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La Terre, royaume de l'eau

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Cycle de l'eau

Cycle de l'eau
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La rivière Daintree (Australie)

La rivière Daintree (Australie)
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Consommation d'eau dans le monde

Consommation d'eau dans le monde
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De toutes les planètes du système solaire, la Terre est la seule à être pourvue d'une hydrosphère. Celle-ci recouvre plus des deux tiers de sa surface. Les propriétés de l'eau sont tout à fait exceptionnelles : condition de la vie, solvant quasi universel, vecteur de chaleur, puissant régulateur thermique, etc. La disponibilité en eau est l'une des clés de la distribution des êtres vivants à la surface de la Terre. Les sociétés humaines elles-mêmes en sont totalement tributaires : elles l'utilisent pour les besoins de leur vie quotidienne, pour leur agriculture et leur industrie, mais aussi comme moyen de transport, pour produire leur énergie ou évacuer leurs déchets. La multiplication des conflits géopolitiques liés à l'eau ainsi que la montée rapide des coûts de production de l'eau potable dans la plupart des pays industrialisés sont les indices d'une crise majeure de cette ressource.

Patrimoine naturel le plus précieux de l'humanité, l'eau est très inégalement répartie dans le monde. Pour des raisons climatiques, tout d'abord : les zones arctiques, tempérées et tropicales humides se partagent 98 p. 100 des eaux qui circulent sur l'ensemble des terres émergées, tandis que les zones arides et semi-arides ne disposent que des 2 p. 100 restants. Mais les écarts dans les modes et les niveaux de développement socio-économique jouent aussi un rôle déterminant dans les disparités des ressources en eau réellement disponibles. Ainsi, au Sud (au sens géopolitique du terme), plus de 1,5 milliard d'individus sont privés d'eau potable. Quant aux pays industrialisés, ils connaissent une crise latente, notamment en raison des pollutions qui mettent en danger cet élément longtemps considéré comme indéfiniment renouvelable. Les ressources naturelles en eau, potentiellement utilisables, varient suivant les régions de 200 litres à 2 millions de litres par jour et par habitant.

L'eau de notre planète (environ 1 385 millions de kilomètres cubes) est répartie dans cinq réservoirs interconnectés. Le plus important d'entre eux est constitué par les océans (environ 97,4 p. 100). Les glaces représentent environ 2 p. 100 du réservoir mondial, les eaux douces terrestres (lacs, fleuves, eaux souterraines et humidité des sols) 0,6 p. 100 et la vapeur d'eau atmosphérique moins de 0,001 p. 100. Quant à la totalité de l'eau contenue dans les cellules vivantes, elle correspond à moins de 0,000 1 p. 100 de l'ensemble, soit tout de même 1 100 kilomètres cubes.

La Terre, royaume de l'eau

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C'est depuis l'espace que la Terre se révèle le mieux comme le royaume de l'eau. Il y aurait environ 1,4 milliard de kilomètres cubes d'eau sur notre planète. Près de 98 p. 100 de l'eau sur la Terre, sous forme salée, constitue les océans et les mers, qui recouvrent 81 p. 100 de... 

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Ressources

Le cycle de l'eau

Les cinq réservoirs d'eau de la planète subissent des transferts incessants selon un cycle bien connu dont la phase initiale est l'évaporation des eaux de surface des océans et des continents. Chaque jour, plus de 1 000 milliards de tonnes d'eau passent ainsi dans l'atmosphère, qu'elles quitteront un peu plus tard sous forme de précipitations. La fraction P de ces précipitations qui retombe sur les continents se répartit en deux flux. Une partie (Ev) de l'eau retombée subit à nouveau les phénomènes d'évapotranspiration, après avoir, pour une part, transité par les êtres vivants ; le reste (Dr) est drainé vers les océans. Le bilan s'écrit : P = Ev + Dr.

Cycle de l'eau

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L'eau de notre planète est répartie entre des « réservoirs » interconnectés. Les transferts de l'un à l'autre constituent le cycle de l'eau.Près des trois quarts de la surface de la Terre sont couverts d'eau. Sous l'effet de la chaleur du Soleil, l'eau s'évapore et s'élève dans... 

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Les ressources en eau Dr, dites renouvelables, se répartissent elles-mêmes, en fonction de la perméabilité du sol, en trois flux secondaires : le ruissellement, qui alimente les rivières et les fleuves ; le drainage par infiltration superficielle, qui recharge les nappes aquifères ; le drainage souterrain profond, qui fournit les nappes les plus profondes (plusieurs centaines de mètres de profondeur).

