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La terre ne manque pas d’eau

Beaucoup, beaucoup, beaucoup d’eau, et plus encore

Avoir l’idée de quelques phénomènes naturels et de quelques chiffres avant d’accompagner les voyages de l’eau paraît nécessaire. Rien d’ennuyeux dans cette préparation à cette expédition aquatique tant certains phénomènes familiers sont mal connus et tant quelques chiffres étonnent et remettent déjà les idées en place.

LA PLANÈTE « MER »

Vue de la lune, la terre est une sphère bleue drapée de voiles blancs. Les océans couvrent 70 % de sa surface. Souvent voilés par les nuages, ses continents sont peu visibles. L’eau, sous toutes ses formes, façonne le visage cosmique de la terre.

Sa superficie totale est de 510 millions de km², soit 51 milliards d’hectares. Les océans représentent 36 milliards d’hectares, les terres émergées 15 milliards d’hectares. Quant à la France métropolitaine, elle couvre une surface de 550 000 km² (55 millions d’hectares) soit un millième de la planète et 0,3 % des terres émergées.

DE L’EAU EN PERPÉTUEL MOUVEMENT :
LE CYCLE DE L’EAU

Sous l’action de la chaleur du soleil, l’eau s’évapore sur les mers comme sur les continents, puis retombe sous forme de pluie ou de neige, le plus souvent sur la mer, mais aussi, pour un tiers des précipitations, sur la terre ferme. Cette eau alimente les sols, ruisselle, s’infiltre dans les nappes phréatiques et s’écoule dans les rivières et les fleuves avant de rejoindre la mer. Du fait de l’attraction terrestre, l’eau ne s’échappe pas dans le vide intersidéral, elle reste sur terre. Elle ne va donc pas soudainement disparaître sous prétexte que la terre s’est réchauffée de 1 °C au XX^e siècle.

Toutefois, elle passe d’un stade à l’autre et d’un lieu à l’autre ; elle se transforme, voyage. Ce qui va compter pour l’écosystème planétaire, c’est une toute petite partie de cette masse considérable, c’est l’eau en mouvement, et notamment celle de l’atmosphère car elle y reste peu, environ une dizaine de jours avant de retomber sur terre ou sur mer.

Il existe sur terre trois grands réservoirs d’eau : la mer, la terre et l’air.

La mer

Avec 1 388 000 000 000 000 000 m³, soit 1 338 millions de milliards de m³ – ou de tonnes d’eau –, le réservoir océanique est de très loin le plus volumineux. Ce stock formé d’eau salée est la principale source d’évaporation et donc de pluies. Il constitue aussi un stock de chaleur, qui alimente cette forte évaporation et régule le climat, car, si le mètre cube d’air pèse un kilogramme, le mètre cube d’eau pèse une tonne, l’eau stocke donc environ mille fois plus de chaleur par mètre cube que l’air¹⁰. Et comme la masse des océans est très supérieure à la masse de l’atmosphère, Hendrik Tennekes¹¹ estime que la capacité de stockage de la chaleur par les océans représente environ 1 000 fois celle de l’atmosphère. Ainsi, selon lui : « Quelques mètres d’eau contiennent autant de chaleur que l’atmosphère entière. Les océans sont la principale source de vapeur d’eau qui fait que la dynamique atmosphérique de notre planète est à la fois intéressante et excessivement complexe. »

La terre

Les stocks continentaux, y compris sous forme de glace, représentent 48 millions de milliards de m³, soit 3,5 % de la masse de l’eau de mer. Si l’eau douce ne représente qu’une faible proportion de l’ensemble de l’eau de la planète, on peut difficilement prétendre qu’elle soit rare : 48 000 000 000 000 000 m³ d’eau, c’est encore beaucoup d’eau. Toutefois, les stocks de glace, et surtout ceux de l’Antarctique et du Groenland, ne sont pas des « réservoirs » d’eau douce, ce sont des roches. En Antarctique, l’inlandsis, l’autre nom pour désigner ce bouclier de glace, est en place depuis quinze millions d’années. L’exploitation de cette « eau douce », qui a été évoquée ici ou là, n’est pas rentable, et son exploitation constituerait une grave atteinte à l’environnement. La glace n’est pas de l’eau douce¹², c’est de la glace, et sa température moyenne au pôle Sud est de moins 70 °C.

