Les différents états de l'eau

Dans la nature, l'eau se trouve sous plusieurs formes, l'état liquide, l'état solide et l'état gazeux.

L'état liquide est caractérisé par un volume constant c'est à dire qu'il ne change pas suivant le récipient qui le reçoit. Effectivement si nous versons de l'eau, nous observons qu'il ne prend pas la totalité du verre. La surface libre qui délimite le liquide au repos est horizontale. De plus les liquides prennent la forme des récipients qui les contiennent.

Comment mesurer un niveau d'eau ?
La surface libre d'un liquide est horizontale. Savez-vous quel phénomène en est responsable ?

L'état solide est caractérisé lui aussi par un volume constant et surtout par une forme propre c'est à dire que sa forme ne varie pas avec le récipient comme dans le cas des liquides.

L'état gazeux est caractérisé par le fait qu'il occupe tout le volume du récipient qui le contient. Il n'a donc pas de forme propre.

Nous allons retrouver ces états dans l'étude du cycle de l'eau en précisant les mécanismes qui permettent de passer d'un état à un autre.

The best Physique - Chimie tutors available
1er cours offert !
Houssem
5
5 (105 reviews)
Houssem
70€
/h
1er cours offert !
Anis
4,9
4,9 (78 reviews)
Anis
80€
/h
1er cours offert !
Greg
5
5 (95 reviews)
Greg
120€
/h
1er cours offert !
Grégory
5
5 (83 reviews)
Grégory
105€
/h
1er cours offert !
Ahmed
4,9
4,9 (78 reviews)
Ahmed
40€
/h
1er cours offert !
Pierre-thomas
5
5 (40 reviews)
Pierre-thomas
80€
/h
1er cours offert !
Sébastien
5
5 (71 reviews)
Sébastien
60€
/h
1er cours offert !
Antoine
4,9
4,9 (73 reviews)
Antoine
60€
/h
1er cours offert !
Houssem
5
5 (105 reviews)
Houssem
70€
/h
1er cours offert !
Anis
4,9
4,9 (78 reviews)
Anis
80€
/h
1er cours offert !
Greg
5
5 (95 reviews)
Greg
120€
/h
1er cours offert !
Grégory
5
5 (83 reviews)
Grégory
105€
/h
1er cours offert !
Ahmed
4,9
4,9 (78 reviews)
Ahmed
40€
/h
1er cours offert !
Pierre-thomas
5
5 (40 reviews)
Pierre-thomas
80€
/h
1er cours offert !
Sébastien
5
5 (71 reviews)
Sébastien
60€
/h
1er cours offert !
Antoine
4,9
4,9 (73 reviews)
Antoine
60€
/h
First Lesson Free>

Le cycle de l'eau

L'eau des océans, fleuves, rivières et autres cours d'eau (liquide) s'évapore sous forme de vapeur d'eau (gaz), la végétation aussi émet de la vapeur d'eau par le processus d'évapotranspiration. Dans les nuages cette vapeur se condense en eau liquide.

Suivant la température et la pression, dû à l'altitude, l'eau peut se solidifier pour former de la neige (solide). Après une certaine accumulation dans les nuages, il y a chute de pluie ou de neige, ce sont les précipitations.

Ces précipitations vont ruisseler dans les cours d'eau, dans le cas de la neige, elle doit avant fondre, c'est la fusion. Ce ruissellement permet à l'eau de se retrouver son point initial, elle a formé un cycle.

Le cycle de l'eau est le processus selon lequel l'eau se déplace entre différents endroits, tout en changeant de forme et d'état.

On parle de cycle puisque il n'y a aucune perte, la quantité d'eau qui entre dans ce processus reste toujours la même, elle subit juste des modifications d'états.

Pourquoi pleut-il ?
La pluie fait partie du cycle de l'eau. C'est grâce à elle que l'eau qui s'est condensée avec la chaleur et le soleil va pouvoir retourner dans les nappes phréatiques.

C'est un cycle biogéochimique.

Cycle biogéochimie : les cycles biogéochimiques concernent le cycle des éléments chimiques nécessaires à la manifestation et au déploiement de la vie. Les éléments chimiques sont stockés dans des réservoirs qui sont :

  • L’atmosphère ;
  • L'hydrosphère et les éléments qui s'y forment ;
  • Les sols et les roches de la lithosphère ;
  • La biosphère.

