Sciences et Société

SCIENCES ET SOCIETE
M. Nahon
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INTRODUCTION :
La science n’est pas quelque chose d’exact, ni une moyenne. Deux points
essentiels du cours : l’eau et la terre agricole.
La matière ordinaire c’est 5% de toute la matière de l’univers. La fraction visible
de la matière est 1/10e de ces 5%. Le reste ce sont des gaz excessivement chauds
qu’on ne voit pas. Cette matière visible est constituée essentiellement d’atomes.
L’atome pour les grecs c’est ce qui est insécable, c’était la plus petite partie de la
matière.
Les progrès scientifique ont été tels qu’aujourd’hui on sait que la matière
est composée d’une douzaine d’éléments fondamentaux. Entre ces douze éléments
il y a des interactions, des forces, quatre grandes forces. On va simplement
considérer l’atome avec ses protons, ses neutrons et ses électrons pour faire
simple.
L’atome : est constitué d’un noyau très dense, tout petit. Autour de ce
noyau gravitent des électrons, de 1 à un nombre très important. Quand il y en a
beaucoup ces électrons gravitent sur des trajectoires plus ou moins elliptiques et
de niveaux différents. Tous ces électrons sont chargés négativement, ce sont de
petites particules négatives. Ils sont très légers. Le noyau est constitué d’autant
de protons que de neutrons. La masse d’un proton ou d’un neutron par rapport à
celle d’un électron est 1800 fois plus importante. Les protons sont chargés
positivement, et il y a dans le noyau autant de protons positifs qu’il y a d’électrons
négatifs qui tournent autour du noyau : la matière est électriquement neutre.
Les neutrons quant à eux sont neutres. Les calculs montrent que l’univers est
toujours en expansion.
Toute la matière est constituée d’atomes assemblés. La matière doit être
électriquement neutre.
I L’ACCES A L’EAU : UN DROIT POUR L’HOMME
Vue de l’espace, notre planète est majoritairement bleue. Elle est
constituée d’eau liquide, solide, et sous forme de vapeur. Partout ailleurs dans
l’univers, l’eau existe sous forme de vapeur et de glace. L’eau liquide est une
singularité de la planète terre.
Vénus : température de 470° dû à la forte densité de son atmosphère qui contient
du souffre, du méthane, de l’azote, du gaz carbonique mais surtout de la vapeur
d’eau.
La molécule de la vapeur d’eau a un effet de serre 250 fois supérieur à celui d’une
molécule de gaz carbonique. L’effet de serre est donc très important sur Vénus. On
pense qu’au début de son histoire cette planète portait des océans qui se sont
ensuite évaporés par emballement de l’effet de serre.

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Mars : la température moyenne en surface est de -55° celsus. L’effet de serre de
son atmosphère est moins important que sur terre. Mars présente une calotte
polaire.
1 L’eau dans tous ses états
Eau liquide, solide, vapeur :
Océans : ¾ surface du globe, 97% des ressources en eau, 1350 millions de
kilomètres cube, Na Cl 35g/l (eau salée par le chlorure de sodium)
Eau douce : 3% de l’eau sur Terre, 42 millions de kilomètres cube
L’essentiel de l’eau sous forme de glace : 33 millions de kilomètre cube
Le reste dans les nappes souterraines d’eau : 8,1 millions de kilomètres cube
Les nappes, les fleuves, les rivières : 220 000 km cube
Le corps humain contient à peu près 70% d’eau.
On estime à 2000 km cube l’eau de la matière vivante.
L’hémisphère sud contient le plus d’eau, pour deux raisons :
La calotte polaire antarctique contient 90% des glaces, et le réseau océanique
le plus important.
L’hémisphère sud joue un rôle majeur sur les climats.
Les différents états de l’eau peuvent être compris à travers la molécule d’eau :
H2O
Constitué par l’assemblage d’un atome d’oxygène et deux atomes d’hydrogène :
molécule d’eau attire d’autres ions grâce aux charges négatives qui lui restent.
Oxygène est un atome très volumineux
Affinité entre hydrogène et oxygène est tellement forte qu’il va falloir des forces
considérables pour détruire cette molécule d’eau. Par exemple il faut des
températures de 2500° Celsius pour détruire cette molécule, c’est pourquoi on
trouve de l’eau partout dans l’univers.
Cette constitution dissymétrique engendre autour de la molécule d’eau un champ
électrique.
C’est pourquoi quand de l’eau circule elle peut garder avec elle d’autres atomes,
c’est pourquoi elle peut être sucrée ou salée.
Cette molécule d’eau va se grouper à 4 ou 5 avec des liaisons plus simples. Ces
molécules ne vont pas cesser de glisser les unes sur les autres, c’est pourquoi l’eau
est un fluide.
Si on chauffe cette eau, on va séparer ces liaisons entre les molécules, qui vont
être tellement légères qu’elles vont flotter : c’est la vapeur d’eau
Si on refroidit au-delà du point de congélation, toutes les molécules vont se tenir
les unes aux autres et former un solide continu : c’est la glace.

