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.
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Pour traiter l’eau douce, le prix à payer est de l’ordre de 0.4 euros pour 1m3 =
c’est insuffisant.
Si on veut continuer une croissance, ce n’est pas assez. La croissance génère des
raretés. La croissance devra tenir compte de ces raretés.
Pour cela il faut faire prendre conscience aux gens ce problème.
Aujourd’hui, il faut changer la mesure de la performance sociale basée aujourd’hui
sur la production, le PIB.
On ne s’en sortira que si l’on change le prix de l’eau, qu’on lui donne une valeur
juste.
Le même volume d’eau de mer à dessaler pour la consommation courante revient
au moins au double. Il faut consommer 3 à 5 fois plus d’énergie pour dessaler l’eau
de mer que lorsque l’on exploite une ressource naturelle.
Chiffres :
Eau du citoyen (acheminement de l’eau vers la ville, traitement, distribution) :
1250 euros/ pers/an
Besoin physiologique : 5 à 10 l/ jour/pers
Besoin confort domestique : 150 à 450 l/j/pers
Besoin développement économique 56000 l /j/pers = 2000 m3/an/pers (norme de
confort)
Minimum vital : 1000 m3/an/pers
Aujourd’hui, 26 pays sont en situation de pénurie avec des capacités inférieures à
1000 m3/an/pers, et que près de 50 pays connaîtront une telle situation d’ici la
moitié du 21ème siècle. Sur 200 pays, à peine la moitié peut vivre avec
suffisamment d’eau.
Quand on consomme 1kg de pain : 1500 litres d’eau
Quand on boit un café : 140 litres d’eau
= cela coûte de se nourrir en eau : eau virtuelle
4/ De l’eau à boire et à manger
L’agriculture est l’activité humaine qui consomme le plus d’eau : 70% de la
ressource en eau douce
60% de l’eau utilisée en milieu agricole sert à l’irrigation : elle est perdue,
évaporée, évapotranspirée : elle ne peut pas être immédiatement recyclé pour les
besoins de l’homme. Cette eau est surtout utilisée pour le besoin des animaux et
des plantes.
Pour cela il faut exploiter la réserve qui fournit cette eau et l’acheminer jusqu’à la
plante. C’est là le véritable problème pour l’eau : on l’utilise essentiellement pour
nourrir l’humanité. Le problème c’est que la population mondiale croît = chaque
semaine il y a 2 millions de bouches à nourrir par jour.
Il faudrait sortir de la malnutrition chaque année environ 22 millions de personnes
et qu’on en sort que 6 millions = alarmant !
Il va falloir doubler la production agricole dans les 10 ans à venir, et si on ne le fait
pas, on va dans 20 ans se retrouver dans des crises alimentaires comme jamais le
monde aura connu.
Vers 2050, entre 9 et 10 milliards de personnes. Après cela va se stabiliser, même
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si la décru est apparue dans les années 80.
C’est donc les 3 prochaines décennies qui vont être particulièrement importantes,
très dangereuses pour notre planète.
Il faut éviter d’atteindre certains seuils au-delà desquels aucun retour n’est
possible, car la science elle-même y perd pied.
Peak oil : quand la demande sera supérieure à la possibilité de produire
D’où l’attrait pour les bios carburants.
Le cycle de l’eau continue à fonctionner, mais le problème c’est la qualité de l’eau
qui change.
1kg de blé = 1500 litres d’eau
1kg de riz = 4500 litres d’eau
1kg de viande : 40000 litres d’eau
1kg de coton = 10000 litres d’eau
1 arbre adulte = 400 litres/jour
Produire du bétail c’est ce qui consomme le plus. Pour nourrir l’eau que les
animaux boivent et il faut faire pousser du foin.
Il y a des pays qui sortent du sous-développement et qui deviennent des pays
industrialisés : Chine, Inde, Brésil.
Les gens mangent comme nous aujourd’hui, font trois repas par jour, et
commencent à manger de la viande. Pression forte sur les terres et l’eau que l’on
consomme.
Une paire de chaussure en cuir : 8000 litres d’eau. On parle d’ « eau virtuelle »
comme on parle de valeur de CO2 pour la nourriture. On parlera un jour de CO2
virtuel.
Beaucoup de choses que l’on achète proviennent de Chine. Le CO2 produit pour
fabriquer ces machines, c’est nous qui le dépensons car c’est nous qui utilisons le
produit. Certaines plantes cultivées sont utilisées à d’autres fins que celle de
nourrir l’homme. (Ex du coton)
Il faut utiliser une masse de pesticide.
Le coton est la culture qui nécessite de plus de traitement insecticide.
Comment acheminer l’eau nécessaire à l’usage agricole ?
Certaines parties du globe ont plus d’eau que d’autres, car abondamment arrosées
en pluie
Grandes réserves en Australie, Amérique du Sud, Amérique du Nord, pôle nord….
Il y a 10000 ans on était dans un âge glaciaire.
Portent l’eau par des canaux d’irrigation pour emmener eau dans d’autres
espaces : comment est née l’agriculture. A partir de ce moment, les rapports de
l’homme à l’eau ont changé.
Aujourd’hui, réchauffement climatique. Dans le siècle, réchauffement de 1 à 5 °
Celsius. Le problème c’est que c’est une température moyenne et les terres seront
beaucoup plus chaudes que les mers grâce à la molécule d’eau.
Il faut fournir 5 fois plus d’énergie pour chauffer eau de mer par rapport à la terre.
Des zones entières vont être plus arides que d’autres, et d’autres plus humides.
Là où ce sera plus aride, l’évaporation sera plus grande, et il sera difficile de
cultiver.
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En revanche, l’Equateur sera beaucoup plus arrosé.
Moyenne des pluies a augmenté de 200 millimètres /an.
Dans certaines régions en Amérique du Sud, il pleut 30% de plus. Problème : les
gens pas habitués à recevoir plus.
Les pays qui seront plus arides, pour pouvoir avoir des cultures, seront obligés
d’irriguer, comme la Chine.
Mais des pertes d’eau par évaporation pendant l’irrigation sont de l’ordre de 30 à
50%, sans compter une partie des surfaces irriguées et souvent drainées pour éviter
un engorgement des sondes.
On irrigue en dépit du bon sens.
Les dangers directs de l’irrigation :
l’épuisement de la ressource en eau
la contamination naturelle des sols qui portent les cultures.
Une terre qui n’est pas irriguée produit trois fois moins.
350 millions d’hectares sont irrigués actuellement. Sur ces 350 millions, 50 millions
ne sont plus exploitables à cause de la dégradation des sols.
Quand on irrigue, on réalimente des nappes. En faisant cela, on fait remonter ces
nappes et tous les sels dissous en profondeur qui remontent en même temps et qui
viennent saler les sols.
Dès qu’un sol est salé, il ne produit plus.
Exemple : Australie : belle forêt d’Eucalyptus. Au début ont fait paître le bétail
dans cette forêt, et on a vu un pâturage meilleur, plus de viande quand on tue les
arbres.
Ils ont donc déforesté des zones entières. 2 décennies après, les sols plus
productifs car terre brûlé par les sels.
Quand on a des grands arbres, grandes racines qui pompent beaucoup d’eau en
profondeur = il maintenait l’eau en profondeur.
Quand l’arbre a été tué, l’eau est remontée à la surface, et avec elle tous les sels
6 millions d’hectares de terres salées en Australie aujourd’hui, et attend 17
millions de terres salées d’ici 2050.
Exemple : Le fleuve Colorado traverse une grande partie aride aux Etats-Unis puis
se jette dans le golfe de Californie. Les Américains du Nord pompent dans cette
eau pour irriguer, donc au fur et à mesure les eaux du fleuve se sont salées. Les
Mexicains pouvaient plus l’utiliser. Les Américains ont construit une usine de
désalinisation à Iuma. Aujourd’hui le fleuve n’atteint pas son estuaire3 à 4 mois par
an.
L’irrigation requiert que l’on pompe ou dans le fleuve ou par sondage dans les
nappes aquifères.
Et comme on sait que 40% de la nappe aquifère alimente elle-même les fleuves, on
voit qu’un mauvais contrôle d’une ressource à un endroit a des répercussions sur
toute la ressource.
Les nappes sont de plus en plus profondes. On atteint des nappes d’eau fossiles et
captives dans les structures géologiques depuis au moins le dernier glaciaire, qui a
été installé il y a 10000 ans.
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Certains autres aquifères (terrain poreux et perméable contenant de l’eau)
peuvent avoir plusieurs millions d’années.
C’est le cas en Afrique du Nord et en Afrique subsaharienne où la nappe d’eau de
gré de Nubi constitue un aquifère qui a 20000 ans et qui s’étend sur plus d’un
million de km2.
L’aquifère est estimé à 31 milliards de m3 d’eau.
Aujourd’hui, il y a plus de 10000 puits importants.
On y pompe chaque année 2.5 milliards m3 / dans les années 70 on en pompait que
600 millions m3 = la ressource aquifère diminue plus vite qu’elle ne se réalimente.
Le problème : risque de conflit entre pays un jour ou l’autre
Aquifère Ogallala : aquifère qui s’étend du Nebraska jusqu’au Nord ouest du Texas.
Son exploitation a permis de transformer une vaste plaine en une terre fermière
dans une zone trop aride pour faire des cultures pluviales.
L’aquifère est aussi fossile et sa recharge est très lente.
L’ensemble des sondages montre que l’on pompe de l’eau dans cet aquifère 8 fois
plus vite qu’il ne se recharge.
Cet aquifère par l’irrigation qu’on en tire fournit 15% du mais et du blé des EU, 25%
du coton, et 40% des fourrages pour le bétail.
¼ de cet aquifère aura disparu par rapport à la ressource originaire en 2020.
Cette diminution est indirectement encouragée par les lois et taxes fédérales qui
permettent aux fermiers de déduire le prix des équipements de sondage qu’ils
utilisent pour irriguer. Aujourd’hui on exploite la nappe jusqu’à des profondeurs de
2000 mètres.
Aquifère Guarani : 200km au sud de Brasilia jusqu’à 300 km de Buenos Vares.
Il s’étend sur 1.2 millions de km2.
Il est partagé par le Brésil, l’Argentine, l’Uruguay et le Paraguay.
L’eau est exploitée sans contrôle. Tous s’y approvisionnent et dans certains
endroits la nappe a commencé à baisser.
La nappe n’est pas situé très profondément. On peut donc l’alimenter plus
facilement, l’alimentation par elle-même ne posera peut-être pas problème avec
l’augmentation des pluies, mais comme elle n’est pas profonde, elle va être face à
la pollution.
