Eau

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L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus. Le corps humain est ainsi composé à 70 % d'eau. L'eau se trouve en général dans son état liquide, et possède à température ambiante des propriétés uniques : c'est notamment un solvant très efficace — l'eau est quelque fois désignée sous le nom de « solvant universel ». Pour cette raison, l'eau qu'on trouve sur Terre n'est qu'exceptionnellement un compo
Eau

L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus. Le corps humain est ainsi composé à 70 % d'eau. L'eau se trouve en général dans son état liquide, et possède à température ambiante des propriétés uniques : c'est notamment un solvant très efficace — l'eau est quelque fois désignée sous le nom de « solvant universel ». Pour cette raison, l'eau qu'on trouve sur Terre n'est qu'exceptionnellement un composé chimique pur. La formule chimique de l'eau pure, constituant principale de l'eau, est . L'eau « commune » peut avoir des propriétés différentes de celle utilisée en laboratoire (dite « distillée »), de sorte que les chimistes préféreront parler de solution aqueuse pour définir une eau non pure. Cependant, beaucoup de composants sont pratiquement, sinon complètement, insolubles dans l'eau. Près de 70 % de la surface de la Terre est recouverte d'eau (97 % d'eau salée et 3 % d'eau douce dans différents réservoirs), essentiellement sous forme d'océans mais l'eau est aussi présente sous forme gazeuse (vapeur d'eau), liquide et glace. Une étendue d'eau peut être un océan, une mer, un lac, un étang, un fleuve, une rivière, un ruisseau, un canal…. La circulation de l’eau au sein des différents compartiments terrestres est décrite par le cycle de l'eau. En tant que composé essentiel à la vie, l'eau a une grande importance dans l'histoire de l'homme (voir Géopolitique de l'eau pour plus de détails). Cascades de Jonathan's Run Bloc de glace sur une plage près de Jökulsárlón, en Islande L'eau joue un rôle majeur dans les cycles de l'oxygène et du carbone, et le climat

Étymologie et usage du mot eau

Le terme eau dérive probablement du latin aqua via les langues d'oïl comme par exemple les mots ewesChanson de Roland, éd. J. Bédier, 1831 : Li val parfunt et les ewes curant. Le terme aqua a été ensuite repris pour former quelques mots comme aquarium. Un mélange aqueux est un mélange dont le solvant est l'eau. Le préfixe Hydro dérive lui du grec. Par eau, on comprend souvent liquide incolore constitué à majorité d'eau, et pas simplement l'eau pure. Suivant sa composition chimique qui induit son origine ou son usage, on précise :
-eau minérale, eau de Seltz, eau de source, eau de mer, eau douce, eau potable, eau de pluie, eau du robinet, eau de table, eau gazeuse, eau plate…
-En chimie, on parle d'eau lourde, eau dure, eau distillée…
-Pour un usage plus ancien, on parle de l'eau-forte pour l’acide nitrique dilué, de l'eau régale pour un mélange aqueux d'acide mais aussi l'eau-de-vie, de l'éthanol dilué d'eau potable.
-Une femme perd ses eaux avant l'accouchement.

Origine

Selon la conception actuelle,
- L'hydrogène est produit très tôt dans l'histoire de l'univers, c'est le premier atome formé (cf. big bang) ;
- L'oxygène est le produit un peu plus tardif de réaction de fusion thermonucléaire au sein de certaines étoiles ;
- Ces deux atomes se combinent au cours d'une réaction exothermique pour former l’eau ;
- Lorsque la Terre s'est formée, l’eau était une des molécules présentes en quantité importante (comme dans les météorites et comètes).

