L'EAU

Indispensable à la survie de tout Être vivant, qu’il soit Humain, Animal ou Végétal !

L’eau, très présente sur notre Terre, est indispensable à notre survie !

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L'HISTOIRE D'H²O

L’homme n’a jamais arrêter de s’interroger sur la nature de l’eau. Pour Aristote (384-322 av.
J.C.) l’eau avec le feu, la terre et l’air, faisaient partie des 4 éléments de la réalité
universelle.
Alors que Démocrite (460-370 av. J.C.) pensait au contraire que la matière avait une nature
corpusculaire.
La théorie d’Aristote a été admise jusqu’au 17ème siècle et c’est à la fin du 18ème siècle que
tout a été remis en question lorsque le physicien anglais Cavendish a réussi à démontrer
que l’eau était formée d’hydrogène. Quelques années plus tard c’est Joseph Priestley qui a
découvert que l’eau n’était pas seulement composée d’hydrogène mais également
d’oxygène.
C’est donc dans les années 1800 après de nombreux tests et analyses, que la formule
chimique de l’eau est définie comme H2O
● La molécule est le plus petit fragment « possible » et elle conserve toutes les propriétés
physiques et chimiques d’un corps donné.
En ce qui concerne l’eau, nous allons parler de « molécules d’eau »
Elle est constituée d’un atome d’oxygène relié à 2 atomes d’hydrogène et malgré son
apparente simplicité, l’eau cache des propriétés d’une richesse exceptionnelle.
On peut la trouver sous 3 états différents :

  • Liquide
  • Solide
  • Gazeux

L'eau dans tous ses états

Le phénomène d’évaporation de l’eau, c’est à dire son passage de l’état liquide à l’état de vapeur est très important. L’eau, en se transformant en vapeur, passe à l’état gazeux qui est celui du désordre maximal des molécules. Ces dernières ont une vitesse plus élevée qu’à l’état liquide. Ainsi, les forces d’attraction terrestre s’exercent moins sur leurs mouvements. Ce phénomène se produit à partir des plans d’eau, des sols humides, mais aussi dans ce qu’on appelle l’évapotranspiration, par l’intermédiaire de l’extraction racinaire de l’eau du sol et ensuite par la transpiration de cette eau par les feuilles des plantes.

L’eau évaporée va transiter dans l’atmosphère sous forme de vapeur invisible où elle reste pendant environ Huit (8) jours en moyenne. Puis l’eau va former des nuages qui vont retomber en pluie sur les continents et les océans. Le cycle de l’eau dans l’atmosphère sous forme de vapeur est assez court mais cependant vital car c’est la vapeur d’eau qui est à l’origine des 520.000 km³ annuels de précipitations qui alimentent les réserves d’eau douce, que ce soit sous la forme de pluie, de neige ou de grêle, Par rapport à la masse totale de l’hydrosphère, la vapeur d’eau ne représente à la surface du globe qu’une toute petite quantité puisqu’elle est égale à 0,001% de la totalité de l’eau

C’est la forme de l’eau la plus répandue sur Terre. Il y a d’une part l’eau douce qui représente 2,8% de l’eau totale du globe. Dans ce faible pourcentage, les glaces polaires représentent à elles seules, 2,15%, les eaux souterraines 0,63%, les eaux de surface – Lacs, Fleuves et Rivières – seulement 0,019%, il reste donc 0,001% pour l’atmosphère. L’eau douce contenue dans les glaciers reste très difficilement accessible à l’homme. Le reste, c’est à dire l’eau salée, est contenu dans les mers et les océans. Ces derniers représentent 90% de l’hydrosphère et couvrent plus de 71% de la surface terrestre.

Une partie des 2,8% d’eau douce, soit un volume de 30.100.000 km³, est stockée sous forme de glaciers ou sous forme de neige, soit 2,15% de l’eau sur terre. En fonction de l’altitude et de la température, les précipitations se font sous forme de neige ou de pluie. La neige est un stockage temporaire appelé à disparaître lors du redoux. Lorsque la température remonte, soit la neige retourne directement vers l’atmosphère par évaporation, c’est la sublimation, soit la fonte lente du manteau neigeux permet à l’eau de s’infiltrer dans le sol ou de ruisseler vers les rivières.

