Le cycle de l`eau

Les perturbations du cycle de l'eau
L'augmentation du ruissellement
L'épuisement des nappes
La déforestation, certaines pratiques agricoles,
l'urbanisation ont pour effet d'augmenter le
ruissellement des eaux de pluie sur le sol.
L'imperméabilisation du sol en milieu urbain,
l'absence de couverture végétale en milieu rural
sont autant de facteurs qui entraînent une
diminution de la capacité d'infiltration par les sols
ou d'évacuation par des réseaux de drainage des
eaux pluviales. Cela peut avoir pour conséquence
de rendre les inondations beaucoup plus
fréquentes dans le temps et celles-ci prendre des
proportions catastrophiques (Nîmes, Vaison-laRomaine...).
Le prélèvement de l'eau des nappes
souterraines pour des usages domestiques ou
agricoles contribue à l'abaissement de leur niveau.
Lors de périodes le pluviométrie moindre, les
nappes ne se rechargeant pas, elles n'alimentent
plus les cours d'eau dont les débits baissent
dangereusement. Dans des cas extrêmes, le
tarissement de sources peut également se
produire.
n°181 - Juin 2008
Le cycle de l'eau
Le détournement de l'eau des cours d'eau
La diminution de l'évapotranspiration
L'évapotranspiration des plantes est en fait une
usine à produire du froid particulièrement active
dans les régions tropicales agissant ainsi en
régulateur de température. Des études sur l’effet
de la déforestation de l’Amazonie sur le climat
régional indiquent que cette déforestation se
traduirait par une augmentation moyenne de
plusieurs degrés.
Directeur de la publication :
Alain DE MEYERE
Réalisation – impression :
Dépôt légal et ISSN en cours
DDE de l’Oise
Bld Amyot d'Inville
BP 317 - 60021 Beauvais Cx
ml : dde-oise @equipement.gouv.fr
Direction
Départementale
de l'Equipement
de l'Oise
L'exemple le plus frappant des conséquences
du détournement des eaux d'un cours d'eau est
l'assèchement de la mer d'Aral en ex-URSS. Au
début des années 60, l'intensification de la culture
du coton dans une région aride a été rendue
possible par le détournement d'énormes volumes
d'eau des fleuves Amou-Daria et Syr-Daria. Le
manque d'apport en eau a alors fait baisser le
niveau de la mer de 20 à 60 cm par an. Son
volume a diminué de 80% depuis 1960, ce qui a
augmenté la salinité de l'eau, tué quasiment toute
forme de vie, ruiné l'économie locale tournée
autour de la pêche, provoqué des maladies dans
la population... Un programme de sauvetage est
en cours au Kazakhstan sur la « petite mer »
(30% de la superficie regagné) mais semble
condamner la « grande mer ».
Réalisation et contact :
Service de l’Aménagement, de l’Urbanisme et
de l’Environnement
France POULAIN
Cellule Risques, Eau et Environnement
Éric VALETTE
03.44.06.58.79
ml : [email protected]
La Terre est la seule planète du système solaire à posséder autant
d'eau sur sa surface et dans son atmosphère. L'eau y est très
abondante ce qui constitue une des plus importantes ressources. 72%
de la surface du globe terrestre est recouverte par des masses d'eau
d'où son surnom de planète bleue.
Grâce aux conditions particulières de température et de pression qui
règnent sur Terre, l’eau y est présente dans ses trois états : sous forme
de vapeur d’eau dans l’atmosphère qui enveloppe la planète, sous
forme liquide sur la surface et dans la croûte terrestre mais aussi au
sein de tous les organismes vivants, ou encore figée en glace aux pôles
ou aux sommets des hautes montagnes. C’est ainsi que l’on distingue
quatre grands réservoirs d’eau : dans l'hydrosphère, les mers et
océans, les eaux continentales (superficielles et souterraines),
l’atmosphère et la biosphère. Au cours du cycle de l'eau, des transferts
incessants d'importantes masses d'eau se produisent entre les
différents réservoirs de la planète.