L'eau dans l'Univers

L'eau a été trouvée dans des nuages interstellaires dans notre galaxie, la Voie Lactée. On pense que l'eau existe en abondance dans d'autres galaxies aussi, parce que ses composants, l'hydrogène et l'oxygène, sont parmi les plus abondants dans l'univers. Les nuages interstellaires se concentrent éventuellement dans des nébuleuses solaires et des systèmes stellaires tels que le nôtre. L'eau initiale peut alors être trouvée dans les comètes, les planètes, les planètes naines et leurs satellites. Dans notre système solaire, l'eau, sous forme de glace, a été trouvée :
- sur la Lune,
- sur les planètes Mercure, Mars et Neptune,
- sur la planète naine Pluton,
- sur des satellites de planètes, tels que Triton et Europe. La forme liquide de l'eau est seulement connue sur Terre, bien que des signes indiquent qu'elle soit (ou ait été) présente sous la surface de la lune Encelade de Saturne et à la surface de Mars.

L'eau sur Terre

Sur terre, plus de 97% de l'eau se trouve dans les océans Le cycle de l'eau (connu scientifiquement sous le nom de cycle hydrologique) se rapporte à l'échange continu de l'eau entre l'hydrosphère, l'atmosphère, l'eau des sols, l'eau de surface, la nappe phréatique, et les plantes. Le volume approximatif de l'eau de la terre (toutes les réserves d'eau du monde) est de . Dans ce volume :
- se trouve dans les océans,
- se trouve dans les glaciers et les calottes glaciaires,
- sont des eaux souterraines,
- sous forme d'eau douce dans les lacs, les mers intérieures, et les fleuves,
- sous forme de vapeur d'eau atmosphérique à un moment donné. L'eau liquide est trouvée dans toutes sortes d'étendues d'eau, telles que les océans, les mers, les lacs, et de cours d'eaux tels que les fleuves, les rivières, les torrents, les canaux ou les étangs. La majorité de l'eau sur Terre est de l'eau de mer. L'eau est également présente dans l'atmosphère en phase liquide et vapeur. Elle existe aussi dans les eaux souterraines (aquifères). La température de vaporisation de l'eau dépend directement de la pression atmosphérique comme le montrent les formules :
-pressure (in. Hg) = 29.921
- (1-6.8753
-0.000001
- altitude, ft)^5.2559
-boiling point = 49.161
- ln(in. Hg) + 44.932 Par exemple, au sommet de l'Everest, l'eau bout à environ , à comparer aux au niveau de la mer. Réciproquement, les eaux profondes de l'océan près des courants géothermiques (volcans sous-marins par exemple) peuvent atteindre des températures de centaines de degré et rester liquides.

Propriétés physiques et chimiques

À température ambiante, la densité de l'eau liquide augmente avec la baisse de la température, comme les autres substances. Pour la plupart des substances, la forme solide est plus dense que la phase liquide ; ainsi la substance pure sous sa forme solide sera immergée dans un récipient rempli par la substance pure sous sa forme liquide. Par contre un bloc de glace ordinaire flottera dans un récipient rempli d'eau car la glace est moins dense que l'eau liquide. C'est une propriété caractéristique très importante de l'eau. À température ambiante, la densité de l'eau liquide augmente avec la baisse de la température, comme les autres substances. Mais à , juste au-dessus de zéro, l'eau atteint sa densité maximale, et lorsque l'eau refroidit davantage jusqu'à , l'eau liquide, dans les conditions normales de température et de pression, se dilate pour devenir moins dense. La salinité et la pression changent ce comportement. Aussi l'eau de mer ne gèle qu'à des températures beaucoup plus faibles pour former la banquise. L'eau des glaciers antarctique forme des icebergs dont la salinité est plus faible et dont les propriétés diffèrent de celle des plaques de la banquise. Si l'eau lorsqu'elle gèle devient moins dense, elle augmente de volume. Il ne faut pas négliger l'importance du phénomène car il joue un rôle important dans l'écosystème sur Terre. Par exemple, si l'eau était plus dense lorsqu'elle gèle, les lacs et les océans situés dans un environnement polaire devraient geler (de haut en bas). Ceci se produirait parce que la glace se déposerait au fond des lacs et du lit des rivières, et le phénomène nécessaire au réchauffement (voir ci-dessous) ne pourrait pas se produire en été, puisque la couche chaude en surface serait moins dense que la couche glacée du dessous. Le fait que ceci ne se produit pas est significatif pour le bon fonctionnement des systèmes naturels. Néanmoins, l'expansion inhabituelle, due à la liaison hydrogène, de l'eau au moment de la congélation qui a lieu dans les conditions habituelles pour les systèmes biologiques à au-dessus du point de congélation offre un important avantage pour la vie en eau douce l'hiver. L'eau froide en surface augmente de densité et coule, définissant ainsi des courants de convection qui refroidissent l'ensemble de la masse d'eau, mais quand la température de l'eau descend à , l'eau en surface voit sa densité diminuer et il se forme une couche de surface froide qui finalement est destinée à geler. Puisque la convection de l'eau entre et est bloquée par ces effets de densité, n'importe quelle grande étendue d'eau a la couche d'eau la plus froide en surface, loin du fond. Ceci rend compte de nombreux phénomènes peu connus .

