines), captives ou libres.
On parle de zone vadose pour les eaux issues du cycle décrit ci-dessus.
Les débits des eaux peuvent s’exprimer en m³/s pour les fleuves, en m³/h pour les cours d'eau plus modestes. La vitesse d’écoulement des nappes phréatiques est en revanche de quelques dizaines de mètres cubes par an.
Perturbations du cycle de l'eau
Augmentation du ruissellement
La déforestation, les pratiques agricoles dominantes, l'urbanisation ont pour effet d'augmenter le ruissellement car non seulement les racines ne retiennent plus les sols, qui n'absorbent donc pas les précipitations, mais les sols eux-mêmes sont déstructurés (humus), qui eux aussi absorbent les eaux de pluies.
Cela peut avoir pour conséquence de rendre les inondations plus fréquentes.
Diminution de l'évapotranspiration
La déforestation a pour effet de diminuer l'évapotranspiration, comme l'urbanisation et toutes formes d'imperméabilisation des sols
Épuisement des nappes
Le prélèvement de l'eau dans les nappes peut ne pas avoir de conséquence s'il respecte le quota d'eau apportée par les pluies qui atteindra la nappe. Il est à noter que les nappes profondes sont rechargées par la météo de plusieurs décennies voire de plusieurs siècles et que les nappes superficielles se rechargent généralement très rapidement en quelques jours, en quelques mois ou en quelques années.
Détournement de l'eau des cours d'eau
L'irrigation par des canaux ou par recouvrement est une méthode qui utilise le détournement l'eau et l'apport d'eau en grande quantité sur une durée très courte. Cette méthode est extrêmement consommatrice d'eau, contrairement à des systèmes d'aspersion (pivots, enrouleurs, quadrillage…) ou de goutte à goutte, qui apportent l'eau en plus faible quantité. Un exemple fort d'irrigation par canaux est celui qui a eu pour conséquence la baisse du débit des fleuves, et l'assèchement de la mer d'Aral. Toutefois, cette méthode d'irrigation a prouvé qu'elle peut apporter de l'eau dans des milieux en déficit naturel, voire de réalimenter grandement des nappes phréatiques[3] comme en Provence ou ce système ancestral réalimente en permanence les masses d'eau souterraines
Bien évidemment lorsqu'on détourne l'eau d'une mer intérieure par des canaux qui utilisent plus d'eau que celle de la croissance végétale, on fait baisser le niveau de la mer intérieure. Cet exemple ne doit pas servir d'argument pour pomper les nappes phréatiques en se justifiant par la réduction du gaspillage grâce à la technique du goutte à goutte. L'eau des cours d'eau est le surplus, non absorbé par le sol et la végétation, des eaux d'un bassin versant dont le débit varie tout au long de l'année. Détourner l'eau des cours d'eau qui se jettent dans les grands océans est différent et n'est pas aussi grave que la même action sur ceux qui se jettent dans une mer intérieure.
Cycle atmosphérique et cycle profond
Le cycle de l'eau n'est pas seulement dû au soleil comme décrit sur cette page, mais l'eau qui s'infiltre dans l'écorce terrestre ne peut pas descendre plus bas que là où le magma le lui permet. Autrement dit l'eau souterraine n'est pas seulement arrêtée par une surface imperméable, mais par des contre pressions d'une activité d'un cycle de l'eau « magmatique ». Ce cycle de l'eau magmatique fait tourner l'eau dans l'écorce terrestre par des fentes et espaces souterrains en transportant chaleur et matière dissoute. En fait, on peut dire que le cycle de l'eau est composé de deux cycles de l'eau, l'un sur l'autre, c'est-à-dire avec une frontière (débit échangé : zéro). Ces deux cycles de l'eau solaire et magmatique, ou atmosphérique et souterrain profond, échangent des volumes d'eau par les geysers, les sources d'eau chaude et minérales qui sont des remontées « directes » du cycle profond dans le cycle atmosphérique. Réciproquement le cycle de l'eau atmosphérique redonne ces volumes par infiltration de l'eau le long des cours d'eau. L'eau des précipitations n'est pas répartie uniformément dans le temps et dans l'espace. De plus, la nature des sols ne permet pas de recharger les nappes sur toute la surface du territoire. Une grande partie du territoire garde les pluies en surface pour être repris par la croissance végétale ou ruisseler directement vers les cours d'eau. Le rechargement des nappes se fait donc rarement lors de pluies significatives et sur les zones inondables et donc temporaires et partielles. Par contre, les rivières ont un rôle de rechargement permanent de l'eau souterraine sur la surface de leurs lits mineurs.
L'eau restée stockée dans des réservoirs naturels est caractérisée par des temps moyens de résidence de durées variables : il est estimé en moyenne à « 9,5 jours dans l'atmosphère, 17 jours dans les rivières et 1,8 an dans les sols, 30 ans dans les lacs d'eau douce, 3000 ans dans l'océan, et de près de 10 000 ans dans certains glaciers[4] »
Limites du modèle
Le cycle de l'eau aux échelles géologiques est plus complexe que le modèle ci-dessus. Au cours de sa longue existence, 4 milliards d'années, la Terre a perdu un quart de son eau[5]. Si les molécules d'eau, H2O, sont trop lourdes pour s'échapper directement dans l'espace (voir échappement atmosphérique), elles peuvent se décomposer sous diverses actions chimiques et bio-chimiques en molécules d'oxygène et d'hydrogène (voir Méthanogenèse, photosynthèse). L'hydrogène, beaucoup plus léger, s'échappe facilement dans l'espace. La composition chimique de l'atmosphère joue donc un rôle important dans l'histoire de l'eau terrestre.
Notes et références
Notes
- Le bilan présenté ici ne prend pas en compte l'eau stockée dans le manteau terrestre, sous forme dissoute dans les « minéraux nominalement anhydres ». Compte tenu de son volume, le manteau pourrait contenir une quantité d'eau comparable à celle des océans, mais la concentration moyenne de l'eau dans les roches du manteau est encore très mal connue. Le bilan ignore aussi l'eau contenue dans le noyau externe, qui pourrait être le principal réservoir de l'eau terrestre[2].
Références
- PhysicalGeography.net. (en) CHAPTER 8: Introduction to the Hydrosphere, consulté le 24 octobre 2006.
- (en) Yunguo Li, Lidunka Vočadlo, Tao Sun et John P. Brodholt, « The Earth’s core as a reservoir of water », Nature Geoscience, vol. 13, , p. 453-458 (DOI 10.1038/s41561-020-0578-1).
- BRGM, « modélisation de la nappe de la Crau : résultats des simulations d'exploitation », BRGM revue,
- Cathy Dubois, Michel Avignon, Philippe Escudier, Observer la Terre depuis l'espace. Enjeux des données spatiales pour la société, Dunod, , 256 p. (lire en ligne).
- (en) Sybille Hildebrandt, « The Earth has lost a quarter of its water », sur http://sciencenordic.com, (consulté le ).
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- Le Cycle de l'Eau - United States Geological Survey Water Site
- Le cycle d'eau sous forme d'animation - Veolia Eau
- Le cycle de l'eau - CIEAU
