Eau de mer

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Posté par marvin 16/03/2009 @ 03:07

Tags : eau de mer, eau, environnement

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Eau de mer

Salinité moyenne des océans[1], exprimée en psu, c'est-à-dire en grammes de sel par kilogramme d'eau de mer.

L’eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre. « Salée » désigne le fait qu'elle contient des substances dissoutes, les sels, principalement du chlore et du sodium. On trouve 30 à 40 grammes de sels dissous pour un kilogramme d'eau de mer. L'eau salée s'oppose à l'eau douce, qui contient moins d'un gramme de matériaux dissous par kilogramme. La masse volumique de l'eau de mer à la surface est d'environ 1,025 g/ml, supérieure de 2,5 % à celle de l'eau douce(1g/ml) à cause de la masse du sel et de l'électrostriction.

Les océans et mers occupent un volume estimé à 1 340 millions de km³, ce qui représente 96,4 % de la capacité des grands réservoirs d'eau à la surface de la Terre. Ce volume n'inclut pas les eaux souterraines (aquifères), dont 85 % en volume sont salées à différents degrés.

Les premières théories scientifiques sur l'origine du sel de la mer datent de Edmond Halley qui propose en 1715 que le sel et les autres minéraux y sont amenés par les rivières : l'écoulement de l'eau en surface (eau de pluie) et dans les rivières « arrache » des ions par dissolution des roches. Les eaux douces souterraines et de surface sont donc très légèrement « salées » à cause de ces ions ; ces ions sont entrainés jusqu'à l'océan, où ils restent tandis que l'évaporation entraine leur concentration (voir le cycle de l'eau). Halley note que les quelques lacs qui ne débouchent pas sur un océan (comme la mer Morte et la mer Caspienne, voir Endoréisme) ont en général une salinité très élevée, ce qu'il appelle la « météorisation continentale » (continental weathering).

La théorie de Halley est en grande partie correcte. En plus du phénomène décrit ci-dessus, le sodium a été arraché au plancher océanique lors de la formation initiale des océans. La présence de l'autre ion dominant du sel, l'ion chlorure, provient du « dégazage » du chlorure d'hydrogène (sous la forme d'acide chlorhydrique) ainsi que d'autres gaz de l'intérieur de la Terre, via les volcans et les monts hydrothermaux. Les ions sodium et chlorure sont ensuite devenus les constituants majeurs du sel de mer.

La salinité moyenne des océans est stable depuis plusieurs milliards d'années, le plus probablement grâce à un processus tectonique et chimique qui enlève autant de sel qu'il n'en arrive par les rivières. Les ions chlorure et sodium sont ainsi enlevés par les dépôts d'évaporite (les « roches salines »), la « grésification » (le dépôt de sels dans l'eau interstitielle) et les réactions chimiques avec le basalte des fonds marins. Depuis la création des océans, le sodium n'est plus arraché au fonds des océans, mais capturé dans les couches de sédiments couvrant les fonds marins. D'autres théories affirment que la tectonique des plaques entraine une partie du sel sous les masses continentales, où il remonte lentement à la surface.

L'eau de mer est composée d'eau et de sels, ainsi que de diverses substances en faible quantité. Si plus des deux tiers des 94 éléments chimiques naturels sont présents dans l'eau de mer, la plupart le sont en faible quantité et difficilement décelables.

La salinité est un des paramètres les plus importants de l'eau de mer, et désigne la teneur en sels dissous. La salinité moyenne des océans est de 35 g/l, et reste généralement comprise entre 30 g/l (Atlantique nord) et 40 g/l (mer Rouge). Les mers intérieures ou assimilées ont une salinité supérieure, parce que l'évaporation y concentre le sel. Les exceptions concernent donc des mers fermées ou semi-fermées, comme pour les valeurs extrêmes de 6 g/l dans les eaux de surface de la mer Baltique et 330 g/l dans la mer Morte. La mer ouverte la plus salée est la mer Rouge.

La grande particularité de l'eau de mer est que les proportions relatives de ses constituants sont sensiblement constantes (c'est-à-dire indépendantes de la salinité) ; cette propriété a été établie par le chimiste écossais William Dittmar, et permet de considérer l'eau de mer comme une solution de onze constituants majeurs dans de l'eau pure, à savoir, par ordre décroissant d'importance, le chlore, le sodium, le magnésium, le sulfate, le calcium, le potassium, le bicarbonate, le brome, l'acide borique, le carbonate et le fluor. La loi de Dittmar permet ainsi de déterminer la salinité de l'eau de mer par une seule mesure : de la concentration d'un de ces constituants (par exemple, Cl-) ou d'une des propriétés physiques de l'eau de mer à une température donnée (comme la densité relative, l'indice de réfraction ou la conductivité).

Les deux principaux sels sont Na+ et Cl-, qui en s'associant forment le chlorure de sodium ou « sel marin », que l'on extrait dans les marais salants pour obtenir du sel alimentaire.

Les gaz dissous comprennent principalement : 64% d'azote, 34% d'oxygène, 1,8% de dioxyde de carbone (soit 60 fois la proportion de ce gaz dans l'atmosphère terrestre).

