L'eau – cette magicienne de la nature

« L'eau est l'agent dissolvant, le médium, et la participante dans la majorité des réactions chimiques qui se produisent dans notre environnement ».

L'eau est à la fois simple et complexe. Une molécule d'eau est simple en elle-même, composée de trois atomes – deux d'hydrogène et un d'oxygène. Son symbole chimique est H₂0. La configuration de ces blocs produit une molécule dotée de propriétés presque magiques.

L'eau – visible et invisible

Sur terre, on retrouve l'eau sous forme liquide, solide (glace) ou gazeuse (vapeur d'eau).

• Le Canada possède environ 7 % des réserves renouvelables d'eau douce du monde, comparativement à 18 % pour le Brésil, à 9 % pour la Chine et à 8 % pour les États-Unis.
• La glace sur laquelle nous patinons l'hiver est de l'eau sous forme solide. À l'encontre de la majorité des substances, qui sont les plus denses sous forme solide, la glace est moins dense que l'eau, ce qui lui permet de flotter. Si tel n'était pas le cas, l'eau des lacs et des rivières gèlerait du fond à la surface. Le poisson ne pourrait donc pas survivre, et il est peu probable que les cours d'eau du Nord parviendraient à dégeler complètement.
• La vapeur d'eau forme un genre de « couverture » qui aide à préserver la chaleur du globe. La chaleur dégagée par la surface de la terre réchauffée par le soleil est absorbée et retenue par la vapeur.

Les propriétés magiques de l'eau

Les molécules d'eau sont attirées les unes vers les autres, créant ainsi des liaisons hydrogène. Ces liaisons très fortes déterminent à peu près chaque propriété physique de l'eau sans oublier ses nombreuses propriétés chimiques.

Ébullition et gel

Au niveau de la mer, l'eau pure bout à 100°C et gèle à 0°C. À de plus hautes altitudes (pressions atmosphériques moins élevées), le point d'ébullition de l'eau décroît. C'est la raison pour laquelle il faut plus de temps pour faire cuire un oeuf à la coque en hautes altitudes : la température n'augmente pas suffisamment pour bien cuire l'oeuf. Lorsqu'une substance est dissoute dans l'eau, le point de congélation baisse également. Voilà pourquoi nous répandons du sel dans les rues en hiver pour empêcher la formation d'une couche de glace.

Propriétés thermiques

L'eau absorbe ou dégage plus de chaleur que de nombreuses autres substances pour chaque variation d'un degré de la température. C'est la raison pour laquelle on utilise si fréquemment l'eau comme agent de refroidissement et de transfert de la chaleur au cours de procédés chimiques ou thermiques.

Les différences de température entre les lacs et cours d'eau et l'air ambiant peuvent avoir une foule d'effets divers. Par exemple, du brouillard ou de la brume se formeront probablement à proximité d'un lac si celui-ci rafraîchit suffisamment l'air ambiant pour causer de la saturation, entraînant ainsi la suspension de gouttelettes d'eau dans l'air.

Les grandes masses d'eau comme les océans ou les Grands Lacs exercent une profonde influence sur le climat. Elles constituent les grands réservoirs et échangeurs de chaleur et la source de la plupart de l'humidité qui retombe sous forme de pluie ou de neige sur les terres avoisinantes.

Lorsque l'eau est plus froide que l'air, les précipitations et les vents diminuent et des bancs de brouillard se forment.

Tension superficielle

La tension superficielle est une mesure de la force du film de la surface de l'eau. Cependant, les molécules d'eau sont liées entre elles, créant un film très fort dont la tension est supérieure à celle de tout autre liquide, sauf le mercure.

La tension superficielle permet à l'eau d'adhérer à d'autres substances plus lourdes et plus denses qu'elle. Une aiguille d'acier pourra flotter si on la pose délicatement sur la surface de l'eau d'un verre. Certains insectes aquatiques comme l'araignée d'eau se fient à la tension superficielle pour se déplacer à la surface de l'eau.

