L'eau sur la Terre

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

Où se trouve l'eau potable ?
L'eau contenue dans les lacs et les rivières ne représente qu'une infime partie de l'eau sur Terre, moins d'un pour cent.

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 de plus de 1600 mètres !

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.

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Les stockages d'eau : les réservoirs

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.).

Où est stockée l'eau dans les roches ?
Les roches agissent comme de véritables éponges. En effet, certaines sont poreuses et sont capables de stocker énormément d'eau qu'elles peuvent rendre selon certaines conditions de température ou de pression.

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.

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.

Le cycle de l'eau

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.

Comment naissent les nuages ?
Les nuages sont un élément essentiel du cycle de l'eau. Pour cause, l'évaporation de l'eau présente à la surface de la Terre, que ce soit l'eau douce ou l'eau de mer est l'origine de la naissance des nuages.

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.

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'eau dans les précipitations

Il existe plusieurs formes de précipitations dans notre atmosphère terrestre. Celles-ci contiennent toujours de l'eau.

La pluie

C'est un phénomène qui se forme à partir des gouttelettes contenues dans les nuages ou des cristaux de glaces qui ne sont pas assez froids pour rester congelés lors de leur chute.
Il existe plusieurs formes de pluies : la bruine qui est caractérisée quand les gouttes d'eau mesurent moins de 1,5 mm ; la pluie verglaçante qui se forme quand les conditions de pression et température du sol sont inférieures au point de congélation alors que ce n'était pas le cas dans l'atmosphère.

La neige

Les conditions pour l’apparition de neige sont très particulières. De la vapeur se transforme en cristaux de glace et ces derniers doivent s'assembler rapidement pour former des flocons. Ce procédé à lieu à des températures qui permettent d'éviter la fonte du flocon durant sa chute. En moyenne, il neige entre -3°C et 3°C.

La grêle

Elle est représentée par des billes de glace mesurant de 5 à 50 mm même si parfois ces billes, appelées grêlons, peuvent atteindre la taille d'une balle de tennis. Leur vitesse de chute monte jusqu'à 160 km/h, ce qui cause de nombreux dégâts.

Le grésil

Il est composé de grêlons qui sont devenus liquides durant leur chute mais se remettent à geler une fois entrés dans la masse d'air froide inférieure à 0°C. Son cœur reste donc liquide et son enveloppe solide.

D'où vient la pluie ?
La pluie est la précipitation que l'on rencontre le plus fréquemment. Elle est causée par l'évaporation de l'eau dans les nuages.

Expérience réalisable en TP

Test préalable

Lorsque nous versons de l'eau sur du sulfate de cuivre anhydre (blanc) celui-ci bleuit.

Matériel

Verres de montre, béchers, tubes à essai, spatule

Hypothèse

Je sais que le sulfate de cuivre anhydre bleuit en présence d'eau donc si ma substance contient de l'eau et que je mets du sulfate de cuivre anhydre en contact, il va bleuir.

Expériences

Déterminons la présence d'eau dans le pain, l'oeuf, la pomme, le lait, l'huile et le white spirit à l'aide du sulfate de cuivre anhydre.

Protocole

Expérience 1

Dans un verre de montre, placez un morceau de pain. A l'aide d'une spatule placez du sulfate de cuivre anhydre sur le pain.

Expérience 2

Dans un verre de montre, placez un oeuf. A l'aide d'une spatule placez du sulfate de cuivre anhydre sur le jaune et le blanc de l'oeuf.

Expérience 3

Dans un verre de montre, placez un morceau de pomme. A l'aide d'une spatule placez du sulfate de cuivre anhydre sur la pomme.

Expérience 4

A l'aide d'un bécher, versez un petit volume de lait dans un tube à essai. A l'aide d'une spatule ajoutez du sulfate de cuivre anhydre dans le tube à essai.

Expérience 5

A l'aide d'un bécher, versez un petit volume de huile dans un tube à essai. A l'aide d'une spatule ajoutez du sulfate de cuivre anhydre dans le tube à essai.

Expérience 6

A l'aide d'un bécher, versez un petit volume de white-spirit dans un tube à essai. A l'aide d'une spatule ajoutez du sulfate de cuivre anhydre dans le tube à essai.

Observations

  • Expérience 1 : Avec le pain, le sulfate de cuivre bleuit ;
  • Expérience 2 : Le blanc d'oeuf fait bleuir le sulfate de cuivre alors que le jaune le laisse blanc ;
  • Expérience 3 : Le sulfate de cuivre sur la pomme bleuit ;
  • Expérience 4 : La solution avec le lait devient bleue ;
  • Expérience 5 : Avec l'huile, le sulfate de cuivre reste blanc ;
  • Expérience 6 : Avec le white spirit, le sulfate de cuivre reste blanc.

Synthèse

Substance testéePainBlanc d'oeufJaune d'oeufPommeLaitHuileWhite Spirit
Couleur du sulfate de cuivre anhydreBleuBleuBlancBleuBleuBlancBlanc
Présence d'eauOuiOuiNonOuiOuiNonNon

Conclusion

Nous avons étudié la présence d'eau dans des solides et dans des liquides grâce au test du sulfate de cuivre anhydre. Ce test nous a donc permis de caractériser la présence d'eau dans des substances du quotidien.

Consignes de sécurité

Port de blouse et de lunettes de sécurité.

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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.