Le problème sera soulevé un jour entre ces pays.
L’irrigation des terres cultivables a considérablement augmenté les 40 dernières
années, surtout lors de la mise en place de la révolution verte pour l’accroissement
de la production agricole dans les produits en voie de développement.
Dans des plaines céréalières de l’Inde par exemple, la production a plus que
doublé.
Mais en même temps le niveau des nappes phréatiques a baissé de plusieurs
mètres.
Les EU prennent à peu près dans leur aquifère 25% de l’eau pour l’irrigation.
Le débit des fleuves amputé d’une partie de leur eau ne compense plus
l’évaporation qui affecte le lac ou la mer intérieure qui devient plus salée avec un
niveau descendu de plusieurs mètres.
Acheminer l’eau : l’irrigation sur 350 millions d’hectares. Pertes par évaporation
de 30 à 50% de l’eau.
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Nécessité de puiser dans les nappes et fleuves, épuisement des nappes
phréatiques :
Exemple : Mer d’Aral (Amou Daria et Syr Daria utilisé pour l’irrigation intensive de
champs de coton et de riz). Aujourd’hui la mer d’Aral a perdu 2/5 de sa
superficie, son niveau a baissé de 15 mètres et sa salinité a triplé.
Ce n’est pas un cas isolé : même problème avec le lac Chappala, la mer morte.
Ces problèmes d’eau sont cruciaux, et on voit tous dans nos journaux des cris
d’alarmes.
Mais le coton de la mer d’Aral, c’est l’Europe qui l’utilise.
Si on veut faire une vraie politique écologique, il faut montrer les conséquences
que vont avoir l’arrêt de l’irrigation des champs de coton du Kazakhstan.
La mondialisation n’est donc pas un jeu. On ne peut pas dire « on arrête la
mondialisation » comme ils le disent à Davos.
Commerce international des marchandises et de l’eau virtuelle
Jordanie et Egypte :
La Jordanie retire pour les besoins de sa population, 1 milliard de m3 par an. En
revanche, elle importe de la nourriture qui correspond à l’équivalent de 5 à
7 milliards de m3 d’eau virtuelle.
Si elle avait du utiliser de l’eau de son patrimoine pour obtenir la nourriture
importée, il aurait fallu dépenser autant.
Donc elle a astucieusement évité de pomper dans sa ressource une quantité
d’eau qui lui serait fatal à terme et elle décide d’importer.
Mais l’Egypte importe pour à peu près 20 milliards de m3 d’eau, sous forme de
denrée surtout alimentaire, mais elle pompe dans son patrimoine 65
milliards de m3 d’eau par an pour ses propres besoins de culture et de
bétails.
L’Egypte est arrosée par le Nil, à l’aval du barrage d’Assouan elle a pu
réussir à irriguer des cultures 2 fois/ an, donc elle produit beaucoup de
nourriture tout en détruisant son capital car les nappes pompées pour faire
ces deux récoltes par an entraînent une remontée des sels et dégradent une
partie des sols productifs.
= En faisant entrer des marchandises qui nécessitent une production d’eau
importante, un pays peut protéger ses ressources
On estime que ce commerce international pour la production agricole équivaut à
6400 milliards de m3 par an. 80% correspondent à l’eau de pluie, et 20% à l’eau
d’irrigation.
Si on a une production de blé dans un pays particulièrement bien équipé ou bien
arrosé, dont la terre est fertile, et qu’un autre pays fait la même culture avec une
agriculture moins mécanisée, une terre moins fertile, la production à l’hectare du
premier pays va être supérieur à celle du deuxième.
Exemple : le maïs aux EU : 8 tonnes à l’hectare en moyenne. Si on prend ces
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mêmes cultures au Japon, elles ne produisent qu’environ 2 tonnes à l’hectare = si
le Japon importe du maïs américain, il y gagnera !
Certains pays ont intérêt à faire venir des marchandises.
Si on prend 1000 m3 d’eau pour fournir une marchandise et qu’on n’en produit pas
assez, vaut mieux l’importer pour gagner en eau virtuelle.
S’il n’y avait pas ce commerce d’eau virtuel sur la planète, on dépenserait 350
milliards de m3 d’eau par an en plus.
Dans ce cas là, la globalisation permet une économie d’eau substantielle.
Il y a donc des produits exportateurs d’eau virtuelle, d’autres importateurs d’eau
virtuelle.
Exportateurs d’eau virtuelle : EU, Canada, France, Australie, la Chine, Brésil,
Hollande, Argentine = surtout Amérique du Sud et du Nord
Importateurs d’eau virtuelle : EU, Allemagne, Japon, Italie, France, Hollande,
Royaume-Uni, la Chine = pays d’Europe occidentale.
Consommateurs et producteurs sont connectés et portent une part de
responsabilité lorsque l’on considère les problèmes causés par la production de
marchandise agricole.
Tout le coton produit autour de la mer d’Aral était acheté par l’Europe
occidentale.
Cette eau virtuelle, on peut l’appliquer au gaz carbonique.
90% des jouets viennent de Chine : pour transformer le pétrole en plastique, il faut
libérer beaucoup de gaz carbonique. Ca sert l’Europe.
Pour irriguer il faut pomper de l’eau dans les fleuves ou les aquifères. Les aquifères
eux-mêmes alimentent les fleuves donc dangereux.
On diminue le débit du fleuve et donc assèche une partie de celui-ci.
Quand on regarde les plus grands fleuves du monde (débit total de 40000 km3),
c’est la première fois que certains fleuves n’arrivent plus à la mer pendant de
nombreux mois.
Exemple : le fleuve jaune qui n’a pas atteint la mer pendant 7 mois, le fleuve Indus
également même problème.
En Afrique, le Niger, qui représente le poumon de l’Afrique occidental, a des eaux
qui s’épuisent en traversant le Mali.
Aux EU, le Colorado, qui traverse beaucoup d’Etats dans des zones arides, est très
utilisé pour l’irrigation, et quand on irrigue on sale par évaporation.
A la fin du XXe siècle, les eaux étaient tellement salées en arrivant au Mexique que
les Mexicains ne pouvaient plus l’utiliser.
D’où construction d’une usine de dessalement.
=Comment on arrive à comprendre des évènements qui se cumulent et aboutissent
à une crise écologique aiguë.
La contamination naturelle des sols par les sels de potassium, de calcium,
magnésium, et chlorure de sodium (sel avec lequel on assaisonne)
L’excès d’eau d’irrigation peut concentrer, lorsqu’elle s’évapore, des sels
minéraux qui vont se fixer sur les argiles.
Il y a sur terre 350 millions d’hectares irrigués.
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Sur ces 350 millions d’hectares irrigués, on estime qu’il y a à peu près 50 milliards
d’hectares de sols qui présenteraient une salinisation trop importante pour pouvoir
être désormais fertile.
Quand on va au bord de la mer, on se sent poisseux car on a servi de filtres aux
embruns amenés par le vent.
Cette pluie qui vient de l’océan transporte beaucoup de sels minéraux.
Entre 50 et 150 kg de sel par hectare et par an qui sont transporté à des distances
variant entre 50 à 300 km.
Si on est dans un pays comme l’Australie, le sel est entraîné en profondeur dans le
sol mais n’est pas évacué par les nappes vers les rivières car il y a moins de rivières
et les nappes sont plus profondes.
Les sels restent stockés comme une bombe à retardement au plus profond du sol,
et toujours mobilisable pour une raison et pour une autre.
L’Australie a des belles forêts d’Eucalyptus. Les cultivateurs ont apporté du bétail
qu’ils ont commencé à faire paître sous les forêts et ils ont vu qu’en coupant les
arbres, l’herbe était plus grasse d’un tiers.
Les bovins et ovins mangeaient davantage et fournissaient 2/3 de plus de viande.
Rapidement, les nappes en profondeur qui n’étaient plus tenues par les racines
sont remontées progressivement. L’herbe a été brûlée et les pâturages n’ont plus
rien donné.
En Australie il y a 6 millions d’hectares de sol salé. L’Australie pense qu’en 2050
elle aura 17 millions d’hectares de sol salé, donc impropre à la culture.
17 millions c’est très important.
Ici on évoque le problème de déforestation.
Mais on peut faire remonter les nappes aussi en irriguant davantage.
= dilemme : eau d’irrigation est une arme à double tranchant.
Avec la pression démographique, on doit doubler la production agricole dans les 10
ans qui arrivent.
Donc c’est envisager 800 milliards de m3 d’eau par an d’irrigation supplémentaire.
Comment s’en sortir pour irriguer différemment ?
On irrigue de façon plus intelligente, réglée par une programmation informatique
en fonction des capacités du sol et du besoin des cultures.
Certains souhaitent généraliser les techniques d’irrigation au goutte-à-goutte,
notamment pour les cultures maraîchères qui requièrent un volume d’eau réduit.
En effet, cette technique au goutte à goutte permet un gain substantiel de l’ordre
de 20 à 30 % de l’eau d’irrigation.
Quand technique du goutte à goutte impossible, technique d’aspersion en
pulvérisant le sol.
En Jordanie, on réutilise toujours les eaux usées des villes après traitement car il
s’agit à la fois d’économiser la ressource et d’irriguer avec plus d’efficacité.
Dans la maîtrise de l’irrigation, se situe le cas particulier des barrages.
Ils ont depuis toujours été construits par l’homme pour réguler le cours de certains
torrents ou rivières, constituant ainsi une réserve d’eau disponible lors des
périodes de pénurie. Mais le XXe siècle a été celui de la démesure et du
gigantisme.
D’énormes barrages ont été construits et dont les lacs de retenue ennoie les pans
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entiers de vallées sur des dizaines de milliers ou millions d’hectares.
A la fin du XXe siècle, on comptait 25000 barrages submergeant 50 millions
d’hectares sous 6000 milliards de m3.
Ces barrages ont différentes fonctions :
constituer des réserves d’eau douce considérables utilisée surtout pour
l’irrigation
protéger les populations riveraines en maîtrisant les crus catastrophiques
une source de production d’énergie électrique
L’immense barrage des trois gorges en Chine est l’illustration de la plus
gigantesque produit par l’homme avec une production d’électricité de l’ordre de
80 milliards de kilo watts par an.
Le revers de la médaille de la démesure des grands barrages se perçoit dans
l’atteinte sur les écosystèmes.
Outre les poissons dont la reproduction est interrompue en les empêchant de
remonter vers les frayères –lieu où se reproduisent poissons et batraciens, mais
aussi par leur gigantisme un effet sur le climat régional est devenu possible.
