Le cycle de l'eau

I. Introduction

Le cycle de l'eau est la suite des déplacements de l'eau dans l'atmosphère, à la surface et dans le sous-sol de la Terre. 
Le cycle de l'eau peut être décomposé en quatre processus distincts : stockage, évaporation, précipitation et ruissellement. L'eau peut être stockée temporairement dans le sol, les océans, les lacs et les rivières, ainsi que dans les calottes glaciaires et les glaciers. Elle s'évapore depuis la surface terrestre, se condense en nuages, retombe sous forme de précipitations (pluie ou neige) sur les continents et les océans, puis s'écoule, ruisselle et, à nouveau, est stockée ou s'évapore dans l'atmosphère. Pratiquement toute l'eau présente à la surface de la Terre a parcouru un nombre incalculable de fois ce cycle. Au cours des derniers milliards d'années, la création ou la perte d'eau dans ce processus a été infime.

II. Stockage

Les volumes d'eau impliqués dans le cycle de l'eau sont énormes. On estime à 1,4 milliard de km3 le volume d'eau total sur Terre. Réparti de façon uniforme à la surface du globe, il lui correspondrait une épaisseur moyenne de 3 km. Plus de 97 p. 100 de ce volume est constitué par l'eau des océans (eaux salées). Toutefois, dans la mesure où l'eau qui s'évapore des océans est pratiquement exempte de sel, les précipitations (pluie, neige) sont relativement douces. L'ensemble des eaux douces représente environ 41 millions de km3 — 33 millions de km3 sous forme de glaciers, 8 millions de km3 d'eaux souterraines, 100 000 km3 contenus dans les lacs, 70 000 km3 dans les eaux des sols. L'atmosphère contient quant à elle en permanence environ 13 000 km3 d'eau, cette quantité étant destinée à augmenter si le processus de réchauffement de la Terre persiste, dû à l'effet de serre.

Les calottes glaciaires de l'Antarctique et du Groenland représentent pratiquement toutes les réserves d'eau douce sous forme de glaces. Ces calottes couvrent une superficie supérieure à 17 millions de km2 de terre, sur une épaisseur moyenne de plus de 1,5 km. La majeure partie des glaciers, formés dans les vallées montagneuses à haute latitude, constitue un stock d'eau négligeable comparé aux précédentes. 
La fonte soudaine des calottes glaciaires et des glaciers provoquerait une hausse du niveau de la mer de l'ordre de 80 m.

La quantité d'eau stockée sous forme de glace varie en fonction du climat. À l'époque glaciaire, il y a environ 22 000 ans, la Terre était couverte de quelque 20 millions de km2 de surfaces englacées supplémentaires (sur une épaisseur avoisinant 1,5 km), réparties sur presque l'ensemble du territoire canadien, la ceinture nord des États-Unis, l'Europe du Nord et de larges zones en Sibérie. Étant donné que cette eau provenait des océans, le niveau de la mer était d'environ 120 m inférieur à ce qu'il est aujourd'hui. La majeure partie de l'eau constituant les calottes glaciaires est gelée depuis des siècles et n'est pas aisément disponible.

La plupart des eaux souterraines est plus accessible et pourvoit aux besoins en eau de la population terrestre dans de nombreuses régions du globe. Le permafrost, partie du sol gelée en permanence, forme une barrière imperméable à l'infiltration des eaux souterraines. Ce type de sol est rencontré dans diverses régions, notamment au nord du Canada et en Sibérie, où la température moyenne annuelle est inférieure à 0 °C.
Toutes les eaux souterraines s'accumulent, en fait, dans les minuscules vides ou fissures présents dans le sous-sol et dans les roches. Une infime quantité d'eau est stockée dans des grottes souterraines. À proximité de la surface terrestre, la majeure partie des sols et des roches sédimentaires sont tellement poreux que l'eau peut occuper 20 à 40 p. 100 de leur volume. À mesure que croît la profondeur et la pression, les pores et autres vides dans les roches se referment. Il en résulte que la majeure partie des eaux souterraines se trouvent dans les 8 à 16 km supérieurs de la croûte terrestre. L'eau présente est chimiquement liée aux roches et aux minéraux et n'est pas immédiatement disponible. Toutefois, cette eau est susceptible d'être libérée sous l'effet de processus géologiques tels que les éruptions volcaniques.

III. Évaporation

L'évaporation est le processus par lequel l'eau se transforme en vapeur d'eau et, sous cette forme gazeuse, entre dans l'atmosphère. Le passage direct de la glace à l'état gazeux s'appelle sublimation. Les végétaux perdent de l'eau par les pores des feuilles (évapotranspiration).
Quotidiennement, environ 1 200 km3 d'eau s'évaporent des océans, des surfaces des continents, des plantes, des glaciers et des calottes glaciaires ; une quantité presque identique retombe sous forme de précipitations. Si l'évaporation ne compensait pas l'eau perdue par les précipitations, l'atmosphère deviendrait entièrement sèche en 10 jours.
La vitesse d'évaporation croît avec la température, l'intensité du rayonnement solaire, la vitesse du vent, l'importance du couvert végétal et le degré d'humidité du sol. Elle décroît quand l'humidité de l'air croît. Le taux d'évaporation varie de quasiment zéro aux pôles à plus de 4 m par an au niveau du Gulf Stream. La moyenne est de 1 m par an. Avec ce taux d'évaporation, et si précipitations et ruissellement cessaient, le niveau de la mer baisserait d'environ 1 m par an.