La présence de toute cette eau est très importante. Liquide, elle
contribue de manière essentielle au façonnement de la planète,
creusant les vallées, érodant les reliefs. Elle a permis l’apparition de la
vie et demeure encore indispensable à son maintien. Sous forme de
vapeur d’eau dans l’atmosphère, elle forme un écran qui protège les
organismes vivants du rayonnement ultraviolet solaire. En atténuant, le
jour, le rayonnement solaire reçu par la Terre et en empêchant, la nuit,
au rayonnement infrarouge émis par la Terre de s’échapper dans
l’espace, la vapeur d’eau garantit une stabilité de la température
terrestre. Elle assure enfin le transfert de chaleur entre les océans,
l’atmosphère et les continents. Aussi tout dérèglement du cycle de
l'eau, même à l'échelle locale, peut entraîner des conséquences
catastrophiques pour l'environnement.
Les différents réservoirs
Les flux entre réservoirs
Les volumes d'eau contenus dans les
différents réservoirs de l'hydrosphère (partie de la
planète occupée par l'eau) et participant au cycle
de l'eau sont le fruit d'estimations qui peuvent
varier selon les auteurs. Le tableau ci-après
reprend les données qui correspondent aux
valeurs approximatives les plus citées.
Réservoirs
Volume
(106 km3)
% du total
Océans
1 370
97,25
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
Cours d'eau
0,0017
0,0001
Biosphère
0,0006
0,00004
L'eau dans la biosphère
L'eau présente dans la biosphère (ensemble
des organismes vivants et des milieux où ils
vivent) est la partie la plus infime présente sur
terre. La couverture végétale régule la présence
d’eau dans le sol par les racines, rendant ainsi
dans les régions tropicales et équatoriales très
effectif le renouvellement de l’eau dans l’air à
partir de l’eau stockée dans le sol. Cette eau est
d’une part utilisée pour la photosynthèse et
d’autre part est évaporée à la surface des
feuilles : l’évaporation de cette eau à partir des
feuilles se traduit par un refroidissement,
tempérant ainsi le chauffage solaire.
L'eau dans l'atmosphère
L'eau toujours présente dans l'atmosphère, n'y
est pas toujours visible. La vapeur d'eau est un
gaz invisible, alors que les nuages, constitués
d'eau condensée à l'état liquide ou solide, sont le
plus souvent bien visibles. Malgré le faible
pourcentage d'eau dans la composition de
l'atmosphère (de 0 à 4%), la vapeur d'eau joue un
rôle prépondérant dans le transfert d'énergie
autour de la planète.
L'eau des mers et des océans
Les mers et océans couvrent 360 millions de
km2 soit environ 72% de la surface terrestre. Il
s'agit d'eau salée constituée à 96,5% d'eau pure
et à 3,5% d'autres substances telles que les sels,
les gaz dissous, les substances organiques et des
particules solides.
La fonte de la banquise (eau de mer) n'a
aucune incidence sur le niveau de la mer. En
revanche, la fonte de la totalité des calottes
glaciaires polaires entraînerait une élévation du
niveau marin d'environ 70 mètres.
Les eaux continentales
Les eaux continentales (glaciers, rivières, lacs,
eaux souterraines) sont très inégalement réparties
sur la surface du globe terrestre. Les régions
situées le long des tropiques sont très arides
(31% des terres émergées) contrairement aux
régions équatoriales où l'eau coule en abondance.
Toutefois, les eaux superficielles constituent un
réservoir relativement faible, les glaciers polaires
et les eaux souterraines représentant l'essentiel
de la ressource.
Eau douce / Eau salée
Au total, il y a environ 1,4 milliards de
kilomètres
cubes
d’eau
présents
dans
l’hydrosphère. Cependant, la plus grande partie
de cette énorme quantité d’eau provient des
océans qui constituent le réservoir le plus
important de la planète mais dont les eaux sont
salées.
Les eaux douces de la planète, celles dont la
salinité est inférieure à 3 grammes par litre, ne
représentent que 3% du volume global de
l’hydrosphère. De plus, seule une infime part de
l'eau douce terrestre est réellement disponible à la
consommation, la plus grande partie étant gelée
aux pôles. Le volume des eaux douces
directement utilisables est finalement d’environ 9
millions de kilomètres cubes, pour la plupart des
eaux souterraines.