Autre danger des zones d’irrigations : ces zones, en retournant dans les rivières via
les nappes phréatiques, vont lessiver les engrais, les pesticides qu’on aura répandu
sur le sol pour les ramener aux rivières, et des rivières aux océans.
On estime que 60% des nitrates et phosphates répandus sur les sols retournent au
fleuve et en définitive à l’océan.
Ce sont des engrais qui ne profitent pas à la végétation ni aux cultures, mais à
d’autres végétations comme les algues.
Ce sont plus de 10000 personnes, et essentiellement des enfants, qui décèdent
chaque jour de pathologies liées à l’eau souillée.
L’accès à l’eau potable devient pour les populations des pays en développement de
plus en plus problématique car la croissance démographique et les pollutions
chimiques et organiques vont plus vite que l’aménagement d’installations
sanitaires appropriées pour traiter les eaux usées.
D’ici 2050 3 milliards de personnes rencontreront des difficultés d’accès à l’eau
potable.
5/ Le développement industriel a un coût en eau
Digression sur le café :
Le café est une plante qu’on trouve sous la forêt : odeur de jasmin.
Le développement de l’occident a fait que c’était à la mode de boire du café.
Il nécessite beaucoup d’eau de pluie et d’irrigation.
Il est plus exigeant que le thé qui pousse sur des terres pauvres.
Une tasse de café : 140 litres d’eau (on compte toute l’eau nécessaire dans
processus de production)
Si on boit plus de 10 café, on peut avoir des ennuis de santé grave pour le cœur
(dans le café y a des alcaloïde, une toxine nocive pour l’homme).
L’industrie est le deuxième consommateur d’eau douce avec 20 à 25% de
l’utilisation mondiale.
Cette consommation s’est accrue d’un facteur trente au cours du XXe siècle.
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Cette augmentation pourrait se poursuivre au cours du XXIe siècle sous l’effet de
l’industrialisation rapide des pays émergents géants, tels que la Chine, l’Inde, le
Brésil, l’Afrique du Sud, etc.
L’usage de l’eau pour les besoins industriels est multiple. Elle est utilisée comme
diluant, solvant, réfrigérant. Toutes les eaux rejetées sont polluées. Cela va de la
simple augmentation de température de l’eau jusqu’aux eaux chargées de produits
hautement toxiques, organiques (pétrole), métalliques, radioactifs.
Quelques chiffres :
1 tonne de papier : 250 tonnes d’eau
1 tonne de produits raffinés du pétrole : 10 tonnes d’eau
1 véhicule : 400 tonnes d’eau
2 millions de tonnes de déchets par jour
La demande en eau des pays avancés diminue. Les progrès technologiques ont
permis une meilleure rationalité de l’utilisation d’eau. Dans la première moitié du
XXe siècle, il fallait 100 tonnes d’eau pour produire 6 tonnes d’acier, aujourd’hui il
n’en faut que 6 tonnes.
L’industrie a été un agent très pollueur d’eau douce, mais depuis quelques
accidents graves, notamment par pollution par la dioxine, de grands progrès ont
été réalisés dans les pays industrialisés et les rejets d’eaux usées polluantes sont
exceptionnels. Ils relèvent plus de manœuvres accidentelles que d’insouciance du
bien collectif face au profit.
Désormais les eaux usées sont retraitées et peuvent être réutilisées. Ce n’est pas
encore le cas dans les grands pays en voie d’industrialisation.
On cite souvent la Chine dont 80% des déchets industriels seraient rejetés dans la
nature sans aucun traitement.
D’autres pays sont dans le même état d’esprit, comme au Brésil : l’Amazone est
pollué par des rejets de mercure.
Là où la réglementation fait défaut, là où le contrôle ne peut être appliqué, les
pollutions vont bon train. Traiter les eaux usées coûte cher.
L’eau n’est pas perdue, elle est seulement souillée.
Le problème dont on perçoit l’envergure aujourd’hui c’est qu’on retraite l’eau,
sauf quand c’est radioactif, mais le problème c’est qu’on n’analyse pas tout dans
une eau.
Ex article Le Monde sur la pollution par les médicaments.
Ce sont des molécules qu’on n’a pas l’habitude d’analyser, donc on ne sait pas que
les eaux sont souillées par ces produits.
D’après l’UNESCO, 2 millions de tonnes de déchets de toute sorte sont rejetés
quotidiennement dans l’eau. Tout ne vient pas de l’agriculture ni de l’activité
industrielle.
Les rejets domestiques sont chaque jour plus importants.
Même là où ils sont traités, les effluents épurés conservent de nombreuses
substances et donc sont recyclés comme étant des eaux potables.
Les conséquences pour la faune et la flore, des milieux aquatiques où ces effluents
débouchent peuvent être catastrophiques.
Même si l’eau traitée est propre, elle n’en demeure pas moins impropre à la
consommation.
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6/ Loi sur l’eau :
Il a fallu attendre 2005 pour qu’un texte sur l’eau en France soit présenté.
Cela ne s’est pas fait sans douleur tant les intérêts de la production agricole ou de
la production industrielle sont exigeants.
Il était temps car nos fleuves, nos nappes, notre littoral n’en peuvent plus. Il faut
reconquérir les écosystèmes, et en cela l’Europe nous donne un RDV en 2015.
(le prof dubitatif sur efficacité)
Si les rejets urbains et industriels ont déjà été fortement diminués et peuvent
laisser penser qu’ils seront maîtrisés d’ici quelques années, on est loin du compte
pour les pollutions d’origine agricole. Celle-ci concerne surtout les pollutions en
nitrate et en pesticide, qui se retrouvent en surabondance dans les eaux de tous
les écosystèmes.
La loi française prévoit que les coûts de dépollution engagés par les 6 agences de
l’eau sont estimés à environ 2 milliards d’euros par an.
Ils seront financés à 82% par les particuliers, à 14% par les industriels, et à 4% par
les agriculteurs.
7/ Avenir
L’eau est-elle inégalement répartie, polluée, accessible, aussi bien en quantité
qu’en qualité? A partir de 2030, la ressource en eau posera d’inextricables
problèmes, dont des conflits. ONU : 260 fleuves appartenant au moins à deux
pays : 300 conflits potentiels
Le Nil traverse 9 Etats, le Niger 8, l’Amazone 7, le Mékong 6…
Comment partager la même eau si des aménagements faits en amont par certains
états risquent sinon de diminuer le flux de la ressource en aval, du moins de la
polluer ?
Des conflits internationaux sont latents un peu partout dans le monde, et pas
seulement là où l’eau est rare, et les yeux se tournent vers les pays les plus
pourvus.
Le Canada possède 20% des ressources mondiales d’eau douce, et leur voisin
américain du nord et du Sud seront un jour demandeurs d’accès à l’excèdent
canadien.
L’ONU on recensé 300 zones potentielles de conflits internationaux.
L’essor démographique du XXIe siècle concentre déjà la moitié de la population
mondiale dans les villes et on prévoit que ¾ de la population mondiale sera
citadine en 2050.
Le problème de l’alimentation en eau de ces mégapoles se poseront car seuls une
trentaine d’Etats pourront s’auto suffire : on ira sûrement vers un marché mondial
de l’eau.
Beaucoup de gens se tournent vers le dessalement. 47 millions de m3 par jour, soit
0.7% de la consommation d’eau douce journalière sur notre planète.
Le processus de dessalement est en pleine croissance : 10% par an.
Le coût de dessalement encore trop élevé. Deux procédés.
Dessaler l’eau de mer :
- par chauffe : nécessite un litre de fuel/m3 d’eau douce
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- par infiltration sur membrane (ne représente que 1 à 2% de l’eau douce
consommée)
Pour l’instant ce n’est pas une bonne solution car quand on dessale on crée des
saumures (une eau particulièrement salée)
Ces saumures on les rejette dans l’eau de mer = on détruit des écosystèmes
marins.
II L’épuisement de la terre
1 L’accroissement de la population
2050 : 9.3 milliards d’habitants soit un bond de 45% de la population mondiale.
Pays industrialisés : +4% en moyenne
Pays en développement : +55%
Europe : -8% ( All : -9%, It : -10%, Esp : -3%, France : +7%, GB : +10%)
Etats-Unis : +43%
Inde : +50%
Pakistan : +70%
Bangladesh : +100%
Japon : -20%
Il y a 6000 ans, 7 millions d’habitants sur la planète
1800 : on atteint le milliard
2100 : on ne sera pas loin des 10 milliards
en 300 ans, la population mondiale aura décuplé
1980s : début décru population mondiale
L’horloge mondiale :
www.worldometers.info/fr
(Environ 1.5 voire 2 millions de personnes de plus par semaine)
Faudrait sortir 22 millions de personnes de la malnutrition par an mais on en sort
que 6 millions.
2/ De la roche dure au sol : la décomposition des roches par l’eau
atmosphérique
Surface des continents : croûte continentale constituée de roches dont 95% roches
silicatées (roches composées d’oxygène et de silicium) 35Km d’épaisseurs.
Les roches sont constituées de minéraux qui sont des assemblages d’atomes qui se
répètent périodiquement dans l’espace.
O (oxygène) : 46% Si (silicium): 28% Al (aluminium): 8.2 % Fe (fer): 5% Ca
(calcium) : 3.7% Na (sodium) : 2.9% K (potassium) : 2.6% Mg (magnésium) : 2.1%
Tous les autres : 1.5%
Les atomes d’oxygène sont très gros et en plus ils constituent l’essentiel des
minéraux au milieu desquels se situent les autres atomes.
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Le sol qui se développe sur la croûte n’est qu’un épiderme de 300m.
La roche mère :
La roche se refroidit, et alors les atomes s’organisent en minéraux qui
cristallisent.
On obtient une roche très dure.
On voit que cette roche est constituée d’un assemblage de petits minéraux silicatés
qui vont se décomposer pour former les sols.
Ce qui lie ces atomes entre eux ce sont des forces de cohésion et si l’on s’amuse à
rejoindre les centres des atomes d’oxygène les uns aux autres, on dessine un
polyèdre appelé polyèdre de coordination.
Plus il y a de sommets dans ces polyèdres de coordination, et plus faible sont les
forces de cohésion qui relient l’atome au centre de ces polyèdres à ces oxygènes.
Ce sera plus facile de défaire un polyèdre à 10 sommets qu’à 4.
Il va être plus facile de détacher le potassium d’un minéral que de détacher un
silicium.
Quel est l’agent qui va décomposer les sols ?
C’est l’eau de pluie : l’agent atmosphérique qui décompose les roches, défait les
structures cristallines, les polyèdres de coordination en libérant les ions prisonniers
des oxygènes.
L’eau est constituée par des molécules d’eau.
