samedi , 26 septembre 2020

Cycle de l’eau

Dernière modification le 5-9-2020 à 21:44:33

Qu’est-ce ?

L’eau de la Terre est toujours en mouvement. Le cycle de l’eau, également connu sous le nom de cycle hydrologique, décrit ce mouvement continu, au-dessus et en dessous de la surface de la Terre. L’eau change constamment d’état entre le liquide, la vapeur et la glace, ces processus se produisant en un clin d’œil et sur des millions d’années. 1

Comment ça marche?

Le cycle de l’eau décrit le mouvement de l’eau sur la Terre et est dirigé par la chaleur du soleil. Par exemple, quand l’eau s’évapore de l’océan, elle s’ajoute à l’atmosphère sous forme de vapeur. Les molécules d’eau étant plus légères que les principaux composants de l’air (l’azote et l’oxygène) s’élèvent vers les couches supérieures de l’atmosphère. À ce stade, elles se refroidissent et s’accumulent pour former des nuages. Lorsque l’atmosphère devient saturée de vapeur d’eau, celle-ci se condense et redescend sur la Terre p.ex., sous forme de pluie ou de neige 2. À chaque étape de ce cycle simplifié, plusieurs formes de transport interviennent : les courants océaniques transportent l’eau vers des zones climatiques avec différents taux d’évaporation ; les courants atmosphériques transportent la vapeur d’eau vers une multitude de régions, influençant ainsi l’endroit où il pleut; cette pluie peut être ensuite captée dans des réservoirs, tels que les lacs ou les rivières, elle peut geler pour former des glaciers, ou être absorbée par le sol, les plantes et les animaux. Même si elle est constamment en mouvement et change de forme, la quantité totale d’eau sur Terre ne change pas. Cependant, les proportions de pluie, glace ou d’eau douce à un endroit et à un moment donnés sont régies par son cycle. En terme de volume d’eau, nos océan jouent un rôle fondamental : ils contiennent 97% de l’eau de la Terre, reçoivent 78% des précipitations mondiales et contribuent à 86% de l’évaporation de l’eau dans l’atmosphère terrestre 3.

Pourquoi est-ce important?

Le cycle de l’eau est crucial pour la vie sur la Terre : il fournit et gère ses ressources en eau douce, joue un rôle majeur dans le système climatique mondial , et détermine les conditions météorologiques locales. C’est pourquoi il est crucial de comprendre comment l’activité humaine influence ce cycle ainsi que l’impact sur l’écosystème qui en résulte . Nous pouvons distinguer trois grandes façons dont les humains influencent et modifient le cycle de l’eau. Premièrement, de nombreuses activités industrielles consomment de l’eau et la soustraient du cycle naturel de l’eau. Notamment i) l’agriculture ii) l’élevage, iii) la consommation d’eau douce et iv) le nettoyage et la gestion des déchets. Deuxièmement, l’homme a modifié environ trois quarts de la surface terrestre libre de glace (bétonnage etc.), modifiant ainsi le transport de l’eau par les rivières, le niveau des eaux souterraines et le taux d’évaporation. Troisièmement, le réchauffement climatique causé par l’homme est en train de changer le cycle de l’eau à l’échelle locale et mondiale: l’augmentation des températures et la conséquente fonte des calottes glaciaires ou l’évaporation des lacs ont changé le niveau d’eau de nombreux réservoirs d’eau locaux. À échelle mondiale, les variations de température et de précipitations risquent de devenir plus importantes et rapides, ce qui entraînera des phénomènes météorologiques plus extrêmes tels que les sécheresses et les inondations 4.

Où sont les humains dans le cycle de l’eau?

Les humains ont un impact majeur sur le cycle de l’eau par la consommation d’eau, la conversion des terres et le changement climatique. Pourtant, la plupart des illustrations du cycle de l’eau ne montrent pas leur influence. En 2019, une équipe internationale de chercheurs a analysé cette question en détail et a constaté que seuls 15% de 450 diagrammes du cycle de l’eau représentaient l’interaction humaine avec l’eau et seulement 2% incluaient des sources de pollution de l’eau 4. Ces diagrammes étant utilisés à des fins éducatives d’un côté, et comme aide aux décisions politiques d’un autre, les chercheurs affirment qu’une représentation correcte de l’activité humaine sera essentielle pour faire face aux pénuries d’eau douce et à la perte d’écosystèmes qui se profilent au niveau mondial. Le professeur David Hannah, titulaire de la chaire UNESCO en sciences de l’eau à l’université de Birmingham et l’un des auteurs de cette étude, déclare 5: “En négligeant le changement climatique, la consommation humaine et les changements dans l’utilisation des terres, nous créons de grands écarts de compréhension et de perception parmi le public et aussi parmi certains scientifiques”. Le professeur Ben Abbott, qui est l’auteur principal de l’étude, ajoute: “De meilleurs dessins du cycle de l’eau ne résoudront pas à eux seuls la crise mondiale de l’eau, mais ils pourraient améliorer la sensibilité aux conséquences mondiales de son utilisation locale et du changement climatique”.