La densité et donc l'indice de réfraction de l'eau de mer, noté n(λ), dépendent de la salinité. Les fonds marins (< 3 000 m) sont à une température inférieures à 4°C (environ 2°C ou moins) car l'eau salée voit son maximum de densité à une température inférieure, et surtout cet extremum s'estompe en un plateau constant avant la congélation.

Le mouvement des masses océaniques profondes est dominé par la variation de leur salinité. Elles proviennent principalement de la saumure issue de la formation de la banquise (congélation de l'eau de mer) en hiver aux pôles, ainsi que du refroidissement des eaux de surfaces dans les mêmes conditions. Le tableau ci-dessous montre comment le n(λ) augmente avec la salinité pour les D-lignes de sodium (moyenne : 5 893 angstroms = 589,3 nm) à 18°C.

L'indice de réfraction est également une fonction de la pression de l'eau, mais la dépendance est tout à fait faible en raison de l'incompressibilité relative de l'eau (comme tous les liquides). En fait, sur les gammes normales des températures (0 - 30°C), l'augmentation approximative du n(λ) est 0,000016 quand la pression de l'eau augmente d'une atmosphère.

Les facteurs les plus significatifs affectant le n(λ) sont la longueur d'onde de la lumière et la salinité de l'eau. Néanmoins, le n(λ) excède de moins de 1 % la gamme indiquée des valeurs de ces variables.

La masse volumique de l'eau de mer en surface varie de 1 020 à 1 029 kg/m³, selon la température et la salinité. En profondeur, dans les océans, la haute pression peut augmenter la masse volumique jusqu'à des valeurs de l'ordre de 1 050 kg/m³ (l'eau de mer, comme la plupart des liquides, est quasiment incompressible). Le pH varie entre 7,5 et 8,4, pour une moyenne de l'ordre de 8,2.

La vitesse du son dans l'eau varie avec la température de l'eau et la pression, elle est donc sensible aux thermoclines ; elle est de l'ordre de 1 500 m/s.

Température moyenne annuelle en surface.

Si la consommation accidentelle de petites quantités d'eau de mer n'est pas dommageable pour le corps humain, il n'est pas possible de survivre à long terme en buvant uniquement de l'eau de mer. Cette croyance a pour origine la traversée de l'Atlantique d'Alain Bombard, mais qui utilisait aussi la chair des poissons et l'eau de pluie. Ainsi, le médecin allemand Hannes Lindemann qui avait voulu réitérer le voyage de Bombard avait montré qu'il n'était pas possible de se passer d'eau douce additionnelle. L'OMS a utilisé ses travaux pour ses recommandations.

Le taux de chlorure de sodium dans le sang humain et dans l'urine se situe généralement autour de neuf grammes par litre (0,9 % en masse), un taux qui varie peu. Boire de l'eau de mer (dont le taux de sel est de 3,5 %) accroit temporairement la concentration de sel dans le sang. Ce sel doit être éliminé, ce qui se fait en utilisant de l'eau provenant de cellules pour uriner. Les cellules finissent par mourir de déshydratation, suivies par les organes et finalement le corps entier.

L'effet de l'absorption d'eau de mer a été étudiée sur rats en laboratoire, en faisant varier la concentration d'eau de mer dans leur eau de boisson. Au fur et à mesure que cette concentration augmentait, les rats devaient boire de plus en plus pour uriner davantage, jusqu'à une concentration de 50 %, tandis que leur soif déclinait après 50 %. Ces chercheurs recommandent ainsi de ne pas passer brutalement d'une consommation d'eau douce à une consommation d'eau de mer (pour des naufragés par exemple), mais plutôt d'augmenter progressivement la proportion d'eau de mer dans l'eau douce.

Les manuels de survie conseillent en général de ne pas boire d'eau de mer. Par exemple, le Medical Aspects of Harsh Environments (« Aspects médicaux des environnements hostiles ») présente une analyse de 136 voyages en embarcation de sauvetage. Le risque de décès s'élevait à 39 % pour ceux qui buvaient de l'eau de mer, contre 3 % pour ceux qui n'en buvaient pas.

Pour rendre l'eau de mer potable (processus de dessalement), plusieurs techniques existent. La plus simple est de la diluer avec de l'eau potable jusqu'à ce que la salinité soit acceptable ; on utilise cette technique en agriculture, pour l'irrigation. Les techniques plus complexes, mises en oeuvre notamment sur les grands navires, incluent les évaporateurs à vide, les évaporateurs « flash » ou l'osmose inverse.

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Eau

À température ambiante, la densité de l'eau liquide augmente avec la baisse de la température, comme les autres substances.