quelques valeurs physiques

Chaleur massique : 4.186 x 10^3 Chaleur latente de vaporisation : 22.5 x 10^5 masse volumique : 1000

Utilisations de l'eau

En quantité, l'activité humaine qui consomme le plus d'eau traitée est l'agriculture, avec de la consommation, vient ensuite la lutte contre l'incendie et la consommation humaine.

L'eau dans Agriculture

L'eau dans l'agriculture sert a irriguer partout dans le monde

L'eau dans l'industrie

L'eau est aussi utilisée dans beaucoup de processus industriels et de machines, tels que la turbine à vapeur ou l'échangeur de chaleur : on peut ajouter à cela son utilisation comme solvant chimique. Le rejet d'eau utilisée dans l'industrie et non traitée, provoque des pollutions. La pollution inclut les rejets de solutions (pollution chimique) et les rejets d'eau de refroidissement (pollution thermique). L'industrie a besoin d'eau pure pour de multiples applications, et elle utilise une grande variété de techniques de purification à la fois pour l'apport et le rejet de l'eau.

Lutte contre l'incendie

L'eau se compose de deux gaz, l'oxygène et l'hydrogène. L'hydrogène est un gaz combustible. L'oxygène est un gaz nécessaire à la combustion. Pourquoi l'eau, résultat de la combinaison de ces deux gaz, ne brûle-t-elle pas et surtout, pourquoi éteint-elle le feu ? Brûler signifie s'unir avec l'oxygène. C'est parce que le charbon se combine avec l'oxygène de l'air qu'il brûle et dégage de la chaleur. L'eau ne peut pas brûler, puisqu'elle est déjà le résultat d'une combustion : celle de l'hydrogène avec l'oxygène. Elle éteint le feu pour deux raisons, la première étant que lorsqu'un objet est recouvert d'eau, l'oxygène de l'air ne peut pas parvenir jusqu'à lui et activer sa combustion ; la seconde, et c'est la principale, est que l'eau peut absorber et retenir une grande quantité de chaleur lorsqu'elle se vaporise. De ce fait, la température de l'objet qui brûle s'abaisse au-dessous de son point de combustion (point d'ignition).

L'eau dans l'alimentation

Robinet public canaux soient des barrières écologiques importantes
- Eau potable
- Eau du robinet
- Eau en bouteille
- Eau de source
- Eau minérale
- Eau gazeuse
- Eau plate

