L’eau, l’air et la nourriture sont les ressources naturelles les plus importantes pour les populations. Les humains ne peuvent vivre que quelques minutes sans oxygène, moins d’une semaine sans eau et environ un mois sans nourriture. L’eau est également essentielle pour notre approvisionnement en oxygène et en nourriture. Les plantes décomposent l’eau et l’utilisent pour créer de l’oxygène pendant le processus de photosynthèse.
L’eau est le composé le plus essentiel pour tous les êtres vivants. Les bébés humains contiennent environ 75% d’eau et les adultes 60% d’eau. Notre cerveau contient environ 85% d’eau, le sang et les reins contiennent 83% d’eau, les muscles 76% d’eau et même les os 22% d’eau. Nous perdons constamment de l’eau par transpiration; dans les climats tempérés, nous devrions boire environ 2 litres d’eau par jour et les gens dans les climats désertiques chauds devraient boire jusqu’à 10 litres d’eau par jour. La perte de 15% de l’eau corporelle provoque généralement la mort.
La Terre est vraiment la Planète de l’Eau. L’abondance d’eau liquide à la surface de la Terre nous distingue des autres corps du système solaire. Environ 70% de la surface de la Terre est recouverte d’océans et environ la moitié de la surface de la Terre est obscurcie par des nuages (également faits d’eau) à tout moment. Il y a un très grand volume d’eau sur notre planète, environ 1,4 milliard de kilomètres cubes (km3) (330 millions de miles cubes) ou environ 53 milliards de gallons par personne sur Terre. Toute l’eau de la Terre pourrait couvrir les États-Unis à une profondeur de 145 km (90 mi). D’un point de vue humain, le problème est que plus de 97% de l’eau de mer est trop salée pour être consommée ou utilisée pour l’irrigation. Les sources d’eau les plus couramment utilisées sont les rivières et les lacs, qui contiennent moins de 0,01% de l’eau mondiale!
L’un des objectifs environnementaux les plus importants est de fournir de l’eau propre à tous. Heureusement, l’eau est une ressource renouvelable et difficile à détruire. L’évaporation et les précipitations se combinent pour reconstituer constamment notre approvisionnement en eau douce; cependant, la disponibilité de l’eau est compliquée par sa répartition inégale sur la Terre. Le climat aride et les zones densément peuplées se sont combinés dans de nombreuses régions du monde pour créer des pénuries d’eau, qui devraient s’aggraver dans les années à venir en raison de la croissance démographique et du changement climatique. Les activités humaines telles que la surutilisation de l’eau et la pollution de l’eau ont considérablement aggravé la crise de l’eau qui existe aujourd’hui. Des centaines de millions de personnes n’ont pas accès à l’eau potable, et des milliards de personnes n’ont pas accès à un assainissement amélioré aussi simple qu’une latrine à fosse. En conséquence, près de deux millions de personnes meurent chaque année de maladies diarrhéiques et 90% de ces décès surviennent chez des enfants de moins de 5 ans. La plupart de ces décès sont facilement évités.
L’eau est la seule substance courante présente naturellement sur terre sous trois formes: solide, liquide et gazeuse. Il est distribué dans divers endroits, appelés réservoirs d’eau. Les océans sont de loin le plus grand des réservoirs avec environ 97% de toute l’eau, mais cette eau est trop saline pour la plupart des utilisations humaines (figure 1). Les calottes glaciaires et les glaciers sont les plus grands réservoirs d’eau douce, mais cette eau est mal située, principalement en Antarctique et au Groenland. Les eaux souterraines peu profondes constituent le plus grand réservoir d’eau douce utilisable. Bien que les rivières et les lacs soient les ressources en eau les plus utilisées, ils ne représentent qu’une infime partie de l’eau mondiale. Si toute l’eau du monde était réduite à la taille de 1 gallon, la quantité totale d’eau douce serait d’environ 1/3 tasse et la quantité d’eau douce facilement utilisable serait de 2 cuillères à soupe.
Le cycle de l’eau (ou hydrologique) (qui a été couvert au chapitre 3.2) montre le mouvement de l’eau à travers différents réservoirs, qui comprennent les océans, l’atmosphère, les glaciers, les eaux souterraines, les lacs, les rivières et la biosphère. L’énergie solaire et la gravité entraînent le mouvement de l’eau dans le cycle de l’eau. En termes simples, le cycle de l’eau implique que l’eau se déplace des océans, des rivières et des lacs vers l’atmosphère par évaporation, formant des nuages. Des nuages, il tombe sous forme de précipitations (pluie et neige) sur l’eau et la terre. L’eau terrestre peut soit retourner dans l’océan par le ruissellement de surface, les rivières, les glaciers et l’écoulement souterrain des eaux souterraines, soit retourner dans l’atmosphère par évaporation ou transpiration (perte d’eau par les plantes dans l’atmosphère).