Au cours de ce cycle, la surface de l'océan fonctionne comme un immense distillateur. Cet évaporateur à basse température joue le rôle d'une station d'épuration géante qui débarrasse l'eau de tous les déchets, toxines et bactéries qui la polluent et remet l'eau douce à la disposition de la biosphère. À cette eau évaporée viennent se joindre les eaux thermales et volcaniques mises en mouvement par la chaleur interne du globe. À la distillation naturelle s'ajoute le flux des eaux douces obtenues artificiellement par les usines de dessalement des eaux de mer, soit environ 15 millions de mètres cubes par jour.

Le cycle de l'eau comporte donc deux branches principales : une branche atmosphérique (réservoir atmosphérique) et une branche « terrestre » (les quatre autres réservoirs). L'étude de la première relève de la météorologie, la seconde de celle de l'hydrologie. La météorologie permet de comprendre le rôle de la circulation générale de l'atmosphère dans le cycle de l'eau et donc la distribution géographique inégale des précipitations. Dans les zones subtropicales et polaires, l'évaporation est plus importante que les précipitations, tandis que les précipitations dépassent l'évaporation dans les ceintures de précipitation, à savoir la zone de convergence intertropicale et les latitudes moyennes soumises aux perturbations associées aux fronts polaires. Le bilan précis des processus d'apport et d'élimination de l'eau dans une région donnée permet de connaître la répartition spatiale et temporelle de cet élément.

Les trois paramètres principaux caractérisant les précipitations – volume, intensité et fréquence – varient selon les lieux et les saisons. Le volume des précipitations s'évalue en hauteur d'eau sur une période donnée. Une fraction de la pluie est directement évaporée, une autre est interceptée par la végétation, une autre enfin frappe directement le sol. Dans ce dernier cas, une partie s'infiltre, une autre peut stagner en surface, une dernière est emportée par le ruissellement. On fait appel à la notion de pluie efficace pour définir la fraction de pluie qui est effectivement utilisée par la végétation. Cette notion est essentielle, puisque les végétaux constituent le premier niveau trophique des écosystèmes, celui de la photosynthèse du vivant.

La rivière Daintree (Australie)

photographie : La rivière Daintree (Australie)

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Une image d'une telle banalité qu'elle s'impose comme une évidence: l'eau partout, liquide, vapeur, et à nouveau liquide, et cette fois sous la forme des fines gouttelettes que le vent brasse dans l'atmosphère, et aussi celle qui imprègne, invisible, les sédiments et le sous-sol. C'est le... 

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Une ressource primordiale pour la vie

L'eau de pluie est essentielle pour toute la chaîne du vivant, dont les végétaux constituent le premier maillon. Ces derniers sont responsables des processus d'évapotranspiration en rejetant des masses considérables d'eau par leur système foliaire. Leurs racines, qui peuvent aller chercher l'eau à plusieurs mètres de profondeur dans le sol, accélèrent les mouvements ascendants sol-atmosphère. Le transit de l'eau dans les végétaux est un phénomène d'une ampleur considérable. Ainsi, un hectare de forêt, en région tempérée, peut absorber jusqu'à 4 000 tonnes d'eau par an (chiffre obtenu en Suède pour une forêt d'épicéas sur sol humide). Le flux de vapeur d'eau provient de la transpiration des plantes et de l'évaporation des surfaces de contact plante-atmosphère et sol-atmosphère. La valeur maximale de ce flux constitue l'évapotranspiration potentielle, ou ETP, paramètre qui constitue l'un des fondements de la classification biologique des climats.

Indépendante de la disponibilité réelle en eau et comparée au volume mesuré P des précipitations, l'ETP permet d'établir, pour toute station, l'existence ou non d'un déficit climatique en eau DE. En termes très simplifiés : DE = ETP − P.

Il y a déficit si ETP est supérieur à P, excédent dans le cas contraire. Avec ce type de calcul, on peut estimer les besoins en eau des cultures en remplaçant dans l'expression précédente le facteur DE par le terme ETR, représentant l'évapotranspiration réelle, autrement dit la quantité d'eau réellement évapotranspirée au niveau d'une culture. Cette dernière dépend des conditions climatiques, de la disponibilité en eau de surface et des caractéristiques aériennes des végétaux.

Élément fondamental de la croissance des végétaux, l'eau est plus généralement le constituant majeur de toute matière vivante, le milieu où s'effectuent de multiples réactions métaboliques, chez les êtres vivants terrestres aussi bien que chez les êtres vivants aquatiques. Si ces derniers ont toujours de l'eau à leur disposition, il n'en va pas de même en milieu terrestre, où plantes et animaux doivent s'adapter à diverses conditions hydriques pour assurer leur autorégulation.