Symbolique, usage et mythologie

Pavillon islandais de l'Expo 2000 de Hanovre L'eau, indipensable à la vie
- L'eau, élément vital pour l'homme, est la boisson naturelle par excellence.
- L'eau est un des quatre éléments classiques mythiques avec le feu, la terre et l'air, et était vue par certains comme l'élément de base de l'univers. Les caractéristiques de l'eau dans ce système sont le froid et l'humidité.
- Dans la symbolique occidentale, l’eau symbolise la purification, le renouveau : par exemple, l'eau bénite du baptême, l'eau coulante d'un fleuve.
- C'est aussi l'un des cinq éléments chinois avec la terre, le feu, le bois et le métal, associé au Nord et à la couleur noire, et l'un des cinq éléments japonais.
- Dans la théorie des humeurs corporelles, l'eau était associée au flegme, aussi dénommée pituite en physiologie antique.
L’eau artistique
L'eau fascine depuis toujours les artistes. Elle a souvent été utilisé par l’Aquatique Show International, qui joue avec l'eau et qui est passé maître dans l'art d'accorder les lumières, la musique et les eaux en mouvement. Elle est aussi un élément indispensable pour certains sports où elle est l'élément principal comme pour la natation synchronisée où la nageuse joue avec l'eau pour lui faire faire des mouvements harmonieux. L’eau est également bien présente sur les scènes de théâtre, d'opéra, de ballet, dans le music-hall, dans les cirques, ainsi que les concerts qui cherche à reproduire les sons de l'eau car ils sont plus nombreux qu'on ne le pense. Malgré tous les défis que l'eau demande, beaucoup ont relevé ce défi pour la beauté d'un élément qui provoque tant de rêves mais également de nombreux cauchemar pour le monde.
L'eau dans les croyances
L’eau a longtemps revêtu plusieurs aspects dans les croyances et les religions des peuples. Ainsi, de la mythologie gréco-romaine aux religions actuelles, l’eau est toujours présente sous différents aspects : destructrice, purificatrice, source de vie, guérisseuse et protectrice.
- L'eau destructrice : L’eau revêt cet aspect-là notamment lorsqu’on parle de fin du monde ou de genèse. Mais cela ne se limite pas aux religions monothéistes. Ainsi, dans l’épopée de Gilgamesh, une tempête qui dura six jours et sept nuits était à l’origine des inondations et de la destruction de l’humanité. Les Aztèques ont eux aussi cet représentation de l’eau puisque le monde du Soleil d’Eau placé sous le signe de l’épouse de Tlaloc est détruit par un déluge qui rasera même jusqu’aux montagnes. « Et l’Éternel dit : J’exterminerai de la face de la terre l’homme que j’ai créé, depuis l’homme jusqu’au bétail, aux reptiles, et aux oiseaux du ciel ; car je me repens de les avoir faits. », c’est par cela qu’est désignée la fin du monde dans la genèse judéo-chrétienne, et d’ajouter : « Les eaux grossirent de plus en plus, et toutes les hautes montagnes qui sont sous le ciel entier furent couvertes. » (La genèse, (VI, 7)/ (VII, 19)). Le mythe des aborigènes d’Australie est, quant à lui, attaché à l’idée de punition et non pas de destruction, puisqu’une grenouille géante aurait absorbé toute l’eau et asséché la terre mais aurait tout recraché en rigolant aux contorsions d’une anguille.
- L’eau purificatrice : Cet aspect donne à l’eau un caractère presque sacré dans certaines croyances. En effet, outre la purification extérieure que confère l’eau, il y a aussi cette faculté d’effacer les difficultés et les péchés des croyants à son contact, et de laver le croyant de toute souillure. Les exemples sont nombreux allant de la purification dans le Gange dans l’hindouisme (où beaucoup de rituels sont exécutés au bord de l’eau tels que les funérailles), ou les ablutions à l’eau dans l’Islam jusqu’au baptême dans le christianisme ou l’initiation des prêtres shintoïstes.
- L’eau guérisseuse et protectrice : Outre l’aspect purificateur, l’eau s’est étoffée au cours des siècles et des croyances d’une faculté de guérison. Plusieurs signes de culte et d’adoration datant du néolithique ont été retrouvés près de sources d’eau en Europe. Longtemps, des amulettes d’eau bénite ont été accrochées à l’entrée des maisons pour protéger ses occupants du Mal. On considère que le contact avec certaines eaux peut aller jusqu’à guérir de certaines maladies. L’exemple le plus proche est celui du pèlerinage à Lourdes en France où chaque année des milliers de gens se rendent pour se baigner dans sa source chaude. Parmi les cas de guérison par l’eau de Lourdes, 67 ont été reconnus par l’Église catholique. Du point de vue de la science, les propriétés curatives ont été démontrées puisque, aujourd’hui, l’hydrothérapie est courante dans les soins de certaines maladies.
- L’eau source de vie : Bien que les sciences aient démontrées que l’eau était indispensable à la vie, la mythologie avait bien avant établi le rapport entre l’eau et la naissance. Ainsi, plusieurs dieux et déesses romains et grecques sont issus des eaux : ainsi Océan, un Titan, le fleuve qui entoure le monde et son épouse Téthys, une titanide, tous deux issus de l’eau donnèrent naissance aux dieux fleuves et à plus de trois milles Océanides, leurs filles. D’autres plus célèbres ont leur vie liée à l’eau tels Vénus (« celle qui sort de la mer »), Amphitrite (déesse de la mer), Poséidon ou Nérée (divinité marine).

