L'eau
L'eau et le vivant
L'eau est le composant essentiel de tous les êtres vivants. Il n'existe pas de forme de vie connue en l'absence d'eau. L'eau peut représenter jusqu'à 98 % du poids d'un organisme comme une méduse.

De tous les composants de l'organisme humain, l'eau est quantitativement le plus important puisque la valeur moyenne s'en établit à 75 % du poids corporel chez le nouveau-né, et, chez le sujet adulte, à 55 % pour l'homme et à 50 % pour la femme ; les nuances individuelles sont principalement liées à l'âge et à la plus ou moins grande abondance du tissu adipeux.

Notre planète est couverte à 70 % d'eau


        L'eau des milieux intracellulaires et extracellulaires

L'eau des milieux biologiques n'est pas de l'eau pure. Elle est, dans la pratique, surtout le solvant de très nombreuses substances, aussi bien de petites molécules, comme des ions ou des métabolites, que de macromolécules, comme les protéines. Elle est également présente sous forme liée, c'est-à-dire associée en des points précis des macromolécules par des liaisons hydrogène faibles en énergie, et fait alors partie prenante de leur structure dans l'espace.

L'eau du milieu intracellulaire maintient en solution et en suspension les composants d'un milieu d'une complication extrême, celui de la cellule. Sa quantité est strictement déterminée par la quantité des substances en solution (ions et en particulier les ions potassium et macromolécules chargées) qui déterminent la pression osmotique du milieu intracellulaire. Les mouvements de l'eau de ou vers la cellule sont strictement liés aux mouvements des ions et visent à rétablir une pression osmotique identique de part et d'autre de la membrane. Les lois de l'osmose définissent les règles qui permettent le maintien de l'équilibre des pressions osmotiques entre les deux milieux. La membrane cellulaire y joue un rôle prédominant en triant, au prix d'une dépense énergétique, les ions sodium et potassium : le potassium est accumulé dans la cellule tandis que le sodium est rejeté à l'extérieur.

Le milieu extracellulaire, fondamentalement aqueux, est très diversifié. Chez certains organismes, comme les bactéries ou les algues, c'est le milieu liquide (l'eau de mer ou l'eau du sol, par exemple) qui les entoure. Les cellules des organismes plus évolués ne sont plus en contact avec ces milieux liquides, mais sont en contact avec un milieu intérieur enclos à l'intérieur de l'espace corporel. Chez l'homme, le compartiment extracellulaire constitue les fluides biologiques. Ils représentent 45 % de l'eau totale du corps, dont les constituants essentiels sont le plasma sanguin, la lymphe, le liquide interstitiel et les liquides transcellulaires. Fraction la plus faible du pool hydrique puisqu'ils ne représentent que 2,5 % du volume d'eau total, ces derniers sont composés des liquides séparés du plasma à la fois par l'endothélium vasculaire et par un autre épithélium, ainsi le liquide céphalo-rachidien, les liquides articulaires, les liquides du système glandulaire et l'humeur aqueuse de l'œil.

Ce milieu intérieur, dans lequel baignent les cellules et avec lequel elles réalisent leurs échanges, est une solution de sels minéraux dans l'eau, de composition strictement définie. Elle est caractérisée dans tous les organismes par sa haute teneur en ions sodium et en ions phosphates.

         Les échanges d'eau avec le monde extérieur

Cycle de l'eau

 