Le volume de la glace de l’Antarctique est estimé à 30 millions de milliards de m³, et celui du Groenland à 2,6 millions de milliards de m³. Au total, en comptant les glaciers alpins, andins et ceux de l’Himalaya, on peut estimer que 33 millions de milliards de m³ sont quasiment immobilisés sous forme de glace.

Pas tout à fait cependant, parce que tous les glaciers, y compris ceux des zones tempérées, participent un peu à ces voyages de l’eau. Comme l’illustre la « Mer de Glace » à Chamonix, la glace a une certaine plasticité. Sous l’effet de la pesanteur, elle descend et forme des glaciers. Aux ruptures de pente, cette plasticité trouve ses limites ; c’est là que se forment des crevasses séparées par des séracs, dont les montagnards connaissent les dangers. Ces fleuves de glace participent donc un peu au cycle de l’eau, comme s’ils étaient formés d’eau libre. Toutefois, leur vitesse d’écoulement est très lente : environ un mètre par jour, contre un mètre par seconde pour les rivières ou fleuves, mais le résultat est le même. Au fur et à mesure de leur descente, les glaciers trouvent des températures plus élevées et fondent. Il se forme alors un torrent sous-glaciaire qui sort sous la langue terminale pour rejoindre le réseau hydrographique d’eau liquide. A Chamonix, le torrent sous-glaciaire rejoint l’Arve, qui se jettera dans le Rhône à Genève. Le réchauffement climatique observé depuis 1850 entraîne un recul des glaciers continentaux. Le stock de glace dans les Alpes baisse. Pour autant, il ne faut pas en conclure que le volume d’eau disponible dans les fleuves à l’aval desdits glaciers baisse. Pour cela, il faudrait qu’il neige ou qu’il pleuve moins depuis 1850 dans la partie supérieure des bassins versants concernés, ce qui n’a pas pu être démontré. Dans le cas du Rhône, notamment, on n’a observé aucune réduction de débit moyen depuis cent cinquante ans. Le stockage provisoire de l’eau, dans un lac ou sous la forme d’un glacier, ne change rien au cycle de l’eau, à ses données fondamentales et aux volumes écoulés dans les rivières. On peut en revanche légitimement soutenir l’hypothèse inverse : en période de fonte, donc de dé- stockage, le débit des fleuves issus des glaciers est légèrement augmenté. A contrario, en période d’avancée des glaciers, le stockage annuel de glace réduit d’autant l’eau libre disponible à l’aval du glacier concerné, même si cet impact est modeste.

Avec ou sans glaciers, toutes les montagnes du monde sont des châteaux d’eau. L’eau se place dans les fissures et les parties perméables pour former des milieux poreux aquifères. Même sans glaciers, toutes les montagnes stockent de l’eau pendant les périodes humides pour la restituer en périodes plus sèches. Il n’y a pas de glaciers pour alimenter l’Amazone, le fleuve le plus puissant du monde, pas plus que l’Orénoque ou le Rio de la Plata en Argentine ; c’est aussi le cas du Nil, le fleuve le plus long du monde, du Congo, du Zambèze, des grands fleuves sibériens, du Mississippi et du Saint-Laurent. En France, seul le bassin versant du Rhône compte une masse glaciaire significative avec 16 milliards de m³ d’eau emmagasinés. Ce qui n’empêche pas Seine, Loire et même Garonne, dont les bassins versants ne comprennent pas de glacier, d’avoir un débit cumulé supérieur à celui du Rhône.

Après cette parenthèse montagnarde, quoi qu’il en soit, ne restent comme eau douce libre « que » 15 millions de milliards de m³. Soit 15 000 000 000 000 000 m³. Ce stock d’eau, douce et relativement « chaude » se trouve dans les lacs, les rivières et fleuves mais aussi dans les nappes phréatiques et les sols humides. Les sept milliards d’êtres humains disposent donc chacun d’un stock d’eau douce liquide d’un peu plus de deux millions de m³ ; de quoi étancher une petite soif et arroser quelques fleurs.

L’air

L’atmosphère est le moins volumineux de ces trois réservoirs, il ne contient que 17 000 milliards de m³ sous forme soit de vapeur, soit de fines gouttelettes d’eau ou de glace qui forment les nuages. Le stock continental d’eau libre est donc mille fois supérieur à celui de l’atmosphère, néanmoins les quantités d’eau échangées y sont très importantes et se font en permanence, comme nous allons le voir.