Les glaciers représentent actuellement 10% des terres émergées. Ils sont surtout présents aux pôles. Les calottes glaciaires des pôles Nord et Sud sont les plus grands réservoirs d’eau douce de la planète. Les glaciers sont alimentés en surface par la neige. Ils ne sont pas immobiles mais s’écoulent lentement, emportés par leur propre poids, vers l’aval. Suivant le type de glaciers, leur vitesse de déplacement peut atteindre un mètre par jour ou par an. La masse des glaciers est très importante et, s’ils devaient fondre, le niveau des mers remonterait de près de 200 mètres.

Les Deux (2) autres, liquide et solide, sont plus compliqués, et c’est cette complexité qui leur confère leurs propriétés exceptionnelles.

Ces différentes propriétés

L’eau est une substance qui a une forte propension à dissoudre d’autres éléments.

De ce fait, l’eau peut attaquer les parois d’un récipient la contenant ou encore, sculpter des paysages. L’eau peut aussi dissoudre des Gaz présents dans l’air comme le Gaz Carbonique ou l’Oxygène (Oxygène dissous). L’eau contenue dans le corps humain sert de support à la multitude de réactions et d’échanges qui sont nécessaires à la vie.

L’eau vraiment pure n’existe pas.

La définition de l’eau pure diffère suivant les usages que l’on veut en faire. Ainsi, un buveur d’eau n’aura pas les mêmes critères d’appréciation qu’un chimiste. Le premier voudra une eau débarrassée des germes mais pas des sels minéraux sans laquelle l’eau serait imbuvable et impropre à la consommation. Le second cherchera à débarrasser l’eau de ses cations et de ses anions mais ne se préoccupera pas de la présence de matières organiques.

La première opération chimique réalisable avec l’eau est sa dissociation en protons H+ et en ions hydroxyde OH-. La répartition entre les Deux (2) se mesure avec le pH – potentiel Hydrogène.

L’échelle va de 0 à 14 :

Plus on se rapproche de 0, plus l’eau est acide, plus on se rapproche de 14, plus elle est basique – Alcaline. L’eau est neutre lorsque son pH est à 7.

L’eau joue un rôle très important dans toutes les réactions chimiques qui impliquent des matières chargées électriquement.

Outre ses qualités chimiques propres, l’eau est un excellent véhicule, notamment pour les agents agressifs comme les Acides ou le Gaz Carbonique. Le Gaz Carbonique dans l’eau se transforme en un Acide faible qui dissout, entre autres, le Calcaire. Cependant, une élévation de température ou une aération de l’eau précipite le Calcaire sous forme de Tartre.

L’eau évaporée va transiter dans l’atmosphère sous forme de vapeur invisible où elle reste pendant environ Huit (8) jours en moyenne. Puis l’eau va former des nuages qui vont retomber en pluie sur les continents et les océans. Le cycle de l’eau dans l’atmosphère sous forme de vapeur est assez court mais cependant vital car c’est la vapeur d’eau qui est à l’origine des 520.000 km³ annuels de précipitations qui alimentent les réserves d’eau douce, que ce soit sous la forme de pluie, de neige ou de grêle, Par rapport à la masse totale de l’hydrosphère, la vapeur d’eau ne représente à la surface du globe qu’une toute petite quantité puisqu’elle est égale à 0,001% de la totalité de l’eau

Principe d’Archimède : Le fameux « Tout corps plongé dans un liquide subit une poussée vers le haut équivalente au poids du liquide qu’il déplace »

Principe de Pascal : L’eau ne peut pas se comprimer, ni augmenter de volume

L’eau augmente de volume en se solidifiant, sa densité va donc être moindre.

La densité est le rapport de la masse par rapport au volume :

Densité de l’eau : 0, 997 g/cm3 – Densité de la glace : 0,920 g/cm3

Les glaciers représentent actuellement 10% des terres émergées. Ils sont surtout présents aux pôles. Les calottes glaciaires des pôles Nord et Sud sont les plus grands réservoirs d’eau douce de la planète. Les glaciers sont alimentés en surface par la neige. Ils ne sont pas immobiles mais s’écoulent lentement, emportés par leur propre poids, vers l’aval. Suivant le type de glaciers, leur vitesse de déplacement peut atteindre un mètre par jour ou par an. La masse des glaciers est très importante et, s’ils devaient fondre, le niveau des mers remonterait de près de 200 mètres.

