Le cycle de l’eau, panorama des ressources

Un phénomène longtemps mal compris

L’eau est si com­mune dans notre envi­ron­nement tem­péré, si présente dans nos usages, du plus quo­ti­di­en au plus sym­bol­ique, en pas­sant par les besoins vitaux, que les ques­tions les plus sim­ples qui s’y rap­por­tent se révè­lent par­fois déconcertantes.

Source de la Loue

Ain­si Bécas­sine, lors d’un voy­age en Suisse, se laisse-t-elle facile­ment con­va­in­cre que, par souci d’économie, les robi­nets qui con­trô­lent le débit des riv­ières sont fer­més la nuit.

Effec­tive­ment, le terme même de source (et les nom­breuses expres­sions qui en dérivent) nous con­duit à cette représen­ta­tion erronée des mou­ve­ments de l’eau, depuis une orig­ine sup­posée ponctuelle jusqu’à un exu­toire lui aus­si bien défini.

Il fau­dra de fait atten­dre le XVIII^e siè­cle, le siè­cle des obser­va­tions, pour apporter une vraisem­blance quan­tifiée aux intu­itions héritées des philosophes grecs ou des sci­en­tifiques de la Renais­sance. Après les travaux de Pierre Per­rault et de l’abbé Mar­i­otte, c’est Edmond Hal­ley qui se charg­era d’expliciter le rôle de l’évaporation sur les océans pour pro­pos­er un pre­mier cycle fer­mé de l’eau.

“ Le terme même de source conduit à une représentation erronée des mouvements de l’eau”

Hal­ley estime, dans un arti­cle daté de 1687, les débits cumulés des fleuves les plus impor­tants du bassin ver­sant méditer­ranéen, les com­pare à une esti­ma­tion de l’évaporation de la masse d’eau méditer­ranéenne (à par­tir d’une expéri­ence menée sur un béch­er de 20 cm de diamètre) et con­clut fort juste­ment que cette éva­po­ra­tion suf­fit à ali­menter le débit des fleuves.

Les pre­miers élé­ments du cycle de l’eau sont posés. Res­teront à pré­cis­er le rôle joué par la végé­ta­tion ain­si que les proces­sus con­trôlant les infil­tra­tions et cir­cu­la­tions souter­raines, ce qui demeure de nos jours une ques­tion sci­en­tifique épineuse sous le terme de « fonc­tion­nement de la zone critique ».

Plus d’un milliard de kilomètres carrés

Notre con­nais­sance actuelle du cycle de l’eau et des réser­voirs ter­restres de sur­face repose sur un dis­posi­tif d’observations inté­gré, inclu­ant l’observation spa­tiale, l’instrumentation des bassins ver­sants et le suivi des eaux souterraines.

L’inventaire des vol­umes d’eau n’est pas établi avec la même pré­ci­sion selon les milieux, mais il révèle que près de 97 % de l’eau est con­tenue dans les océans, que l’eau atmo­sphérique, dont le rôle est essen­tiel dans la régu­la­tion de notre cli­mat, représente un vol­ume très faible (0,001 %), que 75 % de l’eau douce se trou­ve en fait sous forme de glace dans les calottes polaires et que c’est sur 1 % de l’eau ter­restre que reposent essen­tielle­ment les besoins humains en eau douce (eaux souterraines).

Un cycle mesuré et observé

Neige et pluie per­me­t­tent à l’eau de l’atmosphère de rejoin­dre la sur­face du globe. Une par­tie de l’eau ain­si pré­cip­itée ruis­selle directe­ment (sur les sur­faces imper­méa­bil­isées, c’est la total­ité, sur des sols moins arti­fi­cial­isés, seule­ment une par­tie) vers la riv­ière la plus proche.

“ Les besoins humains en eau douce reposent sur 1 % de l’eau terrestre ”

Le restant pénètre dans les sols jusqu’à une pro­fondeur vari­able. Cette eau ali­mente les aquifères souter­rains, qui sont en liai­son plus ou moins directe avec les rivières.

