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Directeur de la publication : Hugues Dreyssé, Directeur, Anne-Catherine Robert-Hauglustaine, Directrice adjointe du Jardin des sciences de l’Université de Strasbourg et Christine Welty, Directrice de la Nef des sciences.

Coordination, et suivi de réalisation : Thérèse Quartiero, Jardin des sciences et Anne-Gaëlle Le Perchec, la Nef des sciences

Rédaction : Françoise Latour

Comité scientifique : Emmanuel Claerr, Paul de Fraipont, Lucienne Gartner, François Gauer, Serge Kauffmann, François Labolle, Florence Le Ber, Martine Mall, Marie Meister, Roger Miesch, Jean-Marc Planeix, Serge Potier, Michèle Trémolières, Marie Tsanga-Tabi, Marie-Dominique Wandhammer, Hervé Wozniak

Remerciements : Fanny Genest (ENGEES), Christelle Spettel, Caroline Vilatte, Emilie Bertrand (Jardin des sciences)

Graphisme et illustrations : Dominique Schoenig, Mulhouse

Crédits photographiques : «L’or bleu, sang de la terre», photographe «Dorian ROLLIN», rédacteur «Anne HERRIOT» et l’Association des amis de l’ENGEES, NASA, ESO, Ibontxo, Nguyen Dai, Nitot, Patrick Brosset, Romain Guy, Rita Willaert, Tiago Fioreze, Peter Kaminski, Goéland, F. Lamiot, Alain Bachellier, Max LeMans, SYNTAXYS Achim Lammerts, Fezdor Stroganov, Hermes from mars

Impression : Imprimerie Manupa, Mulhouse

Edition : La Nef des sciencesUniversité de Haute AlsaceFaculté des Sciences et Techniques4 rue des Frères Lumière68 093 MULHOUSE CEDEXTél. : +33 (0)3 89 33 62 20nef-des-sciences@uha.frwww.nef-sciences.frN°ISBN : 978-2-909495-23-1 - Ne peut être vendu.Dépôt légal : septembre 2013Tous droits de reproduction réservés sans l’autorisation de l’éditeur.

En partenariat avec

Centre labellisé Science & Culture / Innovation

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Edito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pages 04-05

H 2O, une molécule except ionnel le . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pages 06-07

L’eau dans l ’Univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pages 08-09

L’eau sur Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pages 10-13

Les usages de l ’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pages 14-15

Eau et santé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pages 16-17

L’accès à l ’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pages 18-19

Chimie Verte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pages 20-21

L’eau en chiffre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . page 22

Lexique - B ibl iographie - Webographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . page 23

Sommaire

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Edito

Revenant d’un « tour du monde de l’accès à l’eau », Erik Orsenna, académicien et auteur de « l’Avenir de l’eau » (1) résume la situation en ces termes : « Il n’y a pas de crise globale de l’eau ! L’eau, ce n’est pas l’énergie. Il n’y a pas de marché mondial car l’eau est lourde et fragile à transporter. La question de l’eau est toujours locale, de sorte que la seule question à se poser pour l’avenir est celle de la zone de collaboration et de partage de la ressource. La seule question de l’eau sera une question de mise en œuvre de solidarités actives dans des domaines où il n’y en a pas encore » (1).

La clé de la paix, de la prospérité et de l’égalité des sexes...

Les prélèvements d’eau douce ont triplé depuis 50 ans. La population mondiale augmente de 80 millions de personnes par an. D’ici 40 ans, 75 % vivra en zone urbaine. La demande en eau progresse de 64 milliards de m3 chaque année. En déclarant 2013 « Année internationale de la coopération dans le domaine de l’eau », l’objectif de l’Assemblée générale des Nations Unies est d’attirer l’attention sur les bénéfices d’une telle coopération capable de préserver la ressource, de créer des profits, de protéger l’environnement et de construire la paix. Car l’eau n’est pas un bien comme les autres : elle ne connaît pas de frontières. Quelque 148 pays comptent au moins un bassin hydrographique transfrontalier. Raison pour laquelle la coopération dans le domaine de l’eau est cruciale pour la sécurité, la lutte contre la pauvreté, la justice sociale et l’égalité entre les sexes.

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Une énorme marge de progrès potentielle

Depuis 2010, l’ONU considère que l’accès à une eau potable propre et de qualité et à des installations sanitaires est un « droit fondamental » de l’être humain qui demande l’aide technologique et financière des États. Un gouffre sépare encore la déclaration officielle de la réalité. « Si l’eau est disponible mais ne bénéficie pas à l’ensemble des usagers, c’est souvent lié à la désinvolture et au manque de moyens financiers des autorités publiques », observe Barah Mikaïl, chercheur à l’Institut de relations internationales et stratégiques (IRIS) (2) et spécialiste des enjeux géopolitiques de l’eau. « Dans la plupart des cas, la rareté de l’eau vient moins d’un manque physique que d’un manque de volonté à réhabiliter les réseaux », confirme Erik Orsenna. « Or dans les pays africains, l’eau représente en moyenne moins de 5 % des budgets de développement et moins de 4 % des budgets nationaux. On pourrait presque dire : dis-moi comment tu distribues ton eau et je te dirai quelle sorte de société tu es », résume l’académicien. De fait, en termes d’accès à l’eau et d’économie de la ressource, les marges de progrès sont énormes. Y compris dans les pays développés. Y compris en France.