Comment le réchauffement climatique entraîne-t-il des phénomènes météorologiques plus extrêmes?

Lorsque la température de l’atmosphère augmente, le nombre de molécules d’eau qu’elle peut stocker augmente également – en d’autres termes, l’air plus chaud peut être plus humide 6. Cela signifie que plus l’atmosphère est chaude, plus l’eau peut être transportée. La vapeur d’eau peut, par conséquent, s’accumuler plus rapidement, ce qui rend les pluies abondantes plus probables. Mais  le cycle de l’eau ne se contente pas de gérer le transport des masses d’eau, il régule également le flux de chaleur dans le système climatique. Lorsque l’eau s’évapore de l’océan, elle retire la chaleur du liquide et refroidit sa surface. La chaleur libérée est transportée avec la vapeur et est libérée dans les couches supérieures de l’atmosphère lorsque la vapeur se condense. Cet échange de chaleur, accéléré par l’augmentation des températures atmosphériques, peut alimenter de violentes tempêtes, des tornades aux cyclones tropicaux. L’ accélération et intensification du cycle de l’eau par le réchauffement climatique ont été prédites par des modèles climatiques depuis le début des années 2000 et ont été confirmées en 2012 par une équipe de chercheurs basés en Australie et aux États-Unis 7. Ceux-ci ont suivi le cycle de l’eau de l’océan en analysant la variation de son niveau de salinité entre les années 1950 et 2000. S’il tombe plus de pluie sur un océan que l’eau ne s’en évapore, la salinité de surface diminue proportionnellement. Si l’évaporation est supérieure à la pluie, la salinité augmente. Les chercheurs ont constaté qu’au fil des années suivies dans leur étude, les régions à fortes précipitations et donc à faible salinité deviendraient encore plus humides, tandis que les régions à faibles précipitations deviendraient plus sèches. Cette intensification rapide du cycle global de l’eau a depuis été établie comme une grave conséquence du réchauffement climatique.

La vapeur d’eau est-elle un gaz à effet de serre?

À l’exception de l’azote, de l’oxygène et de l’argon, tous les gaz atmosphériques, qu’ils soient produits par l’homme ou non, sont des gaz à effet de serre. La vapeur d’eau (y compris les nuages) est le gaz à effet de serre le plus abondant dans l’atmosphère et en est le principal contributeur: elle contribue -nuages inclus- à environ 75% de la chaleur totale fournie par tous les gaz à effet de serre dans l’atmosphère 8. En comparaison directe, le dioxyde de carbone contribue pour environ 20%. Ces chiffres ont amené certains à conclure que les émissions de carbone causées par l’activité humaine ne peuvent pas contribuer de manière appréciable au réchauffement de la planète. C’est une conclusion erronée qui ignore une différence importante entre la vapeur d’eau et tous les autres gaz à effet de serre: la quantité maximale de vapeur d’eau qui peut être stockée dans l’atmosphère est réglée par sa température 9. La durée moyenne pendant laquelle une molécule d’eau reste dans l’atmosphère est d’environ neuf jours. En comparaison, d’autres gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone, ne se condensent pas à des températures ou des pressions atmosphériques réalisables. L’atmosphère peut stocker des quantités extrêmement importantes de ces gaz. En outre, une molécule de dioxyde de carbone reste dans l’atmosphère jusqu’à 200 ans, ce qui signifie que les concentrations peuvent augmenter pendant ce temps, si les émissions continuent 10. Cela n’est pas possible avec la vapeur d’eau : la seule façon d’augmenter la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère est d’augmenter la température ambiante. Il est donc important de comprendre que la forte activité de la vapeur d’eau en tant que gaz à effet de serre ne rend pas l’impact du dioxyde de carbone moins important. Au contraire, c’est l’une des principales raisons pour lesquelles même des changements relativement faibles du dioxyde de carbone atmosphérique peuvent avoir des effets extrêmement importants sur le climat mondial.

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Références et sources

  1. www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/water-cycle-components []
  2. en.wikipedia.org/wiki/Water_cycle []
  3. science.nasa.gov/earth-science/oceanography/ocean-earth-system/ocean-water-cycle []
  4. doi.org/10.1038/s41561-019-0374-y [][]
  5. www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190610111525.htm []
  6. en.wikipedia.org/wiki/Clausius%E2%80%93Clapeyron_relation []
  7. science.sciencemag.org/content/336/6080/405 []
  8. doi.org/10.1029/2010JD014287  []
  9. www.acs.org/content/acs/en/climatescience/climatesciencenarratives/its-water-vapor-not-the-co2.html []
  10. en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_gas []
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