L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus. Le corps humain est ainsi composé à 60 % d’eau (pour l'adulte, et 70 % chez les nourrissons). L’eau se trouve en général dans son état liquide et possède à température ambiante des propriétés uniques : c’est notamment un solvant efficace pour la plupart des corps solides trouvés sur Terre — l’eau est quelque fois désignée sous le nom de « solvant universel ». Pour cette raison, l’eau qu’on trouve sur Terre n’est qu’ exceptionnellement un composé chimique pur. La formule chimique de l’eau pure est H2O. L’eau « courante » est une solution d' eau et de différents sels minéraux ou d'autres adjuvants. Les chimistes utilisent de l' eau distillée pour leurs solutions, cette eau étant pure à 99%, il s'agit d'une solution aqueuse. L'expression 'solvant universel' est sujette à maintes précautions, les « cailloux » n'étant, par exemple, non-solubles dans l'eau dans la plupart des cas.

Près de 70 % de la surface de la Terre est recouverte d’eau (97 % d’eau salée et 3 % d’eau douce dans différents réservoirs), essentiellement sous forme d’océans mais l’eau est aussi présente sous forme gazeuse (vapeur d’eau), liquide et solide. Ailleurs que dans les zones humides plus ou moins tourbeuses ou marécageuses, dans les mers et océans, l'eau est présente dans les lagunes, lacs, étangs, mares, fleuves, rivières, ruisseaux, canaux, réseaux de fossés ou de watringues… ou comme eau interstitielle du sol. La circulation de l’eau au sein des différents compartiments terrestres est décrite par le cycle de l'eau. En tant que composé essentiel à la vie, l’eau a une grande importance pour l'Homme (voir géopolitique de l'eau pour plus de détails). Source de vie et objet de culte depuis les origines de l'homme, l'eau est conjointement, dans les sociétés d'abondance comme la France, un produit de l'économie et un élément majeur de l'environnement.

Le terme eau dérive du latin aqua via les langues d'oïl comme par exemple les mots ewes. Le terme aqua a été ensuite repris pour former quelques mots comme aquarium. Un mélange aqueux est un mélange dont le solvant est l'eau. Le préfixe hydro dérive quant à lui du grec ancien ὕδωρ (hudôr) et non pas de ὕδρος (hudros) lequel signifie « serpent à eau ».

L'eau a été trouvée dans des nuages interstellaires dans notre galaxie, la Voie lactée. On pense que l'eau existe en abondance dans d'autres galaxies aussi, parce que ses composants, l'hydrogène et l'oxygène, sont parmi les plus abondants dans l'univers.

La forme liquide de l'eau est seulement connue sur Terre, bien que des signes indiquent qu'elle soit (ou ait été) présente sous la surface de la lune Encelade de Saturne et à la surface de Mars.

Le cycle de l'eau (connu scientifiquement sous le nom de cycle hydrologique) se rapporte à l'échange continu de l'eau entre l'hydrosphère, l'atmosphère, l'eau des sols, l'eau de surface, la nappe phréatique, et les plantes.

Par exemple, au sommet de l'Everest, l'eau bout à environ 68 °C, à comparer aux 100 °C au niveau de la mer. Réciproquement, les eaux profondes de l'océan près des courants géothermiques (volcans sous-marins par exemple) peuvent atteindre des températures de centaines de degré et rester liquides.

Pour la plupart des substances, la forme solide est plus dense que la phase liquide ; ainsi la substance pure sous sa forme solide sera immergée dans un récipient rempli par la substance pure sous sa forme liquide. Par contre un bloc de glace ordinaire flottera dans un récipient rempli d'eau car la glace est moins dense que l'eau liquide. C'est une propriété caractéristique très importante de l'eau. À température ambiante, la densité de l'eau liquide augmente avec la baisse de la température, comme les autres substances. Mais à 3,98 °C, l'eau atteint sa densité maximale, et lorsque l'eau refroidit davantage jusqu'à 0 °C, l'eau liquide, dans les conditions normales de température et de pression, se dilate pour devenir moins dense. La salinité et la pression changent ce comportement. Aussi l'eau de mer ne gèle qu'à des températures plus basses pour former la banquise. L'eau des glaciers antarctiques forme des icebergs dont la salinité est plus faible et dont les propriétés diffèrent de celle des plaques de la banquise. Si l'eau lorsqu'elle gèle devient moins dense, elle augmente de volume. Il ne faut pas négliger l'importance du phénomène car il joue un rôle important dans l'écosystème sur Terre. Par exemple, si l'eau était plus dense lorsqu'elle gèle, les lacs et les océans situés dans un environnement polaire devraient geler (de haut en bas). Ceci se produirait parce que la glace se déposerait au fond des lacs et du lit des rivières, et le phénomène nécessaire au réchauffement (voir ci-dessous) ne pourrait pas se produire en été, puisque la couche chaude en surface serait moins dense que la couche glacée du dessous. Le fait que ceci ne se produit pas est significatif pour le bon fonctionnement des systèmes naturels.

Néanmoins, l'expansion inhabituelle, due à la liaison hydrogène, de l'eau au moment de la congélation qui a lieu dans les conditions habituelles pour les systèmes biologiques à 4 °C au-dessus du point de congélation offre un important avantage pour la vie en eau douce l'hiver. L'eau froide en surface augmente de densité et coule, définissant ainsi des courants de convection qui refroidissent l'ensemble de la masse d'eau, mais quand la température de l'eau descend à 4 °C, l'eau en surface voit sa densité diminuer et il se forme une couche de surface froide qui finalement est destinée à geler. Puisque la convection de l'eau entre 0 °C et 4 °C est bloquée par ces effets de densité, n'importe quelle grande étendue d'eau a la couche d'eau la plus froide en surface, loin du fond.