Les riv­ières s’écoulent vers les océans. Les océans s’évaporent vers l’atmosphère. À ce sché­ma très macro­scopique s’ajoutent de nom­breux flux plus locaux, comme, par exem­ple, l’évapotranspiration des végé­taux sur le con­ti­nent et les flux entre aquifères.

Des réserves énormes fixées d’eau “juvénile”

En plus de cette eau en per­pétuel mou­ve­ment à la sur­face de la Terre, de gross­es quan­tités de molécules H₂O sont pro­vi­soire­ment fixées dans les roches, l’écorce et le man­teau. Cette eau peut éventuelle­ment revenir dans le cycle de l’eau super­fi­cielle lors d’éruptions volcaniques.

C’est ce que l’on appelle l’eau juvénile. Les vol­umes con­cernés sont con­sid­érables (env­i­ron 18 fois le vol­ume des océans, sur la base de 1 à 2 % de la lithos­phère), mais il s’agit de molécules dis­per­sées engagées dans des com­bi­naisons chim­iques sta­bles et ne jouant aucun des rôles de l’eau telle que nous la con­nais­sons à la sur­face de la Terre.

Une origine mal connue

Cette vision en cycle fer­mé appelle d’autres ques­tions. Cette matière si pré­cieuse, d’où nous vient-elle et se renou­velle-t-elle ? On date l’origine de la Terre à env­i­ron 4,6 mil­liards d’années et les roches sédi­men­taires les plus anci­ennes con­nues – et dont la for­ma­tion est con­di­tion­née à la présence d’eau – ont seule­ment 3,8 mil­liards d’années.

“ 0,1 % de l’eau terrestre se serait échappé depuis son apparition ”

Néan­moins, d’autres indices per­me­t­tent aux sci­en­tifiques de penser que de l’eau était présente à la sur­face de la Terre il y a 4,4 mil­liards d’années env­i­ron. Quant à son orig­ine, elle est prob­a­ble­ment à la fois exogène (apports par bom­barde­ments météori­tiques ou comé­taires de la toute jeune planète) et endogène (dégazage de l’eau ini­tiale­ment pris­on­nière des mag­mas volcaniques).

L’atmosphère ter­restre a alors per­mis de retenir l’eau, con­tin­uelle­ment éva­porée et con­den­sée du fait des très hautes tem­péra­tures. Des molécules d’eau sont dis­so­ciées aux con­fins de l’atmosphère et s’échappent ain­si de la planète.

L’apport d’eau juvénile con­tenu dans les érup­tions vol­caniques est vraisem­blable­ment du même ordre de grandeur, puisque, selon les esti­ma­tions actuelles, c’est seule­ment de l’ordre de 0,1 % que l’eau ter­restre aurait dimin­ué depuis son apparition.

En quelque sorte, les dinosaures ont bu la même eau que nous.

Les enjeux de l’eau dans le changement global

Les usages humains de l’eau sont essen­tielle­ment liés à l’alimentation (usage direct et agri­cul­ture), à l’industrie et à l’hygiène. Ces usages sont très forte­ment vari­ables d’une société à l’autre, en fonc­tion des cul­tures et des niveaux de vie.

Les océans représen­tent 97 % de la masse d’eau. © FOTOLIA

Néan­moins, l’eau est évidem­ment égale­ment par­tie inté­grante des écosys­tèmes aqua­tiques, marins ou d’eau douce, et est à ce titre absol­u­ment néces­saire à la pro­duc­tion de nom­breux autres ser­vices écosys­témiques qui ont été pour cer­tains men­tion­nés plus haut (régu­la­tion ther­mique par exemple).

Le change­ment glob­al, que nous expéri­men­tons d’ores et déjà, se traduira au moins par deux com­posantes : le change­ment cli­ma­tique et ses con­séquences sur le cycle de l’eau ; la démo­gra­phie crois­sante et les ten­sions sur la ressource en eau et sa qualité.

Ces deux évo­lu­tions touchent directe­ment les usages que l’homme fait de l’eau, mais aus­si les écosys­tèmes aqua­tiques et les ser­vices qu’ils sont à même de lui procurer.