L’hydrogène n’a qu’un proton (une charge +) et l’oxygène a lui 8 charges + et 8
électrons.
Attirance entre le gros oxygène et le tout petit hydrogène pour former une
molécule.
Cette affinité de l’hydrogène pour l’oxygène est telle que cette cohésion est
excessivement forte, solide.
Pour défaire une molécule d’eau il faut des forces considérables, des chaleurs de
2500° Celsius. C’est pourquoi on trouve des molécules d’eau sous forme de vapeur,
de glace, dans tout l’univers.
Ces molécules d’eau peuvent s’assembler en agrégat de 4 à 5 molécules grâce à
des liaisons 50 fois plus faibles que celle qui relie la molécule d’eau. Ce sont des
liaisons hydrogènes.
Comment les molécules d’eau décomposent les roches ?
Minéraux sont craquelés et commencent à être rempli d’un liquide sombre : début
de la décomposition des roches. Un flux de molécules d’eau passe dans la fissure.
Quand la pluie tombe, elle dissout toutes les molécules en suspension dans
l’atmosphère et isole des hydrogènes qui sont attirés par des oxygènes minéraux
qui entrent par effraction dans le minéral et remplacent les ions potassium qui sont
entraînés par le flux d’eau.
Tous ces atomes libérés de la roche sont entraînés par le flux d’eau vers les
rivières. C’est pourquoi les océans sont salés.
Ces nouveaux silicates ( minéraux cristallins) vont être tout petits (des filosilicates
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que sont les argiles).
Les silicates, les argiles, c’est comme des feuillets et ces feuillets peuvent piéger
quelques molécules d’eau ou quelques atomes un peu plus gros.
Ces silicates sont des petits sandwichs : des nutriments disponibles entre ces
feuillets pour nourrir des végétaux.
Voila comment on passe d’un granite dur, par destruction de ces minéraux, vers un
sol argile
Ce processus chimique de la formation des sols est très lent.
Il requiert, pour avoir un sol d’un mètre ou 2, plusieurs dizaines de milliers
d’années, voire de centaines de milliers d’années.
Si on détruit un sol rapidement, on n’a plus de sol car il faut plusieurs dizaines de
milliers d’années pour reconstituer un sol.
3/ La conquête du sol par la vie : les végétaux et la fonction chlorophyllienne
Pour qu’il y ait la vie, il faut une réplication de molécule. ARN et ADN
Molécule pré biotique : au fond des océans
Selon le prof, dès qu’il y a eu de l’eau, de la pluie, les roches se sont altérées en
argiles. Et ces argiles sont des valises, on peut mettre ce qu’on veut
C’est grâce à l’argile que des petites molécules se sont regroupées.
Ces argiles érodés sont arrivés dans les océans et ce sont elles qui ont fait naître la
vie.
Donc le sol est important. Mais le sol ce n’est pas que l’argile. Le sol a été envahi
par la vie plus tard.
Le monde il y a 450 millions d’années environ.
Les plantes envahissent les continents. Les continents étaient avant stériles et on
fait remonter la conquête des continents à cette époque.
Comment était notre planète à cette époque ?
La plupart des continents étaient regroupé sur l’hémisphère sud. Aujourd’hui c’est
l’inverse. A cette époque, l’atmosphère contenait plus de gaz carbonique. (15 à 20
fois)
Les végétaux n’ont pu envahir les continents que pour une seule raison : les sols
existaient. Il ne peut pas y avoir d’installation de végétaux sur une roche dure, il
faut une altération du sol qui se transforme en argile pleine de nutriments.
La plante a de quoi se nourrir.
Les végétaux arrivent sur les continents, et grâce à la fonction chlorophyllienne, il
vont pomper le gaz carbonique et rejeter de l’oxygène : plus ils se multiplient, plus
ils aspirent du CO2 et moins l’atmosphère est riche en CO2.
Le CO2 de l’atmosphère diminue jusqu’à la valeur du carbonifère (il y a 300
millions d’années) très proche que nous avons de nos jours.
La fonction chlorophyllienne :
Le moteur de la photosynthèse c’est l’énergie solaire.
Cette lumière envoie des grains de lumières (photons) et c’est grâce à cette
énergie que l’on fait une synthèse de molécules constitués de carbone,
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d’hydrogène et d’oxygène appelés les sucres.
Dans l’évolution de l’homme, on a acquis la possibilité de percevoir une partie de
la lumière : le visible.
Les photons en fait ils vibrent très vite dans des petites longueurs d’onde très
puissante : on les appelle alors rayon gamma
Ou dans des longueurs d’onde très lente : onde radio
La lumière vient des rayons gamma aux ondes radio.
Les rayons x eux aussi sont très puissants, tout comme les ultras violets
Rayons gamma
onde radio
rayon x
ultra violet
infrarouge
Les plus dangereux sont arrêtés par l’atmosphère
Si une partie de l’ozone manque, davantage d’ultra violet passeront.
Nous on reçoit une partie d’ultra violet, on a le visible et après on a les
infrarouges.
En se réchauffant, l’énergie sous forme d’infrarouge.
Feuilles de chêne : partie supérieure est brillante car il y a une cuticule (de la
graisse) qui protège les feuilles des intempéries.
Comment la photosynthèse fonctionne ?
A la surface de ces feuilles figurent des petites cellules avec une bouche appelée
des stomates.
Ces stomates sont là pour capturer le CO2 de l’atmosphère. Elles s’ouvrent quand il
y a du soleil et absorbent le co2 et c’est par là que sera rejeté l’oxygène.
Les photons arrivent sur le cuticule. On a des rangées de cellules disposées de
façon aléatoire.
Dans ces cellules on a des petits corps, des petites cellules appelées chloroplastes.
A l’intérieur de ces chloroplastes, on a des molécules appelées chlorophylle.
Pendant que cette feuille pompe le co2, les photons qui pénètrent la feuille vont
arracher à quelques molécules qui sont dans ces cellules des électrons.
En les arrachant, elles vont créer des petits courants électriques.
Ces petits courants vont permettre de dissocier, de défaire la molécule de gaz
carbonique en libérant d’un côté le carbone, de l’autre l’oxygène, qui vont se recombiner avec l’eau des cellules présentes (fournie par la sève) et carbone, eau et
oxygène vont former un sucre.
Le sucre est la base de la formation de la matière végétale.
C’est pourquoi les plantes poussent et que les arbres se reproduisent.
Tous les photons ne sont pas arrêtés par toutes les cellules, seule une partie de
cette lumière passe par là, et on voit les photons ressortir sous la feuille, mais ils
ont perdu de l’énergie. Ils sont bien affaiblis par rapport aux photons entrés dans
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la feuille.
C’est ça la fonction chlorophyllienne.
Des mitochondries font fonctionner la respiration des cellules et permettent de
transformer les sucres simples en molécules plus compliquées comme l’amidon, la
cellulose, ou la lignine, une molécule tellement longue qu’elle donne sa rigidité
aux végétaux.
Ces mitochondries sont venues dans l’organisme de l’homme se multiplier,
améliorer la respiration. C’est ce qu’ont laissé certains virus qui s’étaient attaqué
à l’organisme et que l’être humain a adapté à son organisme.
En gros, on est des organismes génétiquement modifiés.
On arrive à un sol, une roche mère dure qui s’altère et donne un horizon argileux.
Un horizon constitué de minéraux argileux qui ont du calcium, magnésium,
potassium et sodium.
Ces micros sandwich vont permettre de nourrir par les racines les végétaux qui
s’installent.
Les végétaux prennent ces éléments, et par la photosynthèse ils produisent des
sucres qui permettent aux végétaux de grandir qui lui-même se nourrit par les
pieds grâce à ces minéraux argileux.
L’air qu’on respire est essentiellement constitué d’azote (N2).
Pour que le végétal assimile la zone, il doit passer par le sol à travers les bactéries
qui vont le transformer en nitrate.
Ces nitrates qui vont être absorbés par les végétaux.
Dans 1g de sol : 10 millions de bactéries.
Le sol sur lequel on marche dans les campagnes est vivant.
Ces bactéries sont des petits mécaniciens qui vont démonter les organismes, les
fragments de feuilles, d’arbres et les transformer en molécules assimilables par la
végétation.
Dans le sol on a beaucoup de matière organique qui constitue l’essentiel de la
fertilité des sols.
C’est ainsi que se constituent les sols modernes que l’on a aujourd’hui.
Cette co-propriété entre végétation et matière minérale avec comme vecteur l’eau
de pluie.
On peut discerner 3 zones :
- minéraux organiques
-minéraux argileux
- formation d’argile par destruction de la roche dure
Si on prend une roche riche en phosphore, en calcium, elle va donner des argiles
riches en nutriments.
Si on prend un granite moins riche, peu de nutriments dans l’argile.
Dans les régions volcaniques, c’est pour cela que les sols sont riches.
4/ La matière organique du sol : cycle long et cycle court du carbone
Quand les animaux meurent, se forment du carbone et de l’azote, matière
organique. Le carbone s’oxyde par l’action de bactéries. Sous un gramme de sol, il
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y a pleins de bactéries.
Le poids vif des bactéries : poids de toute la végétation présente sous terre.
1 hectare de prairie : bactéries : poids de 500 moutons : %5 dès qu’on cultive cet
hectare.
Les bactéries coupent les mer, se servent de l’énergie de la végétation des mers
pour vivre. Elles décomposent la matière organique et libèrent des nitrates et des
carbones qui par la suite sont oxydées par les bactéries.
Au bout de plusieurs dizaines d’années, les nitrates des sols vont devenir polluant.
Le carbone oxydé libère du CO2.
L’action des bactéries est plus importante en fonction du climat.
Action maximum pendant les climats chauds. (les bactéries repartent vers
l’atmosphère en CO2)
Les forêts équatoriales sont sources et puits de CO2. Certaines fournissent plus de
CO2 qu’elles n’en absorbent.
Dans les pays tempérés, oxygène plus froide : action des bactéries est ralentie : 30
à 100 fois plus de matière organique que dans les sols savanes ou forêts
équatoriales. Cette matière organique constitue l’essence de la fertilité du sol.
Cycle global du carbone :
Cycle : quelque chose d’équilibré.
Réservoirs : roches et sédiments : 60 millions …tonnes CO2.
600 + 130 excès = pompé, 130 giga tonnes de carbone supplémentaire dans
l’atmosphère.
3.2 giga tonnes
Réservoirs atmosphère : 730 giga tonnes
Les hommes plus les animaux consomment 5 à 7 giga tonnes par an et en rejettent
autant.
Réservoir du sol : 2500 giga tonnes de carbone.