L’eau pour tous, c’est possible !

Généraliser l’usage de méthodes performantes, lutter contre la pollution (85 % des eaux usées mondiales sont évacuées dans la nature sans épuration), améliorer l’efficacité de l’irrigation, construire et rénover les réseaux de production et de distribution, recycler l’eau sont autant de solutions permettant de réduire la consommation et de limiter les pertes. Une économie d’à peine 13 % des prélèvements agricoles permettrait d’épargner l’équivalent de la consommation mondiale des foyers ! L’accès à l’eau pour tous semble donc un objectif possible à atteindre. Mais implique de gros investissements dont la réalisation dépendra de décisions politiques et des priorités d’investissements des gouvernements et des agences internationales. Le défi majeur du siècle sera d’assurer la rentabilité de la gestion de l’eau tout en garantissant aux plus pauvres le droit d’accéder à cette ressource vitale. D’où la nécessité de stimuler une forte coopération à l’échelle mondiale dans le domaine de l’eau. Une urgence. Et une priorité qui, cette fois, est bel et bien globale.

Françoise LATOURJournaliste

Auteur de « Au cœur des océans ». Ed. GlénatDirectrice de Comtosea, agence de la mer et de l’eau.

(1) L’avenir de l’eau. Erick Orsenna. Editions Fayard. 2008(2) Institut de recherche internationales stratégiques (IRIS) : www.iris-france.org

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H2O, une molécule exceptionnelle©

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Une « résistance » à l’évaporation

Dans les phases condensées de l’eau (solide et liquide), ses molécules ont une forte cohésion entre elles grâce aux liaisons hydrogène, et deviennent donc « difficiles » à évaporer. Sans ces liaisons, les températures connues sur Terre ne permettraient pas la présence d’eau liquide, indis-pensable à la vie.

Une plus grande densité à l’état liquide

Pour un même nombre de molécules, l’eau sous forme de glace occupe un plus grand volume que l’eau liquide. A volume égal, l’eau solide est donc plus légère que l’eau liquide. Ceci explique que la glace flotte sur l’eau liquide. Si ce n’était pas le cas, l’en-semble de la couche d’eau sur Terre finirait par se transformer en glace et la vie aquatique ne pourrait sur-vivre aux périodes glacées.

Un solvant quasi universel

L’eau est un solvant quasi universel capable de dissoudre d’autres subs-tances sans les modifier et sans se modifier elle-même. Cette propriété fait de l’eau le véhicule de nombreuses substances nécessaires à la vie comme les sels minéraux. A contrario, elle transporte aussi sans les modifier, polluants ou bactéries.

Atomes et molécules, les structures de base de la matièreToute matière se compose de l’assemblage de particules de matière, invisibles à l’œil nu, que l’on appelle des atomes. Ils sont les « briques » qui fondent toute la matière présente sur la Terre et dans une grande partie de l’Univers. C’est la diversité des assemblages d’atomes qui a permis d’engendrer la variété de la vie qui nous entoure.

L’eau, une molécule composée de 3 atomesCes atomes peuvent s’unir. Ils forment alors une structure appelée molécule. La composition chimique d’une molécule est donnée par sa formule chimique. L’eau est une

molécule formée d’un atome d’oxygène (O) relié à deux atomes d’hydrogène (H

2) d’où sa formule chimique : H

2O.

Le fonctionnement d’un aimant...Les atomes sont formés d’un noyau, dont la charge électrique est positive, autour duquel gravitent des électrons dont la charge électrique est négative. L’eau a pour particularité d’avoir un atome d’oxygène qui capte plus fortement les électrons que ses atomes d’hydrogène. Comme de microscopiques aimants, les pôles positifs et négatifs des molécules d’eau vont ainsi s’attirer réciproquement. Une molécule avec une telle différence de charge est appelée un dipôle (molécule polaire). Ce lien électrique entre deux molécules s’appelle la liaison hydrogène.

Des propriétés qui ont permis la vie

Cette « polarité » fait de l’eau une molécule exceptionnelle dont les particularités ont permis à la vie sur Terre de se développer.

L’eau, une molécule remarquable

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1 seule molécule, 3 états possibles

Etat gazeux

Si l’on chauffe de l’eau liquide, les molécules d’eau s’agitent de manière aléatoire. L’énergie thermique qui les habite les empêche alors de s’associer : l’eau passe de l’état liquide à l’état gazeux : la vapeur d’eau. Au niveau de la mer, l’eau entre en ébullition à 100°C.

Etat liquide

Si l’on refroidit la vapeur d’eau, l’agitation thermique n’est plus suffisante pour empêcher les molécules d’eau de se lier. Elles se rassemblent en paquets pour former des gouttes d’eau qui tombent sous l’action de leur poids.

