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L'eau, c'est quoi ?

Par le Centre d'information sur l'eau, le mardi 25 juin 2013 09:45

L'eau, très présente sur notre Terre et indispensable à la survie de tout être vivant, animal ou végétal, n'est pas un liquide banal. Elle a des propriétés physiques originales qui résultent de la composition de sa molécule et de la façon dont ces molécules se lient entre elles. On peut la trouver sous trois formes : liquide, solide ou gazeuse.

eau goutte blueue

L'histoire d'H²O

L'homme n'a cessé de s'interroger sur la nature de l'eau. Pour Aristote (384-322 av. J.C.), l'eau avec le feu, la terre et l'air, fait partie des quatre éléments de la réalité universelle. A la même époque, Démocrite (460-370 av. J.C.) pense au contraire que la matière a une nature corpusculaire (le mot atome vient du grec atomos = indivisible). La théorie aristotélicienne est admise jusqu'au 17ème siècle. Mais, à la fin du 18ème siècle, tout est remis en cause. Le physicien anglais Cavendish réussit à démontrer en 1766 que l'eau était formée d'hydrogène puis Joseph Priestley découvre en 1774 l'oxygène. Le 27 juin 1783 en France, Lavoisier et Laplace réalisent la synthèse de l'eau à partir de 2 volumes d'hydrogène et d'un volume d'oxygène. En 1800, Anthony Carlisle et William Nicholson effectuent la première analyse de l'eau en y plongeant des fils de cuivre reliés à une pile (inventée cette année là par Volta). Ils récupèrent alors 2 volumes d'hydrogène et un volume d'oxygène. La formule chimique de l'eau est donc H2O. La recherche sur la structure de l'eau ouvre ainsi la voie à la chimie moderne

Seulement 3 atomes pour les plus grandes potentialités

atome

La molécule est le plus petit fragment "possible" d'un corps donné. Elle conserve toutes les propriétés physiques et chimiques de celui-ci. En ce qui concerne l'eau, nous atteignons par divisions successives ce "grain" ultime : la molécule d'eau.

Celle-ci a une dimension de l'ordre d'un milliardième de mètre, soit un nanomètre (10-9). La molécule n'est pas une boule. Elle est constituée d'un atome d'oxygène relié à deux atomes d'hydrogène.

Sous une apparente simplicité, 3 atomes dont 2 d'hydrogène, l'eau cache des priorités d'une richesse exceptionnelle dues en particulier à sa structure spatiale.

Sa forme, tétraèdre légèrement déformée,  est souvent comparée à "la tête de Mickey". L'atome oxygène est placé au centre tandis que les atomes hydrogène sont placés aux deux autres sommets. Les charges positives sont portées par les sommets hydrogène et les charges négatives par les sommets opposés. L'établissement des liaisons hydrogène entre molécules d'eau est favorisé par cette disposition.

Les trois états de l'eau

L'eau, sous l'action conjuguée de la chaleur et de la pression atmosphérique, change d'état, passant de celui de vapeur à l'état solide ou liquide.

L'état de vapeur (état gazeux)

vapeur

Le phénomène d'évaporation de l'eau, c'est à dire le passage de l'eau de l'état liquide à l'état de vapeur est très important. L'eau, en se transformant en vapeur, passe  à l'état gazeux qui est celui du désordre maximal des molécules. Ces dernières ont une vitesse plus élevée qu'à l'état liquide. Ainsi, les forces d'attraction terrestre s'exercent moins sur leur mouvement. Ce phénomène se produit à partir des plans d'eau, des sols humides, mais aussi dans ce qu'on appelle l'évapotranspiration, par l'intermédiaire de  l'extraction racinaire de l'eau du sol et ensuite par la transpiration de cette eau par les feuilles des plantes.