Déforestation et érosion : augmentation de la libération de carbone : 3 giga tonnes
par an.
Le sol est le plus grand moteur du monde qui fixe et libère du gaz carbonique, du
méthane, de l’oxyde nitreux, et de la vapeur d’eau = régulation.
Période glaciaire : moins de végétation : moins de CO2 car avec une baisse
d’oxygène, action des bactéries baisse donc moins de CO2 rejeté.
5/ L’organisation du sol : structure horizontale (horizons), structure en agrégats
( …)
Horizon A : matière organique
Horizon B : nourriture des végétaux : argiles
Horizon C : altération de la roche dure
Agrégats : qualité physico-chimique des argiles
(Silices enfeuillées). Les …… eau font gonfler les feuillets : mouvement
d’humections ou de rétraction quand période de sécheresse : mouvement des
feuillets : l’ensemble du sol argileux bouge et se structure en agrégats.
Grâce aux vides et agrégats, les racines vont pomper leurs aliments.
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Gonflement d’argiles entraînent les glissements de terrain : rupture au niveau des
feuillets d’argiles.
6/ Un aperçu des sols du monde : des zones climatiques équatoriales humides
aux zones froides septentrionales
Adaptation des sols à l’environnement.
Sol équatorial : peu de matière organique, sols très oxydés = les argiles sont
recouverts de rouille. Le sol connaît de la poudre de café : la pluie pénètre
profondément : le sol est très épais jusqu’à 300 mètres.
Sol au Sénégal : pluies et saisons sèches : le fer devient de l’oxyde de fer
pendant les saisons sèches : dur, nodules. Rasement pour former des
horizons durs = cuirasse, fléau pour l’agriculture, culture impossible.
Sols noirs : saisons établies = argiles riches en matière organique, en surface :
grandes fractures. Crainte calcaire blanche.
Sols salés : aride, sel pas évacué dans les océans donc reste dans le sol : culture
adaptées.
Sols bruns : pays tempérés, mélange de matière organique et d’argiles, sols très
fertiles
Sols blancs : froid, altitude. La matière organique est imparfaite, la bactérie est
peu active = formation acides organiques = destruction d’argiles. A la
surface restent des quartz : podzol.
7 Pulsations climatiques de la Terre : et la longue histoire de la couverture de
sol
Evolue dans le temps : il y a 10000 ans, fin de la période glaciaire.
Fluctuations (rien n’est linéaire) et bifurcations.
Toute l’Europe du Nord était sous des glaciers qui avançaient et se retiraient. Là où
les glaciers s’installent, tendance à la suppression de sols, et idem avec l’érosion.
10000 ans pour former un sol. Ce n’est pas renouvelable à échelle humaine.
Dans les zones arides, présence toutes recouvertes de cuirasse : relique de sols
vieux formés pendant les climats humides. Les déserts n’ont pas toujours été
déserts.
La plupart des plantes sont en …. Mais contrairement à la savane : …. + atomes de
carbone
La savane avance sur les forêts équatoriales.
Les sols : manteau d’arlequin des terres émergées.
8/ L’aventure humaine du sol
Commence après le grand épisode glaciaire voici 10000 ans.
Les glaciers avaient défiguré toute l’Europe septentrionale. Ce n’est donc pas là
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SCIENCES ET SOCIETE
M. Nahon
que la société va se développer, mais plus au sud, dans des zones protégées qui
vont conserver leur sol.
L’homme ne court plus après sa nourriture : il domestique plantes et animaux
sauvages.
C’est la naissance de l’agriculture. L’homme se sédentarise.
Il s’installe autour des grands fleuves, desquels il porte l’eau pour fertiliser le sol
et étendre sa culture. C’est ainsi que les hommes ont pu se multiplier.
L’homme commence à exploiter le sol. Aujourd’hui l’homme marche sur le sol, le
maltraite.
Ce que l’homme ne savait pas à l’époque, c’est que toutes les terres ne sont pas
arables.
13 à14 milliards de terre émergée, et seule 22% ( 3 milliards d’hectares) des sols
formés sur ces terres sont cultivables.
Et encore, sur ces 22%, 3% a une forte productivité, 6% a une productivité
moyenne, et 13% a une productivité faible.
Sur 3 milliards de terres arables, 60% sont cultivés, et les 40% restants se situent
dans les pays du sud.
Les autres sols ne peuvent pas être exploités car ils sont situés sur des pentes trop
fortes (18%), soit sont dans des climats trop secs (17%), trop froids (25%), dans des
zones trop humides (4%) ou encore parce que le sol est trop mince (9%).
Les hommes tentent de tirer profit au maximum de chaque lopin de terre de ces
22% de terres arables.
Petit à petit l’humanité se développe, l’homme commence à irriguer.
Une irrigation souvent faite en dépit du bon sens.
Aujourd’hui, 350 millions de terres irriguées, et parmi elles 50 millions de terres
qui ne peuvent plus être utilisées tant elles ont été salées.
Ces 200 dernières années, l’irrigation a été multipliée par 40.
C’est surtout dans la dernière moitié du 20e siècle que l’irrigation s’est accélérée.
Irrigation, engrais, pesticides ont décuplé la production agricole
Milieu 20e siècle : généralisation d’usage d’engrais, de pesticides…
Contexte : fin d’une guerre destructrice, pays ravagés, il faut reconstruire.
On essaie de faire manger toutes ces populations.
1945-1960 : les pays développés se reconstituent.
Après les années 60, les anciennes colonies se développent fortement : « la
révolution verte ».
70% de la ressource en eau douce est utilisée pour l’agriculture
La France : 2.6 millions d’agriculteurs et 3e consommateur de pesticides
Rétention des pesticides sur argiles et matière organique et leur stabilisation
empoisonnent le sol
Accumulation dans la chaîne alimentaire
Un pesticide : des petites molécules très actives. Ces molécules actives peuvent
voir des ions chlores remplacer par des ions fluors : cela peut rendre encore plus
actif une molécule de pesticide.
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C’est ainsi que le pesticide peut devenir toxique pour l’homme.
Déforestation et usages : les conséquences :
0.6 à 0.9% de la couverture forestière mondiale disparaît chaque année, soit 10 à
14 millions d’hectares par an. (Toute la forêt française)
Problème surtout dans les forets équatoriaux où la déforestation se fait aujourd’hui
et ce pour plusieurs raisons :
On veut augmenter les surfaces agricoles (Asie du sud-est et Afrique :
multiplication par quatre des sols au dépend des forêts)
Exploitée pour le bois d’œuvre : dans les forêts équatoriales on ne sait pas quel
âge ont les arbres, donc on ne sait pas combien de temps il faut pour
reconstituer une forêt.
Les forêts disparaissent par des incendies, du fait de l’homme ou des évolutions
climatiques. Mais ces incendies ne sont pas les plus méchants pour le sol.
Ce qui est important dans le sol c’est la vie.
Dans les sols, il existe des mycéliums : des petits champignons invisibles à l’œil et
qui relient toutes les racines des plantes entre elles. Ils évitent la pollution par les
métaux, car à travers ces champignons les plantes se regroupent pour lutter contre
les maladies.
Quand il y a un incendie, les mycéliums ne sont pas détruits.
Mais si on va dans des zones où on a déversé depuis 10 ans des engrais et des
pesticides, il n’y a plus de mycéliums dans la terre.
Autres conséquences des usages agricoles et déforestation :
25 à 50% de perte de carbone du sol (quand quelqu’un laboure, il augmente
l’oxydation ; température plus élevée quand on coupe des arbres : cela
active la dégradation.)
Etat stationnaire de la matière organique obtenu après centaines d’années
En détruisant les arbres, on perturbe régime des pluies : l’évapotranspiration
est le moteur qui fait monter la sève, et permet une condensation rapide de
l’eau dans l’atmosphère : 1/3 des pluies vient de là : donc si on coupe les
arbres, on diminue le régime des pluies d’au moins 1/3. Mais cette
diminution peut être telle qu’à un moment on passe un seuil où les
évènements se précipitent sans que l’homme ou la science puisse y faire
quoi que ce soit
Augmentation t° du sol : l’albédo (réflexion de l’énergie du soleil) change
En coupant des arbres, on favorise la salinisation des sols de zones semi
humides
Ex : Australie : forêts d’eucalyptus. Quand l’homme a introduit du bétail, il a
réalisé qu’il avait des pâturages plus gras. Après quelques décennies, les pâturages
ont disparu car les sols se sont salés.
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Le réchauffement global et le rôle du sol
Depuis 1 siècle, la température moyenne de l’air a augmenté de 0.75°C.
La plupart des climatologues expliquent que le réchauffement s’est fait en
parallèle au développement industriel.
Depuis 1975, le rôle des gaz à effet de serre émis (vapeur d’eau, le dioxyde de
carbone, le méthane, l’oxyde nitreux et l’ozone) est significatif.
Les roches se réchauffent plus vite que l’eau.
L’eau sera moins chaude et les terres seront plus chaudes, et donc il y aura une
implication sur les cultures.
Si ça augmente de 3°C en moyenne, les terres seront donc 7° plus chaudes en
moyennes, ce qui est énorme.
= redistribution des zones cultivables
La vapeur d’eau, dont le cycle va être perturbé, a des effets de serre beaucoup
plus important que le CO2, tout comme le méthane ou l’oxyde nitreux dont l’effet
de serre est 250 fois plus important que le CO2.
Le soleil est le principal pourvoyeur d’énergie à la surface de la terre. Mais on n’y
distribue pas partout la même énergie.
Cause des évolutions du globe :
Les facteurs astronomiques (4) :
L’activité du champ magnétique solaire qui se traduit à sa surface par
l’apparition ou disparition de tâches solaires. Cette activité se reproduit avec une
cyclicité de 11 ans.
Quand on voit apparaître des tâches solaires, cela se traduit par un réchauffement
des températures moyennes. La disparition de ces tâches entraîne des diminutions
des températures terrestres. Il y a donc une relation directe entre la puissance
énergétique reçue du soleil par la terre que l’on nomme irradiance.
Ex : découverte du Groenland par les Vikings : ils découvrent une terre qu’ils
appellent la Terre verte : le Green Land : le Groenland.
Ils s’y installent avec la population locale, les Inuites. Les Vikings importent du
bétail, font paître leur bétail et coupent du bois pour faire du charbon de bois,
pour faire des navires, pour avoir des meilleurs pâturages. Petit à petit ils
détruisent les forêts.
En 1400 arrive un refroidissement naturel (le petit âge glaciaire) qui va durer
jusqu’en 1800.
A ce moment, la nature est dépourvue de se défendre. Les Inuites ont continué
leurs habitudes, mais pas les vikings.