L’eau comme référence dans le système métrique

Référence massique

À l'origine, un décimètre cube d'eau définissait une masse de un kilogramme (kg). L'eau avait été choisie car elle est simple à trouver et à distiller. Dans notre système actuel de mesure – le système international d'unités (SI) – cette définition de la masse n'est plus valable depuis 1889, date à laquelle la première Conférence générale des poids et mesures définit le kilogramme comme la masse d'un prototype de platine iridié conservé à Sèvres. Aujourd'hui à , la masse volumique est de . Cette correspondance reste donc une excellente approximation pour tous les besoins de la vie courante.

Référence de température

Le système centigrade (à ne pas confondre avec le degré Celsius, ci-dessous) fixe le degré 0 sur la température de la glace fondante et définit comme degré 100 la température de l’eau en ébullition sous pression atmosphérique normale. L'échelle est ensuite divisée en 100°. C'est ainsi que la température du corps humain est en moyenne de 37°. Le système Fahrenheit fixe le point de solidification de l’eau à 32 °F et son point d'ébullition à 212 °F. Le kelvin est une mesure absolue de température thermodynamique qui est égale à 1/273, 16 fois la température du point triple de l’eau. Le système Celsius est défini arbitrairement par une translation de par rapport au kelvin, pour se rapprocher au plus près du degré centigrade.

Référence de densité

Gestion des ressources et politique de l'eau

Dans les zones où les nappes sont polluées, rares ou inexistantes, les retenues sur rivières ont été très utilisées, non sans contribuer à la fragmentation écologique des cours d'eau, quand des barrages sont infranchissables (Ill : Réservoir d'Itzelberg, sur la rivière Brenz en Allemagne). La multiplicité de ses usages fait de l'eau une ressource fondamentale des activités humaines. Sa gestion fait l’objet d'une surveillance permanente et affecte les relations entre les États. Voyez les articles consacrés à ces sujets :
- Géopolitique de l'eau
- Eau virtuelle En France, la gestion des ressources en eau est très complexe. Selon les départements, les acteurs de l'eau sont différents et leurs missions sur le territoire peuvent varier. Les agences de l'eau sont des établissements publics. Leur principale rôle est de percevoir des redevances et de les redistribuer afin de financer des actions de collectivités publiques, d'industriels, d'agriculteurs ou autres permettant de lutter contre les pollutions et de mieux gérer les ressources en eau. La distribution de l'eau potable est un service public gérée au niveau de chaque commune ou EPCI, soit directement en régie, soit par délégation à une société privée (affermage, concession). La nouvelle Loi sur l'Eau et les Milieux Aquatiques (LEMA) de 2007 modifie en profondeur la précédente loi et permet de traduire dans la législation française la Directive Cadre de l'Eau (DCE) européenne. La gestion de l’eau couvre de nombreuses activités :
- la production agricole (irrigation et drainage) ;
- la production d'eau potable ;
- l'assainissement (ou épuration) ;
- la production d'énergie et le transport ;
- la gestion des milieux naturels et forestiers (zones humides et milieux aquatiques). En France, la production d'eau potable et l’assainissement sont deux activités majeures.