À l'état liquide, l'eau solubilise les molécules motrices de la physiologie du vivant, et son mouvement permet de structurer ce dernier. L'osmose de l'eau et la diffusion des sels assurent les échanges internes et, ainsi, la vie elle-même. La vie est donc impossible sans la présence d'une certaine quantité d'eau dans les organismes. Ces derniers mettent en œuvre diverses stratégies adaptatives, particulièrement sollicitées dans les régions froides, où le gel peut provoquer la mort en entraînant l'immobilité du « milieu intérieur », ainsi que dans les régions arides, où l'économie de l'eau est la règle pour tous les êtres vivants. L'homme ne saurait échapper à ces contraintes.

Les usages de l'eau

L'eau est indispensable aux activités humaines. Au-delà des besoins physiologiques quotidiens et quasi incompressibles – environ 3 litres par jour pour une personne –, on distingue les usages domestiques, agricoles et industriels. Cette classification générale ne doit pas faire oublier un certain nombre d'utilisations importantes dont la caractéristique commune est d'employer l'eau comme support : la navigation et le transport par voie d'eau, la pêche, le tourisme et les loisirs ou encore la production d'énergie électrique.

Consommation d'eau dans le monde

carte : Consommation d'eau dans le monde

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Dans le monde, les prélèvements d'eau opérés à des fins agricoles, industrielles ou domestiques sont estimés à 5 000 kilomètres cubes. La consommation d'eau, qui désigne plus précisément l'utilisation humaine de l'eau à des fins agricoles, industrielles ou domestiques, est évaluée à... 

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Les fonctions vitales, alimentaires et sanitaires de l'eau sont primordiales. Sur les 3 600 milliards de mètres cubes utilisés chaque année dans le monde, l'eau potable représente moins de 10 p. 100, mais les exigences de qualité qu'elle impose représentent un coût économique déterminant dans la gestion de la ressource (environ 80 p. 100). L'eau potable nécessaire à l'alimentation doit présenter certaines qualités physico-chimiques et biologiques complexes, définies à l'échelle mondiale par l'Organisation mondiale de la santé (O.M.S). Si de telles normes sont appliquées dans les pays industrialisés, il n'en va pas de même dans la plupart des pays en développement, où le manque d'eau potable constitue aujourd'hui le problème environnemental le plus grave.

Les usages domestiques

Les usages domestiques concernent l'alimentation, les diverses activités de lavage, d'évacuation des déchets, l'hygiène personnelle, l'arrosage des jardins. En fonction du niveau de vie et de la proximité de la ressource, ils sont très variables dans le temps et dans l'espace. Ainsi, à Paris, en moins de deux siècles, la consommation journalière moyenne est passée de 10 litres par habitant (vers 1800) à 300 litres (en 1995). À travers le monde, elle varie aujourd'hui de 5 litres à Madagascar à 500 litres aux États-Unis. Ces chiffres sont cependant trompeurs en ce qui concerne les consommations urbaines des pays industrialisés, car ils sont obtenus en divisant la quantité totale d'eau distribuée par le nombre d'habitants. Or plus de la moitié de la consommation est liée aux activités industrielles et artisanales raccordées au réseau. La consommation domestique réelle est donc, aux États-Unis, plus proche de 200 litres par personne et par jour. Cependant les écarts reflètent à la fois des pénuries et des coûts économiques qui représentent souvent des obstacles insurmontables pour les pays en développement.

En ce qui concerne les usages domestiques, les situations sont donc très variables. Dans les pays en développement, le manque d'eau « propre » constitue un véritable défi pour la santé humaine. L'O.M.S. souligne que « le nombre de robinets d'eau pour 10 000 personnes est un meilleur indice sanitaire que le nombre de lits d'hôpital ». Alors qu'au Nord neuf personnes sur dix disposent en abondance d'eau propre et d'équipements pour l'évacuation des eaux usées, au Sud, seulement quatre individus sur dix ont accès à de l'eau saine et trois sur dix à un équipement approprié pour l'évacuation des eaux usées. Selon les évaluations de l'O.M.S. (1995), ce sont plus de 1,5 milliard d'individus qui sont directement affectés par le manque d'eau. L'eau souillée est l'agent de transmission principal de 80 p. 100 des maladies ; parmi ces dernières, la diarrhée est responsable de près de la moitié des décès d'enfants âgés de moins de cinq ans.

Des problèmes spécifiques sont liés à l'approvisionnement en eau des mégalopoles : prélèvements de plus en plus importants, pollutions multiples, imperméabilisation des sols perturbant les cycles dont le rétablissement nécessite des investissements que les villes à faibles revenus ne peuvent assumer.