Ces facteurs astronomiques sont dus à la position de la terre par rapport au soleil,
et ces facteurs vont changer le bilan énergétique que reçoit la terre.
En tournant autour du soleil, la terre dessine une orbite ovale. Pendant le parcours
de cette orbite, la distance de la terre au soleil varie légèrement selon qu’elle se
situe le plus près (7 millions km) ou le plus loin (152 millions de kilomètres) = c’est
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ce qui détermine les saisons.
On appelle excentricité la mesure de cette variation entre centre de l’orbite et
position du soleil.
On a pu montrer que cette excentricité change avec une périodicité de 400 000 ans
pouvant être subdivisé en sous période de 100000 ans.
La terre tourne sur elle-même en 24 heures, d’ouest en est, à une vitesse de 1670
km/heure.
L’axe autour duquel la terre tourne sur elle-même est plus ou moins incliné par
rapport au plan d’orbite que fait la terre autour du soleil.
L’inclinaison que fait l’axe de la terre par rapport au plan de son orbite est
appelée obliquité. Une obliquité qui est de l’ordre de 23° mais elle change avec
une périodicité de l’ordre de 40000 ans.
Elle a varié de plusieurs degrés au cours du dernier million d’années.
La terre est enflée à l’équateur tout en tournant autour du soleil sur son orbite et
sur elle-même autour de son axe, elle subit en même temps l’influence des forces
gravitationnelles de la lune, du soleil et des autres planètes du système solaire.
Ces forces gravitationnelles perturbent la terre qui ne tourne plus rond.
L’axe de la terre décrit un cône décalant lentement avec une périodicité moyenne
de 21000 ans les saisons.
On appelle cette modification la « précession climatique ».
L’action de l’homme est venue rajouter une modification de l’effet de serre :
La lumière solaire est en fait un champ électromagnétique.
La lumière est faite de photon qui oscille comme ça (cf voir jb)
La lumière est arrêtée dans l’atmosphère par des molécules qui paraissent
opaques.
Ce sont des molécules d’ozone, de CO2, d’H2O.
Ces molécules sont opaques à la plupart du rayonnement lumineux qui est nocif
(rayon gamma, rayon X, majorité l’ultra violet).
Mais elles sont aussi opaques à des faibles longueurs d’onde de la lumière : ondes
radio, micro ondes.
Ces molécules sont transparentes pour la lumière visible.
C’est cette partie de lumière qu’on reçoit sur la terre.
Le reste est arrêté.
On a appris à ne voir que ces ondes de lumières.
Quand cette lumière arrive sur terre, elle a une certaine énergie, et en frappant la
surface de la terre, elle va transmettre une partie de cette énergie.
Une partie est gardée par la terre et l’autre est réfléchie.
Ces infrarouges retournent dans l’atmosphère, et vont donc recogner ces molécules
et vont retourner sur terre et seront prisonnières : c’est ce qu’on appelle l’effet de
serre.
Le bilan radiatif de la planète :
L’énergie solaire qui sous forme de rayonnement de lumière atteint les couches de
la haute atmosphère est d’environ 1400 watts par m2. On l’appelle constante
solaire. Mais la courbure de la terre, l’inclinaison de son axe et sa pérégrination
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M. Nahon
sur une orbite régulière font qu’une telle énergie solaire n’atteint pas à tout
instant tous les endroits de notre planète. Elle est très variable en fonction du
temps et de l’espace.
D’une façon globale, la terre reçoit en moyenne au sommet de l’atmosphère
(troposphère) une énergie de 342 watts / m2.
20% de ce rayonnement (67 W/M2) est absorbé par les hautes couches de
l’atmosphère qui s’échauffe.
Environ 30% du rayonnement solaire incident (107 W/ M2) est quant à lui réfléchi
par les nuages, par les aérosols et par la surface de la terre et ne sert donc pas à
réchauffer notre planète. On appelle cela l’albédo.
Environ 50% du rayonnement solaire incident (168W/M2) qui atteint la surface de la
terre, y livre une partie de son énergie sous forme de chaleur.
La terre elle-même à son tour réémet cette chaleur vers l’atmosphère sous forme
de rayonnement qui, après avoir perdu de l’énergie, présente des longueurs d’onde
plus élevées : les infrarouges.
La terre, par ces mécanismes de réaction nucléaire internes, émet également de la
chaleur. Si l’on tient compte de l’énergie solaire que la terre reçoit en définitive,
sous forme de rayonnement lumineux qu’elle transforme en chaleur et qu’elle
restitue en direction de l’atmosphère, on peut calculer que la température
moyenne à la surface de notre planète serait de -18° Celsius.
On sait qu’elle est en fait de + 15 ° Celsius, ce qui veut dire qu’il y a un
réchauffement moyen de 33° Celsius qui serait du en grande partie à l’effet de
serre.
Le rayonnement infrarouge absorbé par les molécules de gaz dans l’atmosphère est
rediffusé dans toutes les directions. Une partie de ce rayonnement est donc à
nouveau absorbé à la surface de la terre et s’ajoute à l’énergie thermique qui s’y
trouve déjà.
Cela a pour résultat de maintenir telle une serre une partie de la chaleur rayonnée
à proximité de la surface de la terre.
La vie sur terre telle que nous la vivons aujourd’hui est du à cet équilibre
énergétique, thermique du système terre-atmosphère.
Le bilan radiatif des énergies incidentes est égal aux énergies qui en définitive
quittent l’atmosphère, c’est-à-dire 235 W + 107 W = 342 W/M2.
Dans le court terme, à échelle du XXIe siècle, il est clair que 2 aspects peuvent
modifier le bilan radiatif de notre planète, qui pour minimal qu’il soit peut avoir
des conséquences pour nos sociétés imaginables par les imbrications qu’elles
entraîneraient.
Ce qui nous arrive en moyenne sur l’ensemble de la terre c’est 342W/M2.
Une partie de ce rayonnement est absorbé par des molécules de la haute
atmosphère qu’elle va réchauffer.
Une autre partie arrive soit sur la surface de la terre, soit est rayonnée par des
aérosols, des poussières.
Une partie de cette chaleur est transformée en infrarouge et repart dans
l’atmosphère. Une partie va s’échapper et une autre revient vers cet effet de
serre.
Bilan arrivée-départ est équilibré.
Deux sources de chaleur : quand l’eau se recondense, il y a des pertes d’énergie
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(chair de poule).
Là-dessus, l’action de l’homme intervient et perturbe cet équilibre.
Une partie infime va rester dans l’atmosphère qui nous entoure et qui contribue au
réchauffement du à l’effet de serre.
Polémique : des chercheurs disent qu’il n’y a pas que l’action de l’homme ou que
ce n’est pas l’action de l’homme. Quand on regarde dans le détail, on voit que les
températures mesurées sont très variables même si elles augmentent. L’opinion
publique a fini par croire à la culpabilité de l’homme.
La plupart pensent que le réchauffement est du aux combustibles fossiles qui
brûlent (charbon, pétrole, gaz naturel..), d’autres disent qu’il n’y a pas que cela.
CF. Courbe reconstitution de l’irradiance.
Depuis 1850, température enregistrée en rouge avec des valeurs d’erreur : la
tendance est à des variations mais d’une manière générale, depuis 1850, la fin du
petit âge glaciaire à nos jours, on a une augmentation de la température.
Quand on regarde l’irradiance solaire, on voit qu’elle varie en relation assez
étroite avec le soleil.
Depuis 40 ans à peu près, dichotomie. Si les radiances solaires augmentent, la
température augmente beaucoup plus vite.
C’est peut-être là que se trouve la solution.
Le réchauffement global de la planète existe de façon certaine depuis un million
d’années.
Depuis 40 ans, l’action de l’homme a fait passer un seuil, qui avec l’effet de serre,
fait que la terre se réchauffe plus vite.
= variabilité naturelle vraisemblable vivement exacerbée par l’action de l’homme.
Est-ce à dire que cette action joue uniquement sur les combustibles fossiles ? Non
Le sol et la végétation jouent un rôle considérable.
Le rôle du sol et de la forêt sur le réchauffement :
15 à 25% du réchauffement global serait dû à la destruction des forêts qui joue sur
le cycle du carbone et de l’eau.
Les fertilisants azotés contribuent de 5 à 25% au flux mondial d’oxyde nitreux N2O
vers l’atmosphère et doublera d’ici 60 ans.
Cycle de l’azote :
Atmosphère est à 70% constitué d’azote, et 21% d’oxygène.
PB : azote sous forme de molécule N2O. Deux molécules d’azotes tellement liées
entre elles que cet azote ne peut être absorbé par les feuilles comme le gaz
carbonique.
Pourtant il faut de l’azote pour que les acides aminés de l’ADN puissent être
formés.
Cet azote qui pénètre le sol est transformé par des bactéries qui ont pour but de
couper la molécule d’azote et de l’oxyder et se servent de l’énergie de cette
molécule pour oxyder l’azote sous forme de MO3, qui sont ce qu’on appelle les
nitrates.
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Une partie de ce nitrate, très soluble, est pris par les plantes, et une autre partie
est entraînée par les eaux en profondeur vers les nappes.
Et enfin une autre partie va dégazer naturellement sous forme de N2O, d’oxyde
nitreux. Azote tellement soluble qu’il retourne dans les nappes et retourne dans les
rivières puis les océans : eutrophisation qui va servir aux végétaux marins que sont
les algues.
Mais l’azote qui reste dans ces nappes peut polluer ces nappes.
Ex grands aquifères au Sahara : ces nitrates ressortaient sous forme d’efflorescence
et les touaregs s’en servaient pour leur fusil.
Les moissons empêchent le retour au sol d’une partie du carbone et d’autres
éléments chimiques.
Le pire est à venir avec les biocarburants de 2e génération.
Séparation entre monde minéral et monde vivant : en fait cette séparation est
factice : formation du sol par l’eau de pluie qui libère de la roche des éléments
chimiques immédiatement pompé par les racines et rentre dans la constitution du
vivant = continuum vivant.
Quand on fait une moisson, on laisse les chaumes qui en pourrissant permettent à
des parties du carbone et d’autres éléments chimiques de retourner au sol.
Aujourd’hui on fait du biocarburant avec les grains.
Mais plus tard….
La concentration en méthane de l’atmosphère croît de 1% par an, c’est-à-dire de
40 à 80 millions de tonnes. Le flux qui provient des rizières est de 30 à 60 millions
de tonnes par an. L’essentiel du méthane est donc fourni par les rizières. Demain
cela changera.
