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Le tour du monde à vélo de Thomas, Ronan, Rémy et Nicolas! :::Septembre 2004 - Juin 2005 :::14 000 km
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L' Eau
>> Généralités
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« Un objectif : sensibiliser, protéger l’eau douce et la rendre accessible au plus grand nombre afin de réduire de moitié le pourcentage de la population qui n’a pas accès à une eau potable en 2015 »
Déclaration du Millénaire des Nations Unies
« Si 60 millions de Français décidaient demain de se construire une piscine, il faudrait seulement une minute pour que le fleuve Amazone les remplisse […], le problème qui se pose aujourd’hui à l’humanité n’est pas le manque d’eau, mais la pénurie d’eau douce de qualité. C'est-à-dire propre à une consommation sans risque sanitaire »
Professeur Raoul Caruba
I - H2O, une molécule pas comme les autres ...
II - Le cycle de l'eau
III - Quelques chiffres intéressants ...
IV - L'eau, une problématique croissante en ce 21ème siècle
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I - H2O, une molécule pas comme les autres ...
L’eau liquide, source de vie
L’eau est source de vie quand elle est liquide. Si l’homme peut se passer de nourriture pendant plusieurs semaines, il ne pourra pas se passer de boire pendant plus de deux ou trois jours. L’eau est nécessaire à l’homme, pour son alimentation, son hygiène et, depuis peu, pour ses loisirs. L’homme prélève et rejette l’eau depuis des millénaires, mais, depuis quelques décennies, il modifie, par les volumes utilisés et par les pollutions engendrées, un processus immuable : le cycle de l’eau.
Ses caractéristiques chimiques
L’eau est un composé hydrogène-oxygène de formule chimique H2O, plus particulièrement à l'état liquide.
Outre l'eau libre à la surface de la Terre et la glace des glaciers, l'eau est l'un des composants majeurs de l'atmosphère et des organismes vivants, dont elle constitue de 50 à 90 p. 100 du poids.
Indispensable à la vie, catalyseur de nombreuses réactions chimiques, c'est également le principal agent d'érosion et de sédimentation et donc un facteur déterminant de la formation des paysages.
Les philosophes anciens considéraient l'eau comme un élément de base caractérisant toutes les substances liquides. Ainsi, pour la plupart d’entre eux, l’eau était assimilée à un corps indivisible. Les scientifiques n'abandonnèrent pas cette idée avant la seconde moitié du XVIIIe siècle. En 1781, Henry Cavendish réalisa la synthèse de l'eau en faisant exploser un mélange d'hydrogène et d'air. La réaction inverse est également produite en passant un fer porté au rouge sous de l’eau. Cependant, les résultats de ses expériences ne furent pas clairement interprétés avant 1783, lorsque Antoine Laurent de Lavoisier suggéra que l'eau n'était pas un élément, mais un composé d'oxygène et d'hydrogène. Dans une étude scientifique présentée en 1804 et suite à l’invention de la pile, Joseph Louis Gay-Lussac et Alexander von Humboldt démontrèrent conjointement que l'eau était constituée de deux volumes d'hydrogène pour un volume d'oxygène, comme l'exprime la formule actuelle H2O.
La molécule d’eau est donc constituée de deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène. Elles ressemblent à une tête de Mickey, où l’atome d’oxygène représenterait le visage et où les deux atomes d’hydrogène correspondraient aux oreilles. Cette forme triangulaire traduit le « mariage » du seul électron (de charge négative) de l’hydrogène avec l’un des deux électrons « célibataires » de l’atome d’oxygène (l’oxygène a en tout huit électrons). Dans ce type de liaison, l’électron de chaque atome d’hydrogène est attiré par l’atome d’oxygène, et il apparaît un dipôle : un pôle négatif du côté de l’oxygène et un pôle positif du côté de l’hydrogène. Cette parité est d’ailleurs responsable des propriétés physiques et chimiques de l’eau.
Ses propriétés physiques
L'eau pure est un liquide inodore et sans goût. Elle a une teinte bleuâtre, qui peut être perçue uniquement lorsqu'elle forme une couche épaisse. Comme les molécules d’eau sont assez nombreuses, il se produit des liaisons électrostatiques. En effet, les molécules d’eau étant polarisées, une association a lieu entre l’oxygène d’une molécule d’eau et l’hydrogène d’une autre molécule d’eau. Cette liaison « supplémentaire », également appelée liaison d’hydrogène, a un rôle important sur les propriétés physiques de l’eau, comme sa température de fusion et d’ébullition.