Etat solide

Si l’on refroidit l’eau liquide, les liaisons hydrogène, qui pouvaient se tordre facilement dans le liquide, se raidissent pour devenir quasiment droites. Les molécules d’eau forment alors une structure rigide : l’eau s’est transformée en glace. L’eau gèle à 0°C.

Atomes ou molécules sont en perpétuelle agitation. Plus la température diminue, plus leur agitation se réduit et inversement. Appelé « agitation thermique », ce phénomène explique le passage de l’eau à ses différents états : gazeux, liquide, ou solide.

« Liaison hydrogène », la liaison de la vie !La molécule d’eau peut établir jusqu’à quatre liaisons hydrogène. Sans cette liaison hydrogène, l’eau nécessiterait moins d’énergie pour s’évaporer (pour briser ses liaisons hydrogène) et entrerait en ébullition à - 80°C. Il n’y aurait alors sur Terre que de l’eau sous forme gazeuse. La vie telle que nous la connaissons n’existerait pas.

© Romain Guy

L’eau sous forme de vapeur dans l’atmosphère

L’eau sous forme liquide dans l’océan

L’eau sous forme de glace dans un iceberg

© Pixabay © Rita Willaert

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L’eau dans l’Univers

Le Cosmos, un grand producteur d’eau !

Glace et vapeur d’eau, uniquement...L’hydrogène représente plus de 70 % de la masse visible de l’Univers et l’oxygène environ 1 % de cette masse. L’eau est donc très présente dans le Cosmos. On la trouve notamment dans l’atmosphère des étoiles froides, autour d’étoiles jeunes, dans certains nuages de gaz du milieu interstellaire et dans le Système Solaire. Mais l’eau dans l’Univers existe surtout sous forme de glace ou de vapeur. Elle est quasiment inexistante à l’état liquide.

Conditions nécessaires à la présence d’eau liquide Des conditions précises doivent en effet être réunies pour que des gouttes d’eau puissent se former : une température froide car la molécule d’eau ne supporte pas des températures supérieures à quelques milliers de degrés, mais pas trop basse non plus car les réactions de formation de la molécule deviennent alors très lentes,peu de rayonnement ultraviolet car il dissocie les petites molécules,une pression suffisante associée à des conditions étroites de température que l’on ne peut rencontrer que sur les planètes et leurs satellites.

Le Système Solaire, royaume de l’eau liquide

L’eau sur la Terre

Des conditions idéales La Terre est située à une place idéale, ni trop près ni trop loin du Soleil. Bien qu’un peu basse, sa température permet à l’eau de se maintenir sous une autre forme que la glace aux endroits chauds du globe. Grâce à l’effet de serre, dû à la présence de CO

2, les conditions

sont idéales pour que l’eau soit présente à l’état liquide.

Une origine débattueLa première hypothèse est celle de millions de météorites carbonées (les chondrites), transportant de l’eau, qui ont percuté la Terre à la fin de sa formation. La seconde hypothèse est celle d’un dégazage brutal des magmas volcaniques, contenant des molécules d’eau, qui ont alors été libérées.

Un déluge millénaireCes libérations massives (gaz et vapeur) ont entouré la Terre d’une enveloppe gazeuse : l’atmosphère. Durant 350 millions d’années, cette atmosphère a été principalement composée de gaz carbonique, induisant un fort effet de serre : la température terrestre avoisinait 200°C. Quand la température a diminué, la vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère s’est condensée, formant des gouttelettes et des nuages. Pendant des millions d’années, un déluge de pluies chaudes et acides s’est alors abattu sur la Terre.

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L’eau sur les autres planètes

Dans le Système SolaireL’eau est apparue sur les autres planètes telluriques du Système Solaire - Mercure, Vénus, Mars - de façon similaire à la Terre. La Terre, Mars et Vénus avaient des atmosphères assez semblables, mais ces conditions ont évolué au cours du temps. Par ailleurs, les axes de rotation de Vénus et de Mars ont sans doute subit des fluctuations modifiant leur climat. Désormais, l’eau n’y est présente que sous forme gazeuse (vapeur d’eau) ou solide (glace).

Ailleurs dans l’Univers...De récentes découvertes permettent de penser que l’on pourrait trouver un jour de l’eau liquide sur d’autres planètes, hors du Système Solaire. Toutefois, aucune planète découverte à ce jour n’est semblable à la Terre et n’est donc susceptible de contenir de l’eau liquide.

L’origine de la vie ! Ces pluies ont immergé une partie de la croûte terrestre, formant les premiers océans. Il y a plus de 3,5 milliards d’années, dans ces premiers océans (protégés du rayonnement ultraviolet solaire), sont apparues des bactéries, les premiers micro-organismes vivants. Plus tard, il y a environ 3 milliards d’années, les premières algues (algues bleues) sont apparues, produisant de l’oxygène qui a permis la formation d’une couche d’ozone. C’est elle qui, en protégeant la planète et son atmosphère des rayonnements nuisibles du Soleil, a enfin permis l’apparition de la vie sur la terre ferme, il y a environ 500 millions d’années.