Le cycle de l'eau se distingue néanmoins des autres cycles biogéochimiques par deux caractéristiques : la molécule d'eau ne subit aucune transformation au cours de son cycle et les êtres-vivants y interviennent très peu.

L’Office International de l'Eau, abrégé en OIEAU est une association française qui a pour but la protection des ressources en eau de la Terre et qui vient en discussion avec de nombreux acteurs comme les dirigeants d’entreprises, les politiques ou encore les infrastructures publiques afin de veiller à la bonne utilisation de l’eau et au respect des ressources de cette dernière.
Leur mission est axée autour de 6 axes :

  1. Diffuser une information fiable adaptée aux besoins de ses différents partenaires ;
  2. Réunir, analyser et rendre facilement disponible la documentation scientifique, technique, économique et institutionnelle sur les différents domaines de l’eau, assurer une veille technologique permettant d’actualiser en permanence et en temps réel les connaissances, de rendre mieux disponible l’information réglementaire et normative, notamment européenne ;
  3. Contribuer à la formation dans les différents métiers de l’eau et faciliter leur adaptation permanente, d’une part aux nouveaux emplois, fonctions et qualifications induits par le progrès technique et, d’autre part, à la variété des contextes locaux, régionaux ou nationaux ;
  4. Permettre l’expression des priorités de la communauté professionnelle et des usagers sur les thèmes d’études et de recherche, participer à l’animation des programmes d’études de portée générale lancée par les Pouvoirs Publics, valoriser les connaissances et diffuser les résultats auprès des utilisateurs intéressés, réaliser accessoirement des études et expérimentations appliquées, en complémentarité et cohérence, avec les établissements spécialisés de recherche et d’enseignement ;
  5. Collaborer aux programmes pour la gestion et la synthèse de données sur la qualité de l’eau, les pollutions, les ressources aquatiques et la protection des milieux, initiés notamment par l’Institut français de l'environnement et l’Agence européenne pour l'environnement ;
  6. Développer des capacités d’expertise et d’évaluation dans ces domaines.

Fonctionnement du cycle de l'eau

Le cycle de l’eau est sous la dépendance du Soleil puisque c’est l’énergie solaire qui permet à l’eau d’atteindre l’atmosphère d’où elle pourra retomber sous forme de précipitation.

Le cycle de l’eau est l’un des cycles les plus rapide puisqu’on estime que toute l’eau contenue dans l’atmosphère tombe et se renouvelle en 12 jours.

Le cycle de l’eau résulte de 3 types d’échanges :

  • Précipitations ;
  • Évaporation et Évapotranspiration ;
  • Déplacement de vapeur d’eau (nuages).

Précipitations

On appelle précipitation désignent les éléments qui tombent du ciel dans l'atmosphère. Cela peut-être des solides ou bien des liquides selon les conditions climatiques.

Elles se forment lorsque les gouttelettes d'eau ou cristaux contenus dans les nuages se rapprochent les unes et des autres afin de fusionner. Leur poids étant devenu trop lourd pour rester en suspension dans l'air, la gravité les pousse à tomber au sol.

Répartition de l'eau à la surface de la terre

L’eau est l’élément le plus répandu sur la planète mais aussi le constituant le plus important des êtres-vivants.
L'Homme est en effet lui-même constitué de 70% d'eau).

97,5% de l'eau présente sur Terre est salée. Elle constitue donc les océans et les mers de notre planète. Au niveau des hémisphères, celui du nord comporte moins d'eau que celui du sud et toutes les étendues salées de ces deux hémisphères représentent 1350 millions de km3. Ils recouvrent donc les deux tiers de la planète.

Le reste de l'eau disponible sur Terre est de l'eau douce. Parmi ces dernières, 2,59% sont immobilisées par les eaux souterraines ou sous forme de glace (eau non directement disponible pour les êtres-vivants). Les 0,1% restants représentent l'eau de surface et l'eau d'humidité du sol, ces dernières étant accessible des être-vivants.