En quantité, l’activité humaine qui consomme le plus d’eau traitée est l’agriculture, avec 68 % de la consommation, viennent ensuite la consommation humaine (24 %), l'industrie (5 %) et la production d'énergie (3 %).

L’agriculture est le premier secteur de consommation d’eau, notamment pour l’irrigation. En France, environ 70 % de l’eau sert à l’agriculture.

L’eau est aussi utilisée dans beaucoup de processus industriels et de machines, tels que la turbine à vapeur ou l’échangeur de chaleur : on peut ajouter à cela son utilisation comme solvant chimique. Le rejet d’eau utilisée dans l’industrie et non traitée, provoque des pollutions. La pollution inclut les rejets de solutions (pollution chimique) et les rejets d’eau de refroidissement (pollution thermique). L’industrie a besoin d’eau pure pour de multiples applications, et elle utilise une grande variété de techniques de purification à la fois pour l’apport et le rejet de l’eau.

C’est parce que les combustibles se combinent avec l’oxygène de l’air qu’il brûlent et dégagent de la chaleur. L’eau ne peut pas brûler, puisqu’elle est déjà le résultat d’une combustion : celle de l’hydrogène avec l’oxygène.

Elle éteint le feu pour deux raisons, la première étant que lorsqu’un objet est recouvert d’eau, l’oxygène de l’air ne peut pas parvenir jusqu’à lui et activer sa combustion ; la seconde, et c’est la principale, est que l’eau peut absorber et retenir une grande quantité de chaleur lorsqu’elle se vaporise. De ce fait, la température de l’objet qui brûle s’abaisse au-dessous de son point d’ignition.

L’eau a longtemps revêtu plusieurs aspects dans les croyances et les religions des peuples. Ainsi, de la mythologie gréco-romaine aux religions actuelles, l’eau est toujours présente sous différents aspects : destructrice, purificatrice, source de vie, guérisseuse et protectrice.

L’eau revêt cet aspect-là notamment lorsqu’on parle de fin du monde ou de genèse. Mais cela ne se limite pas aux religions monothéistes. Ainsi, dans l’épopée de Gilgamesh, une tempête qui dura six jours et sept nuits était à l’origine des inondations et de la destruction de l’humanité. Les Aztèques ont eux aussi cette représentation de l’eau puisque le monde du Soleil d’Eau placé sous le signe de l’épouse de Tlaloc est détruit par un déluge qui rasera même jusqu’aux montagnes. « Et l’Éternel dit : J’exterminerai de la face de la terre l’homme que j’ai créé, depuis l’homme jusqu’au bétail, aux reptiles, et aux oiseaux du ciel ; car je me repens de les avoir faits. », c’est par cela qu’est désignée la fin du monde dans la genèse judéo-chrétienne, et d’ajouter : « Les eaux grossirent de plus en plus, et toutes les hautes montagnes qui sont sous le ciel entier furent couvertes. » (La genèse, (VI, 7)/ (VII, 19)). Le mythe des aborigènes d’Australie est, quant à lui, attaché à l’idée de punition et non pas de destruction, puisqu’une grenouille géante aurait absorbé toute l’eau et asséché la terre mais aurait tout recraché en rigolant aux contorsions d’une anguille.

Cet aspect donne à l’eau un caractère presque sacré dans certaines croyances. En effet, outre la purification extérieure que confère l’eau, il y a aussi cette faculté d’effacer les difficultés et les péchés des croyants à son contact, et de laver le croyant de toute souillure. Les exemples sont nombreux allant de la purification dans le Gange dans l’hindouisme (où beaucoup de rituels sont exécutés au bord de l’eau tels que les funérailles), ou les ablutions à l’eau dans l’Islam jusqu’au baptême dans le christianisme ou l’initiation des prêtres shintoïstes.

Outre l’aspect purificateur, l’eau s’est étoffée au cours des siècles et des croyances d’une faculté de guérison. Plusieurs signes de culte et d’adoration datant du néolithique ont été retrouvés près de sources d’eau en Europe. Longtemps, des amulettes d’eau bénite ont été accrochées à l’entrée des maisons pour protéger ses occupants du Mal. On considère que le contact avec certaines eaux peut aller jusqu’à guérir de certaines maladies. L’exemple le plus proche est celui du pèlerinage à Lourdes en France où chaque année des milliers de gens se rendent pour se baigner dans sa source chaude. Parmi les cas de guérison par l’eau de Lourdes, 67 ont été reconnus par l’Église catholique. Du point de vue de la science, les propriétés curatives ont été démontrées puisque, aujourd’hui, l’hydrothérapie est courante dans les soins de certaines maladies.