Les usages agricoles

À l'échelle de la planète, les usages agricoles représentent près des trois quarts des consommations d'eau. L'eau constitue en effet un facteur limitant de la production et de la qualité des espèces végétales : pour 1 gramme de matière sèche, une plante doit transpirer entre 300 et 800 grammes d'eau ! On se fera une idée plus précise des quantités d'eau nécessaires à la production agroalimentaire en notant que l'obtention d'1 kilogramme de blé exige 1 500 litres d'eau, celle de 1 kilogramme de riz 4 500 litres et celle d'un œuf de poule 1 000 litres ! Le premier problème peut donc être le déficit en eau, que les agriculteurs tentent de pallier avec diverses techniques d'irrigation et de drainage.

Irrigation

Dans les régions tempérées et bien arrosées, les précipitations sont souvent suffisantes pour les cultures. Ainsi, dans les pays du nord et du centre de l'Europe, l'irrigation ne représente qu'une faible proportion des consommations d'eau. Il n'en va pas de même dans les régions plus sèches : au début des années 1990, l'agriculture irriguée mobilisait 57 p. 100 des prélèvements d'eau en Italie et 66 p. 100 en Espagne. Depuis des millénaires, en effet, l'irrigation est mise en œuvre pour stimuler la production agricole, en particulier dans les zones arides. De nos jours, il est nécessaire de produire le plus possible sur une grande partie des terres cultivables de la planète en raison d'une croissance démographique qui, bien que freinée, ne sera probablement pas stoppée avant le milieu du xxie siècle. L'augmentation de la production agricole dépend d'un usage plus intensif de l'eau. Par conséquent, l'accroissement de la surface des terres irriguées est inévitable.

Quelques-uns des plus anciens systèmes d'irrigation, vieux de plus de trois mille ans (vallée du Nil, cultures en terrasses aux Philippines), coexistent avec des systèmes modernes particulièrement économes, comme la micro-irrigation par goutte à goutte ou le pilotage électronique. Ces techniques, en limitant les pertes par évaporation, permettent d'économiser l'eau dans les régions arides.

Dans les pays en développement, c'est presque la totalité de l'eau consommée qui est utilisée pour l'agriculture (92 p. 100 en Chine, 90 p. 100 en Inde et au Mexique), contre seulement 50 p. 100 dans les pays industrialisés (France, États-Unis, etc.). Les surfaces irriguées occupaient, au début de la décennie de 1990, environ 250 millions d'hectares (dont plus de la moitié dans le Sud-Est asiatique), correspondant à 17 p. 100 des terres arables, surfaces auxquelles on doit plus du quart de la production mondiale.

Les problèmes liés à l'irrigation

L'efficacité de l'usage de l'eau dépend étroitement d'un ensemble de facteurs parmi lesquels la qualité du sol joue un rôle essentiel. Du point de vue de l'environnement, l'irrigation se heurte à plusieurs difficultés. Mal gérée, elle peut épuiser la ressource en eau, accroître les effets des maladies d'origine hydrique, perturber les pêcheries et, surtout, anéantir les sols par engorgement et salinisation.

En amont, du point du vue de la disponibilité de la ressource, les eaux douces, et en particulier les eaux souterraines, deviennent de plus en plus rares. L'épuisement de la nappe phréatique constitue désormais un problème majeur en Afrique du Nord-Est, dans la péninsule arabique, en Chine septentrionale, dans les plaines de l'Indus, mais aussi dans certaines régions des États-Unis comme l'ouest de la Grande Plaine (zone regroupant le Colorado, le Kansas, le Nouveau-Mexique, le Nebraska, l'Oklahoma et le Texas) où l'irrigation dépend désormais de l'eau de la nappe aquifère d'Ogallala (Nebraska). Dès le début de son utilisation, dans les années 1930, cette nappe était considérée comme inépuisable. Elle fournit à présent 95 p. 100 de l'eau nécessaire à l'irrigation de la Plaine. Son niveau baisse actuellement de plus de 1 mètre par an. Autre exemple de système d'irrigation non durable, celui de la Grande Rivière artificielle de Libye. Puisant l'eau du bassin de Koufra et de Sarir, elle transporte chaque jour, par pipeline, sur plus de 600 kilomètres, 2 millions de mètres cubes d'eau de la nappe fossile saharienne (nappe d'eau souterraine stockée dans la région depuis des millénaires et non renouvelable) jusqu'aux régions littorales du golfe de la Grande Syrte, hypothéquant lourdement l'avenir des ressources régionales en eau.