Une partie importante du cycle de l’eau est la variation de la salinité de l’eau, qui est l’abondance des ions dissous dans l’eau. L’eau salée des océans est très saline, avec environ 35 000 mg d’ions dissous par litre d’eau de mer. L’évaporation (où l’eau passe du liquide au gaz à température ambiante) est un processus de distillation qui produit de l’eau presque pure avec presque pas d’ions dissous. Lorsque l’eau se vaporise, elle laisse les ions dissous dans la phase liquide d’origine. Finalement, la condensation (où l’eau passe du gaz au liquide) forme des nuages et parfois des précipitations (pluie et neige). Après que l’eau de pluie tombe sur la terre, elle dissout les minéraux dans la roche et le sol, ce qui augmente sa salinité. La plupart des lacs, des rivières et des eaux souterraines proches de la surface ont une salinité relativement faible et sont appelés eau douce. Les sections suivantes abordent des parties importantes du cycle de l’eau par rapport aux ressources en eau douce.
Ressources primaires en eau douce: Précipitations
Les niveaux de précipitations sont inégalement répartis dans le monde, ce qui affecte la disponibilité en eau douce (Figure 3). Plus de précipitations tombent près de l’équateur, alors que moins de précipitations ont tendance à tomber près de 30 degrés de latitude nord et sud, où se trouvent les plus grands déserts du monde. Ces modèles de précipitations et de climat sont liés aux cellules de circulation éolienne mondiales. La lumière du soleil intense à l’équateur chauffe l’air, le faisant monter et refroidir, ce qui diminue la capacité de la masse d’air à retenir la vapeur d’eau et entraîne de fréquentes tempêtes de pluie. Autour de 30 degrés de latitude nord et sud, les conditions d’air descendant produisent de l’air plus chaud, ce qui augmente sa capacité à retenir la vapeur d’eau et entraîne des conditions sèches. Les conditions d’air sec et les températures chaudes de ces ceintures de latitude favorisent l’évaporation. Les précipitations et les modèles climatiques mondiaux sont également affectés par la taille des continents, les principaux courants océaniques et les montagnes.
Ressources en Eau de Surface : Rivières, Lacs, Glaciers
L’eau qui coule de la pluie et de la neige fondue sur terre pénètre dans les canaux des rivières par ruissellement de surface (Figure 4) et infiltration des eaux souterraines (figure 5). Le débit d’une rivière décrit le volume d’eau se déplaçant dans un chenal au fil du temps (figure 6). La contribution relative du ruissellement de surface par rapport à l’infiltration des eaux souterraines au débit de la rivière dépend des régimes de précipitations, de la végétation, de la topographie, de l’utilisation des terres et des caractéristiques du sol. Peu de temps après une forte tempête de pluie, le débit de la rivière augmente en raison du ruissellement de surface. Le débit normal régulier de l’eau de la rivière provient principalement des eaux souterraines qui se déversent dans la rivière. La gravité tire l’eau de la rivière vers l’océan. En cours de route, l’eau en mouvement d’une rivière peut éroder les particules du sol et dissoudre les minéraux. Les eaux souterraines apportent également une grande quantité de minéraux dissous dans l’eau des rivières. La zone géographique drainée par une rivière et ses affluents est appelée bassin de drainage ou bassin versant. Le bassin hydrographique du Mississippi comprend environ 40% des États-Unis, une mesure qui inclut les bassins hydrographiques plus petits, tels que la rivière Ohio et la rivière Missouri, qui contribuent à le constituer. Les rivières sont une ressource en eau importante pour l’irrigation des terres cultivées et l’eau potable pour de nombreuses villes du monde. Les rivières qui ont eu des différends internationaux sur l’approvisionnement en eau comprennent le Colorado (Mexique, sud-ouest des États-Unis), le Nil (Égypte, Éthiopie, Soudan), l’Euphrate (Irak, Syrie, Turquie), le Gange (Bangladesh, Inde) et la Jordanie (Israël, Jordanie, Syrie).