La planète Mars© NASA JPL

La planète Terre© NASA Goddard Space Flight Center, Reto Stöckli

La planète Vénus© NASA JPL, Magellan Project

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Quatre grands réservoirs

Les mers et océans, les eaux conti-nentales (superficielles et souter-raines), l’atmosphère et la biosphère (l’eau contenue dans les organismes vivants) sont les 4 grands réservoirs d’eau de la planète : ils forment l’hy-drosphère. Au total, l’hydrosphère contient 1 400 millions de km³ (1 km³ d’eau représente mille milliards de litres). Une quantité quasiment constante (voir Le cycle de l’eau p.12 ) depuis la création de la planète.

Une abondance relative

L’hydrosphère, les réservoirs de l’eau

L’eau sur Terre

L’eau disponible pour l’homme : une denrée rare

Finalement, les ressources en eau utilisables par l’homme se limitent à 40 000 km³, correspondant au flux des eaux continentales (ri-vières, lacs, nappes souterraines accessibles). Si l’on ne retient que les eaux aisément accessibles, ré-gulières ou maîtrisables - par des barrages, par exemple - les flux du cycle de l’eau utiles à l’homme se limitent à 13 000 km³. Soit 0,001 % de l’eau présente sur Terre.

L’eau douce, une faible part du volume global

La majeure partie de l’eau présente sur Terre provient des océans qui forment le réservoir d’eau le plus important de la planète. Les eaux douces (salinité inférieure à 3 gr/litre) ne représentent que 3 % du volume total (35 millions de km³). A ce volume, il faut encore retran-cher l’eau des calottes glaciaires et des neiges éternelles (70 % de l’eau douce), les eaux souter-raines trop profondes pour être exploitées et l’eau consommée par les écosystèmes.

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Les réserves d’eau douce

Une répartition inégale

De fortes variations temporelles

Les eaux continentales connais-sent de fortes fluctuations tempo-relles. Ces variations compliquent la gestion de la ressource en eau. De grands fleuves comme le Tigre ou le Brahmapoutre, par exemple, concentrent plus de la moitié de leur flux annuel en deux ou trois mois de crues.

Des régions « en manque »

Les régions qui manquent le plus d’eau sont situées le long des tropiques : les régions arides des grands déserts chauds de l’Afrique du Nord et du Sud, de l’Australie et du Moyen-Orient couvrant 31 % des terres de la planète. L’évaporation y est forte et les précipitations très rares : le bilan hydrique annuel est donc négatif. Des régions du centre du continent eurasiatique ont des bilans négatifs avec des précipitations faibles en hiver et une forte évaporation en été.

Une forte concentration géographique

Dans une région donnée, l’eau dis-ponible dépend de la différence entre les quantités d’eau qui s’éva-porent et les quantités d’eau préci-pitées (pluies). Les régions les plus favorisées sont les régions tempé-rées et intertropicales. Finalement, 9 pays concentrent ainsi à eux seuls 60 % des ressources en eau : le Bré-sil, la Russie, l’Indonésie, la Chine, le Canada, les Etats-Unis, la Colombie, le Pérou et l’Inde. Si l’on y ajoute les membres de l’Union Européenne, ces pays se partagent les deux tiers des ressources renouvelables en eau de la planète.

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Le cycle de l’eau : un renouvellement perpétuel

Le ruissellement

Les 40 % d’eau précipitée restants ruissellent et rejoignent rapidement les rivières, pour un temps de résidence de quelques jours, puis l’océan. Seule une faible partie rejoint les nappes souterraines. Mais le temps de résidence étant plus long, le volume stocké est plus important.

Les précipitations

Lorsqu’il pleut, qu’il neige ou qu’il grêle sur les continents, environ 60 % de ces précipitations retournent dans l’atmosphère par l’effet d’évaporation des fleuves et des lacs ou de la transpiration des végétaux et des animaux.

L’évaporation

Sous l’action du Soleil, une partie de l’eau de mer est transformée en vapeur et s’évapore pour former des nuages. Chaque année, 502 800 km³ d’eau s’évaporent ainsi au-dessus des océans. Avec les vents, ces nuages arrivent au dessus des continents où l’eau retombe sous forme de pluie.

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Un moteur : le Soleil !

Les échanges d’eau entre les 4 grands réservoirs d’eau de l’hydrosphère, forment ce que l’on appelle le cycle externe de l’eau. Ce cycle externe est celui qui est directement observable.

Un volume constant depuis toujours...

La quantité d’eau dans l’hydrosphère reste constante et le cycle de l’eau est stationnaire : toute perte d’eau par l’une ou l’autre de ses parties, atmosphérique ou terrestre, est com-pensée par un gain d’eau par l’autre partie.

Un cycle en deux parties

Ce cycle de l’eau, qui permet le renouvellement de la ressource, se divise en une partie atmosphérique (la circulation de l’eau dans l’atmosphère sous forme de vapeur) et une partie terrestre (l’écoulement de l’eau sur les continents). La circulation annuelle de l’eau constitue le plus grand déplacement d’une substance chimique à la surface de la planète! Comment cela se passe t-il ?