En aval, l'asphyxie des sols, par défaut de drainage, et leur salinisation posent aussi de graves problèmes. L'irrigation excessive de sols, au surplus mal drainés, est responsable, dans un premier temps, de situations d'engorgement abaissant les rendements agricoles puis, dans un second temps, de phénomènes de salinisation rendant ces sols impropres à la culture. Les effets de la salinisation affectent de nombreuses régions au Proche-Orient, en Inde (35 p. 100 des terres irriguées sont touchées), au Pakistan (33 p. 100 des terres irriguées), en Amérique latine (40 p. 100 des terres irriguées) sans oublier l'Amérique du Nord (20 p. 100 des terres irriguées).

Enfin, les techniques agricoles intensives sont responsables des pollutions liées à l'emploi des engrais et des pesticides. Les nitrates, massivement utilisés dans l'agriculture, sont très solubles dans l'eau. Dans de nombreuses régions de grande culture, la teneur en nitrates des eaux potables dépasse les normes de potabilité qui sont fixées par l'O.M.S. à 50 milligrammes par litre. Les nitrates peuvent se dégrader en nitrites dangereux pour la santé. Une nouvelle pollution apparaît aujourd'hui, due aux pesticides. Ces produits phytosanitaires sont destinés à protéger les cultures des mauvaises herbes, des ravageurs et des parasites ainsi que des vecteurs des maladies des plantes. Les eaux de surface sont donc gravement contaminées dans les zones de culture intensive. Ce phénomène touche particulièrement la France, où la consommation annuelle de pesticides est d'environ 95 000 tonnes. Une étude, réalisée en Bretagne par la Cellule d'orientation régionale pour la protection des eaux contre les pesticides (C.O.R.P.E.P.) et publiée en 1996, révèle que les eaux superficielles de la région sont contaminées de façon chronique par des produits phytosanitaires et leurs résidus : 72 p. 100 des Bretons et 45 p. 100 des habitants du bassin Loire-Bretagne consomment une eau dont la teneur en phosphates dépasse les normes européennes (0,5 microgramme par litre). À l'ensemble des pollutions liées spécifiquement aux productions végétales s'ajoutent celles qui résultent des élevages intensifs, en particulier des élevages porcins.

Les usages industriels

Les usages industriels représentent plus de 20 p. 100 de la consommation mondiale d'eau. Entre 1900 et 1990, le besoin en eau des industries a été multiplié par vingt-cinq et est toujours croissant, depuis l'extraction des matières premières jusqu'à l'obtention de produits finis. Parmi les premiers usages industriels de l'eau, on peut citer la production d'énergie. Mais l'eau est aussi employée comme réfrigérant, comme solvant, comme diluant ou comme vecteur de dispersion des polluants les plus divers. Contrairement à ce qui se passe dans l'agriculture, où elles sont pour une bonne part réinjectées dans les cycles biogéochimiques, purifiées par évapotranspiration, les eaux rejetées par l'industrie sont à l'état liquide et nécessitent un traitement complexe pour être réutilisables.

Rejets polluants

photographie : Rejets polluants

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Un émissaire rejette des résidus chimiques dans l'estuaire de la Mersey, en Grande-Bretagne. 

Crédits : David Woodfall/ Getty Images

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Depuis des siècles, artisanat et proto-industries consomment et polluent de grandes quantités d'eau. Le rouissage du chanvre et du lin, le travail du cuir (tanneries, mégisseries), la teinture des étoffes ont été à l'origine de pollutions dénoncées en Occident dès le Moyen Âge. Mais la révolution industrielle a fait basculer l'humanité dans l'ère des pollutions à grande échelle. Les industries de transformation sont de grosses consommatrices d'eau. Il faut 10 tonnes d'eau pour raffiner 1 tonne de pétrole, 100 tonnes pour distiller 1 tonne d'alcool, 250 tonnes pour fabriquer 1 tonne de pâte à papier, 270 tonnes pour 1 tonne d'acier, 5 000 tonnes pour 1 tonne de fibres synthétiques.