En plus des rivières, les lacs peuvent également être une excellente source d’eau douce à usage humain. Ils reçoivent généralement de l’eau provenant du ruissellement de surface et des eaux souterraines. Ils ont tendance à être de courte durée sur une échelle de temps géologique car ils se remplissent constamment de sédiments fournis par les rivières. Les lacs se forment de diverses manières, y compris la glaciation, le soulèvement tectonique récent (par exemple, le lac Tanganyika, en Afrique) et les éruptions volcaniques (par exemple, le lac Crater, en Oregon). Les gens créent également des lacs artificiels (réservoirs) en endiguant les rivières. De grands changements climatiques peuvent entraîner des changements majeurs dans la taille d’un lac. Comme la Terre sortait de la dernière période glaciaire il y a environ 15 000 ans, le climat de l’ouest de l’U.S. est passé de frais et humide à chaud et aride, ce qui a fait disparaître plus de 100 grands lacs. Le Grand lac salé de l’Utah est un vestige d’un lac beaucoup plus grand appelé lac Bonneville.
Bien que les glaciers représentent le plus grand réservoir d’eau douce, ils ne sont généralement pas utilisés comme source d’eau car ils sont situés trop loin de la plupart des gens (figure 7). La fonte des glaciers fournit une source naturelle d’eau de rivière et d’eau souterraine. Au cours de la dernière période glaciaire, il y avait jusqu’à 50% plus d’eau dans les glaciers qu’il n’y en a aujourd’hui, ce qui a fait baisser le niveau de la mer d’environ 100 m. Au cours du siècle dernier, le niveau de la mer a augmenté en partie en raison de la fonte des glaciers. Si le climat de la Terre continue de se réchauffer, la fonte des glaciers entraînera une élévation supplémentaire du niveau de la mer.
Ressources en eaux souterraines
Bien que la plupart des gens dans le monde utilisent les eaux de surface, les eaux souterraines constituent un réservoir d’eau douce utilisable beaucoup plus grand, contenant plus de 30 fois plus d’eau que les rivières et les lacs combinés. Les eaux souterraines sont une ressource particulièrement importante dans les climats arides, où les eaux de surface peuvent être rares. De plus, les eaux souterraines sont la principale source d’eau pour les propriétaires ruraux, fournissant 98% de cette demande d’eau aux États-Unis.. Les eaux souterraines sont des eaux situées dans de petits espaces, appelés espaces interstitiels, entre les grains minéraux et les fractures des matériaux terrestres souterrains (roches ou sédiments). La plupart des eaux souterraines proviennent de la pluie ou de la fonte des neiges, qui s’infiltrent dans le sol et descendent jusqu’à atteindre la zone saturée (où les eaux souterraines remplissent complètement les espaces interstitiels des matériaux terrestres).
Les autres sources d’eau souterraine comprennent les infiltrations d’eau de surface (lacs, rivières, réservoirs et marécages), les eaux de surface délibérément pompées dans le sol, l’irrigation et les systèmes de traitement des eaux usées souterraines (fosses septiques). Les zones de recharge sont des endroits où l’eau de surface s’infiltre dans le sol plutôt que de se jeter dans les rivières ou de s’évaporer. Les zones humides, par exemple, sont d’excellentes zones de recharge. Une grande surface de roche poreuse sous la surface qui retient l’eau est un aquifère. Les aquifères sont généralement forés et des puits installés pour fournir de l’eau à l’agriculture et à l’usage personnel.
Utilisation de l’eau aux États-Unis et dans le monde
Les gens ont besoin d’eau, souvent en grandes quantités, pour produire la nourriture, l’énergie et les ressources minérales qu’ils utilisent. Considérons, par exemple, ces besoins approximatifs en eau pour certaines choses que les gens du monde développé utilisent chaque jour: une tomate = 3 gallons; un kilowattheure d’électricité provenant d’une centrale thermoélectrique = 21 gallons; une miche de pain = 150 gallons; une livre de bœuf = 1 600 gallons; et une tonne d’acier = 63 000 gallons. Les êtres humains n’ont besoin que d’environ 1 gallon par jour pour survivre, mais une personne typique d’un ménage américain utilise environ 100 gallons par jour, ce qui comprend la cuisine, la vaisselle et les vêtements, la chasse d’eau des toilettes et le bain. La demande en eau d’une zone est fonction de la population et des autres utilisations de l’eau.
L’utilisation totale de l’eau dans le monde augmente régulièrement à un rythme supérieur à la croissance de la population mondiale (figure 10). Au cours du 20e siècle, la population mondiale a triplé et la demande en eau a été multipliée par six. L’augmentation de la demande mondiale en eau au-delà du taux de croissance démographique est due à l’amélioration du niveau de vie sans compensation par la conservation de l’eau. L’augmentation de la production de biens et d’énergie entraîne une forte augmentation de la demande en eau. Les principales utilisations mondiales de l’eau sont l’irrigation (68%), l’approvisionnement public (21%) et l’industrie (11%).
Attribution
Essentials of Environmental Science de Kamala Doršner est sous licence CC BY 4.0. Modifié par rapport à l’original par Matthew R. Fisher.