2.1 Stockage de l’eau dans l’hydrosphère
L’hydrosphère comprend les parties de la Terre qui sont principalement constituées d’eau, comme les océans, les calottes glaciaires, les lacs et les rivières. La figure 2.1 montre différentes parties de l’hydrosphère. Les océans sont bleus ; la neige et la glace sont blanches dans les calottes glaciaires de l’Antarctique et sur les hautes montagnes comme le mont Kilimandjaro. (Les zones jaunes et brunes sont des déserts, et la végétation apparaît en gris-vert.)
L’eau se déplace sur, sur et à travers la Terre dans un cycle continu entraîné par le Soleil et la gravité. Il est connu sous le nom de cycle de l’eau ou cycle hydrologique (illustré par les flèches bleues de la figure 2.2) et implique l’eau sous forme liquide, solide (glace et neige) et gazeuse (vapeur d’eau). L’eau peut emprunter de nombreux chemins différents au cours du cycle, mais le volume total d’eau dans le cycle de l’eau reste pratiquement constant. Il existe deux principaux types d’eau dans le cycle :
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l’eau météorique, qui est l’eau douce dérivée par condensation de l’atmosphère et qui s’accumule sous forme d’eau de surface (rivières et lacs d’eau douce) et d’eau souterraine ;
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l’eau saline, l’eau de mer des océans et de nombreux lacs.
De petites quantités d’eau magmatique provenant de l’intérieur de la Terre sont ajoutées au cycle par les éruptions volcaniques. En revanche, l’eau piégée dans les pores des sédiments, l’eau de formation, est, au moins à court terme, isolée du cycle de l’eau. Il peut s’agir soit d’une eau initialement piégée dans les sédiments lors de leur formation, soit d’une eau qui a percolé dans les roches ultérieurement. L’eau de formation est généralement saline, principalement parce que la plupart des sédiments sont marins et que l’eau piégée dans les sédiments serait de l’eau de mer.
Toutes les parties de l’hydrosphère stockent l’eau temporairement, et sont appelées réservoirs. Ces réservoirs naturels de l’hydrosphère ne doivent pas être confondus avec les réservoirs construits par l’homme pour stocker l’eau sur terre : par exemple, l’atmosphère est un réservoir, contenant 13 × 1015 kg d’eau. L’étude du mouvement de l’eau sur et sous le sol et de la physique et de la chimie de l’eau est appelée hydrologie.
Question 3
Quels sont les principaux modes de transfert de l’eau entre les différents réservoirs de l’hydrosphère représentés sur la figure 2.2?
Réponse
Évaporation et transpiration, précipitations, ruissellement des terres et écoulement souterrain de l’eau vers l’océan.
L’eau réside pendant des durées différentes dans les différents réservoirs. La durée moyenne pendant laquelle l’eau reste dans un réservoir avant de passer à un autre est appelée le temps de résidence de ce réservoir (tableau 2.1). Un réservoir de l’hydrosphère se vide et se remplit au même rythme, et le temps de résidence est calculé à partir du taux de remplissage par rapport au volume du réservoir. Il peut y avoir plusieurs façons de transférer l’eau vers et depuis un réservoir (figure 2.2).
Par exemple, le temps de résidence pour les rivières, en supposant que le seul transfert significatif depuis les rivières est par ruissellement :
Tableau 2.1 Temps de séjour de l’eau dans le cycle de l’eau.
| Réservoir | Pourcentage de l’eau totale | Temps de séjour |
|---|---|---|
| océan | 95.9 | environ 4000 ans |
| capuchons de glace | 3.0 | environ 800 ans |
| Eaux souterraines | 1.0 | quelques semaines à plus de 10 000 ans |
| lacs | 0,025 | quelques années |
| humidité du sol | 0.005 | quelques semaines à 1 an |
| atmosphère | 0,001 | environ 11 jours |
| rivières | 0.000 07 | quelques semaines |
Le temps de séjour est un concept qui peut être appliqué à tout processus cyclique, et pas seulement au cycle de l’eau. La figure 2.2 montre que les transferts du cycle sont en équilibre : en particulier, l’eau perdue dans l’atmosphère par évaporation et transpiration est équilibrée par l’eau restituée par les précipitations. Le temps de résidence donne une indication de la vitesse à laquelle l’eau d’un réservoir de l’hydrosphère peut être renouvelée. Le temps de séjour le plus court, 11 jours, est celui de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, qui est continuellement renouvelée par l’évaporation des océans et des terres, et perdue par les précipitations. Il s’agit d’un sous-cycle rapide du cycle de l’eau. Les sous-cycles impliquant les océans, les calottes glaciaires et les eaux souterraines sont beaucoup plus lents (tableau 2.1).
Il existe un grand volume d’eau douce enfermé dans les calottes polaires (tableau 2.1), mais celles-ci sont éloignées des centres de population et des pays arides qui en ont besoin. Il n’est pas économique de transporter cette eau pour le moment, mais cela pourrait le devenir à l’avenir.
A part les océans et les calottes glaciaires, le plus grand volume d’eau est souterrain, stocké dans les roches poreuses sous la surface de la Terre. L’eau souterraine, moins profonde, se déplace assez rapidement dans le cycle et est de l’eau douce, elle peut donc être utilisée pour les ressources en eau. Mais elle ne représente qu’une petite proportion de l’ensemble des eaux souterraines, et son temps de séjour est relativement court, allant de quelques semaines à quelques années. Les eaux souterraines situées à une profondeur de quelques centaines de mètres se déplacent plus lentement dans le cycle, et les temps de séjour sont beaucoup plus longs, jusqu’à dix mille ans (tableau 2.1). Une grande partie de cette eau est saline, soit parce qu’elle a eu le temps de dissoudre les sels des roches, soit parce qu’elle provient de l’eau de mer.
Les lacs du monde contiennent de grands volumes d’eau (tableau 2.1) et sont plus accessibles que les calottes polaires. Cependant, plus de la moitié de ces lacs sont salés (figure 2.3), et 80 % de l’eau des lacs d’eau douce se trouve dans seulement 40 grands lacs, dont les Grands Lacs d’Amérique du Nord (32 × 1015 kg) et le lac Baïkal en Asie (22 × 1015 kg). Les rivières sont très utiles pour les ressources en eau. Bien qu’ils stockent très peu d’eau (tableau 2.1), l’eau qu’ils contiennent se renouvelle rapidement – son temps de séjour est de quelques semaines seulement.
L’eau que l’on trouve dans le sous-sol et dans les calottes glaciaires, les lacs et les rivières forme environ 4% du total du cycle de l’eau ; mais comme les eaux souterraines plus profondes, les calottes glaciaires et les lacs salés ne sont pas utilisables comme sources d’eau pour le moment, la quantité d’eau qui peut être utilisée pour les ressources en eau est beaucoup plus faible, seulement environ 1% du total. Cette eau est distribuée de manière très inégale, comme on peut l’apprécier lorsque l’on entend parler des pénuries d’eau et des sécheresses dans de nombreuses régions du monde. Afin de comprendre plus en détail les problèmes de disponibilité et de distribution de l’eau, nous allons maintenant examiner les processus du cycle de l’eau qui transfèrent l’eau entre les réservoirs de l’hydrosphère.