Aujourd'hui, la géographie des dégradations environnementales d'origine industrielle connaît de rapides changements. D'un côté, les pays industrialisés consentent d'importants efforts pour réduire les pollutions, avec le projet de tendre vers de véritables « écosystèmes industriels ». D'un autre côté, un certain nombre de pays en développement connaissent des taux de croissance de la pollution élevés, soit parce qu'ils acceptent, comme le Brésil, d'accueillir les activités les plus polluantes venues des pays industrialisés (sidérurgie, chimie lourde), soit parce qu'ils misent, sans se soucier de l'environnement, comme la Chine, sur le développement industriel pour sortir du cercle vicieux de la misère. Ainsi, aujourd'hui, plus de la moitié du réseau fluvial chinois est gravement pollué, 80 p. 100 des déchets industriels étant rejetés, sans aucun traitement, dans les rivières et les fleuves. Les 13 millions d'habitants de Shanghai boivent une eau polluée par divers effluents tels que les huiles usées, l'ammoniaque, les rejets organiques de l'industrie chimique. À Zhoukouzhen, ville de plus de 1 million d'habitants, située dans la province chinoise du Henan, 70 p. 100 de l'eau distribuée dans le réseau d'alimentation provient des rivières environnantes et est fortement polluée et non traitée.

La plupart de ces pollutions sont aggravées par l'importation de déchets toxiques. L'Inde est le pays le plus touché dans ce domaine. En deux ans, de 1992 à 1994, les importations légales de déchets plastiques sont passées de 18 à 26 milliers de tonnes, celles de plomb de 14 à 58, celles de zinc de 50 à 71, etc. Ces déchets sont recyclés hors de tout contrôle. Ils contribuent notablement à la pollution des eaux douces. Un seul exemple : les autorités de la région de Bhopal viennent de découvrir qu'une entreprise qui importe des cendres de zinc rejette ses déchets dans l'eau de la Betwa, désormais gravement polluée par du zinc et du cadmium, alors que deux cent mille personnes vivant en aval du site boivent cette eau non traitée. D'une façon globale, en incluant les pays en développement, le cercle toxique des polluants générés par l'industrie chimique des pays industrialisés prend désormais des dimensions planétaires.

Traitement et aménagements

Tributaires de l'eau pour la plupart de leurs activités, les sociétés lui paient de nos jours un lourd tribut. Il s'agit en effet de garantir la distribution d'un produit répondant à des critères d'utilisation stricts (abondance, potabilité), mais aussi de prévenir des situations dangereuses (sécheresses, crues, inondations). Ces deux objectifs complémentaires sont atteints, avec plus ou moins de réussite, grâce à des opérations complexes et coûteuses de traitement et d'aménagement.

Le traitement des eaux

L'utilisation de l'eau – voire la simple proximité de zones humides – peut représenter de graves dangers pour la santé. À l'état naturel, les milieux aquatiques peuvent abriter les larves d'insectes vecteurs du paludisme, de la leishmaniose ou de la fièvre jaune et favoriser la propagation d'épidémies de choléra ou de poliomyélite. Si, depuis le milieu du xixe siècle, les pays industrialisés ont aménagé les zones humides, développé une lutte efficace contre les insectes vecteurs de maladies et mis au point des techniques d'assainissement performantes contre leur propagation, il n'en va pas partout de même. À ces dangers s'ajoutent ceux des pollutions des eaux « usées » déversées par les activités domestiques, agricoles et industrielles. Ces pollutions constituent l'un des facteurs les plus graves de la crise de l'environnement, car les charges polluantes atteignent de tels niveaux que les micro-organismes présents dans les milieux aquatiques ne peuvent plus assurer leur fonction d'auto-épuration.

La dynamique de transfert des polluants est très variable : rapide pour un cours d'eau, elle est en revanche extrêmement lente pour les eaux souterraines. À l'air libre, certains polluants peuvent accélérer la prolifération du phytoplancton ou de certaines algues aquatiques au point de rendre impossible toute autre forme de vie dans ces eaux dites eutrophisées. Dans d'autres cas, la concentration d'éléments toxiques le long des chaînes trophiques peut être responsable d'empoisonnements qui atteignent l'homme. Les temps de dépollution étant comparables aux temps de transfert des polluants, le traitement des eaux fait appel à un ensemble de techniques variées et complexes que les usines d'épuration ont de plus en plus de difficultés à maîtriser à des coûts raisonnables.

Toute lutte sérieuse contre la pollution commence par des analyses chimiques et biologiques destinées à rechercher ses différentes composantes et leurs éventuelles synergies. Le traitement lui-même comporte plusieurs phases.

La première d'entre elles consiste à décanter et à filtrer les matières en suspension dans l'eau, tout en aérant cette dernière de façon à augmenter sa teneur en oxygène dissous et à faciliter l'écumage pour éliminer les matières flottantes diverses. Coagulation et floculation, suivies d'une nouvelle filtration, améliorent encore la limpidité de l'eau. Ces opérations peuvent, le cas échéant, être complétées par une stérilisation à l'aide d'ozone ou de chlore.