L'eau évaporée va transiter dans l'atmosphère sous forme de vapeur invisible où elle reste pendant huit jours en moyenne. Puis l'eau va former des nuages qui vont retomber en pluie sur les continents et les océans. Le cycle de l'eau dans l'atmosphère sous forme de vapeur est assez court mais cependant vital car c'est la vapeur d'eau qui est à l'origine des 520 000 Km³ annuels de précipitations qui alimentent les réserves d'eau douce, que ce soit sous la forme de pluie, de neige ou de grêle, Par rapport à la masse totale de l'hydrosphère, la vapeur d'eau ne représente à la surface du globe qu'une toute petite quantité puisqu'elle est égale à 0,001 % de la totalité de l'eau.

L'état liquide

verre deau blanc

C'est la forme de l'eau la plus répandue sur Terre. Il y a d'une part l'eau douce qui représente 2,8 % de l'eau totale du globe. Dans ce faible pourcentage, les glaces polaires représentent 2,15 %, les eaux souterraines 0,63 %, les eaux de surface (lacs, fleuves et rivières) seulement 0,019 %. Reste 0,001 % pour l'atmosphère. L'eau douce contenue dans les glaciers reste très difficilement accessible à l'homme.

Le reste, c'est à dire l'eau salée, est contenu dans les mers et les océans. Ces derniers représentent 90 % de l'hydrosphère et couvrent plus de 71 % de la surface terrestre.

L'état solide

glacons

Une partie des 2,8 % d'eau douce, soit un volume de 30 100 000 km³, est stockée sous forme de glaciers ou sous forme de neige, soit 2,15 % de l'eau sur terre.

En fonction de l'altitude et de la température, les précipitations se font sous forme de neige ou de pluie. La neige est un stockage temporaire appelé à disparaître lors du redoux. Lorsque la température remonte, soit la neige retourne directement vers l'atmosphère par évaporation, c'est la sublimation, soit la fonte lente du manteau neigeux permet à l'eau de s'infiltrer dans le sol ou de ruisseler vers les rivières.

Les glaciers représentent actuellement 10 % des terres émergées. Ils sont surtout présents aux pôles. Les calottes glaciaires des pôles Nord et Sud sont les plus grands réservoirs d'eau douce de la planète. Les glaciers sont alimentés en surface par la neige. Ils ne sont pas immobiles mais s'écoulent lentement, emportés par leur propre poids, vers l'aval. Suivant le type de glaciers, leur vitesse de déplacement peut atteindre un mètre par jour ou par an. La masse des glaciers est très importante et, s'ils devaient fondre, le niveau des mers remonterait de près de 200 mètres.

La liaison hydrogène

Chaque goutte d’eau contient plusieurs milliards de molécules d’eau, reliées les unes aux autres par leurs pôles, chargés électriquement : un pôle chargé négativement (l’atome d’oxygène) et un pôle chargé positivement (les atomes d’hydrogène).

En présence les unes des autres, les molécules vont se comporter comme de petits aimants : leurs pôles électriques positifs et négatifs s’attirent réciproquement et les molécules se rapprochent afin que chaque atome d’hydrogène (positif) de l’une se place près de l’oxygène (négatif) d’une voisine.

Les molécules d’eau sont alors liées par ce que l’on appelle une liaison hydrogène, cette liaison étant assurée par les atomes d’hydrogène. Ainsi, l’eau n’est pas un liquide ordinaire : au sein d’une même masse d’eau, la plupart des molécules sont liées entre elles en une sorte de réseau sans cesse changeant et modulable d’une fraction de seconde à l’autre.

En effet, si l’union à l’intérieur même d’une molécule, est très stable, il n’en est pas de même en ce qui concerne les liens entre les molécules. Ces dernières sont à la fois très proches et très libres, elles se lient entre elles et se défont tout aussi rapidement, elles "roulent" les unes sur les autres, changeant sans cesse leur ordonnancement. Cette liaison hydrogène est donc plus faible que celle qui soude entre eux les trois atomes de la molécule, mais cependant suffisamment forte pour expliquer les propriétés exceptionnelles de l’eau. Dans l’eau, les molécules H20 ont une telle attirance électrique les unes pour les autres qu’il arrive qu’un atome d’hydrogène de l’une soit capté par l’atome d’oxygène de l’autre.