L’eau retourne toujours à la mer

Ne pouvant s’écouler ailleurs, l’eau de mer ne s’échappe que par évaporation, et le plus souvent va de la mer à... la mer. En effet, si le volume annuel total de l’évaporation est de 505 000 milliards de m³, 458 000 milliards de m³ retomberont en mer sous forme de pluie. Comme l’ensemble de tous les fleuves de la planète déversent en mer 47 000 milliards de m³, ceci compense cela, et le niveau de la mer reste constant. Le cycle mondial de l’eau n’a pas d’impact sur le niveau de la mer. Ce dernier chiffre doit être gardé en mémoire car il représente la masse d’eau facilement utilisable par les hommes, on pourrait l’appeler : « l’abondance brute mondiale ». Chacun des 7 milliards d’humains pourrait disposer de 6 700 m³, aujourd’hui « gaspillés », si l’on peut dire, car ils retournent à la mer. Tout simplement parce que l’homme n’en a pas besoin ! La pénurie globale n’est pas pour demain : l’humanité, même avec 10 milliards d’êtres humains, aurait du mal à « consommer » ces 47 000 milliards de m³ d’eau s’écoulant dans les fleuves. Mais avant de revenir là d’où elle venait, l’eau tombe du ciel puis s’évapore ou ruisselle et s’infiltre.

L’eau tombe

Ce sont les précipitations sous forme de pluie et de neige qui forment l’apport d’eau. Il est traditionnel de les mesurer en millimètres par an (mm/an).

En France, la pluviométrie moyenne depuis cinquante ans est de 889 mm¹³, soit 889 litres (ou 0,89 m³ par m²), ou encore 8 900 m³ ou tonnes d’eau par hectare. A Paris, il ne pleut que 650 mm¹⁴, il tombe ainsi sur les 100 km² de la ville de Paris 65 millions de m³ d’eau par an, soit environ 32 000 litres (32 m³) par habitant.

Une partie s’évapore

Après une précipitation, quelle qu’elle soit, où qu’elle soit, le volume d’eau tombé se partage en deux parties. La première va rapidement s’évaporer ou être reprise par les racines des plantes, et être « évapotranspirée » par les végétaux naturels ou cultivés ; la seconde va ruisseler ou s’infiltrer pour rejoindre les nappes phréatiques, les ruisseaux, rivières et fleuves et, un jour, la mer. Le coefficient de ruissellement est le pourcentage de l’eau tombée qui ruisselle ou s’infiltre. Cette notion joue un rôle essentiel en hydrologie.

L’autre ruisselle

Sur les 119 000 milliards de m³ de pluie qui tombent sur la terre ferme, 47 000 milliards de m³ s’infiltrent ou ruissellent dans les rivières et fleuves. Le coefficient de ruissellement moyen mondial est donc de 39,4 %¹⁵. Localement, ce coefficient varie notamment en fonction des températures, de la nature des roches, de la pente. Il est d’autant plus élevé que le climat est plus froid, c’est le cas pour les fleuves sibériens, comme l’Ob ou l’Ienisseï, où il peut atteindre 80 %. Dans les pays tempérés comme la France, il est plus fort en hiver qu’en été, pour les mêmes raisons, les taux sont élevés en haute montagne. Ainsi, altitude, froid, abondance des précipitations, pentes fortes, absence de végétaux contribuent à un fort ruissellement. A contrario, ce coefficient est nul au Sahara, et il varie entre 6 et 12 % dans les zones soudano-sahéliennes d’Afrique. En France, le coefficient est de 36 %, donc assez proche de la moyenne mondiale, et c’est ce que l’on va retrouver dans les fleuves et rivières. Le reste, à savoir 64 %, est évaporé ou évapotranspiré par les plantes.

La pluviométrie est facile à mesurer, et les chiffres moyens sont connus en France depuis deux cents ans. En revanche, la mesure du débit des rivières est complexe, coûteuse et parfois impossible, notamment pendant les crues, mais, comme on connaît l’eau qui ruisselle et celle qui tombe, on peut évaluer le débit moyen d’une rivière, son « abondance brute annuelle ».