La tension superficielle est essentielle au transfert de l'énergie éolienne à l'eau pour créer des vagues. Celles-ci sont à leur tour nécessaires car elles permettent de diffuser rapidement de l'oxygène dans l'eau des lacs et des mers.

Molécules en mouvement

Les molécules d'eau adhèrent l'une à l'autre et à de nombreuses autres substances dont le verre, le coton, les plantes et les sols. C'est ce qu'on qualifie de phénomène d'adhérence. Dans un mince tube de verre, par exemple, lorsque les molécules près du rebord se rapprochent des molécules de verre et y adhèrent, elles entraînent avec elles d'autres molécules d'eau. En retour, la surface de l'eau attire l'eau à un nouveau niveau jusqu'à ce que le mouvement descendant de la force de la gravité soit trop fort pour y résister. Ce processus a pour nom « l'ascension capillaire ».

L'eau imbibe facilement de nombreux tissus. C'est grâce à l'ascension capillaire qu'une serviette de papier ou une éponge sert à essuyer de l'eau renversée. Sans cette propriété, les éléments nutritifs indispensables aux plantes et aux arbres demeureraient dans le sol.

Agent de dissolution universel

La propriété la plus remarquable de l'eau est son aptitude à dissoudre d'autres substances. Il n'existe à peu près aucune substance connue qui n'ait été identifiée en solution dans les eaux de la planète. C'est cette propriété de dissolution qui rend la vie possible sur terre; l'eau véhicule les éléments nutritifs indispensables aux animaux et aux plantes.

En tombant, une goutte de pluie dissout des gaz atmosphériques. Les précipitations ont donc une incidence sur la qualité des terres, des lacs et des cours d'eau.

Le cycle alimenté par le soleil

La circulation continue de l'eau entre l'atmosphère et la Terre et son retour dans l'atmosphère grâce à la condensation, à la précipitation, à l'évaporation et à la transpiration constituent le cycle hydrologique (ou cycle de l'eau). 

Le réchauffement de l'eau de la mer par le soleil est essentiel à l'évolution du cycle hydrologique. L'eau s'évapore et retombe, sous forme de pluie, de grêle, de neige, de neige fondue, de bruine ou de brouillard. Une certaine proportion des précipitations peut s'évaporer ou être interceptée par la végétation avant d'atteindre le sol. Le cycle se poursuit de trois façons différentes :

• Évaporation et transpiration – Au Canada, une moyenne de 40 % des précipitations s'évapore ou transpire.
• Percolation dans le sol – L'eau remplit les pores et les fissures du sol et de la roche jusqu'à la surface de saturation. L'eau peut remonter, grâce au processus de l'ascension capillaire, ou se déplacer verticalement ou horizontalement sous la surface de la terre jusqu'à ce qu'elle rejoigne des eaux de surface.
• Ruissellement – L'eau s'écoule à la surface des terres jusqu'aux ruisseaux et aux lacs; plus la pente est prononcée et moins le sol est poreux, plus le volume du ruissellement sera important. Le ruissellement est particulièrement visible en région urbaine. Les rivières se rejoignent pour former à la longue un plus grand cours d'eau qui transportera toute cette eau de ruissellement des sous-bassins vers l'océan.

Le cycle de l'eau crée évidemment un équilibre entre l'évaporation et les précipitations; toutefois, il n'en demeure pas moins qu'une étape du cycle est « gelée » au cours de l'hiver dans les régions plus froides. Au Canada, par exemple, la plus grande partie des précipitations sont simplement emmagasinées sur le sol, sous forme de neige ou de glace. Plus tard, au moment de la fonte des neiges, d'immenses quantités d'eau sont libérées rapidement, ce qui provoque l'important ruissellement printanier et les inondations.

Collection Eau douce A-1

Nota : Un guide de ressources, intitulé Ne prenons pas l'eau pour acquis, a été rédigé pour aider les enseignants de la 5^e à la 7^e année à utiliser l'information contenue dans les fiches d'information sur l'eau douce.

Publié avec l'autorisation du ministre de l'Environnement
© Sa Majesté la Reine du Chef du Canada, 2001