Tous les sols gelés qui entourent le pôle nord (Canada, Sibérie) sont en train de
fondre et reculent de 30 à 40 cm par an. Mais ces sols gelés contiennent de la
matière organique (400 milliards de tonnes de carbones) et par le dégel de ce
permafrost, on a un dégazage de méthane car la matière organique est gorgée
d’eau et du méthane se dégage.
Mais dès que la terre s’assèche, le méthane est remplacé par du CO2, les plantes
se mettent en place et repompent une partie du CO2.
Les problèmes de désertification :
Il y avait un Sahara qui en fonction des changements climatiques devenait de plus
en plus contracté. Le climat désertique est devenu un peu plus humide, et des sols
sont venus recouvrir ces dunes, une végétation a poussé. Petit à petit la
dégradation des sols a remis à vif les dunes. Ces points d’eau se sont multipliés, et
de zone en zone on voit par photo aérienne des ronds de végétation.
Le rôle du sol sur l’évolution climatique est donc primordial.
Le sol est en tant que bio réacteur le plus gros moteur qui fixe et émet du CO2,
du méthane, de la vapeur d’eau et de l’oxyde nitreux.
C’est lui qu’il faut réguler en premier.
C’est s’assurer de jouer sur 2 à 3 giga tonnes des émissions annuelles de CO2
estimées à 7 giga tonnes, soit entre 1/3 et la moitié du carbone livré
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SCIENCES ET SOCIETE
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globalement à l’atmosphère
Les biocarburants et la chimie verte viennent concurrencer les
denrées alimentaires :
Rendement énergétique des biocarburants 1ère génération : de 1.2 à 6.8 tep/ha.
Ceux de 2ème génération * 5 à 10 ce rendement
Demain il faudra nourrir plus d’hommes avec moins de surfaces, sinon on va
vers une crise alimentaire sans précédent.
L’économie de CO2 des biocarburants est illusoire
Si on fait rien, on sera dépendant à 80% de l’étranger pour énergie.
Tentative de diminuer la consommation. L’étranger va avoir des soucis et va
augmenter le prix, qui sera cohérent. Tout est une question d’équilibre.
Mais l’homme politique veut à tout prix tempérer cette dépendance énergétique,
et en lançant des idées pour pouvoir réduire, et ce qui consomme le plus
aujourd’hui c’est les transports, il cherche des vecteurs énergétiques nouveaux.
Mais pour l’avion, obligatoire d’avoir du carburant liquide.
Il faut trouver ce carburant liquide. C’est là que les hommes politiques se tournent
vers les bio carburants, et se tournent vers la naïveté des citoyen : en utilisant ces
bio carburants, on va diminuer le CO2 dans l’atmosphère.
En France on va se servir des huiles car on a fait une politique du diesel en Europe,
alors qu’aux EU ils ont la loi Clean Air Act qui ne veut pas polluer atmosphère avec
des molécules lourdes du diesel et ont choisi l’essence.
La France va jouer sur les oléagineux, c’est-à-dire les plantes qui vont fournir des
huiles pour faire du diesel : le colza et le tournesol.
Les EU vont jouer sur l’éthanol : blé et maïs.
En France en 2006, on avait à peu près 800000 hectares qui étaient transformés en
bios fuels. Sur ces 800000, 700000 provenaient du colza, 60000 du tournesol, 20000
du blé, et 20000 de la betterave à sucre.
Les normes européennes sont arrivées en 2010 à un taux donné de biocarburant
dans le carburant donné.
Au lieu de faire 7.5% en 2010, ils ont annoncé 10% entre 2010 et 2015.
Si on met 10% du biocarburant dans carburant, la totalité du colza et tournesol
français sera utilisé pour faire ce biocarburant.
Or e colza produit 1200 litres équivalent pétrole à l’hectare, le blé produit 1700
litres équivalent pétrole à l’hectare.
Au Brésil, la canne à sucre, c’est 6800 litres équivalent pétrole à l’hectare ! pas
même rendement.
Si on fait cela, on prend la nourriture pour s’en servir comme énergie. Or les terres
arables sont limitées et il va falloir doubler dans 10 ans la production agricole pour
nourrir la planète.
Si en plus on prend une partie de cette nourriture pour en faire de l’énergie, on
accélère les risques de crise mondiale.
Les EU ont prévu en 2016 qu’ils feraient à partir du maïs 56 milliards de tonnes
équivalent pétrole, cad 1/100 de la consommation mondiale actuelle de pétrole.
Ce qu’il faut prendre comme terre pour ce maïs va nécessiter 13 millions de terres
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SCIENCES ET SOCIETE
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arables mobilisées pour cela.
Il va falloir les compenser, défricher les forêts. Les gens ont calculé que ça allait
faire augmenter de 300 tonnes de Co2 à l’hectare pendant 2 siècles. = effet
inverse.
On devrait faire comme certains pays le font : acheter des cannes à sucre.
Le sol se dérobe sous nos progrès scientifiques et technologiques/
Alors qu’il faut dans les 10 pour doubler la production agricole pour nourrir les
hommes.
La charge par hectare de terre arable augmente inexorablement : 800 m2/habitant
En Europe : 1400 m2, aux Etats-Unis : 4000 m2/habitant
Plusieurs centaines d’hectares/jour consommés par les villes.
Aux EU : urbanisation détruit 100 m2 /seconde de terres arables.
Brésil et Chine : entre 400 et 500 m2 /seconde de terres arables.
L’érosion :
Naturelle : 11 milliards tonnes/ an
Anthropique : 26 milliards tonnes /an
Causes de l’érosion :
Eau et vent
Déforestation
Labour
L’érosion peut détruire un sol en quelques décennies.
Des centaines de tonnes d’argile par hectare et par an qui sont érodées et qui
comblent le lit des rivières.
Conséquences de l’érosion :
Régime hydrique du sol change
Le ph du sol augmente : effets sur les organismes vivants
Destruction de la partie supérieure fertile du sol
Charge du ruissellement (argile, limon) : 0.5 à 200 t/h/an/
Perte de nutriments et matière organique : 1 à 3 giga tonnes de carbone /an
(2/3 oxydés en CO2°
Régression des capacités de production agricole
Dans l’ensemble, 0.5% des terres arables disparaissent chaque année par l’érosion.
Les énergies du futur : craintes et contraintes
Fission dans les centrales nucléaires : projet de fusion
L’énergie facteur de développement :
Corps qui fournit de l’énergie : transformation de l’énergie (bio brûle).
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SCIENCES ET SOCIETE
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Energie : quantité physique bien définie. Il existe deux formes d’énergies : tension
(énergie potentielle) et mouvement (énergie vive, mécanique, thermique,
electronique, de rayonnement).
L’énergie moyenne nécessaire à un être humain adulte est entre 1000 kcal/jour et
4000 kcal/jour selon que l’on est un adulte calme et sédentaire ou sportif.
Vivre normalement ne suffit pas. L’homme au fil du temps a multiplié ses activités,
loisirs, besoin de confort et chaque activité requiert une énergie dont on peut
mesurer la grandeur en 6 grandes étapes du développement de l’humanité par
consommation moyenne d’énergie par tête nécessaire à la vie en société, à
l’accomplissement des tâches.
Homme primitif : Afrique de l’est, 1 million d’années entre l’homo habilis et
l’homo erectus) : la seule dépense énergétique est réduite à son
alimentation = à peu près 2000 kcal/ jour. Epoque des industries archaïques
ou galet.
L’homme chasseur d’Europe : il y a 3 à 400000 ans qui disposaient de plus
d’aliments, mangeaient de la viande et se chauffaient. Il consommait 6000
kcal/jour. Les regroupements sociaux changent.
Homme agriculteur primitif : Mésopotamie 5000 ans avant JC, se servait de la
traction animale. 12000 kcal/jour
l’homme agriculteur avancé : peuple Europe du Nord au 13e siècle, il utilisait le
charbon, l’énergie du vent, eau, transport animal : 20000 kcal/jour
homme industriel UK 19e siècle : machine à vapeur : 77000 kcal/jour
homme technologique : USA fin XXe siècle : 230 000 kcal/jour
En un million d’années, augmentation des activités de l’homme pour
améliorer ses conditions de travail, le besoin en énergie se serait
multiplié par 100 par tête. Un système où le corps détient de
l’énergie s’il est capable de fournir un travail ou de la chaleur.
La consommation mondiale moyenne d’énergie en 2002 est d’à peu près
10 milliards de tonnes équivalent de pétrole (TEP) brut.
1 TEP : 100 milliards de calories.
e
Début 21 siècle, on considérait que plus de la moitié de l’énergie consommée dans
le monde est le fait de l’US et l’UE. Au cours des 40 dernières années, la France a
triplé sa consommation d’énergie soit une hausse moyenne de 3% /an sur cette
période. Consommation énergétique de la France : millions de TEP.
2000 : 250 méga TEP.
L’émergence de la Chine, Inde et du Brésil bouleversa cela.
Les énergies fossiles : ressources naturelles non renouvelables.
Le charbon – pétrole-gaz :
Ressors relatifs à l’histoire géologique de la terre. Avec la découverte de gisements
on la découvert la formation. Ces énergies demandent un laps de temps à échelle
géologique pour se constituer.
Il faut 10 millions d’années pour faire 1 litre de pétrole.
L’énergie nucléaire :
32
SCIENCES ET SOCIETE
M. Nahon
Le concept
L’énergie nucléaire est née grâce aux découvertes de la radioactivité de
certains minéraux contenant des éléments chimiques instables. La connaissance
et la maîtrise de cette radioactivité n’existe que depuis la fin de la première
moitié du XXe siècle. L’énergie nucléaire provient du noyau de certains atomes.
Atomes : protons + neutrons ( = noyau) + é : la quasi-totalité de la masse de
l’atome est dans le noyau.
Isotope : découle des propriétés de la matière donnée par le nombre normal de
protons .
L’atome est électroniquement neutre, autant de protons que de neutrons dans
le noyau.
Isotope : pour un élement donné, comme O2 ( 8 protons et 8 neutrons donc 8
éléments) il se peut que l’O2 ait un ou deux neutrons de plus.
Cela ne change rien dans l’electroneutralité de l’atome mais rend l’atome plus
lourd.
Oxygène 16 = oxygène 18 (isotope de l’oxygène)
O16 : 99 % de l’oxygène.
017 : 0.4% de l’oxygène global
018 : 20% de l’oxygène global
Les isotopes sont distingables en pesant le noyau dans atome au moyen du
spectromètre de masse.
Carbone : C12 . C13. C14.
Les proportions des 3 isotopes d’O2 ont varié avec les âges géologiques.