Sous une pression atmosphérique normale (760 mm de mercure ou 760 torr), le point de congélation de l'eau est de 0 °C et son point d'ébullition est de 99,975 °C. L'eau atteint sa densité maximale à une température de 4 °C et se dilate en se congelant. Comme la plupart des autres liquides, l'eau peut se trouver dans un état surfondu, c'est-à-dire qu'elle peut rester à l'état liquide à une température inférieure à son point de congélation : elle peut facilement être refroidie à - 25 °C sans se congeler. L'eau surfondue se congèle lorsque sa température est abaissée ou lorsqu'un cristal de glace ou une autre particule lui est ajoutée.
Grâce aux liaisons hydrogène, les molécules d’eau dans la glace vont bâtir une architecture en trois dimensions : chaque molécule d’eau est en relation avec trois autres molécules d’eau. Cette structure, de nature hexagonale, forme des « vides » et l’eau augmente de volume en se transformant en glace, ce que l’on peut constater lorsqu’une bouteille d’eau mise dans le congélateur éclate. De même, toujours selon cette propriété, la glace flotte sur l’eau liquide, ce qui explique que les lacs et les mers commencent à geler sur par la surface.
Dans notre vie quotidienne, nous créons, comme les rayons du soleil sur les océans, de la vapeur d’eau. Ainsi, en portant à ébullition une casserole d’eau, nous observons des effluves : l’eau liquide, à la pression ordinaire et à 100°C, se transforme en vapeur d’eau. Chaque molécule d’eau se sépare l’une de l’autre (il y a rupture de la liaison hydrogène). Cet air humide ainsi fabriqué se transformera en gouttes d’eau sur les vitres froides de nos fenêtres. Nous réalisons dans notre cuisine, ce qui se produit dans l’atmosphère : l’air humide monte en altitude, et comme la température diminue, la vapeur d’eau commence à se condenser. Des gouttelettes d’eau d’un diamètre inférieures à 200 µm, apparaissent et un nuage se forme. Peu à peu, les gouttelettes grossissent et s’agglomèrent à l’occasion de collisions entre gouttes. Puis quand elles deviennent trop lourdes, elles tombent en pluie. Cette vapeur d’eau, en se condensant, restitue une chaleur dite latente, qui est la source d’énergie principale à l’origine de la circulation atmosphérique.
Ses propriétés physiques ont fait de l'eau un étalon pour les échelles de température et pour la définition originale de l'unité de masse dans le système métrique, le gramme.
L'eau est l'un des agents ionisants les plus connus. Comme la plupart des substances sont solubles dans l'eau, on l'appelle fréquemment le solvant universel. L'eau s'allie avec certains sels pour former des hydrates et réagit avec des oxydes de métaux pour former des acides. Elle est utilisée comme catalyseur dans de nombreuses réactions chimiques importantes.
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II - Le cycle de l'eau
L'hydrologie est la science qui étudie la distribution de l'eau sur la Terre, les réactions physiques et chimiques de cette dernière avec d'autres composés naturels, et sa relation avec la vie terrestre. Le mouvement continu de l'eau entre la Terre et l'atmosphère est appelé cycle hydrologique. Le cycle de l’eau, qui n’existe que sur la Terre, est une formidable machine thermique. En effet, grâce au Soleil, c’est près de 570 000 km² d’eau qui sont transformés, chaque année, en vapeur. Les océans fournissent, grâce à l’évaporation (surtout dans les zones équatoriales), l’essentiel des précipitations (87%). La pluie tombe essentiellement (90%) en mer ou sur les îles, quand ces dernières ont des sommets assez élevés pour arrêter les nuages. Ainsi, sur une île assez grande et montagneuse, il est possible de passer, en quelques kilomètres, de la forêt tropicale au désert. Lorsqu'elle atteint la surface de la Terre, l'eau suit deux voies. Une partie de l'eau, l'eau de ruissellement, s'écoule directement dans les ruisseaux et les rivières, puis dans les océans ou les étendues d'eau entourées de terre. Cette quantité d'eau dépend de l'abondance des précipitations, ainsi que de la porosité, de la perméabilité, de l'épaisseur et de l'humidité du sol. L'autre partie s'infiltre dans le sol. Une partie de l'eau infiltrée humidifie le sol, et peut être évaporée directement ou bien migrer dans les racines des végétaux, puis transpirer par les feuilles. La partie de l'eau qui surmonte les forces de cohésion et d'adhésion dans le sol s'infiltre en profondeur, s'accumulant dans la zone dite de saturation pour former la nappe d'eau souterraine, dont la surface est appelée niveau hydrostatique. Cette eau, selon la latitude et l’altitude, peut aussi se trouver stockée durant des milliers d’années sur les glaciers et les inlandsis, c’est à dire les glaciers continentaux. Dans les conditions naturelles, le niveau hydrostatique s'élève par intermittence après le remplissage, ou recharge, puis baisse à cause du drainage dans les débouchés naturels, tels que les sources.