L’eau sur Terre

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Un rôle climatique Un rôle énergétique

L’océan, grand régulateur du climat

Les océans sont capables d’em-magasiner de la chaleur pen-dant la journée et l’été pour la restituer la nuit ou en hiver. Les régions en zone tempérée qui en sont proches connaissent donc des températures moins variables que les terres plus éloignées. De plus, les courants océaniques chauds et froids entraînent de grandes quantités d’eau le long des continents qui redistribuent la chaleur sur des milliers de kilo-mètres. C’est grâce à ces cou-rants océaniques que la France bénéficie d’un climat tempéré.

La mer, une source inépuisable d’énergie

Marées, vagues, vents, courants océaniques, chaleur, salinité… peuvent servir à produire une électricité propre et durable. C’est pourquoi la part de ces « énergies bleues », à la fois abondantes, constantes et prévisibles, est amenée à croître dans les prochaines années.

Eau, réchauffement du climat, effet de serre : un cercle vicieux

L’air peut contenir davantage de vapeur d’eau lorsqu’il est plus chaud que lorsqu’il est plus froid. Avec le réchauffement clima-tique, l’atmosphère s’humidifie. Ce processus renforce l’effet de serre dont la vapeur d’eau est le principal acteur et amplifie donc encore le réchauffement...

L’eau, première source d’énergie renouvelable

L’hydroélectricité (électricité produite par l’eau des barrages) représente la première source d’énergie renouvelable au monde : environ 80 % de la production d’électricité issue d’énergies renouvelables et 16 % de la production totale d’électricité.

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Les usages agricoles

Avec 70 % de la ressource mondiale disponible utilisée, l’agriculture est le premier consommateur d’eau. Sa consommation s’est multipliée par six entre 1900 et 1975 dont les 3/4 à des fins d’irrigation. Les pays du sud-ouest asiatique (60 % des terres irriguées du globe) et du pourtour méditerranéen sont ceux qui ont le plus recours à l’irrigation.

Les usages industriels

Du fait de ses nombreuses propriétés, l’eau est devenue « bonne à tout faire » dans le secteur industriel. Elle est notamment utilisée pour la réalisation de réactions chimiques (blanchiment, coloration, extraction collage,...) ; l’extraction des matières premières (métaux, pétrole, matériaux de construction) ; des opérations de transformation (raffinage, fabrication de pâte à papier, production d’acier, réalisation de produits alimentaires,...) ; le refroidissement de circuits ou le transport de chaleur (en particulier dans le cadre de l’industrie nucléaire) ; le nettoyage des outils de fabrication, des usines et des produits finis.

Une consommation de plus en plus élevée

Maraîchage Port au pétrole de Strasbourg

Qu’est ce que l’eau « virtuelle » ?

L’eau virtuelle est la quantité totale d’eau nécessaire à une production, agricole ou industrielle, ou à un service. On parle d’eau virtuelle car l’eau consommée ne se retrouve généralement pas dans les produits finis.

Exemples : 8 000 litres pour une paire de chaussures, 4 100 litres pour un tee-shirt en coton, 2 400 litres pour un hamburger, 170 litres pour un verre de jus d’orange, 140 litres pour une tasse de café, 40 litres pour une tranche de pain, 32 litres pour une puce électronique, 10 litres pour une feuille de papier A4 et 15 000 litres pour un kilogramme de bœuf !

Les usages domestiques

En France, jusqu’à la fin du XVIIIème siècle, c’est le porteur d’eau qui amenait l’eau à domicile. L’eau potable au robinet est une inven-tion récente, loin d’être générali-sée. Cet accès facilité a favorisé une augmentation de la consom-mation depuis deux siècles. Celle d’un habitant de la capitale, par exemple, est 35 fois plus élevée qu’au XVIIIème siècle! La consom-mation à usage domestique dans le monde est estimée en moyenne à 40 litres par jour et par habitant, avec de grands écarts selon les pays (voir L’eau en chiffre p.22).

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Les usages de l’eau

L’eau « bonne à tout faire »

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Prolifération d’algues

Pollution organique due aux matières fécales et organiques (ordures, excréments, lisiers,...). Une ville de 100 000 habitants, par exemple, en déverse environ 18 tonnes par jour dans ses égouts.Pollution microbiologique due aux déchets organiques, en particulier aux excréments, contenant des germes pathogènes (virus, bactéries, parasites) pouvant provoquer des maladies comme le choléra, la typhoïde, la dysenterie...Pollution par salinisation des eaux continentales (de surface et souterraines) due au lessivage des déchets miniers.Pollution métallique, (mercure, plomb, cadmium,...) due au développement industriel à partir du XXème siècle. Eutrophisation due aux engrais, pesticides et produits de lessive provoquant un apport excessif de nutriments (nitrates, phosphates,...). Les pesticides sont à l’origine d’une pollution qui contamine les eaux continentales (cours d’eau, eaux souterraines, zones littorales). L’industrie nucléaire, rejette une eau d’une température supérieure de 4 à 5 degrés Celcius favorisant aussi l’eutrophisation et la prolifération d’algues qui, en se décomposant, absorbent l’oxygène et asphyxient ainsi la vie aquatique.