Entre les différents réservoirs d’eau de
l’hydrosphère, l’échange d’eau est permanent et
forme le cycle externe de l’eau. Le moteur de ce
cycle en est le soleil : grâce à l’énergie thermique
qu’il rayonne, il active et maintient constamment
les masses d’eau en mouvement. Ce cycle se
divise en deux parties intimement liées :
une partie atmosphérique qui concerne la
circulation de l’eau dans l’atmosphère, sous
forme de vapeur d’eau essentiellement ;
une partie terrestre qui concerne l’écoulement
de l’eau sur les continents, qu’il soit superficiel
ou souterrain.
bien du ruissellement ou de l’infiltration des eaux
de pluie que de la fonte des neiges.
Globalement la quantité totale d’eau dans
l’hydrosphère reste constante. L’analyse des
sédiments marins a en particulier révélé que le
volume des eaux océaniques avait très peu varié
depuis un milliard d’années. On peut donc
considérer que le cycle de l’eau est stationnaire
c’est à dire que toute perte d’eau par l’une ou
l’autre de ses parties, atmosphérique ou terrestre,
est compensée par un gain d’eau par l’autre
partie.
L'eau de l’hydrosphère, chauffée par le
rayonnement solaire s'évapore de toutes les
étendues d'eau, depuis la simple flaque jusqu'aux
océans. De l'eau s'évapore également de la
végétation (évapotranspiration). Toute cette eau
rejoint alors l'atmosphère sous une forme
gazeuse, la vapeur d'eau.
En s'élevant dans l'atmosphère, la vapeur
d'eau se refroidit et se condense sur des
particules en suspension dans l'air appelés
noyaux de condensation (poussières, pollens,
aérosols...) pour former les nuages. Lorsque la
condensation est trop importante et que les
gouttes d'eau formées deviennent trop lourdes,
les nuages précipitent sous forme de pluie (les
précipitations). En fonction des conditions
météorologiques rencontrées sur leur parcours et
des variations de températures rencontrées elles
peuvent tomber sous forme de neige ou de grêle.
Une fois au sol, l'eau retrouve une forme liquide
où elle est absorbée par la végétation ou
ruisselle vers les rivières et les fleuves.
L'eau peut également s'infiltrer à travers les
fissures naturelles des sols ou percoler en
pénétrant lentement dans le sol vers les couches
les plus profondes pour alimenter la nappe
phréatique et le système des fleuves et des
rivières.
Évaporation sur les océans
Le bilan hydrique
Chaque année il s’évapore plus d’eau
(425 000 km3) qu’il n’en précipite au-dessus des
océans (385 000 km3). Cette vapeur d’eau
océanique vient donc précipiter sur les continents
où, à l’inverse, il précipite plus d’eau qu’il ne s’en
évapore. Que devient cette eau? Elle retourne
aux océans via les cours d’eau. Un volume
d'environ 40 000 km3 d'eau est ainsi apporté
chaque année par l’ensemble des cours d’eau de
la planète aux océans. Cette eau provient aussi
Flux hydriques
Évaporation
continents
sur
Volume (km3)
425 000
les
71 000
Précipitations
océans
sur
les
385 000
Précipitations
continents
sur
les
111 000
Apport des cours d'eau aux
océans
40 000
Les temps de résidence
Toute l’eau ne participe pas en permanence au
cycle, chacune des molécules d’eau de
l’hydrosphère ne circulant pas constamment d’un
réservoir à l’autre de la planète. Une molécule
peut en effet rester durant un certain temps dans
un réservoir. La durée moyenne durant laquelle
une molécule d’eau réside dans un réservoir est
appelée temps de résidence. Ces temps de
résidence dépendent de la rapidité des transferts :
plus ils sont rapides, plus les temps de résidence
sont courts. Les temps de résidence moyens dans
les différents réservoirs de surface sont donnés à
titre indicatif dans le tableau ci-dessous.
Réservoirs
Temps de résidence
Océans
2 500 ans
Glaciers
1 600 à 9 700 ans
Eau souterraine
1 400 ans
Lacs
1 à 17 ans
Humidité des sols
1 an
Atmosphère
8 jours
Cours d'eau
16 jours
Biosphère
Quelques heures