Le plus grand réservoir d'eau douce au monde est le lac Baïkal. Il se situe en Sibérie et représente 1/5 du réservoir mondial avec une profondeur plus de 1600 mètres !

Eau utilisable par l'Homme

Malheureusement, seuls 0,007% de l'eau hydrosphérique sont utilisables par l'Homme.

Ils sont constitués de ces réservoirs :

  • Cours d'eau ;
  • Lacs ;
  • Nappes de sub-surface.

Le reste n'est pas facilement exploitable ou alors demanderait des coûts de forage trop élevés.

Les différents réservoirs naturels

On peut considérer qu’en fonction des caractéristiques et de la nature des roches, on peut trouver 3 grands types de réservoir :

  • Réservoir poreux : composé de roches sédimentaires poreuses comme, par exemple, le calcaire ou le grès.

Dans ces pores, l’eau des précipitations efficaces est stockée et accumulée.

Ce milieu poreux peut être considéré comme hétérogène à grand échelle (microscope ou loupe binoculaire) mais considéré comme homogène à petite échelle (échelle du terrain). Le géologue va donc observer des données de terrain (via sondage, forage, etc.).

  • Réservoir fissuré : composé de roches non poreuses (pas de stockage d’eau dans les pores) mais roches fracturées et fissurées où l’eau peut se stocker (exple : granite, basalte, roches magmatiques en général, calcaire micritique)

Pour qu’il y ait stockage, il faut qu’il y ait suffisamment de fissures et que les fissures soient interconnectées pour que l’eau puisse circuler et s’accumuler. Plus on va en profondeur, moins il y a de fissure. La roche ne sera réservoir que sur la zone superficielle (10m de réservoir sur 50m de granite). Le milieu est hétérogène à grande échelle et homogène à petite échelle.

  • Réservoir karstique : milieu carbonaté, calcaire qui subit de la dissolution. Il est d’abord fissuré puis formé de conduits et de grottes. Le milieu est hétérogène quelque soit l’échelle.

En hydrogéologie, on dissocie les méthodes d’approche pour les milieux fissurés et poreux pour les milieux karstiques (on fait des traçages pour suivre les conduits).

Il est important de retenir que selon le type de réservoir, les vitesses de transfert d’eau et des polluants seront différents :

  • Milieu poreux : une gouttelette d’eau met 1 an pour parcourir, en horizontal, 1 km.
Qu'est-ce qu'un milieu poreux ?
Les roches sont un exemple de milieu poreux.l'eau s'infiltre dans leurs aspérités.

L’eau de pluie efficace va s’infiltrer, traverser le sable jusqu’à une couche imperméable et être retenue et stockée dans les pores du sables. Lorsque tous les pores sont remplis d’eau, on parle de zone saturée

  • Milieu saturé : une gouttelette d’eau met 3 à 6 mois pour parcourir, en horizontal, 1 km.

L’eau de pluie efficace va s’infiltrer tant que les fissures sont suffisamment interconnectées.

  • Milieu karstique : une gouttelette d’eau met 1 à 30 heures pour parcourir, en horizontal, 1 km.

On en déduit ainsi la notion de vulnérabilité du milieu : comment le milieu va réagir face à une pollution de surface.

Dans un milieu karstique, le risque est plus élevé car l’eau circule très rapidement, il est plus vulnérable que le milieu poreux. Le milieu poreux est le milieu le moins vulnérable car sa vitesse de transfert est plus faible.

On observe la notion de vulnérabilité pour protéger les milieux.

L’eau n’est pas filtrée dans un milieu karstique, il y a beaucoup de dissolution et donc d’éléments en suspension. La qualité de l’eau évolue en fonction des précipitations.

Les nappes phréatiques

Définitions

Un aquifère correspond au terrain (ou roche) dont les pores ou fissures communiquent et sont suffisamment larges pour que l’eau puisse y circuler librement sous l’effet de la pesanteur. Pour simplifier, aquifère = roche réservoir + eau

Un aquiclude correspond au terrain (ou roche) contenant de l’eau mais dont les pores ou fissures sont trop petits ou non communicant pour que l’eau puisse y circuler librement sous l’effet de la pesanteur comme, par exemple, l'argile. L’aquiclude constitue la base de l’aquifère.