Sa composition
En raison de sa capacité à dissoudre de nombreux composés en grande quantité, on trouve rarement l'eau pure dans la nature.
Pendant la condensation et la précipitation, la pluie ou la neige absorbe des quantités variables de dioxyde de carbone et d'autres gaz contenus dans l'atmosphère, ainsi que des traces de matière organique et minérale. De plus, les précipitations apportent des retombées radioactives à la surface de la Terre.
Dans la croûte terrestre, l'eau réagit avec les minéraux du sol et des roches. Les principaux composants dissous dans l'eau de surface et l'eau souterraine sont les sulfates, les chlorures, les bicarbonates de sodium et de potassium, les oxydes de calcium et de magnésium. Les eaux de surface peuvent également contenir des eaux d'égout domestique et des déchets industriels. Les eaux souterraines des puits peu profonds peuvent contenir de grandes quantités de composés azotés et de chlorures provenant de déchets humains et animaux.
En général, les eaux des puits profonds contiennent uniquement des minéraux en solution. Presque toutes les sources d'eau potable naturelle contiennent des fluorures en quantité variable. La proportion précise des fluorures dans l'eau potable a été estimée afin de réduire les caries dentaires.
L'eau de mer renferme d'importantes quantités de chlorure de sodium, ou sel, et de nombreux autres composés solubles. Dans le même temps, de l'eau pure s'évapore. En conséquence, la proportion d'impuretés qui donne aux océans leur caractère salin augmente.
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III - Quelques chiffres intéressants ...
Des chiffres pour la Terre (1999)
PIB mondial : 30 000 milliards de dollars
Population : 6,1 milliards
4,9 milliards vivent dans des PVD
47% vivent avec moins de 2,5 euros par jour
1 adulte sur 4 est illettré dans le monde
La richesse additionnée des 200 personnes les plus riches atteint la valeur de 1 014 milliards de dollars
Des chiffres pour l’Eau
Volume total d’eau sur la planète : 1 400 000 000 km3, réparti par…
- 97,20% dans les océans
- 2,10% dans les glaciers et les islandis du Groenland et de l’Antarctique
- 0,68% dans les nappes souterraines e l’atmosphère
- 0,02% dans les cours d’eau et les lacs
…dont seulement 2,5% d’eau douce constituée par :
- 0,3% lacs et réservoirs
- 30,8% eaux souterraines (y compris humidité du sol, eaux marécageuses et pergélisol)
- 68,9% glaciers et couverture neigeuse permanente
Propriétés physiques de l’eau :
Sous la pression ordinaire :
- température de fusion : 0°C
- température d’ébullition : 99,975°C (cette température varie beaucoup avec la pression : ainsi l’eau bout à 72°C au sommet de l’Everest)
Volumes spécifiques :
- glace à 0°C : 1,091
- liquide à 0°C : 1,000132
- liquide à 4°C : 1,000000
Distance de la liaison O – H : 0,96 Å (1 Å = 10-10 m)
Diamètre de la molécule d’eau : 2,82 Å
Angle HOH : 105°
Une évidence : la vie est possible grâce à l’air, au sol et à l’eau
Un constat : ils sont en dangers donc nous sommes menacés…
…par manque d’air. Aujourd’hui, l’atmosphère absorbe un tiers du gaz carbonique que nous produisons chaque année. Les deux tiers restants s’accumulent et entraînent, par le biais de l’effet de serre, un déséquilibre climatique qui génère des catastrophes naturelles (inondations, tempêtes, sécheresses, incendies…)
La consommation de combustibles fossiles a été multiplié par 4 en 50 ans. En particulier la consommation de pétrole a été multiplié par 7. On consomme aujourd’hui, en 2001, en 6 semaines le pétrole qu’on consommait en 1 an en 1950.
La production d’énergie éolienne a été multiplié par 10 en entre 1990 et 2000, atteignant 1% de l’énergie mondiale produite en 1999.
…par des crises alimentaires. Il y a de moins en moins de terres pour de plus en plus d’habitants (chaque année l’équivalent de 10 départements français est transformé en désert). La surface céréalière a été divisé par 2 depuis 1950. En 2000, un tiers des enfants de moins de 5 ans souffraient de malnutrition.
Le Français produit 350 kg de déchets ménagers par an.
L’Américain 700 kg.