Dans une deuxième phase, les composés organiques sont minéralisés par voie biologique. Il s'agit d'imiter le fonctionnement des écosystèmes aquatiques dans lesquels des micro-organismes (surtout des bactéries) recyclent la matière organique. Plusieurs techniques sont utilisées. Celle des boues activées consiste à réaliser une oxydation ménagée des effluents par plusieurs passages dans une cuve ensemencée par une flore appropriée. Celle des lits bactériens fixe la biomasse des micro-organismes sur un support granuleux à travers lequel percolent les eaux à traiter, l'oxygénation étant assurée par une insufflation à contre-courant. Avec le lagunage, les eaux usées s'écoulent lentement dans plusieurs réservoirs peu profonds qui permettent le dépôt des métaux lourds et l'épuration microbiologique dans le premier bassin, puis l'édification, dans les derniers, d'une nouvelle biomasse organique vivante à partir des nutriments en excès. Cette biomasse peut à son tour être valorisée par l'agriculture ou l'aquaculture, car elle ne contient pratiquement plus de substances toxiques risquant de s'accumuler dans la chaîne trophique. Robuste et simple, ce procédé exige néanmoins des surfaces importantes (environ 10 mètres carrés par habitant) et un climat assez chaud car les basses températures réduisent considérablement les rendements. Dans tous les cas, les stations d'épuration produisent chaque année dans le monde des millions de tonnes de boues de plus en plus difficiles à recycler (en France, 850 000 tonnes de matières sèches que beaucoup d'agriculteurs se refusent à épandre sur leur champ).

Depuis la fin des années 1960, la teneur des eaux en phosphore et en azote a été renforcée en raison de l'apparition des lessives à base de polyphosphates et surtout de l'augmentation des quantités de nitrates lessivés sur les bassins versants livrés à des cultures intensives. Il faut donc faire appel à des procédés tertiaires pour éliminer ammoniac, nitrates et phosphates, principaux responsables de l'eutrophisation des rivières et, plus généralement, des eaux de surface.

Les aménagements

Les hommes se sont toujours ingéniés à construire des systèmes plus ou moins sophistiqués permettant de transporter l'eau sur de grandes distances (aqueducs), de faciliter la navigation (canaux, écluses), de stocker l'eau pour l'irrigation (retenues), d'écrêter les crues ou de produire de l'énergie (biefs, barrages, conduites forcées) ou encore tout simplement d'évacuer les déchets (canalisations, réseaux d'égouts).

Certaines de ces techniques sont très anciennes, d'autres comme celles qui sont vouées à l'exploitation hydroélectrique, plus récentes. Beaucoup se caractérisent par un dangereux gigantisme et l'insuffisance des études préalables sérieuses sur les usages non marchands des hydrosystèmes aménagés. Parmi les équipements les plus contestés se trouvent ces véritables autoroutes fluviales en cours d'étude (le canal Rhin-Rhône) ou déjà réalisées (la liaison Rhin-Danube). Mais ce sont les grands barrages qui présentent sans doute les risques les plus importants pour l'environnement. C'est en U.R.S.S., à partir des années 1930, qu'ont été construits les premiers barrages géants, dont les effets se sont avérés désastreux pour l'environnement, avec d'immenses retenues, dont la surface totale dépassait déjà 12 millions d'hectares il y a vingt ans et approche aujourd'hui 20 millions d'hectares. Le lac réservoir de Samara (ex-Kouibychev), sur la Volga, a noyé 2 millions d'hectares dont les deux tiers sont aujourd'hui des marécages vaseux. La « mer » de Rybinsk, en son temps le plus grand lac artificiel du monde, a noyé les meilleures terres de la région de Yaroslav ; mais, après une vingtaine d'années d'exploitation, la centrale hydroélectrique de Rybinsk avait cessé d'être rentable.

Depuis lors, les constructions de grands barrages se sont multipliées, non sans succès, mais trop souvent avec des conséquences néfastes pour l'homme et son environnement. C'est le cas, en Afrique, des barrages d'Assouan sur le Nil et de Kossou sur le Bandama (Côte-d'Ivoire), d'Itaipú sur le Paraná et de Tucurui en Amazonie au Brésil, des Trois Gorges sur le Yangzijiang en Chine (qui menace 1 200 sites jalonnant 10 millénaires d'histoire chinoise et qui chassera plus de 1 million d'habitants). L'aménagement le plus gigantesque se situe au Canada : il s'agit d'un complexe axé sur la Grande Rivière qui descend du Labrador et aboutit à la baie James. Comportant des centaines de kilomètres de digues et de barrages, ce projet aura bouleversé près de 18 millions d'hectares pour une puissance électrique prévue de 13 000 mégawatts.