Le prix de l’eau en France comprend quatre grandes composantes, qui se répartissent autour des proportions moyennes suivantes :- Distribution de l’eau d’alimentation : 43 % - Collecte et assainissement (dépollution) des eaux usées : 31 % - Redevances «péréquation et solidarité» : 20,5 %- TVA : 5,5 %

De tout temps, les cours d’eau ont été le réceptacle des eaux usées et des déchets. Aujourd’hui, rares sont les milieux aquatiques continentaux non pollués. Seuls deux des principaux fleuves de la planète peuvent être qualifiés de « sains » : l’Amazone et le Congo. Tous les autres souffrent de plusieurs types de pollutions.

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Les sources de pollutions

Prix de l’eau : qui coûte quoi ?

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Les rejets d’eaux usées

Selon le programme pour l’environnement des Nations Unies (PNUE), le problème du rejet des eaux usées est celui qui s’aggrave le plus dans le monde et qui connaît le moins de progrès. Mieux gérer les eaux usées est un défi du XXIème siècle. L’augmentation de la consomma-tion en eau a pour conséquence une augmentation des rejets d’eaux usées.

Dans le mondeChaque seconde, les hommes utilisent et rejettent 31 250 litres d’eaux usées, soit 2 700 milliards de litres chaque jour! Une quantité bien supérieure à l’évaporation naturelle des océans dans l’atmosphère (1 milliard de litres par jour).

En FranceUn Français produit en moyenne 150 litres d’eaux usées chaque jour, appelées eaux résiduaires urbaines.

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© Alain Bachellier

Traiter les eaux usées : un défi du siècle !

Traitement des eaux : des progrès disparates

Pour éviter que les eaux usées ne polluent les milieux naturels, elles doivent être collectées et traitées dans un système d’assainissement : les stations d’épuration. La France compte 19 500 stations. Obligatoires au sein de l’Union européenne, elles doivent répondre à des normes strictes liées à leur taille et au milieu de rejet.

En 20 ans, le traitement des eaux usées s’est beaucoup amélioré en Europe (du moins dans les pays les plus riches) : la plupart des systèmes de collecte sont effi-caces et captent 99 % des eaux visées. Une réalité loin d’être généralisée dans le monde entier. 80 % à 90 % des eaux usées déversées sur les côtes dans le monde sont des effluents bruts.

Les usages de l’eau

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Une station d’épuration est installée à l’extrémité d’un réseau de collecte et rassemble une succession de dispositifs, dont chacun est conçu pour extraire au fur et à mesure les différents polluants contenus dans les eaux. L’objectif n’est pas de rendre l’eau potable mais acceptable par la nature. Les eaux sales provenant des égouts, par exemple, sont tout d’abord filtrées pour éliminer les débris. En les laissant ensuite reposer, on peut récupérer les graisses qui flottent et les particules solides qui coulent. Des bactéries introduites dans les bassins vont alors se nourrir des derniers déchets avant de couler. L’eau, enfin propre, peut retourner à la nature. La succession des dispositifs est calculée en fonction de la nature des eaux collectées et des pollutions à traiter. A la sortie, l’eau est débarrassée de 80 à 90 % de ses impuretés. Elle subit alors des analyses et des contrôles avant d’être rejetée dans le milieu naturel. Demain les stations d’épuration produiront de multiples ressources : de l’eau réutilisable pour les besoins humains, de l’énergie verte, du bioplastique ou des matières minérales.

Station d’épuration : comment ça marche ? La nappe phréatique rhénane : un capital unique en Europe !

La nappe phréatique rhénane est l’une des plus importantes réserves en eau souterraine d’Eu-rope. Avec un volume de près de 80 milliards de m³ d’eau stockés de Bâle à Mayence (35 milliards de m³ pour la seule partie alsacienne), elle assure 80 % des besoins en eau potable de la région Alsace et plus de 50 % des besoins des in-dustries consommatrices d’eau de bonne qualité. Les prélèvements sont évalués à 550 millions de m³, dont 68 % par les industriels, 20 % par les collectivités pour l’alimen-tation en eau potable et 12 % par le secteur agricole. Accessible à faible profondeur et en relation constante avec les cours d’eau, cette nappe est vulnérable et fait l’objet d’un suivi permanent par l’Association de la Protection de la Nappe phréatique de la Plaine d’Alsace (APRONA), réalisant un diagnostic complet tous les 6 ans. Affleurant localement, cette nappe a donné naissance à des milieux naturels particuliers (Ried, sources phréatiques, forêts alluviales), caractérisés par une faune et une flore remarquables et d’une grande diversité.

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Une eau potable est une eau que l’on peut boire sans risque pour la santé. Or une eau d’apparence limpide transporte néan-moins des substances en provenance du milieu dans lequel elle a évolué ou des rejets des activités hu-maines. Une eau conforme aux normes ne signifie pas qu’elle ne contient aucune substance polluante ou no-cive mais que leur concen-tration est suffisamment faible pour ne pas mettre la santé en danger.