Modification des précipitations

Selon les scé­nar­ios élaborés par le GIEC pour la fin du XXI^e siè­cle, le réchauf­fe­ment min­i­mum serait de 1,5 °C, quels que soient les mod­èles ou les hypothès­es util­isés. Ce réchauf­fe­ment s’accompagne d’une mod­i­fi­ca­tion spa­tiale et tem­porelle des pré­cip­i­ta­tions, les événe­ments extrêmes s’accentuant.

Les tra­duc­tions de ces modal­ités en ter­mes de cycle de l’eau ne sont pas encore effec­tuées et con­stituent des enjeux de recherche. En effet, ruis­selle­ment, éro­sion, fonc­tion­nement de la zone cri­tique ont toutes les chances d’évoluer dif­férem­ment selon la fréquence et l’intensité des pré­cip­i­ta­tions, selon des proces­sus encore mal connus.

L’eau enfer­mée dans la roche revient lors d’éruptions volcaniques.

La ten­sion sur les ressources accom­pa­g­n­era le change­ment cli­ma­tique. Il ne s’agit plus seule­ment de garan­tir l’accès à l’eau en quan­tité, mais aus­si en qual­ité, car les pres­sions anthropiques con­tribuent, directe­ment ou indi­recte­ment, à sa dégradation.

Dans les pays dévelop­pés, les con­séquences de l’agriculture et de l’élevage inten­sifs sur l’augmentation des con­cen­tra­tions en nitrates, pro­duits phy­tosan­i­taires, métaux, antibi­o­tiques, etc., sont désor­mais bien con­nues, ain­si que celles de l’industrie. Elles s’accompagnent désor­mais des molécules dites « émer­gentes », issues de notre mode de vie mod­erne (cos­mé­tiques, médica­ments, ignifugeants, plas­ti­fi­ants), voire de tox­ines pro­duites naturelle­ment par les écosys­tèmes, à des fréquences accrues.

Dans les pays en développe­ment, dont les sys­tèmes d’assainissement sont moins per­for­mants voire inex­is­tants, les pol­lu­tions les plus graves sont micro­bi­ologiques et com­pro­met­tent grave­ment l’accès à l’eau.

“ La tension sur les ressources accompagnera le changement climatique”

Au-delà des usages directs de l’homme, le fonc­tion­nement des écosys­tèmes aqua­tiques sera très prob­a­ble­ment forte­ment mod­i­fié par ces dif­férentes com­posantes du change­ment glob­al, et ni leurs vul­néra­bil­ités ni leurs capac­ités de résilience ne sont encore bien con­nues ni comprises.

Les mod­i­fi­ca­tions de régime hydrique appelleront des mod­i­fi­ca­tions des habi­tats et des com­mu­nautés abritées et de leurs fonc­tion­nal­ités. Elles joueront égale­ment un rôle dans l’exposition de ces com­mu­nautés aux con­t­a­m­i­na­tions divers­es citées plus haut. Les rejets ponctuels se trou­vent con­cen­trés en régime d’étiage, les apports dif­fus se trou­vent majorés en régime de crue.

Les ser­vices ren­dus par les écosys­tèmes aqua­tiques sont telle­ment var­iés qu’il est inutile de chercher à les lis­ter, mais on peut citer l’exemple des régu­la­tions chim­iques et biologiques, avec les trans­for­ma­tions micro­bi­ennes en zone humide, ou dans les sédi­ments estu­ar­iens, qui pour­raient forte­ment évoluer.

Enfin, n’oublions pas les risques asso­ciés au cycle de l’eau dans le change­ment glob­al, qui sont majeurs et déjà expéri­men­tés par cer­taines pop­u­la­tions par­mi les plus exposées : élé­va­tion du niveau de la mer, éro­sion des côtes, sub­mer­sions, fonte des glac­i­ers et des glaces de mer, inon­da­tions, sécher­ess­es, insta­bil­ité des terrains.

L’eau nous est telle­ment néces­saire, famil­ière et pré­cieuse qu’il est de notre respon­s­abil­ité col­lec­tive de nous ménag­er un avenir commun.

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