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Cela confère à l’eau des propriétés physico-chimiques exceptionnelles, dont
notamment le besoin de mobiliser des énergies élevées pour passer d’un état à un
autre.
Pour faire fondre 1 gramme de glace à 0°, il faut fournir une quantité de chaleur
importante (80 calories).
= chaleur latente de fusion de l’eau. Elle dépendra de la chaleur de la glace à la
base.
Chaleur latente d’évaporation : 540 calories pour transformer un 1 g d’eau liquide
en vapeur à 100°.
Chaleur spécifique élevée : 1 calorie pour que 1 g d’eau liquide augmente de 1°C
et 0.20 calorie pour 1 g de roche ; inertie thermique de l’océan (évaporation
consomme beaucoup d’énergie solaire)
On a tous entendu parler du réchauffement de la planète. On prévoit une
augmentation dans le siècle qui arrive de 1.5°C voire 5°C pour les plus pessimistes.
Les océans vont moins chauffer que les continents. La hausse des températures
sera peut-être de 8°C sur le continent, ce qui serait un désastre pour la faune.
2 De réservoirs en réservoirs : le périple de l’eau
L’eau est constamment en mouvement dans différents réservoirs et sous ses
différentes formes.
A chaque étape de son périple, elle dissout ses éléments chimiques contenus dans
les roches et dans l’air, nourrit les végétaux, dépose des sels minéraux dans les
mers, s’intègre dans les tissus et les cellules des être vivants. C’est l’apport ou gel
au gré des variations de températures.
Toutes ces capacités qu’on doit aux propriétés physico-chimiques de l’eau ne
s’opèrent pas instantanément et peuvent demander beaucoup de temps.
Le temps de résidence de l’eau pendant une étape donnée définit le réservoir. On
compte 6 réservoirs principaux :
-Océan : 2500 ans
-Atmosphère : 8 jours
-Glaciers : milliers à centaines de milliers d’années
-Eaux souterraines : milliers d’années
-Lacs et rivières : quelques jours à quelques milliers d’années
-Matière vivante : quelques heures
Les transferts d’eau entre les différents réservoirs définissent le périple de l’eau.
C’est ce que l’on appelle le cycle global de l’eau.
On considère le circuit que l’eau fait en partant d’un réservoir donné jusqu’à son
retour à ce réservoir de départ.