Pour ceux qui auraient encore peur de manquer d’eau, soulignons enfin que ce coefficient de ruissellement est stable dans le temps. Les modifications de l’utilisation des sols par l’homme, l’apparition de l’agriculture, le boisement ou le déboisement, l’urbanisation, n’ont pas changé le ruissellement moyen annuel global. Selon le BRGM¹⁶, sur les 175 milliards qui ne s’évaporent pas en France, 100 milliards s’infiltrent dans les nappes phréatiques et 75 milliards vont directement dans les rivières et fleuves. Le niveau et donc le volume des nappes sont stables. Les 100 milliards de m³ d’eau infiltrée qu’elles reçoivent vont s’écouler et aussi rejoindre rivières et fleuves. In fine, l’infiltration rejoint le ruissellement.

Les plantes jouent un rôle essentiel
dans l’évaporation de l’eau dans l’atmosphère

A l’évaporation stricto sensu, il faut ajouter l’évapotranspiration des plantes dont nous avons déjà abondamment parlé. Elle assure non seulement leur vie et leur croissance mais aussi toute la vie sur terre qui doit tout à la photosynthèse, au dioxyde de carbone et à l’évapotranspiration. La photosynthèse utilise l’énergie solaire pour convertir le dioxyde de carbone en matières organiques complexes. Ce phénomène requiert de l’eau qui fait vivre la plante, et l’évapotranspiration est la source de toute vie végétale, naturelle ou cultivée.

Dès qu’un rayon de soleil apparaît, l’évaporation intervient sur les flaques, les feuilles, les sols et les toits. La partie de l’eau qui s’est infiltrée dans la partie supérieure du sol sera, pour partie, pompée par des racines pendant des jours, des semaines ou des mois. En effet, grâce à la pression osmotique, l’eau du sol va remonter vers un milieu plus concentré en sels minéraux et sucre, et être stockée dans le végétal, puis cette eau va être pour partie transpirée et évaporée par les feuilles. Ce mécanisme alimente la « pompe » de la pression osmotique qui « pousse » l’eau du sol vers les végétaux. Sans cette évaporation permanente par les plantes, « l’ascenseur » de l’eau, chargée de sels minéraux, prélevée dans le sol, s’arrêterait. Si tout végétal coupé flétrit et meurt vite, c’est parce que l’eau ne remonte plus et ne peut plus le maintenir à l’état turgescent, ou « sous pression ».

L’évapotranspiration est aussi une constante locale, peu influencée par l’homme et notamment par l’agriculture. Elle est la même, exprimée en millimètres ou en m³ par hectare, que la végétation soit naturelle ou cultivée, qu’il s’agisse d’une forêt de chênes, d’un champ de blé, d’une prairie normande, d’une vigne, d’un champ d’orties ou d’un talus de ronces.

Quand la terre est nue, après un labour, par exemple, un autre phénomène entre en jeu, c’est la capillarité. L’eau remonte dans les micro-tubes formés par les interstices entre les grains du sol, se retrouve à la surface et s’évapore.

Un brassage constant

Si l’apport de vapeur d’eau par évaporation sur océans et continents est de 577 000 milliards de m³ par an, à un instant donné, le stock de vapeur d’eau moyen dans l’atmosphère n’est que de 17 000 milliards de m³, le cycle de l’eau se produit près de 34 fois par an, une fois tous les onze jours environ. Si la température de l’atmosphère continue de croître, le nombre de cycles annuels augmenterait et passerait au cours du XXI^e siècle de 34 à 35.

En quelques mots donc, soit l’eau tombe (458 000 milliards de m³ sur les océans, 119 000 milliards de m³ sur les continents), soit elle s’évapore (505 000 milliards de m³ sur les océans, 72 000 milliards de m³ sur les continents). Le cycle de l’eau s’équilibre.

SOUS TERRE EXISTE UN GIGANTESQUE
RÉSERVOIR NATUREL D’EAU DOUCE :
LES NAPPES PHRÉATIQUES

Le BRGM¹⁷ évalue le volume des nappes phréatiques mondiales à 10 000 000 milliards de m³. Soit un volume de 1,5 million de m³ par habitant de la planète. Le rythme de renouvellement de ces nappes est, en moyenne, de cinq mille ans et peut descendre à « seulement » trois cents ans pour les nappes superficielles les plus vives. Certaines eaux souterraines, les plus profondes ou à faible capacité de renouvellement, peuvent avoir soixante-dix mille ans.