De telles réalisations apportent en général des avantages immédiats, comme la production d'électricité, le stockage de l'eau pour l'irrigation dans les régions arides, une régulation du débit des cours d'eau et, quelquefois, une protection contre les inondations. Cependant, les changements provoqués dans la dynamique naturelle des réseaux hydrographiques et dans les écosystèmes fluviaux ont souvent des conséquences néfastes imprévues : bouleversement du jeu normal de l'érosion et de l'alluvionnement, destruction de biotopes particulièrement riches, colmatage en quelques années des lacs de retenue et transformation de leurs berges en cloaques nauséabonds. Il est fréquent que le corsetage des fleuves, par des levées en terre ou des digues en béton, ne permette pas de protéger leurs riverains des inondations. Bien au contraire, contraints de s'écouler dans un chenal rétréci, les flots en crue se précipitent violemment dans les plaines avoisinantes en cas de submersion ou de ruptures des digues, comme le prouvent les débordements répétés du fleuve Jaune (Huanghe) ou encore les inondations catastrophiques provoquées par le Missouri et le Mississippi en 1993. Autant de désastres qui devraient servir de leçon pour deux grands projets en cours dans la péninsule indienne : le corsetage de la Narmada en Inde et l'endiguement des fleuves du Bangladesh.

Géopolitique et gestion durable de l'eau

On connaît mal l'état réel des eaux douces de la planète. Il devient cependant évident que certaines de leurs fonctions vitales sont sérieusement atteintes. Très inégalement partagées, elles constituent d'ores et déjà un enjeu géopolitique majeur dans certaines zones comme le Moyen-Orient ou le sud de l'Europe. Plus d'un quart de l'humanité est encore privé d'eau salubre et les techniques d'approvisionnement développées dans les pays tempérés restent inadaptées aux régions arides et à celles de la zone intertropicale.

La croissance urbaine, le développement des grands équipements, l'intensification de l'agriculture continuent de créer des problèmes dont la solution nous est inconnue. Une législation plus stricte reste sans effet si elle s'en remet uniquement, pour la gestion de l'eau, à une technique fondée sur l'antipollution ; en particulier, les méthodes microbiologiques demeurent inefficaces face à une pollution chimique de plus en plus complexe. Des victoires spectaculaires ont certes été remportées. En une trentaine d'années, on est parvenu à réhabiliter les eaux de la Tamise ou celles du Rhin, fleuve pour la restauration duquel près de 100 milliards de francs auront été investis. Mais ces succès restent fragiles : le bétonnage qui anéantit les capacités régulatrices des zones humides, la pollution qui affecte les eaux souterraines, les limites des méthodes actuelles d'épuration (qui ne font bien souvent que reconcentrer les polluants dans des boues de plus en plus encombrantes) sont, à l'évidence, des problèmes durables. Le moyen le plus simple de réduire la pollution est d'en supprimer la source, par conséquent de promouvoir une « comptabilité verte » des systèmes industriels et de favoriser l'émergence d'une agriculture écologique.

Les solutions durables ne peuvent prendre comme référence unique nos activités productives en perpétuelle expansion, car la soif de ces dernières est inextinguible. En revanche, l'étude et l'appréciation des fonctions environnementales et sociales de l'eau nous font comprendre qu'il s'agit de bien plus qu'un simple facteur de production : l'eau est un actif écologique et social, dont la seule référence comme valeur productive ne vaut rien si l'on ne respecte pas et si l'on ne valorise pas d'abord son rôle fondamental dans les équilibres écologiques et sociaux les plus vitaux. C'est donc littéralement à la source qu'il faut comprendre l'eau pour agir avec elle plutôt que contre elle.

—  Jean-Paul DELÉAGE

Bibliographie

S. A. Degrémont, Memento technique de l'eau, Degrémont, Paris, 1989

P. H. Gleick dir., Water in Crisis. A Guide to the World Fresh Water Resources, Oxford Univ. Press, New York-Oxford, 1993

I.F.E.N., Les Données de l'environnement, Orléans, depuis janvier 1994 ((publications régulières sur l'eau et l'environnement)

R. Lambert, Géographie du cycle de l'eau, Presses universitaires du Mirail, Toulouse, 1996

J. Margat, Contribution au colloque « L'Eau et la vie des hommes au xxie siècle », M.U.R.S.-U.N.E.S.C.O., Paris, 1996

J. Sironneau, L'Eau, nouvel enjeu stratégique mondial, Economica, Paris, 1996.

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Pour citer l’article

Jean-Paul DELÉAGE, « EAU (notions de base) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 13 avril 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/eau-notions-de-base/