Les critères de « potabilité »

Les paramètres pouvant être réglementés sont certains paramètres physico-chimiques naturels (température, PH, chlorures : 200 mg/l, sulfates : 250 mg/l,...), des substances dites indésirables (nitrates : 50 mg/l, nitrites, pesticides,...), des substances toxiques (mercure, plomb, hydrocar-bures,...) et des paramètres microbiologiques : l’eau ne doit pas contenir de germes pathogènes et de parasites. L’eau doit aussi être claire, avoir une bonne odeur et un bon goût, qui lui est pro-curé par les sels minéraux (de 0,1 à 0,5 gr par litre) indispensables à l’organisme. Enfin, elle ne doit pas corroder les canalisations afin d’arriver en bon état à la sortie du robinet.

La denrée alimentaire la plus réglementée

En Europe, 63 paramètres contrôlent la qualité de l’eau (contre 6 en France à la fin du XIXème siècle) ! Les normes continuent à évoluer dans le sens d’une exigence toujours plus forte. La dernière directive européenne exige que les nouvelles normes soient appliquées aux points de captage, lors de la production, sur le réseau public de distri-bution d’eau et aux robinets. L’eau est devenue la denrée alimentaire la plus fortement réglementée.

Qu’est-ce qu’une eau potable ?

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Maladies dues à des bactéries.

Le colibacille responsable des colibacilloses, le vibrion cholérique respon-sable du choléra et certaines amibes, véritables parasites du corps humain qui déclenchent de fortes diarrhées pouvant entraîner la mort. La fièvre ty-phoïde est due elle aussi à une bactérie qui provoque des troubles digestifs et une forte fièvre.

Maladies dues à des parasites.

Vivant dans les mollusques ou larves d’insectes, les parasites sont transmis par pénétration à travers la peau. La bilharziose provoque des troubles du foie, de la vessie et des intestins. L’onchocercose engendre la cécité. La dengue est une maladie virale propagée par un moustique. La forme la plus virulente de cette maladie déclenche des hémorragies pouvant être mortelles.

Première cause de mortalité non liée à l’âge

Selon L’Organisation mondiale de la santé (OMS) et l’ONU, 3,6 à 5 millions de personnes décèdent chaque année des suites d’une consommation d’eau insalubre, soit 7 décès par minute! Parmi eux, 90 % ont moins de 14 ans. L’eau est devenue la première cause de mortalité non liée à l’âge, devant le Sida (2 millions de décès par an). La pauvreté en est la première cause, ne permettant pas de réaliser des infrastructures de traitement des eaux, la fabrication d’eau potable ou la prise en charge de ces maladies.

Les maladies issues de la consommation d’eau insalubre sont appelées les maladies hydriques. Elles sont d’origine bactérienne ou parasitaire.

Les « maladies de l’eau »

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Alsace : une eau conforme aux exigences de qualité

La qualité de l’eau distribuée dans le bassin Rhin-Meuse est conforme aux exigences sanitaires. Les causes de dégradations avérées concernent moins de 1 % de la population desservie et moins de 3 % de l’ensemble des unités de distribution. La qualité de l’eau potable s’est améliorée au cours des dix dernières années, en parti-culier en ce qui concerne la qualité bactériologique, les nitrates, les pesticides ou encore l’arsenic.

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L’accès à l’eau

De « l’eau pour tous » ? Un tiers de la planète en manque

40 000 km³ d’eau douce sont disponibles chaque année sur la planète. Partagé entre 6 milliards de personnes, ce volume devrait fournir 6 600 m³ par individu et par an. Pourtant, un tiers de l’humanité vit en situation de « stress hydrique » (manque d’eau), avec moins de 1 700 m³ d’eau douce par personne et par an.

Une pénurie en 2025 ?

D’un pays à l’autre, les situations sont très disparates. Les habitants de la bande de Gaza, en Palestine, n’ont que 60 m³ d’eau par habitant et par an alors que les Is-landais disposent de 630 000 m³. La population mondiale devrait atteindre 8 milliards d’êtres humains en 2025. Si la tendance des prélèvements se poursuit, 50 % à 66 % de l’humanité devrait alors manquer d’eau (moins de 1 700 m3 par individu et par an).

Consommation d’eau mondiale : une augmentation deux fois plus rapide que celle de la population

Au cours du XXème siècle, alors que la population mon-diale se multipliait par trois, sa consommation en eau, elle, s’est multipliée par six! En d’autres termes, l’aug-mentation de la consommation d’eau dans le monde progresse deux fois plus rapidement que celle de la population elle-même : quand une population augmente de 20 %, par exemple, sa consommation d’eau n’aug-mente pas dans la même proportion (soit 20 %) mais de 40 %. Ceci s’explique notamment par la nécessité d’irri-guer les terres pour nourrir la population. Au cours du XXème siècle, la surface des terres irriguées pour l’agri-culture a ainsi été multipliée par cinq.

Recherche d’eau sur le lac Baïkal, sud de la Sibérie, Russie orientale

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L’accès à l’eau, un droit ?

Une problématique du siècle

Quelles solutions pour ré-duire la consommation ?