Bien que les sciences aient démontré que l’eau était indispensable à la vie, la mythologie avait bien avant établi le rapport entre l’eau et la naissance. Ainsi, plusieurs dieux et déesses romains et grecs sont issus des eaux : ainsi Océan, un Titan, le fleuve qui entoure le monde et son épouse Téthys, une titanide, tous deux issus de l’eau donnèrent naissance aux dieux fleuves et à plus de trois milles Océanides, leurs filles. D’autres plus célèbres ont leur vie liée à l’eau tels Vénus (« celle qui sort de la mer »), Amphitrite (déesse de la mer), Poséidon ou Nérée (divinité marine).

À l’origine, un décimètre cube (litre) d’eau définissait une masse de un kilogramme (kg). L’eau avait été choisie car elle est simple à trouver et à distiller. Dans notre système actuel de mesure – le système international d’unités (SI) – cette définition de la masse n’est plus valable depuis 1889, date à laquelle la première Conférence générale des poids et mesures définit le kilogramme comme la masse d’un prototype de platine iridié conservé à Sèvres. Aujourd’hui à 4 °C, la masse volumique est de 0,99995 kg∙dm-3. Cette correspondance reste donc une excellente approximation pour tous les besoins de la vie courante.

Le système centigrade (à ne pas confondre avec le degré Celsius, ci-dessous) fixe le degré 0 sur la température de la glace fondante et définit comme degré 100 la température de l’eau en ébullition sous pression atmosphérique normale. L’échelle est ensuite divisée en 100°. C’est ainsi que la température du corps humain est en moyenne de 37°.

Le système Fahrenheit fixe le point de solidification de l’eau à 32 °F et son point d’ébullition à 212 °F.

Le kelvin est une mesure absolue de température thermodynamique qui est égale à 1/273,16 fois la température du point triple de l’eau.

Le système Celsius est défini arbitrairement par une translation de 273,15 K par rapport au kelvin, pour se rapprocher au plus près du degré centigrade.

La protection de ce bien commun qu'est la ressource en eau a motivé la création d'un programme de l'ONU (« UN-Water »), et d'une évaluation annuelle « Global Annual Assessment of Sanitation and Drinking-Water  » (GLAAS), coordonné par l'OMS.

En France, les nombreux acteurs de l'eau et leurs missions diffèrent selon les départements et les territoires. Il existait 5 polices de l'eau aujourd'hui coordonnées par les MISEs (Missions interservice de l'eau). Les Agences de l'eau sont des établissements publics percevant des redevances qui financent des actions de collectivités publiques, d'industriels, d'agriculteurs ou d'autres acteurs pour épurer ou protéger la ressource en eau. La distribution d'eau potable est un service public gérée au niveau communal ou EPCI, soit directement en régie, soit déléguée à une société privée (affermage, concession). La nouvelle Loi sur l'Eau et les Milieux Aquatiques (LEMA) de 2007 modifie en profondeur la précédente loi et traduire dans la législation française la Directive Cadre de l'Eau (DCE) européenne.

De l’eau potable ou relativement pure est nécessaire à beaucoup d’applications industrielles et à la consommation humaine. Les humains ont besoin d’eau sans trop de sels et autres impuretés, comme des produits toxiques ou de bactéries pathogènes.

L’épuration, ou assainissement, est l’activité qui consiste à épurer les eaux usées issues de l’activité industrielle, des usages domestiques, ou autres, avant leur rejet dans la nature. Ce processus est de plus en plus nécessaire, afin d’éviter la pollution et les nuisances sur l’environnement. Une des techniques qui est préconisée le plus souvent est la désinfection par rayons ultraviolets, qui permet, sans produit, de désinfecter en profondeur l'eau. Bien plus que le chlore ou l'ozonation...

Les montagnes couvrent une part très importante des surfaces de la terre. En Europe, elles couvrent 35,5 % du territoire total (90 % en Suisse et en Norvège) et plus de 95 millions d’Européens y vivaient en 2006. Elles sont de véritables châteaux d’eau et jouent un rôle capital dans la gestion des ressources aquifères car elles concentrent une part importante des précipitations et tous les grands fleuves et leurs principaux affluents y prennent leur source.

L’eau en montagne y est une richesse écologique mais aussi économique créatrice de développement : hydroélectricité, mise en bouteille d’eau minérale, sports et loisirs en eaux vives. En Europe, 37 grandes centrales hydrauliques sont implantées en montagne (sur 50, soit 74 %) auxquelles s’ajoutent 59 autres grandes centrales sur 312 (18,9 %).

Mais l’eau en montagne, est surtout une source de richesse et de développement. Une meilleure valorisation de ce potentiel par l’aménagement du territoire peut être la source de nouvelles richesses pour l’économie des zones de montagne, mais dans le cadre d’un comportement économe et responsable. Dans l’avenir, avec le réchauffement climatique, les situations d’évènements extrêmes comme les sécheresses, les inondations et l’érosion accélérée, risquent de se multiplier et d’être, avec la pollution et le gaspillage, d’ici une seule génération un des principaux facteurs limitant le développement économique et social dans la plupart des pays du monde.