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Comme tous les autres cycles d’un élément il n’est qu’estimatif mais il permet de
garder dans un équilibre dynamique et naturel les grandes masses constituées par
les différents réservoirs d’eau à la surface du globe.
Ex : si on prend le CO2, tout le monde sait qu’il y a un excès de gaz carbonique
chaque année dans l’atmosphère. Quand on considère le cycle du CO2, qui était en
équilibre pendant longtemps, on voit que l’homme a perturbé ce cycle en allant
chercher des combustibles.
Déséquilibre aujourd’hui du cycle de carbone. A peu près 3.5 milliards de tonnes
(ou giga tonnes) de carbone par an.
L’action de l’homme libère 7 giga tonnes supplémentaires chaque année, dont la
moitié est reprise par les océans, les forêts.
Pb du cycle de l’eau : ce n’est pas la quantité comme pour le C02 mais la qualité
de l’eau qui va changer.
Le statut de l’eau va poser des problèmes dramatiques dans une quinzaine
d’années.
Cycle de l’eau :
Le cycle de l’eau est initié à partir du réservoir le plus important : les mers et
océans. Le temps de résidence moyen d’une molécule d’eau du moment où elle est
dans ce réservoir et elle en sort est de l’ordre de 2500 ans.
Sous l’effet de l’énergie fourni par le soleil, 450000 km cube d’eau sont évaporés
chaque année de ce réservoir océanique. On retrouve 410000 km cube sous forme
de précipitations au-dessus des mers et des océans. Les 40000 km cube restant sous
forme de vapeur sont transférés par les vents au-dessus des continents où ils vont
s’additionner à la vapeur d’eau déjà existante (71000 km cube/an) issue de
l’évaporation des eaux continentales et de l’évapotranspiration (ce que la
végétation va transpirer). Cette vapeur d’eau se condense et constitue la quantité
de pluie qui chaque année arrose les continents (111000 km cube/an).
En permanence dans l’atmosphère reste 13000km cube de vapeur d’eau : c’est le
taux d’humidité de l’air qui est inégalement réparti selon les régions et les saisons.
Le temps de résidence de cette humidité atmosphérique est de l’ordre de 8 jours.
L’eau stockée sous forme de neige éternelle, de glace, représente un réservoir
important estimé à 33 millions de km cube. Le temps de résidence se mesure en
milliers voire plusieurs centaines de milliers d’années.
Sur les continents, l’eau stockée par la matière vivante est estimée à 2000 km
cube et le temps de résidence est seulement de quelques heures
Lacs et rivières : 220000 km cube : temps de résidence de quelques jours à
quelques milliers d’années.
Eaux souterraines : 8.1 millions de km3 avec un temps de résidence de milliers
d’années.

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Le transfert des eaux vers les océans est de 40000 km3 : dû aux écoulements de
surface (28000 km3/an) et souterrains (12000 km3/an).
L’eau qui s’écoule des océans vers les continents contient des nutriments, des sels
minéraux dissous, des gaz dissous, des particules solides, des débris organiques.
Les continents sont ainsi lessivés par cette eau, entraînant du sodium, du
potassium, c’est pourquoi l’eau des océans est salée.
20 milliards de tonnes de matière solide et 3.5 milliards de tonnes de matière
dissoute gagne les océans chaque année.
Une partie de la vapeur d’eau s’échappe dans l’espace, mais cette fuite n’a rien de
comparable avec ce qui a pu se passer dans d’autres planètes comme Vénus.
Sur terre, les couches profondes contiennent de l’eau.
3 / L’homme consommateur
Corps humain : 70% d’eau, on en rejette 2 litres par jour.
Son besoin vital est de récupérer ces 2 litres quotidiens. Il est donc nécessaire que
l’organisme absorbe deux litres d’eau par jour = consommation minimale.
L’homme actif peut multiplier ces besoins par des facteurs allant de 2 à 5.
On peut estimer que l’homme préhistorique, il y a 100000 ans, devait boire entre 2
et 5 litres par jour pour survivre car il était très actif.
Tout va se gâter il y a 2000 ans, la grande glaciation qui a duré 100000 ans a
commencé à s’arrêter.
Les glaces, en fondant, ont entraîné de vrais déluges.
L’homme n’a trouvé qu’autour de la méditerranée le moyen de s’installer, de
domestiquer les animaux sauvages, les plantes sauvages. La terre et l’eau sont
devenus le pain de l’homme.
C’est ainsi que sont nées l’agriculture et la production agricole qui vont modifier le
rapport de l’homme à l’eau.
L’homme défriche, adapte les espèces végétales sauvages pour son besoin (ici c’est
surtout l’orge, le blé, le maïs), il inonde les plaines pour cultiver le riz.
Les grandes civilisations s’installent autour de l’eau, des fleuves. Le Nil,
l’Euphrate, le Tigre, l’Indus, le Gange, le Yang Tsé…
Les premiers canaux d’irrigation apparaissent, ainsi que les pluies dans les zones
arides.
Pour apporter l’eau de plus en plus loin, l’homme se sert de l’énergie cinétique de
l’eau. ( énergie que possède un objet lorsqu’il est en mouvement)
Au fil des millénaires, l’usage de l’eau s’est simplifié. Il faut de l’eau pour tous
mais aussi s’assurer de sa qualité.
On va servir l’industrialisation des pays, on garantit la biodiversité animale et
végétale en permettant cependant la pêche, la navigation, les conforts
domestiques.
L’eau est alors devenue payante dans de très nombreux pays.