Depuis le 28 juillet 2010, l’ONU considère que l’accès à une eau potable propre et de qualité et à des installations sanitaires est un « droit de l’homme fondamental » qui demande l’aide technologique et financière des États membres. En 1977, lors de la première confé-rence internationale sur l’eau, en Argentine, l’eau fut même définie comme un « bien commun », au-quel chacun doit pouvoir accéder pour ses besoins vitaux.

Alors que la Commission mondiale de l’eau - émanant du Conseil mondial de l’eau - plaide pour une privatisation de la gestion de l’eau à l’échelle mondiale, les organi-sations non gouvernementales (ONG) argumentent qu’une priva-tisation se ferait au détriment des populations les plus pauvres. Selon les ONG, le prix de l’eau doit cou-vrir les frais de traitement, de dis-tribution et de dépollution, mais ne doit pas être fixé par le marché. Le défi majeur du siècle sera d’assu-rer la rentabilité de la gestion de l’eau tout en garantissant aux plus pauvres le droit d’accéder à cette ressource vitale.

Généraliser l’usage de méthodes performantes, préserver les ré-serves, lutter contre la pollution, assainir les eaux usées, améliorer l’efficacité des techniques d’irriga-tion, construire et rénover les struc-tures de production et de distribu-tion, recycler l’eau,...sont autant de solutions permettant de réduire la consommation et de limiter les pertes (jusqu’à 60 % en Afrique par fuites et évaporation). Les marges de progrès sont donc énormes. Or une économie d’à peine 13 % des prélèvements agricoles permet-trait d’épargner l’équivalent de la consommation mondiale des foyers! Toutefois, ces mesures réclament de gros investissements dont la réalisation dépendra de décisions politiques et des priorités d’investis-sements des nations et des agences de financement.

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Consommation3 800 km³ d’eau douce sont prélevés chaque année par l’homme qui en consomme 2 100 km³ (55 % des prélèvements). La différence correspond à l’eau retournée au milieu naturel, avec une fréquente diminution qualitative due aux pollutions.

20 à 50 litres est la quantité d’eau potable nécessaire à un être humain chaque jour pour remplir ses besoins.

10 à 600 litres. Selon les régions du monde, la consommation d’eau quotidienne présente de grands écarts : elle est ainsi de 10 litres par jour pour un agriculteur Malgache et de plus de 600 litres par jour pour un citadin américain.

70 %. Le secteur agricole consomme 70 % de la ressource d’eau mondiale, le secteur industriel 20 % et la consommation domestique 10 %.

Pollution50 % des fleuves et des lacs européens et nord-américains sont gravement pollués.

6 milliards de m³ d’eaux usées arrivent chaque année dans une station d’épuration en France, soit 130 m³ par seconde.

Accès à l’eau894 millions de personnes dans le monde n’ont pas accès à l’eau potable et 2,6 milliards ne peuvent l’assainir.

87 % de la population mondiale a accès à de l’eau salubre contre 83 % en l’an 2000. L’accès à des systèmes d’assainissement est passé de 58 % à 61 % entre 2000 et 2008 pendant que la population passait de 6 milliards à 7 milliards de personnes.

Eau potable15 minutes. Outre une quantité minimum nécessaire de 20 litres par jours et par personne, selon l’OMS l’eau doit pouvoir être accessible à moins de 15 minutes de marche.

2 millions de personnes meurent chaque année de maladies diarrhéiques, principale symptôme des maladies de l’eau. 90 % sont des enfants de moins de 5 ans.

Economies d’eau15 à 25 % de l’eau potable consommée en France dans un immeuble est perdue pour cause de fuites (robinets, toilettes, canalisations des parties communes, réseaux d’adduction et de distribution). Au Caire ou à Mexico, les fuites dans les réseaux publics de distribution peuvent représenter jusqu’à 70 % de l’eau distribuée.

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L’eau en chiffres

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Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d’une longueur d’onde plus courte que celle de la lumière visible et plus longue que celle des rayons X. Près de 5 % de l’énergie du Soleil est émise sous forme de rayonnement UV

Une planète tellurique, en opposition aux planètes ga-zeuses, est une planète composée de roches et de mé-taux qui possède en général trois enveloppes concen-triques (noyau, manteau et croûte).

L’hydrosphère désigne à la fois l’ensemble des zones de la planète où l’eau est présente – dans l’un au moins de ses trois états - et l’ensemble de l’eau présente dans le monde.

L’eutrophisation est une prolifération excessive d’algues et de plantes aquatiques due à une surcharge d’éléments nutritifs dans les eaux (phosphore en particulier).

- Découvrir L’eau, Dossiers scientifiques, CNRS http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/rubrique.html

- ADEME http://www2.ademe.fr

- Agence de l’Eau http://www.lesagencesdeleau.fr

- OMS http://www.who.int/fr/

- Unesco https://fr.unesco.org/

Lexique / Bibliographie / Webographie

- Partager l’eau, Les enjeux de demain Jean Jouzel, Editions Technip

- Atlas Mondial de l’Eau David Blanchon, Editions Autrement

- Préserver l’eau Editions de l’Argile

- Tout savoir sur l’eau Editions Hatier