La Terre est à 72 % recouverte d'eau. 97 % de cette eau est salée, et 2 % emprisonnée dans les glaces. Il n'en reste qu'un petit pourcent pour irriguer les cultures et étancher la soif de l'humanité toute entière.

En 2007, sur 6,4 milliards d'êtres humains, plus d'un milliard n'a pas du tout accès à l'eau potable et plus de 2,5 milliards ne disposent pas de système d'assainissement d'eau. Aujourd'hui, dans le monde, 2 milliards d'êtres humains dépendent de l'accès à un puits. Il faudrait mobiliser 30 milliards de dollars par an pour répondre au défi de l'eau potable pour tous, quand l'aide internationale est à peine de 3 milliards.

Selon l'ONG « Transparency International », la corruption grève les contrats de l'eau dans de nombreux pays entraînant des gaspillages et des coûts excessifs pour les plus pauvres.

L'impossibilité d'accès à l'eau potable d'une grande partie de la population mondiale a des conséquences sanitaires graves. Ainsi, un enfant meurt toutes les 5 secondes ; des millions de femmes s'épuisent en corvées d’eau ; 80 millions de personnes ont été déplacées à cause des 45 000 barrages construits dans le monde. Chaque année, 443 millions de jours de scolarité sont perdus à cause d'infections transmises par l'eau insalubre.

Les associations humanitaires pointent du doigt ces disparités. Un Américain utilise 600 litres d'eau par jour et un Européen 200, quand un Africain doit survivre avec moins de 30 litres.

Des solutions existent pour économiser la consommation d'eau, même en menant le mode de vie d'un habitant d'un pays développé. Ainsi, 57 litres par jour et par personne suffiraient à deux retraités vivant dans leur écovillage du Queensland (Australie). Leur maison ne fonctionne qu'à l'eau de pluie (lessive, arrosage, toilette…).

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Potassium

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Le potassium est un élément chimique, de symbole K (d'étymologie arabe al-kali) puis du latin kalium et de numéro atomique 19.

C'est un métal alcalin mou, d'aspect blanc métallique (légèrement bleuté) que l'on trouve naturellement lié à d'autres éléments dans l'eau de mer et dans de nombreux minéraux. Il s'oxyde rapidement au contact de l'air et réagit violemment avec l'eau. Il ressemble chimiquement au sodium.

Le potassium a été découvert en 1807 par sir Humphry Davy, qui l'obtient par électrolyse d'hydroxyde de potassium, et forge le mot à partir de l'anglais potash de pot ashes c'est à dire pot à cendres résultant de cette électrolyse, potass « potasse » et du suffixe -ium. En chimie allemande le potassium se traduit Kalium (comme en néerlandais).

Le potassium fut le premier métal isolé par électrolyse.

Le potassium est le deuxième plus léger des métaux, le 4ème métal le plus réactif si l'on compte le francium. C'est un solide mou qui est facilement coupé à l'aide d'un couteau. Les surfaces fraîchement coupées ont un aspect métallique. Il s'oxyde rapidement à l'air et doit donc être conservé dans l'huile.

Comme les autres métaux alcalins, l'eau se décompose à son contact avec formation de dihydrogène. Lorsqu'il est plongé dans l'eau, il réagit violemment en produisant du dihydrogène qui peut s'enflammer, voire détoner, en présence d'oxygène et d'un point à température élevée.

Ses sels émettent une couleur violette lorsqu'ils sont exposés à une flamme.

Les valeurs marquées d'un # sont des valeurs de prédiction. Les valeurs de spin à faible certitude ainsi que les incertitudes pour les derniers chiffres sont indiqués en parenthèses.

La forme naturelle du potassium est composé des 3 isotopes 39K (93,26 %), 40K (0,01167 %) et 41K (6,73 %).

La méthode de datation au potassium-argon (couple d'isotopes 40K - 40Ar) est communément utilisée pour la datation des roches.

C'est un gros cation (~140 pm) peu coordinant et donc difficile à précipiter en solution aqueuse. Il forme des complexes avec les éthers couronnes ce qui permet de solubiliser certains de ses sels en solution organique.

Cet élément représente environ 2,58 % du poids total de la croûte terrestre, dont il est un des 7 éléments les plus abondants.

Le potassium ne se trouve pas à l'état natif dans la nature. Il est obtenu principalement par électrolyse de l'hydroxyde de potassium par un procédé qui a très peu changé depuis Davy.

Des minéraux tels que la carnallite KMgCl3·6H2O, la langbeinite K2Mg2(SO4)3, la polyhalite K2Ca2Mg(SO4)4·2H2O, et la sylvine KCl, que l'on trouve au fond des anciens lacs et mers sont des minerais importants de potassium, et permettent son exploitation économique.

Les principaux gisements de potassium sont situés en Saskatchewan, en Biélorussie, en Alsace, en Californie, en Allemagne, au Nouveau-Mexique et en Utah.

Les océans constituent une réserve importante de potassium, mais sa concentration y est plus faible que celle du sodium (cf. eau de mer).