Purification de l'eau, production d'eau potable

(pour la France) De l’eau potable ou relativement pure est nécessaire à beaucoup d’applications industrielles et à la consommation humaine. Les humains ont besoin d’eau sans trop de sels et autres impuretés, comme des produits toxiques ou de bactéries pathogènes.

Épuration, assainissement

L’épuration, ou assainissement, est l’activité qui consiste à épurer les eaux usées issues de l’activité industrielle, des usages domestiques, ou autres, avant leur rejet dans la nature. Ce processus est de plus en plus nécessaire, afin d’éviter la pollution et les nuisances sur l’environnement.

Problématique de l'eau en montagne

Les montagnes couvrent une part très importante des surfaces de la terre. En Europe, elles couvrent 35, 5 % du territoire total (90 % en Suisse et en Norvège) et plus de 95 millions d'Européens y vivent en 2006. Elles sont de véritables château d'eau et jouent un rôle capital dans la gestion des ressources aquafères car elles concentrent une part importante des précipitations et tous les grands fleuves et leurs principaux affluents y prennent leur source. L'eau en montagne y est une richesse écologique mais aussi économique créatice de développement : hydroélectricité, mise en bouteille d'eau minérale, sports et loisirs en eaux vives. En Europe, 37 grandes centrales hydrauliques sont implantées en montagne (sur 50, soit 74 %) auxquelles s'ajoutent 59 autres grandes centrales sur 312 (18, 9 %). Les montagnes présentent des situations particulières, car elles sont tout d'abord des zones de risques :
- Avec la pente et le relief, conjugué à une végétation souvent rase et fragile du fait d'un climat plus rude, elles sont des zones d'intenses érosions et de concentration rapide des eaux qui forment les crues et les inondations qui peuvent être ravageuse pour les parties basses des bassins et des plaines. Le phénomène est accentué par le surpâturage et la déforestation, par l'imperméabilisation du sol par les constructions, les aires de stationnements et les routes, en particulier dans les zones de fort développement urbain et touristique.
- À l'inverse, l'abandon des secteurs les plus difficiles par les populations qui pratiquent des activités économiques traditionnelles comme le pastoralisme, a pour conséquences l'arrêt de l'entretien et la destruction des ouvrages collectifs, des zones de terrasses et des systèmes de drainage. Mais l'eau en montagne, est surtout une source de richesse et de développement. Une meilleure valorisation de ce potentiel par l'aménagement du territoire, peut être la source de nouvelles richesses pour l'économie des zones de montagne, mais dans le cadre d'un comportement économe et responsable. Dans l'avenir, avec le réchauffement climatique, les situations d'évènements extrêmes comme les sécheresses, les inondations et l'érosion accélérée, risquent de se multiplier et d'être, avec la pollution et le gaspillage, d'ici une seule génération un des principaux facteurs, limitant le développement économique et social dans la plupart des pays du monde. Selon les experts réunis à Megève en dans le cadre de l'« Année internationale de la montagne » avec la participation de la FAO, de l'UNESCO, du Global Water Partnership et du Réseau international des organismes de bassin, afin de tirer un diagnostic et de formuler les propositions présentées au forum mondial de l'eau de Kyoto :

Références

- Hans Silvester, Bernard Fischesser et , - Éditions de la Martinière - Paris (2000) -

Voir aussi

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