Les Deux (2) autres, liquide et solide, sont plus compliqués, et c’est cette complexité qui leur confère leurs propriétés exceptionnelles.

L’eau un fournisseur d’énergie : Les propriétés thermodynamiques de l’eau ont commencé à être utilisées de façon empirique bien avant d’être démontrées de façon scientifique.

L’eau et les variations de température : L’eau change d’état à une température qui dépend de la pression. L’eau se solidifie à 0 °C et devient vapeur à 100 °C.

L’eau un très bon conducteur : L’eau est également un excellent conducteur, propriété souvent utilisée, notamment pour le transport d’énergie et a une très bonne conductivité thermique, à peu près Quatre (4) fois supérieure à celle des autres liquides.

L’eau a des propriétés physiques originales qui résultent de la composition de sa molécule et de la façon dont ces molécules se lient entre elles. On peut la trouver sous trois formes : liquide, solide ou gazeuse.

Chaque goutte d’eau contient plusieurs milliards de molécules d’eau, reliées les unes aux autres par leurs pôles, chargés électriquement :

Un pôle chargé négativement – l’Atome d’Oxygène – et un pôle chargé positivement – les Atomes d’Hydrogène.

En présence les unes des autres, les molécules vont se comporter comme de petits aimants :

Leurs pôles électriques positifs et négatifs s’attirent réciproquement et les molécules se rapprochent afin que chaque Atome d’Hydrogène – positif – de l’une se place près de l’Oxygène – négatif – d’une voisine.

Les molécules d’eau sont alors liées par ce que l’on appelle une liaison Hydrogène, cette liaison étant assurée par les Atomes d’Hydrogène. Ainsi, l’eau n’est pas un liquide ordinaire :

Au sein d’une même masse d’eau, la plupart des molécules sont liées entre elles en une sorte de réseau sans cesse changeant et modulable d’une fraction de seconde à l’autre.

En effet, si l’union à l’intérieur même d’une molécule, est très stable, il n’en est pas de même en ce qui concerne les liens entre les molécules. Ces dernières sont à la fois très proches et très libres, elles se lient entre elles et se défont tout aussi rapidement, elles « roulent » les unes sur les autres, changeant sans cesse leur ordonnancement. Cette liaison Hydrogène est donc plus faible que celle qui soude entre eux les Trois (3) Atomes de la molécule, mais cependant suffisamment forte pour expliquer les propriétés exceptionnelles de l’eau. Dans l’eau, les molécules H2O ont une telle attirance électrique les unes pour les autres qu’il arrive qu’un Atome d’Hydrogène de l’une soit capté par l’Atome d’Oxygène de l’autre

Cet échange transforme les Deux (2) molécules H2O de départ en H3O et OH ; le nombre d’Atomes et de charges électriques + et – n’est plus le même de chaque côté :

D’un côté on trouve OH- et de l’autre H3O+. Ces molécules modifiées s’appellent des ions et leurs propriétés s’annulent : L’eau est électriquement neutre.

Une représentation de la liaison Hydrogène entre Deux (2) molécules d’eau. Dans l’eau, de nombreuses liaisons de ce type s’établissent entre les molécules. Elles sont à l’origine de certaines des propriétés très particulières de l’eau.

L’eau peut se former spontanément à partir de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène, mais seulement sous certaines conditions :

Des quantités suffisantes d’Oxygène et d’Hydrogène,

Une température pas trop élevée – pas plus de 2000 à 3000°C

Un rayonnement ultraviolet pas trop important.

Or, ces conditions sont difficiles à réunir. En particulier, l’univers comporte 90% d’hydrogène contre « seulement » 0,1% d’oxygène. En l’état actuel de nos connaissances, la Terre est la seule planète du système solaire comprenant de l’eau liquide. Nous vivons donc bien sur la planète de l’eau… qui est aussi la planète de la vie.

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