Les indicateurs du climat ( car O2 fixé par coquille de plancton formée
différemment selon les âges).
Les particules constituent la matière
EX : plomb enlevé de l’essence ( plus tôt en USA qu’en Europe). Le plomb de
l’essence de l’UE est venu dans l’atmosphère US, repérée grâce aux isotopes du
plomb.
Traceurs de pollution et d’origine de pollution.
Problème des gisements de charbon / pb des gisements de pétrole.
Des notions sur la matière
Pour les savants grecs, l’atome : division extrême de la matière au-delà duquel il
était impossible à couper ( = a-tomes).
On sait que l’atome n’est pas la plus petite partie de la matière. Il est constitué de
protons, neutrons, électrons. Ce ne sont pas les plus petites parties de la matière.
Aujourd’hui, les particules élémentaires connues sont au nombre de 12, de 2
catégories :
Les quarks : constituent les protons et neutrons, groupés par 34
Les leptons : electrons maitrisés
Q et L en trois familles : seule la première famille regroupe les particules les
plus légères forment la matière ordinaire ( atome).
Les particules des deux autres familles de s’observent que dans les
regroupement cosmiques ou ont pu être détectées lors d’expériences dans des
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instruments d’expérience (accélérateur). Collectionneur de particules : bozon
de X ???
Q et L subdivisés en 6 types chacun.
La matière ordinaire
On dissout les cristaux pour comprendre leur croissance (mouvement inverse).
Les trois familles de particules existaient lors du big bang. A. Friedma et G.
Lemaître ont découvert la théorie du big bang qui fonde la physique moderne.
Atomes et molécules qui s’ajustent en corps stables et rigides la matière
organique : 5% de la masse de l’univers et 1/10e de cette masse est visible.
Elle correspond à ce que nous voyons sur notre planète, à l’ensemble des astres
étoiles et planètes de l’univers.
La matière manquante ( les 9/10e) serait constitué de nuages de gaz denses
intergalactiques froids ou très chauds. Très denses : ne laissent pas sortir la
lumière : invisible.
Matière ordinaire : atomes.
Quarks : elements constitutifs des neutrons et protons, constituent les noyaux
des atomes.
La charge globale des … : +1
Charge totale des neutrons : 0
Les leptons : énergie de masse négligeable par rapport aux quarks qui ont
charge négative -1.
Les 4 forces régissant l’univers
Les quarks sont reliés entre eux ds les protons et neutrons par des particules
d’interaction porteuses de forces nucléaires fortes : les gluons.
Sans eux, les noyaux des atomes n’existeraient pas.
Il existe 4 forces essentielles régissant l’univers.
La force gravitationnelle ( graviton) mise à jour au 17e siècle. Quand un
objet tombe attiré par gravitation vers le sol, retient les planètes autour
du soleil et les satellites naturels autour des planètes. La particule
porteuse de cette force serait le graviton. On en suppose l’existence car
on a jamais pu l’observer.
La force nucléaire faible est responsable du rayonnement radioactif bêta du
noyau dans les atomes et de la luminosité du soleil. Les particules de
cette force sont les bosons.
La force nucléaire forte permet aux protons et neutrons de rester assemblés
en noyau d’atomes. Particule porteuse : gluon
La force électromagnétique permet aux atomes de se combiner entre eux
pour donner des molécules cristallines ou vivantes. Les particules
porteuses de cette force : photons
Les forces libérées du big bang
Toutes les forces de l’univers peuvent se retrouver dans les 4 forces ci-dessus. Sous
l’effet d’énergie considérable libérée, ces forces ont pu s’individualiser, c’est-à34
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dire qu’en remontant le fil du temps ces 4 forces qui régissent l’univers se
fondaient en une seule à l’instant primordial du big bang = enjeu actuel dans
l’astrophysique théologique ( théorie du tout)
Il y a 15 milliards d’années, tout était réuni en un point au même instant. La
théorie du BB ne conçoit pas comment fut l’instant primordial lui-même. Elle
imagine ce qui s’est produit juste après soit 10 puissance 43 secondes après
l’explosion. A ce moment, toute la matière est contenue dans l’équivalent d’une
tête d’épingle, la Température Celsius est d’une puissance de 10 puissance 32 °C.
A ce moment, l’expansion de l’univers commence et la force gravitationnelle prend
son autonomie.
A 10 puissance 32 secondes, les premières particules apparaissent sous forme d’un
nuage très dense de Quarks, d’é et de neutrinos. Alors que la matière prend
naissance, l’anti-matière ? se forme à ce moment : elle est composée d’antiparticules ayant les mêmes propriétés que les particules mais de charge
électronique opposée. A ce moment, l’univers est électriquement neutre : il y a
autant de matière que d’anti-matière. AM et M apparaissent et disparaissent sans
cesse. De même que les gains de lumière ( photons) apparaissent et disparaissent
sans arrêt. Masse, densité et température sont encore extrêmes. A ce moment, la
nature est légèrement dissymétrique et il se forme à chaque fois un peu plus de
matière que d’anti-matière.
Sur un milliard d’années d’…. formés apparaissent 1 milliard + 1 particule : la
matière formée de particules peut progressivement s’individualiser.
A 10 puissance 16 seconde, l’expansion de l’univers se poursuit, il est aussi vaste
que le système solaire de nos jours.
T °C de 10 milliards °C : différenciation de la force nucléaire forte : les quarks
s’unissent 3 à 3 = neutrons et protons.
Près de 200 secondes après l’explosion, température baisse et expansion continue :
les premiers noyaux d’H et He ( 2 protons et 2 neutrons) se forment au milieu d’un
nuage d’é. La force nucléaire faible s’individualise. Près de 300000 ans après le BB,
T°C 10000 permet la construction des premiers atomes, les noyaux captent les
electrons et dont les atomes d’H et les atomes d’He. La force électromagnétique
est née.
De même que les photons qui ne sont plus gênés. Puis dans les atomes s’expriment
des grains des lumières : c’est la première lumière fossile de l’univers dont on peut
en percevoir l’éclat.
L’univers devient alors transparent. Univers en expansion se refroidit. Force de
gravité : s’individualisent des îlots de chaleur, moment où se forme la matière
complexe.
Ces ilots sont la galaxie et leur matière échappe à l’expansion universelle =
individualisation progressive des forces (1er noyaux après 200 secondes mais denses.
300000 secondes : T°C baisse, é et noyaux : atomes, photons passent dans lumière,
univers transparent.
Matières contractées réchauffées : ilots de chaleur avec naissance d’atomes par
association nucléaire.
Le noyau est l'unité stable de l'atome. La masse atomique correspond à l'addition
de neutrons et de protons.
La densité du noyau est considerable car les neutrons et les protons sont reliés
entre eux (énergie).
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Les atomes sont classés par masse atomique croissante dans un tableau des
éléments (tableau de Mendeleiev). L'élément le plus lourd est l'uranium: 92
électrons, 92 neutrons, 146 neutrons.
Il y a stabilité/ instabilité du noyau et la réaction nucléaire provient de la
réorganisation des neutrons et des protons.
Les noyaux deviennent stables en se désintégrant en autres noyaux jusqu'à stabilité
du noyau. Cette désintégration est appelée LA FISSION NUCLEAIRE.
Cette réaction (désintégration) libère une énergie considérable en millions
d'électrons volts: LA RADIOACTIVITE. Lors de cette fission cette énergie libérée
n'est pas chimique (comme la combustion du charbon, du pétrole...) mais une
énergie SYNETIQUE due au mouvement des particules émises: des radiations alpha,
beta, gamma.
L'Uranium
La concentration moyenne d'uranium est de 2,7ppm cad 2,7 grammes par tonne de
roche.
La concentration moyenne peut être multipliée par un facteur allant de 400 à 2500
par endroits.
3 isotopes de l'uranium:
U238 ~ 99,3%
U235 ~ 0,7 %
U234 ~ 0,005%
L'alteration des sols provoque un lessivage d'une partie de l'uranium, entrainé par
les rivières puis dans les sables et des formations enrichies en uranium: c'est le
SYSTEME DE L'ENTONNOIR.
Les atomes qui constituent la matière sont formés en même temps que le système
solaire: ceux qui existent à l'etat naturel et sont radioactifs, ont en partie disparu
et on a réussi a les retrouver de manière chimique.
L'instabilité laisse place à la stabilité par désintégration d'un noyau PERE (instable)
donnant naissance à un noyau fils (stable), et ce en millisecondes comme en
milliards d'années.
Certains noyaux pères très radioactifs ont disparu laissant seulement une trace de
leur désintégration: le noyau fils.
La PERIODE d'un élément radioactif est le temps au bout duquel la moitié des
atomes radioactifs se sont désintégrés. On parle de "Demi vie".
Le Thorium 232 (Th) a une période de 13,9 milliard d'années.
L'uranium 238 a une période de 4,5 milliards d'années.
Ainsi, le Thorium est 3 à4x plus important que l'Uranium.
La fission
Le choc d'un neutron sur un atome, 3 solution:
 Rebondit et est dérivé
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

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se trouve capturé en s'intégrant au noyau formant ainsi un nouvel isotope: on
parle de NOYAU FERTILE
Brise le noyau en deux fragments: c'est la FISSION.
L'uranium 235 est tellement lourd et instable (condition nécessaire) qu'un neutron
lent peut le fissurer: on parle de NOYAU FISSIBLE.
L'uranium 238 est beaucoup plus stable: on parle de NOYAU FERTILE. Il donne le
Plutonium 239 artificiel.
Le Plutonium 239 est très instable et son noyau est fissile.
Fission et réactions en chaine:
La fission du noyau d'uranium 235 en 2 avec libération de 2 ou 3 neutrons très
rapides, ces neutrons engendrent alors d'autres fissions d'Uranium 235.
On parle de REACTION EN CHAINE utilisée pour la production d'énergie nucléaire
Réacteurs et Production d'énergie
Chaque fission de l'U235 libère 235 millions d'électrons volts = il s'agit d'une énergie
synétique.
L'enrichissement de l'Uranium 235
Jusqu'à 3-4% pour l'utilisation civile
Jusqu'à 90% pour l'utilisation militaire.
On parle d'enrichissement pour parler de CONCENTRATION.
1. Bombardement par des neutrons lents:
- U235 (enrichi a 4%) fissile
- U238 (enrichi à 96%) fertile.
2. Production de plutonium 239 et autres (Pu 240, 241...)
3. Si neutrons lents: production de Pu 239 (fissile) et 240 (fertile)
Si neutrons rapides: tous les noyaux sont fissiles.
La consommation plus poussée de combustible d'uranium pour limiter les déchets.
Deux types de réacteurs.
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