…par des guerres de l’eau. La quantité d’eau disponible par habitant a baissé de plus de 30% depuis 1970. Aujourd’hui, une dizaine de conflits sont liées à l’eau dans le monde : en Turquie, en Inde, en Egypte, en Israël… Le nombre de personnes n’ayant pas accès à l’eau potable a été multiplié par 4 ces 10 dernières années, atteignant 1 milliard d’individus en 2000.
Répartition de la consommation de l’eau dans le monde
Le Français consomme de 150 à 250 litres par jour, dont seulement 2 sont bus. Ainsi, moins de 2% de l’eau traitée pour être potable est effectivement bue.
Le Kenyan dispose de 4 litres d’eau par jour.
Le New-Yorkais consomme 680 litres par jour.
Evolution de la consommation d’eau dans le monde
Multiplié par 7 depuis 1900 et par 5 depuis 1940 (pendant que la population doublait)
Ressource mondiale en eau douce en 1990 : 8 000 m3 par habitant
Minimum nécessaire par habitant : 1 000 m3 par habitant par an
Moins de 10% des villes du monde possèdent une station d’épuration (traitement des eaux usées)
Utilisation de l’eau douce dans le monde
- 70% pour l’agriculture (irrigation, dont les 3/4 s’évaporent)
- 22% pour l’industrie
- 8% pour les usages domestiques (dont 50% perdus en fuite dans les réseaux)
Répartition de la disponibilité de l’eau dans le monde
Régions les plus arrosées : 20 mètres de pluie par an
Régions les moins arrosées : 50 à 200 mm d’eau de pluie par an
Pourquoi tant d’indifférence ?
D’une part, parce que la majorité des dégradations de ces 30 dernières années sont localisées dans les pays du Sud, qui nous paraissent loin – même si les conséquences vont nous toucher directement.
D’autre part, parce que notre façon d’aborder l’environnement repose encore sur une vision héritée de la période où les ressources de la planète paraissaient inépuisables.
Enfin, parce que nous avons l’impression, à tort, d’être impuissants face à l’ampleur du problème. Pourtant, nous pouvons tous agir : en réduisant nos consommations superflues, et en faisant pression sur les entreprises et les gouvernements pour que s’impose un développement durable, qui réponde aux besoins de tous au présent sans sacrifier les générations futures.
La première solution est donc de sensibiliser, et, puisque l’environnement n’atteint pas les gens, de faire venir l’environnement à eux. Il s’agit d’un éveil nécessaire – parfois merveilleux, parfois inquiétant – si nous voulons espérer transmettre à nos enfants une certaine qualité de vie, et nous assurer un développement durable.
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IV - L’eau, une problématique croissante en ce 21ème siècle
Considérer que la Terre va manquer d’eau douce à cause du seul réchauffement climatique est donc une absurdité. L’eau douce existe en quantité suffisante, mais elle mal répartie sur le globe, mal utilisé, surconsommée et de plus en plus polluée. Elle menace donc de manquer sous sa forme potable. Depuis cent ans, la consommation d’eau potable de l’humanité augmente deux fois plus y vite que la population. A ce rythme et dans 20 ans, la demande aura explosée de 650%. Une telle croissance de la consommation fait peser de fortes menaces sur les réserves. De plus en plus de grandes villes, comme Bangkok en Thaïlande puisent l’essentiel de leurs besoins dans des nappes d’eau souterraines. Elles ne sont plus épargnées par la pollution et on ne sait pas vraiment comment elles se renouvellent. Les eaux de surface, rivières ou lacs, n’échappent pas au besoin croissant d’irrigation et de consommation. Leur exploitation va de pair avec de fortes déperditions et des pollutions graves.
Si la Bretagne nettoie ses rivières aujourd’hui, ce n’est pas le cas des Etats-Unis ni des principaux pays d’Asie et d’Europe Centrale. Le Colorado, Le Gange, le Danube et bien d’autres fleuves se chargent en phosphate et en azote du fait d’une agriculture intensive et d’une utilisation d’engrais toujours plus importante. Et l’agriculture n’est pas seule en cause. Aujourd’hui, 2 milliards d’hommes ne disposent pas d’infrastructures sanitaires ni de système d’épuration des eaux alors que 1,4 milliard n’ont pas accès à l’eau potable. 80% de toutes les maladies affectant les pays du Sud sont dues à la consommation d’eaux polluées. 5 millions de personnes en meurent chaque années. L’eau, supposée source de vie, est devenue le principal fléau des pays sous-développés ou en voie de développement. Face à une surexploitation des systèmes hydriques et à leur pollution, le manque chronique d’eau potable se généralisera. Selon les prévisions des Nations Unies et de l’Unesco, 2,5 milliards d’êtres humains manqueront d’eau potable en 2025, soit un tiers de l’humanité, si rien n’était entrepris pour inverser la tendance actuelle.
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