Un aquitard correspond aux terrains (ou roches) trop peu perméables pour permettre un écoulement latéral par gravité, mais suffisamment perméables pour permettre un transfert vertical lent vers ou en provenance d’un aquifère (phénomène de drainage) comme, par exemple, le sable très argileux.

Une nappe souterraine correspond au contenu quasi-continu de l’eau mobile présente dans un aquifère qui sera donc le contenant.

Nappes libres

On parle de nappe libre lorsque l’aquifère n’est pas surmonté (ou du moins pas suffisamment importante pour mettre la nappe sous pression) par une roche imperméable et que le toit de la nappe (= surface libre ou surface piézométrique) est à la pression atmosphérique.

Le toit oscille en fonction des saisons, il est optimal en Avril qui correspond à la période des hautes eaux. La différence entre la période des hautes eaux et la périodes de faibles eaux, la hauteur peut atteindre 20 m.

La distance entre mur de la nappe (ou base de la nappe) et le toit de la nappe s’appelle hauteur piézométrique. Elle correspond à l’épaisseur de la nappe, de l’aquifère.

L’intersection avec la surface piézométrique et la surface topographique va donner naissance aux sources.

La surface piézométrique suit le relief.

Où trouver de l'eau sous Terre ?
Des quantités énormes d'eau se trouvent sous Terre, sans que nous supposions son existence.
La nappe perchée

C’est une nappe libre au dessus d’une autre nappe libre. Sa vulnérabilité est supérieure à celle de la nappe sous cette dernière car elle est victime de toutes les eaux de surface.

Nappes captives

On parle de nappe captive lorsque l’aquifère est surmonté par une roche imperméable et la pression de la nappe est à une pression supérieure à la pression atmosphérique.

Lorsque l’on perce le toit de l’aquifère, le niveau d’eau va remonter pour être en équilibre donc le niveau piézométrique est supérieur en altitude au toit de l’aquifère car le niveau piézométrique est en équilibre avec la pression atmosphérique. On parle de forage artésien  ou d’artésianisme.

Pour rappel, un forage artésien correspond à un forage où l'eau jaillit du sol.

Nappe semi-captive

On parle de nappe semi-captive lorsque l’on a deux aquifères séparés par un aquitard.

On a en premier une nappe libre puis une nappe captive. On parle de nappe semi captive car il y a un aquifère.

Par exemple, on peut en trouver à Merlimont, au Touquet ou encore à Fort Mahon.

Il y a 2 cas de figures possible :

  • Le niveau piézométrique de la nappe captive est en dessous du niveau de la nappe libre : on a un phénomène de drainance normal. En effet, la nappe libre va alimenter la nappe captive. La nappe libre est la nappe la plus vulnérable aux pollutions mais la nappe captive peut aussi être polluée dès que la pollution aura traversé l’aquitard.
  • Le niveau piézométrique de la nappe captive est au dessus du niveau de la nappe libre : on a un phénomène de drainance inverse. En effet, la nappe captive va alimenter la nappe captive. Donc la pollution en surface ne pollue pas la nappe captive. La tendance peut s’inverser si on pompe trop l’eau de la nappe libre.

On peut suivre les variations du niveau d’eau grâce à un piézomètre, un premier s’arrête dans la nappe libre, le deuxième dans la nappe captive. On peut ainsi comparer les niveaux piézométrique.

L'eau au quotidien

L'eau est présente au quotidien dans divers milieux (liquide alimentaire ou non, boisson, aliments)
Pour déterminer la présence d'eau dans les substances, nous utilisons le sulfate de cuivre.
Quand il ne contient pas d'eau, il est qualifié d'anhydre et est de couleur blanche. Dès qu'il est en contact avec de l'eau, il bleuit.

Le sulfate de cuivre anhydre est donc un indicateur de présence d'eau.

Need a Physique - Chimie teacher?

Vous avez aimé l’article ?

Aucune information ? Sérieusement ?Ok, nous tacherons de faire mieux pour le prochainLa moyenne, ouf ! Pas mieux ?Merci. Posez vos questions dans les commentaires.Un plaisir de vous aider ! :) 3,00/5 - 2 vote(s)
Loading...

Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.