Cycle de l’eau et changement climatique

Cet article compile certaines des informations du dossier scientifique du CNRS sur l’eau

Le cycle de l’eau : notions de base

     L’hydrosphère[1] se compose de quatre grands réservoirs que sont les mers et océans, les eaux continentales (superficielles et souterraines), l’atmosphère, et la biosphère. Différents réservoirs entre lesquels les échanges sont permanents et plus ou moins constants en quantité et vitesse.

 

L’ensemble des échanges forme ce que l’on appelle le cycle externe de l’eau, dont le moteur est l’énergie solaire. L’énergie thermique rayonnée active les processus d’évaporation et assure ainsi le maintien constant des diférentes masses d’eau en mouvement. Ce cycle se divise en plusieurs parties intimement liées :

• une partie aérienne qui concerne la circulation de l’eau dans l’atmosphère, sous forme de vapeur d’eau essentiellement, et qui dépend donc de la quantité d’énergie thermique présente dans l’atmosphère. C’est à dire de la température moyenne;

• une partie aérienne entre la haute atmosphère et l’espace, là où des molécules d’eau sont constamment décomposées par les rayonnements ultraviolets du soleil, et où l’hydrogène ainsi créé, trop léger pour être retenu par la gravité, s’échappe dans l’univers. Ce phénomène semble  rester suffisamment négligeable pour que la quantité totale d’eau présente sur terre reste constante compte tenu de la distance terre soleil, de la densité de l’atmosphère terrestre…

• une partie terrestre superficielle qui concerne l’écoulement de l’eau sur les continents, qu’il soit superficiel ou souterrain, et qui dépend donc des reliefs et du couvert végétal;

• enfin, une partie terrestre plus profonde qui concerne les échanges d’eau entre la surface et les eaux du manteau terrestre.

 

     On peut donc considérer que le cycle de l’eau est stationnaire c’est à dire que toute  »fuite » d’eau par l’une ou l’autre de ses parties, atmosphérique ou terrestre, est compensée par un gain d’eau par l’autre partie. Le tableau ci-dessous reprend l’ensemble des flux hydriques annuels sur l’ensemble de la planète exprimés en kilomètres cubes d’eau, d’après « L’eau » de Ghislain de Marsily, aux éditions Flammarion (1995). La somme des évaporations est donc égale à la somme des précipitations.

Évaporation sur les océans	425 000
Évaporation sur les continents	71 000 (1)
Précipitations sur les océans	385 000
Précipitations sur les continents	111 000 (2)
Apport des cours d’eau aux océans	40 000 (2) – (1)

Dès lors si la quantité globale d’eau reste globalement  constante, c’est la vitesse de transit ou temps de résidence de chaque molécule d’eau qui peut varier d’une époque à l’autre en fonction : de la température moyenne de l’atmosphère, de la densité du couvert végétal terrestre, de la nature et de l’imperméabilité des sols et de la topographie … et donc maintenant aussi du fait des aménagements humains : imperméabilisation des sols, barrages, dérivations et canalisation, surpompages, endiguement …

Environ 40% des précipitations qui retombent sur les terre proviennent de l’évaporation des océans transportée par les vents sur les continents. Les 60% restant proviennent de sources terrestres du fait de l’évaporation des réservoirs d’eau douce et de l’évapotranspiration des plantes. Cependant comme tous nos chiffres, ceux-ci restent des moyennes. Dans certains des pays relativement éloignés de la mer comme l’Allemagne, seulement la moitié des précipitations atmosphériques proviennent directement de la mer, le reste étant recyclé de proche en proche par la végétation. En moyenne annuelle, 65% des précipitations qui arrivent sur les continents s’évaporent directement, 24% ruissellent vers les cours d’eau et 11% s’infiltrent dans les sols pour alimenter les nappes souterraines.

Cycle de l’eau et changement climatique

     Les modèles globaux de circulation des flux dans l’atmosphère nous indiquent qu’une augmentation de la concentration de CO2 et autres GES sont susceptibles de changer le schéma de précipitation à terme. Ainsi, plus de précipitations sont attendues entre le 30° et le 30° sud. Dans le même temps, certaines régions tropicales et subtropicales devraient voir leur niveau de précipitation diminuer en fréquence et/ou en régularité. De plus, la magnitude et la fréquence des événements « extrêmes » (inondation, sécheresse, typhon, cyclone, coulée de boue) devraient augmenter.

Point de vue

     Question : sachant que 90% de l’effet de serre est dû à la vapeur d’eau en suspension dans l’atmosphère, une augmentation des températures devrait augmenter la saturation en eau de l’atmosphère. Quelle en serait l’impact au niveau de l’évapotranspiration végétale ? Plus de CO2, température moyenne en hausse … ces facteurs ne devraient-ils pas accroître le processus photosynthètique et donc augmenter en retour la transpiration végétale ? En résumé, les phénomènes secondaires induits pourraient-ils participer à aggraver le phénomène de réchauffement ?

Réponse de Jean-Marc HAUTH, président de l’association des biefs du Pilat via le site Agora Vox :

« Pour répondre à votre question sur l’augmentation de la teneur en eau dans l’atmosphère, je ne pense pas que cela empire la situation, au contraire. On a trop tendance à raisonner sur les pourcentages et le niveau de température ici où là mais pas assez sur la dynamique et l’évolution de phénomènes imbriqués les uns dans les autres.

Le cycle de l’eau se déplace dans un volume qui change de forme à cause des activités humaines. Pour l’instant ce volume se réduit sur les glaces et neiges mais aussi dans le sous-sol et la biomasse. Toute cette eau se retrouve dans les océans qui montent.

Lorsque les rayons du soleil frappent sur un arbre ils participent au développement de l’arbre sans faire de la chaleur. Lorsqu’on met sa joue sur une feuille d’arbre en plein soleil on sent de la fraicheur. Même si le problème globale semble compliqué la solution est une question de répartition dont la clé est la répartition de l’eau.

Autant il est difficile de diriger les nuages, autant il est à notre portée de diriger l’eau sur son parcours terrestre avant son retour à la mer en la promenant sur les courbes de niveau. En rechargeant le sous-sol d’eau on redonner à l’ensemble du système une répartition de l’eau nécessaire à la biomasse mais aussi on répartit la température en utilisant le pouvoir calorifique de l’eau. » 

Sur le web

Voir le dossier eau et changement climatique de l’école Polytechnique de Lausanne :http://polyrama.epfl.ch/art_P114_Eau_et_changement.html

L’eau et les changements climatiques : faut-il s’inquiéter ? 2004, Georges Beauchemin, Ministère de la sécurité publique Gouvernement du Québec: http://www.ouranos.ca/acrh/Beauchemin-ACRH-16062004.pdf

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[1] Ensemble de toutes les fractions de la planète impliquées dans le cycle de l’eau.