Cet échange transforme les deux molécules H2o de départ en H3o et OH ; le nombre d’atomes et de charges électriques + et – n’est plus le même de chaque côté : d’un côté on trouve OH- et de l’autre H3O+. Ces molécules modifiées s’appellent des ions et leurs propriétés s’annulent : l’eau est électriquement neutre.

Une représentation de la liaison hydrogène entre deux molécules d'eau. Dans l'eau, de nombreuses liaisons de ce type s'établissent entre les molécules. Elles sont à l'origine de certaines des propriétés très particulières de l'eau.

liaisonH

© CNRS / A. L. Siat - Ecole Estienne

L'eau peut se former spontanément à partir de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène, mais seulement sous certaines conditions :

  • Des quantités suffisantes d'oxygène et d'hydrogène,
  • Une température pas trop élevée (pas plus de 2 000 à 3 000 °C)
  • Un rayonnement ultraviolet pas trop important.

Or, ces conditions sont difficiles à réunir. En particulier, l'univers comporte 90 % d'hydrogène contre "seulement" 0,1 % d'oxygène. En l'état actuel de nos connaissances, la Terre est la seule planète du système solaire comprenant de l'eau liquide. Nous vivons donc bien sur la planète de l'eau... qui est aussi la planète de la vie.

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Débats  Trier par pertinence - Trier par date

D'accordPas d'accord -12 # beon samy 07-12-2013 23:44
Bonjour
je suis tres heureux de votre travail sur l'importance de l'eau, et ca contribue a la vie de l'humanité.
Etant que facilitateur club sante communautaire HAÏTI LES BROCHURES M'AIDERONT A FAIRE SENSIBILISATION SUR L'EAU
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D'accordPas d'accord -9 # OROU GANI Sakibou 27-11-2013 11:21
Bonjour; j'ai reçu les document que vous m'aviez envoyé le 30 novembre 2013 je vous remercie très sincèrement et je ferais une bonne utilisation de ses documents.
actuellement je suis entrain de rédiger un mémoire de licence sur la gestion de l'eau dans la commune de Ségbana au Bénin et j'aimerais avoir les documents dans la gestion de l'eau. Merci bien et à bientôt.
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D'accordPas d'accord -6 # le louldg 14-03-2013 16:10
faites attention a ne pas polluer l'eau car on en a besoin pour vivre.
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D'accordPas d'accord -16 # combourieu 28-12-2012 11:51
Bonjour,
Mon fils de 7 ans est en classe de cp et sa maitresse va mettre en place un projet sur l'eau et pour cela j'ai besoin de recevoir les brochures pratiques:
- Eau: tout savoir sur l'eau
- Pour les juniors:
Mon quotitien. Préservez l'eau, c'est l'affaire de tous.
- Les docs des incollables
- 1 dvd l'eau:
aqua ça sert.
Merci, voici mon adresse postale madame Combourieu 7 rue du pont d'aulne 78770 Villiers le Mahieu
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D'accordPas d'accord -22 # Centre d'information sur l'eau 08-01-2013 13:25
Bonjour, les documents vous ont été envoyés.
N'hésitez pas à utiliser notre formulaire en ligne, disponible à cette adresse : www.cieau.com/mediatheque

A bientôt
D'accordPas d'accord -13 # bibliothèque de Pont-Hébert 15-10-2012 12:42
Bonjour,

Je fais une exposition sur l'eau à la bibliothèque et j'aurais voulu recevoir, si possible, votre petite brochure "le petit livre du cycle de l'eau". adresse postale : bibliothèque, 3 rue belle lande- 50880 Pont-Hébert

Merci d'avance.

Isabelle Nézou, responsable
Répondre
D'accordPas d'accord -17 # Centre d'information sur l'eau 08-01-2013 13:17
Bonjour, les documents vous ont été envoyés.
N'hésitez pas à utiliser notre formulaire en ligne, disponible à cette adresse : www.cieau.com/mediatheque

A bientôt

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