3. L'eau sur Terre

 

3.1. L'eau : caractéristiques et propriétés


Introduction
L’eau occupe une place tout à fait particulière au sein de notre planète. Elle est le vecteur principal de la très forte et très rapide dynamique des enveloppes externes qui la recouvrent : l’océan et l’atmosphère. C’est aussi le support du monde vivant.

3.1.1. Le dipôle électrique
Son importance s’explique par quelques une de ses propriétés physico-chimiques. L’eau est constituée de deux petits atomes d’hydrogène couplés à un atome plus grand d’oxygène. Les deux atomes d’hydrogène ne sont pas situés en vis-à-vis l’un de l’autre mais d’un côté de l’atome d’oxygène (Figure 2.3.1.1). Chacun d’entre eux portant une charge positive, il résulte de cette disposition particulière que, si la molécule est globalement électriquement neutre, elle constitue un dipôle électrique positif d’un côté et négatif de l’autre. Cette polarisation de la molécule d’eau est à l’origine de plusieurs de ses propriétés, en particulier de l’organisation que les molécules vont adopter à l’état liquide.
Selon leur état, les molécules d’eau vont s’organiser de manière différente. Sous la forme liquide, elles sont liées entre elles en adoptant un plan moins lâche que sous la forme solide (Figure 2.3.1.1). La conséquence est la plus faible densité de l’eau solide par rapport à l’eau liquide : la glace flotte sur l’eau. Notre système de banquise actuel résulte de cette propriété. Cette propriété assure également la permanence du milieu liquide même dans le cas de basses températures qui amènent la surface d’un lac ou d’une mer à geler.
La polarisation et les liaisons entre les molécules vont également donner à l’eau ses propriétés de réactivité vis-à-vis des autres éléments et sa capacité à les dissoudre et donc à les transporter. L’eau est donc un solvant particulièrement efficace et le vecteur privilégié de tous les échanges du monde vivant, soit sous forme liquide, soit sous forme gazeuse.
Crédits
D'après Nebel B. & Wright R. ‘Environmental sciences’. Prentice Hall (www.prenhall.com/nebel)
Légende
Figure 2.3.1.1 : Les états de l'eau

3.1.2. Les formes de l'eau à la surface du globe
L’eau à la surface du globe est présente sous ses trois états physiques : solide, liquide et gazeux. Les propriétés électriques du dipôle eau donnent à la forme liquide une grande stabilité vis-à-vis de la température, l’eau s’évapore difficilement. La plage de température où l’eau reste liquide est donc grande. La présence des trois états à la surface du globe implique néanmoins que la température soit globalement proche de zéro°C, seule température qui permettent la coexistence de ces trois états (Figure 2.3.1.2).
Depuis 4.5 milliards d’années, les conditions globales qui règnent à la surface de notre planète n’ont que peu varié. Elles semblent avoir toujours été comprises dans une fourchette de quelques dizaines de degrés au dessus de zéro et de manière très ponctuelle en dessous de zéro. Ces températures permettent le maintien des trois états de l’eau, du fait de la variabilité intrinsèque des températures à la surface du globe (entre l’équateur et les pôles). Cette permanence des conditions et la présence continue d’eau liquide est la condition qui a permis l’apparition de la vie (il y a environ 3.8 milliards d’années) peu de temps après la création des océans puis sa lente évolution jusqu’à l’explosion des formes vivantes il y a 650 millions d’années environ.

Légende
Figure 2.3.1.2 : Les formes de l'eau