Les eaux souterraines représentent 60 % des eaux continentales. Neuf pays bénéficient de 60 % du stock mondial : le Brésil, la Russie, la Chine, le Canada, l’Indonésie, les Etats-Unis, l’Inde, la Colombie et la République démocratique du Congo. Le stock français représente « seulement » 2 000 milliards de m³ d’eaux souterraines. Soit 30 000 m³ par habitant de l’Hexagone.

Nappes phréatiques dont le niveau varie
avec les saisons et les années

L’eau d’infiltration remplit les pores au sommet de la nappe et relève son niveau sur une hauteur de moins d’un mètre à quelques dizaines de mètres en une saison, selon les roches et l’importance de la recharge. Entre ces points hauts et les points bas que constituent le lit des rivières ou les lignes de sources, la pesanteur conduit l’eau à s’écouler plus ou moins vite selon les pluies et la nature des roches traversées. Nappes et rivières communiquent et coulent, selon les saisons, de la rivière à la nappe ou de la nappe à la rivière.

En période de fortes pluies, si les nappes sont alimentées, il peut y avoir des hautes eaux, voire des crues de nappes, comme ce fut le cas de la Somme en 2001. C’est le sol d’abord sec, puis humidifié et éventuellement gorgé d’eau, qui rythme en fonction de sa perméabilité le partage entre ruissellement et infiltration. La recharge est donc favorisée par des pluies moyennes et régulières.

Lorsque le ruissellement se ralentit ou cesse, en été notamment, les fleuves ne s’assèchent pas car ils continuent de recevoir l’eau issue des nappes, même quand il ne pleut pas. Une canicule sévère peut survenir sans qu’il y ait nécessairement pénurie d’eau dans les rivières et les barrages. Les cours supérieurs des rivières peuvent en revanche s’assécher si la surface libre de la nappe est en dessous de l’altitude de la rivière. Les nappes sont des grands régulateurs du cycle de l’eau.

Une fois la recharge interrompue, le plus souvent à la fin du printemps, il n’y a pratiquement plus d’échange entre sol et nappe parce qu’il ne pleut plus ou que l’eau qui tombe est évaporée. Les étés maussades ou caniculaires n’ont pas d’impact significatif pour les nappes de moyenne et forte capacité. Pendant la décennie 1990-2000, la nappe de la Beauce, qui stocke 30 milliards de m³, est passée de son minimum historique à son maximum historique, soit un dénivelé positif de 16 m¹⁸ sur 200 m de profondeur moyenne, sans qu’on puisse corréler clairement ce phénomène avec la pluviométrie de la période, ni avec les prélèvements dus à l’irrigation qui ne dépassent pas les 100 millions de m^3 19.

ON NE PEUT PAS MANQUER D’EAU

Dans le cycle de l’eau mondial, ce qui est essentiel c’est ce qui bouge. Les pluies offrent au genre humain 20 000 m³ par personne et par an, dont 6  700 m³ vont ruisseler et rester facilement disponibles pour l’humanité. Certes, cette moyenne ne dit rien de la pénurie de l’habitant de Tamanrasset ou de la pléthore de l’Indien d’Amazonie, mais la pluviométrie globale sur la terre représente bel et bien un flux de 20 000 m³ d’eau douce par personne et par an.

– L’essentiel de cette eau va retourner à la mer. Avec ces 47 000 milliards de m³ « perdus », on pourrait irriguer le deux tiers des terres immergées, mais elles n’en n’ont, en général, aucun besoin.

– En France, seulement 5 % des surfaces agricoles sont irriguées, 95 % de l’agriculture est donc « pluviale ». Au niveau mondial, 277 millions d’hectares sont irrigués²⁰ soit un taux de 5 % également par rapport à l’ensemble des terres agricoles estimé à 4 800 millions d’hectares (terres arables et pâturages).

Le problème n’est pas, sauf dans les déserts ou les zones semi-arides, pardon de ce truisme, l’existence d’eau, mais sa disponibilité pour les urbains comme pour les agriculteurs. Pour que l’eau soit disponible, il faut investir dans son captage, son traitement, sa distribution, sans négliger son évacuation. Ainsi, le plus souvent le manque d’eau n’est pas lié à la nature, mais à la pauvreté des hommes, des villes et des pays.