Le potassium est produit par réduction de KCl liquide par de la vapeur de sodium à 870 °C puis distillation.

Le potassium est un élément essentiel pour la croissance des plantes ; on le trouve (sous forme de composés) dans la plupart des sols. Le potassium est vital pour le fonctionnement des cellules animales (voir pompe Na-K).

Le potassium sous forme de métal réagit violemment avec l'eau. Sa réaction avec l'eau est d'ailleurs bien plus forte que celle du sodium dans un milieu aqueux. Le potassium peut aussi réagir violemment avec son propre oxyde ; par exemple un choc sur une coulée de potassium oxydé peut provoquer une explosion. Ce métal doit donc être conservé à l'abri de l'eau et de toute atmosphère oxydante ou chargée d'humidité. Il est le plus souvent conservé immergé dans l'huile ou entouré de graisse. Dans les échantillons destinés aux expériences de laboratoire scolaires et universitaires il est fourni en flacons sous forme d'olives pour éviter -en cas de doute sur une étiquette endommagée- de le confondre avec le sodium.

Le potassium est un micronutriment essentiel à l'alimentation humaine.

Le potassium sous sa forme de cation K+ est le principal ion intracellulaire de l'organisme. Il existe un gradient de concentration en faveur de la sortie de l'ion depuis le compartiment intracellulaire vers le compartiment extra-cellulaire. Ce gradient est entretenu par des pompes situées dans les membranes cellulaires, en particulier la pompe sodium/potassium est responsable de l'existence d'un potentiel de repos négatif présent dans toutes les cellules vivantes.

La concentration de K+ plasmatique (ou kaliémie) est très finement régulée, en particulier au niveau du rein, de sorte que cacz sévères susceptibles d'entraîner des anomalies cardiaques fatales.

Une alimentation variée constitue le meilleur moyen d'avoir un bon taux de potassium dans l'organisme. Des recherches ont mis en évidence qu'un régime riche en potassium peut réduire les risques d'hypertension.

On trouve de bonnes quantités de potassium dans le pruneau (732 mg/100g), les châtaignes (600mg/100g), l'avocat (485 mg/100g), les épinards (466 mg/100g), la pomme de terre (379 mg/100g) et les tubercules en général (le céleri-rave, le navet), la banane (358 mg/100g), la carotte (320 mg/100g), le melon (300 mg/100g) et le jus d'orange (200 mg/100g).

Connaissant (a) la quantité totale de potassium dans un corps humain, (b) l'abondance naturelle de 40K présent dans la biosphère et (c) la période radioactive de celui-ci, il est facile de calculer le nombre de désintégrations par seconde (Becquerel) qui y ont lieu.

Où KCT est le potassium corporel total (en mmol), l'âge est en années, le poids en kg, la taille en cm et MNG est la masse non-grasse (par exemple, pour un corps de 80 kg constitué à 20% de graisse, la MNG vaut 0.8 x 80 = 64 kg).

Finalement, il suffit de calculer KCT × 0,0001167 × 1,036 ×104 pour obtenir le nombre de Bq produits par le 40K dans un corps humain, ce qui en moyenne (valeurs minimales et maximales des KCT indiqués plus haut) donne donc entre 4390 et 5670 désintégrations par seconde (Bq). Ces valeurs sont à comparer à celles données en exemple dans la page Becquerel, où les valeurs indiquées pour l'être humain tiennent compte de façon similaire des autres isotopes naturellement présents dans le corps.

À noter qu'il est inutile de vouloir mesurer cette radioactivité à l'aide d'un compteur Geiger : les rayonnements bêta moins du 40K ne traversent que très peu la matière telle que celle qui constitue les liquides corporels ou la peau et sont donc absorbés par les atomes des molécules environnantes, qui peuvent alors subir des ionisations. Cette mesure doit donc se faire par d'autres méthodes telles que l'homogénéisation de l'échantillon biologique suivie de la détection de son activité bêta moins par comptage de scintillation. Dans les cellules, l'ionisation de certains atomes due à la radioactivité du 40K peut provoquer la rupture de liaisons chimiques et aboutir à la formation de radicaux libres, qui sont généralement détoxifiés par une variété d'enzymes spécialisées. Si l'ionisation intervient sur des atomes qui constituent l'ADN des chromosomes, ceci peut parfois provoquer des mutations aux conséquences plus ou moins graves pour la cellule ou pour l'individu.

Au-delà de 25 g, le potassium est toxique. Un surdosage en potassium provoque l'hyperkaliémie, alors qu'une carence en potassium provoque l'hypokaliémie. L'hyperkaliémie entraîne le plus souvent des insuffisances rénales très avancées (le rein n'excrète plus le potassium, et il va donc augmenter). Il est quasi impossible d'avoir une hyperkaliémie sans insuffisance rénale. On traite l'hyperkaliémie par des perfusions de bicarbonates (on alcalinise le sang), jusqu'au cas les plus extrêmes où l'on effectue une hémodialyse (rein artificiel)... Un arrêt cardiaque peut survenir surtout si les changements de la kaliémie ont été brusques. Il existe des manifestations avant-coureuses : des troubles du rythme cardiaque, des troubles digestifs (hypokaliémie seulement), des douleurs musculaires (hypokaliémie seulement) mais il est quasi impossible d'avoir trop ou pas assez de potassium.