Cycle de l'eau



L'eau du milieu intérieur étant contenue dans l'enveloppe corporelle, des échanges d'eau et d'électrolytes ont également lieu entre le milieu intérieur et le milieu extérieur. Ces échanges seront de nature très différente, selon les organismes et le milieu qui les entourent (par exemple, poissons d'eau douce et d'eau de mer, vertébrés terrestres) et selon l'adaptation à des conditions climatiques. Ils auront lieu par le biais d'organes spécialisés différents selon les groupes. Pour s'en tenir à l'exemple de l'homme, son équilibre hydrique repose sur la compensation des pertes par des apports adaptés, faute de quoi se constitue un état de déshydratation. Ainsi, le maintien à des valeurs stables du bilan hydrique de l'organisme humain postule que soient remplacés les quelque deux litres d'eau quotidiennement perdus. Ils le sont par quatre voies : les reins rejettent en effet 1 200 ml d'eau par les urines, les intestins, 100 ml dans les fèces, cependant que les poumons, sous forme de vapeur d'eau dans l'air expiré, et la peau, par le double phénomène de la transpiration sensible et de la perspiration insensible - laquelle réalise une déperdition invisible mais continue - en éliminent conjointement 700 ml. Les entrées compensatrices dans l'organisme s'effectuent sous forme de boissons, d'aliments et d'eau d'oxydation résultant de la combustion des protides (0,4 ml d'eau pour 100 g de protides), des glucides (0,6 ml pour 100 g) et surtout des lipides (1 ml pour 100 g), ces apports fournissant respectivement 1 200 ml, 700 à 900 ml et 300 ml d'eau.

        
Le circuit de l'eau dans le corps humain

Si boire un verre d'eau est un geste simple et des plus quotidiens, les mécanismes qui, en concourant à créer la sensation de soif, en ont dicté la prise sont le résultat d'interférences complexes, et son ingestion va déclencher un branle-bas biologique avec intervention d'un système de régulation tout aussi complexe. À peine bue, l'eau arrive dans l'intestin ; rapidement absorbée, elle est alors dûment acheminée vers le rein, ou deux millions de néphrons se mettent en devoir de diluer, de concentrer, puis d'excréter ce qui, dans cet apport d'eau venu majorer brutalement le stock hydrique, est en excédent. La quantité d'eau retenue par l'organisme est en effet constante, le rein étant le principal responsable de la gestion et de la surveillance de ce stock. Toutefois, enserrées dans les limites de cette stabilité, d'incessantes fluctuations se manifestent. La distribution d'eau dans l'organisme est en effet en perpétuel mouvement, et les forces osmotiques sont les principaux facteurs régissant les échanges entre les divers compartiments. Le sodium, surtout de localisation extracellulaire, et le potassium, électivement concentré dans les espaces intracellulaires, jouent un rôle prépondérant. Quant à l'eau elle-même, elle peut être libre ou liée, cette dernière forme permettant l'excrétion des ions au niveau rénal.

Dans l'organisme, donc, existe un équilibre biologique, que chez un sujet bien portant, vivant dans un climat tempéré, le système rénal suffit à maintenir. Toutefois, les mécanismes peuvent, dans certaines circonstances, pathologiques ou non, se trouver débordés ou pris en défaut. C'est ainsi que chez un malade cardiaque ou chez un cirrhotique soumis à un strict régime désodé (privé de sodium), une absorption excessive d'eau peut entraîner une intoxication, le sodium se trouvant en quantité insuffisante pour éliminer le surplus d'eau.

        Ressources et économie 

Consommation : quelques chiffres

Destinations des prélèvements d'eau douce :

    70% sont utilisés par l'agriculture,

    20% par l'industrie,

    10% vont aux ménages.

 

Dans les vingt prochaines années, du fait de l’accroissement démographique et de l’urbanisation (60 % de la population mondiale vivra dans les villes), la consommation d’eau consacrée à l’usage domestique et municipal devrait faire un bond de 40%, et celle utilisée pour l’irrigation de 17%.

 

Aujourd’hui,

    un Nord-Américain consomme en moyenne 700 litres d’eau par jour,

    un Européen 200 litres,

    un Africain 30 litres,

    un Haïtien 20 litres.

Ressources en eau

L'eau douce est inégalement répartie à la surface de la planète, les précipitations étant très différentes d'une région à l'autre. Il en est de même pour les flux d'écoulement qui varient de 10 000 m3 par an et par km2à plus d'un million, voire plusieurs millions (Nouvelle-Zélande, Birmanie). Dans les régions tempérées, ils sont de quelques centaines de milliers de m3 par an et par km2. Des aménagements tentent de corriger ces inégalités. Des équipements parfois anciens ont été réalisés dans beaucoup de pays. Mais il apparaît difficile de corriger les déséquilibres, en dépit de projets grandioses, comme ceux qui envisagent de tracter de gigantesques icebergs, de l'Antarctique en direction des pays déficitaires.