IV. Précipitations
 
Des précipitations se produisent lorsque la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère se condense en nuages et retombe sur Terre. Ces précipitations peuvent se présenter sous diverses formes, notamment des chutes de pluie, de neige, de grêle. En moyenne, les précipitations quotidiennes représentent environ 300 km3. Approximativement deux tiers s'évaporent à nouveau dans l'atmosphère, le reste alimentant le débit des rivières avant de retourner à l'océan. Des orages isolés peuvent donner d'énormes quantités de précipitations. Ainsi, si un système de basses pressions hivernales provoque, pendant sa durée de vie de plusieurs jours, la chute de quelque 100 km3 d'eau sur la Terre, un violent orage peut déverser 0,1 km3 d'eau en l'espace de quelques heures sur une région très limitée.

V. Ruissellement

L'eau qui alimente ruisseaux et rivières est appelée ruissellement de surface. Chaque jour, fleuves et rivières déversent quelque 100 km3 d'eau dans la mer. L'Amazone, le fleuve au plus fort débit, fournit environ 15 p. 100 de cette eau. Le ruissellement n'est pas constant. Il décroît au cours des périodes de sécheresse ou des saisons sèches, et augmente pendant la saison des pluies, les orages et les périodes de fonte des neiges et des glaces.
L'eau atteint les rivières en s'écoulant en surface ou après avoir transité par des aquifères. Le ruissellement de surface se produit pendant et peu après les pluies torrentielles ou les périodes de rapide fonte des neiges et des glaces. Il peut provoquer une hausse rapide du niveau des rivières et donner lieu à des inondations. Le niveau des rivières peut alors augmenter de plus de 10 m et inonder de larges régions. Les eaux souterraines, quant à elles, circulent dans les roches et les sols. Les précipitations et l'eau de fonte subissent une percolation dans le sol et parviennent à un niveau — appelé niveau hydrostatique — où toutes les cavités présentes dans les roches sont saturées d'eau. L'écoulement des eaux souterraines se produit depuis les zones de haut niveau vers les zones de plus bas niveau. La vitesse moyenne de circulation est inférieure à 1 m par jour. Lorsque les eaux souterraines parviennent aux ruisseaux, elles assurent un débit de base qui change peu au fil des jours et qui peut persister ainsi pendant de nombreux jours ou semaines en l'absence de pluie ou d'eau de fonte. Au cours des périodes de sécheresse prolongée, le niveau des nappes peut chuter si bas que les ruisseaux et les puits se tarissent.

VI. Effets de l'action humaine

L'Homme intervient dans le cycle de l'eau depuis des millénaires. Des canaux d'irrigation sont construits pour amener l'eau dans les régions arides. Des puits sont creusés pour prélever l'eau du sol. Le pompage excessif des nappes à partir de ces puits a provoqué une chute du niveau hydrostatique, épuisant ainsi de façon irréversible d'anciennes sources d'eau et provoquant la pénétration d'eau salée dans le sol de basses régions côtières à forte densité de population. Des levées sont construites pour guider le cours des rivières, ainsi que des digues pour rendre les rivières navigables, constituer des réserves d'eau et fournir de l'énergie électrique. L'évaporation de l'eau de ces retenues aboutit à des pertes d'eau importantes. L'urbanisation croissante a contribué à aggraver les phénomènes de crues, dans la mesure où les eaux de pluie atteignent plus rapidement les cours d'eau et en quantités supérieures les zones où le sol a été revêtu.

À mesure que la population humaine continue de croître, une utilisation et une gestion efficaces des ressources en eau de la planète s'imposent. Certes, la gestion raisonnable des aménagements hydrauliques a permis d'alléger de nombreux problèmes. Mais les limites des réserves en eau dans certaines régions restreignent les possibilités de développement, ce qui joue un rôle majeur dans la politique de certaines régions du globe, notamment au Moyen-Orient.
Source:
"eau, cycle de l'," Encyclopédie Microsoft® Encarta® 2002 
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L'auto-épuration

Un milieu vivant
L'eau de mer ou de rivière, riche en espèces animales et végétales, transforme et élimine naturellement (en totalité ou en partie) les pollutions auxquelles elle sert d'exutoire : c'est ce qu'on appelle l'auto-épuration. Grâce aux phénomènes de filtration et d'oxydation, combinés à l'action des organismes (bactéries, insectes, plantes…) vivant dans le milieu aquatique et sur les berges, l'eau assure le maintien de la qualité de son eau et préserve l'équilibre de son écosystème. 
 

Si le niveau de pollution n'atteint pas un seuil critique, l'eau est capable de s'auto-épurer, c'est-à-dire d'éliminer progressivement les agents polluants. Ce phénomène explique qu'une rivière peut être polluée par des rejets à un endroit et être poissonneuse en aval de ce point. Bien sûr l'auto-épuration de l'eau a ses limites. Par exemple, le sel ou les plastiques ne sont pas dégradables et perturbent ce phénomène naturel. 

L'entretien nécessaire 
Lorsqu'elle n'est plus entretenue régulièrement par l'homme, la rivière se dégrade. Le lit et la végétation sont modifiés, ce qui entrave fortement les fonctions biologiques naturelles :
• Le maintien de la qualité de l'eau n'est plus assuré 
• La capacité d'écoulement est réduite et engendre des inondations 
• La végétation qui prolifère rend par ailleurs les berges inaccessibles aux promeneurs.
(réf. eaufrance)
 

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