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Courant marin

les principaux courants marins (carte de 1943)

Un courant marin est un déplacement d'eau de mer caractérisé par sa direction, sa vitesse et son débit. On distingue deux types de courants. La Terre reçoit de façon inégale l'énergie solaire : elle n'est pas la même selon que l'on se trouve au pôle (car les rayons arrivent de manière très inclinée) ou à l'équateur. La zone intertropicale reçoit ainsi autant d'énergie que le reste de la planète. Ce déséquilibre met en mouvement l'atmosphère et les océans qui vont rééquilibrer thermiquement l'ensemble. Il génère aussi des vents qui sont les facteurs principaux des courants de surface. Ces mouvements sont influencés par une force due à la rotation de la Terre, appelée force de Coriolis. Ce déséquilibre entraîne également des différences de température suivant la latitude. Cette différence de température entraîne une différence de salinité de l'eau et donc de densité, créant ainsi les courants de profondeur.

Les courants océaniques de surface sont généralement provoqués par le vent ; ils sont typiquement orientés dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord et dans le sens anti-horaire dans l'hémisphère sud, du fait de la répartition des vents. Dans les courants provoqués par les vents, l'effet de "Force de Coriolis" se traduit par une déviation angulaire par rapport aux vents qui en sont à l'origine. La localisation des courants change notablement avec les saisons ; ce phénomène est particulièrement sensible pour les courants équatoriaux.

Les courants profonds sont produits par les gradients de température et de densité. La circulation thermohaline, aussi qualifiée de "tapis roulant", concerne les courants profonds dans les bassins océaniques causés par les variations de densité. Ces courants, qui s'écoulent sous la surface océanique et sont donc difficiles à détecter, sont assimilables à des "rivières sous-marines". Ils sont désormais suivis par un réseau de capteurs sous-marins dérivants nommé ARGO. Les zones de courants ascendants ("upwellings") et descendants sont des régions où des mouvements verticaux significatifs sont observés.

Les courants de surface concernent environ 10% de l'eau des océans. Ils se limitent généralement aux 300 premiers mètres de l'océan. Le mouvement de l'eau profonde est causé par des forces dues à la densité et à la pesanteur. La différence de densité est fonction de la température et de la salinité. Les eaux profondes s'enfoncent dans les bassins océaniques situés aux latitudes élevées, où les températures sont assez basses pour que la densité augmente. Les principales causes des courants sont le rayonnement solaire, les vents et la pesanteur. Les flux des courants océaniques sont mesurés en Sverdrup.

Les vents n'ayant plus d'influence après 800m de profondeur, ils ne peuvent être les moteurs des circulations océaniques profondes. Ces courants sont basés sur des différences de température (l'eau froide est plus dense que l'eau chaude) et de salinité (l'eau salée est plus dense que l'eau douce), entre les différentes couches de l'océan. Les plus profonds portent le nom de courant thermohalin et ceux qui vont un peu moins en profondeur portent le nom de circulation thermohaline. Les eaux chaudes de surface se chargent en sel, à cause de l'évaporation ce qui tend à les rendre plus denses. En hiver, lors de la formation de la banquise, la glace une fois formée expulse le sel qui alourdit encore davantage l'eau non gelée qui devient « tellement » dense qu'elle plonge vers les profondeurs.

Point important, les courants de surface et les courants profonds ainsi formés se trouvent interconnectés. On a alors introduit l'expression imagée de « tapis roulant » (conveyor belt) pour décrire le transport d'eau profonde de l'Atlantique vers le Pacifique et son retour en surface. Grâce à la capacité thermique de l'eau, l'océan est un énorme réservoir de chaleur. Son inertie thermique étant beaucoup plus importante de celle de l'air, il tempère les changements thermiques saisonniers des masses d'air, qui autrement seraient beaucoup plus importants. Ainsi les courants chauds des couches de surface peuvent réchauffer le climat d'une région. À l'inverse, les eaux froides qui remontent en surface modèrent la température des eaux des régions équatoriales. Cependant cette circulation reste mal connue car difficile à mesurer directement.

L'océan joue ainsi un rôle essentiel pour la régulation du climat de notre planète et il assure un transport de chaleur de l'équateur vers les pôles aussi important que l'atmosphère.

Ils régulent la chaleur des continents qu’ils bordent. En effet, l'ensoleillement solaire est réparti de manière inégale sur la Terre, le rôle du courant marin sera donc d'essayer d'égaliser au maximum cette différence. Ils distribuent de grandes quantités d’énergie / chaleur des régions chaudes vers des zones plus froides grâce à leur forte inertie thermique. Les eaux chaudes de surfaces peuvent donc réchauffer une région, et inversement. L’océan joue donc un rôle important pour la régulation du climat et il assure un transport de chaleur des régions tropicales vers les pôles tout aussi important que l’atmosphère.

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Source : Wikipedia