Inégaux devant l'eau

Actuellement, 1,2 milliard d'êtres humains n'ont pas d'accès direct à l'eau potable. Cette situation conduit à une aberration : dans les pays défavorisés, les populations pauvres paient l'eau plus cher que les riches !

Pour les habitants des bidonvilles, le prix de l'eau est en moyenne 10 à 20 fois plus élevé que pour les classes moyennes, connectées au réseau public, parce que ces habitants doivent l'acheter à des vendeurs qui la leur apportent. Mais l'injustice peut être encore plus grave : à Jakarta (Indonésie), ils paient 60 fois plus cher, à Karachi (Pakistan) 83 fois, et à Nouakchott (Mauritanie) 100 fois plus cher !

 

Certains pays, très arrosés et peu peuplés, disposent de plus de 100 000 m3 par an et par habitant. C'est le cas de l'Islande, de l'essentiel de la Sibérie, du Nord-Ouest canadien et américain (Alaska), du Congo et du Gabon. D'autres pays, quoique moins bien pourvus, ont cependant des ressources considérables pour leur population : entre 10 000 et 100 000 m3/hab./an (Amérique latine, Russie, Scandinavie, Canada, une grande partie des États-Unis, d'Afrique de l'Ouest et d'Asie du Sud-Est). À l'inverse, certaines régions disposent de ressources ne dépassant pas 1 000 à 2 000 m3/an/hab. (Moyen-Orient, Inde, Afrique du Nord). Si l'on envisage la situation en 2020, en tenant compte d'une croissance démographique moyenne, les inégalités devraient s'accroître. La pénurie se révélera alors extrême dans des pays comme l'Algérie, l'Inde, la Chine, ainsi qu'au Moyen-Orient et dans un certain nombre de pays d'Afrique noire. Puit en Mauritanie


Utilisations

L'eau est utilisée pour les usages domestiques, et pour l'agriculture (irrigation) et l'industrie. L'usage domestique (eau de boisson, lavage) nécessite quelques dizaines de litres par jour et par personne. Très consommatrice, l'irrigation a besoin de milliers de m3 par an et par ha. L'industrie, les centrales thermiques et nucléaires, utilisent des eaux de procédé, des eaux de chaudière, des eaux de refroidissement.

Dans son ensemble, l'humanité utilise environ 3 500 Gm3 d'eau par an provenant des eaux superficielles et souterraines des continents ; la part restituée n'en représente guère que la moitié.

La gestion de l'eau

La gestion de l'eau impose des investissements lourds et la contribution des utilisateurs. Dans les pays développés (telle la France), les communes sont responsables de l'alimentation en eau et de l'assainissement des eaux usées. Gérer l'eau impose de prendre en compte le captage, le traitement et la distribution. L'assainissement et l'épuration des eaux usées constituent une autre étape. La gestion des diverses étapes peut être conduite de manière très différente. La Grande-Bretagne a ainsi mis en place un système totalement régionalisé, confié à des compagnies privées. En France, l'eau est gérée par des agences de l'eau. Il s'agit d'organismes financiers privés dont le but est d'accroître la qualité et la quantité d'eau disponible. Ces agences, au nombre de six, sont implantées par bassin hydrographique. Elles favorisent l'implantation des stations d'épuration

Surveillez votre consommation !
L’eau est l’affaire de tous. Quelques gestes simples dans notre vie quotidienne peuvent aider à prendre conscience de l’importance du contrôle de la consommation, même si les efforts individuels contribuent peu à limiter le gaspillage global.

- Prendre une douche au lieu d’un bain. L’économie peut atteindre 800 litres par douche.

- Écourter les douches. 5 minutes de moins et c’est 85 litres d’eau d’économie.

- Utiliser la machine à laver seulement lorsqu’elle est entièrement remplie.

- Éviter de laisser le robinet ouvert pendant le brossage des dents. Penser à utiliser un verre : l’économie est de 14 litres ou plus par brossage.

- Utiliser une bassine au lieu de laisser couler l’eau pendant la vaisselle. Jusqu’à 115 litres d’eau d’économie.

- Remplacer tout équipement qui fuit.

- Dans le jardin, arroser la nuit ou le matin pour éviter l’évaporation rapide durant la journée. Gain estimé : jusqu'à 160 l pour 250 m2.

 

        Le cycle naturel de l'eau 

L'eau liquide est apparue après la cristallisation du magma granitique antécambrien (il y a quatre milliards d'années) et après le refroidissement ultérieur de l'écorce terrestre ainsi formée ; il y a eu condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère primitive, qui se refroidissait également. Actuellement, l'eau à la surface de la terre n'est plus renouvelée. Sa répartition entre les différents compartiments est l'image instantanée d'un cycle de transformation complexe : le cycle hydrologique. Ce mouvement perpétuel est entretenu par l'énergie solaire, qui provoque l'évaporation de l'eau.

Évaluation du volume des eaux

La totalité de l'eau présente sur notre planète (hydrosphère) constitue un réservoir prodigieux de 1,4 à 1,7 milliard de km3 (les divergences entre les estimations sont essentiellement liées à l'évaluation du volume des eaux souterraines profondes).

Les océans représentent de très loin le compartiment le plus important de l'hydrosphère avec 1,37 milliard de km3.

Une très grande incertitude existe sur le volume réel des eaux souterraines : est-il d'une dizaine de millions ou de quelques centaines de millions de km3 ? Il semble à l'heure actuelle que ce compartiment ait été très longtemps largement sous-estimé et qu'il constitue le deuxième grand réservoir de la planète. Une partie de celui-ci est formée d'eaux captives des roches profondes et souvent fortement chargées en sels minéraux. Elles ne jouent qu'un rôle infime dans le cycle global de l'eau de la planète. En revanche, les nappes phréatiques sont en relation plus étroite avec les eaux de surface. Ce sont des réservoirs souterrains superficiels, alimentés par les précipitations, soit directement, soit par infiltration des cours d'eau. Leur niveau dépend donc des fluctuations climatiques.

Les glaciers polaires et les neiges permanentes représentent le troisième grand réservoir de la planète, avec 29 millions de km3, soit environ 2 % de l'hydrosphère.

Le volume représenté par l'ensemble des lacs d'eau douce, des zones humides et des cours d'eau représente seulement 0,01 % de l'hydrosphère (environ 130 000 km3). Plus de la moitié de ces eaux douces superficielles est contenue dans quelques grands lacs : Baïkal (Sibérie), Tanganyika (Zaïre-Tanzanie), Malawi (Mozambique), Great Slave (Canada), ensemble des cinq grands lacs américains entre les États-Unis et le Canada.

De l'eau est également présente dans l'atmosphère (14 000 km3), dans le sol (eau de percolation et de capillarité) et, pour quelques centaines de km3, en transit dans la biomasse vivante.

Le cycle hydrologique

Chaque année, la quantité d'eau qui entre dans le cycle hydrologique représente seulement 0,03 % de l'hydrosphère : 400 000 à 500 000 km3 d'eau s'évaporent à la surface de la planète et retombent sous forme de précipitations. La plus grande partie de ces échanges s'effectue au niveau des océans. Au-dessus de ces derniers, le volume d'eau évaporé est légèrement supérieur à celui des pluies. L'excédent (environ 40 000 km3 d'eau) est poussé par les vents sur les continents. Il s'ajoute alors à l'eau atmosphérique provenant de l'évaporation des eaux de surface continentales et de la transpiration des plantes (évapotranspiration). L'ensemble de cette vapeur d'eau retombe sous forme de précipitations. Ainsi, à l'échelle des continents, le volume des pluies est supérieur à celui des eaux évaporées. L'excédent retourne aux océans par l'intermédiaire des rivières (28 000 km3) et des nappes phréatiques (12 000 km3).

Les temps moyens de séjour de l'eau au sein des différents compartiments de l'hydrosphère diffèrent considérablement. De quelques jours à quelques semaines dans l'atmosphère et les cours d'eau, ils sont de quelques mois à quelques années dans les lacs, de plusieurs siècles dans les nappes phréatiques superficielles, et de plusieurs millénaires dans les océans, les eaux souterraines profondes et les glaciers.

        Station d'épuration des eaux polluées 

Dispositif destiné à éliminer, des eaux polluées d'origine urbaine ou industrielle, la majorité des polluants ayant un effet néfaste sur la qualité des eaux.

L'importance de la pollution des eaux exige impérativement de nos jours une épuration de ces dernières pour éviter que les effluents pollués des égouts, tant urbains qu'industriels, ne provoquent une destruction totale des écosystèmes aquatiques et, a fortiori, pour rendre potable l'eau alimentant les réseaux d'adduction urbains.

Les stations de traitement ont pour objet d'épurer les eaux résiduaires des agglomérations et celles provenant de diverses industries, en particulier chimiques. Ces dernières, dont la toxicité ne permet pas le rejet des effluents dans des collecteurs d'égout urbains, sont traitées dans des unités spécialisées. Le retraitement des eaux usées urbaines peut atteindre divers degrés d'épuration. On distingue des traitements primaires, secondaires et tertiaires, voire, en certains cas, quaternaires, qui permettraient même à partir d'eau d'égout de fabriquer de l'eau potable.

Les traitements primaires

Ils consistent en un simple filtrage, suivi d'une décantation des déchets solides et en suspension.

Les traitements secondaires

Ce sont les plus répandus et ils consistent en la réalisation d'une épuration biologique des eaux. Celle-ci a pour objet principal d'éliminer la pollution provoquée par des matières organiques fermentescibles. On fait appel à l'activité bactérienne anaérobie, qui dégrade rapidement par oxydation l'ensemble des composés organiques (glucides, lipides, protides) contaminant les eaux. Ce procédé permet d'éliminer les matières organiques fermentescibles, cause de l'asphyxie des rivières polluées, en les faisant passer sur des lits bactériens activés, composés d'un mélange d'espèces de micro-organismes sélectionnés pour leur pouvoir biodégradant.

Les traitements tertiaires

Ils ont pour objet d'éliminer les sels minéraux nutritifs, agents de dystrophisation (phénomène d'eutrophisation très accéléré résultant de la pollution des eaux par des matières fermentescibles ou par des phosphates), et des contaminants résiduels (certains métaux lourds et des composés organiques de synthèse). On utilise pour cela des techniques variées, microbiologiques, chimiques et/ou biologiques. Ces traitements ne sont généralement mis en œuvre que dans des stations d'épuration spécialisées pour traiter des effluents industriels, et ils recourent à des réactions chimiques spécifiques du type de contaminant.

Ainsi, on peut éliminer les phénols des eaux usées provenant des raffineries de pétrole par passage sur des lits bactériens adaptés à la dégradation de ce type de polluant.

Cependant, un type de traitement tertiaire de plus en plus répandu dans les grandes stations urbaines a pour objet d'éliminer les sels minéraux nutritifs provenant de l'épuration des eaux polluées par des matières organiques (nitrates et phosphates), qui peuvent eutrophiser les milieux aquatiques. Cela s'effectue par divers procédés chimiques ou biologiques, en particulier le lagunage. Celui-ci, selon certaines recherches, permettrait également d'éliminer les métaux toxiques en faisant appel à des végétaux aquatiques adaptés qui concentrent ces métaux dans leurs tissus (roseaux ou jacinthes d'eau).

Un des problèmes majeurs auxquels sont confrontées les stations d'épuration tient à la production de boues résiduaires. Ces dernières, très riches en eau, sont très difficiles à éliminer. La solution la plus courante consiste à les incinérer, ce qui se traduit par un transfert partiel de polluants dans l'atmosphère.

La production d'eau potable

Bien souvent, un traitement chimique est indispensable pour permettre une épuration totale des eaux et éliminer la quasi-totalité des contaminants potentiellement toxiques. L'obtention d'eau potable nécessite, en outre, un traitement (par chloration ou, mieux, par ozonisation) dans le but de détruire tous les germes pathogènes et d'assurer la pureté microbiologique de l'eau du réseau d'adduction.

Nous remercions le site Webencyclo  pour sa documentation