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HYDROSPHÈRE
GÉNÉRALITÉS
L’hydrosphère est l’ensemble des eaux qui se trouvent sur la surface terrestre. Elle
comprend les eaux marines, océaniques et continentales, les neiges, les glaces
continentales et la vapeur d’eau atmosphérique. On considère aussi comme faisant
partie de l’hydrosphère les substances chimiques qui y sont dissoutes. Par
conséquent, on entend par composition chimique de l’hydrosphère la composition
chimique de l’eau et des substances qui y sont dissoutes.
L’eau est une molécule ayant une importance fondamentale pour la vie ; en effet,
pour l'essentiel, les êtres vivants sont constitués d’eau.
La molécule d’eau (H2O) est formée d’un atome d’oxygène et de deux atomes
d’hydrogène. En vertu de la structure de cette molécule, les atomes d’hydrogène
forment entre eux un angle d’environ 105°. Ce type particulier de liaison confère à
la molécule un comportement électrique qu’il est important de connaître puisqu’il
exerce une influence considérable sur le rapport entre l’hydrosphère et les autres
sphères géochimiques : atmosphère, biosphère et lithosphère.
Les molécules tendent à s’orienter en fonction des attractions électriques. Il se
forme ainsi une série de chaînes de molécules d’eau liées de façon électrostatique ;
lorsque la température augmente, les molécules tendent à se séparer.
Cette propriété électrique confère à l’eau de fortes propriétés par rapport aux
minéraux qui composent les roches.
L’action dissolvante se manifeste sur les sels qui, en présence d’eau, se dissocient
en ions (cations et anions), lesquels se solubilisent et sont transportés par l’eau.
L’action hydratante de l’eau se manifeste sur les sels insolubles qui, une fois
hydratés, se solubilisent, libérant les ions disponibles.
L’action hydrolysante de l’eau entraîne la transformation de sels d’acides forts en
sels d’acides faibles et inversement. Cette dernière action est la plus importante en
ce qui concerne l’altération chimique des roches, puisqu’elle concerne les minéraux
les plus répandus sur la croûte terrestre : sulfates, silicates et carbonates.
ORIGINE DE L’HYDROSPHÈRE
Les hypothèses concernant la formation de l’hydrosphère ont été avancées sur la
base d'une analyse de l’évolution de la Terre dans le temps, à travers les
témoignages du passé - fossiles et anciennes formations rocheuses - et de
l'analyse des processus chimiques affectant les roches, les eaux, les gaz et la vie.
L’histoire de l’hydrosphère est donc liée à celle des autres sphères géochimiques et
à l’histoire de la Terre. Les tableaux suivants mettent en évidence une série
d’époques importantes dans l’histoire de la Terre
MILLIARDS D’ANNÉES
4,6
la naissance de la Terre
4,0
les roches les plus anciennes
3,5
les fossiles les plus anciens (Bactéries et
Algues bleues)

2
2,5
accumulation d’oxygène libre dans
l’atmosphère
1,5
formation du premier supercontinent
1
la vie continue à se développer sous l’eau
MILLIONS D’ANNÉES
600
organismes pluricellulaires
500
fracture du premier supercontinent ; apparition des
premiers Poissons
400
formation de l’ozonosphère ; premières plantes
terrestres, apparition de la vie sur la terre ferme
300
premiers Reptiles terrestres
300
premiers Oiseaux et Mammifères terrestres
65
extinction des Dinosaures : orogenèse alpine
35
collision entre l'Inde et l'Asie
15
orogenèse himalayenne
5
apparition de l'Australopithecus
1,5
apparition de l'Homo erectus
0,1
apparition de l'Homo sapiens neanderthalensis
L’accroissement progressif de la Terre, dû à l’agrégation de petits objets
(planétismes), s'est accompagné d'une séparation progressive de la matière selon
la densité, avec la formation d’un noyau terrestre central constitué de nickel et de
fer et la formation d’un manteau fait de minéraux lourds. Les fractions d’éléments
plus légers causèrent la séparation d’une atmosphère résiduelle et la formation
progressive des premiers boucliers, qui constituent à présent le cœur des
continents les plus grands.
Comment l’hydrosphère s’est-elle formée ?
Il existe plusieurs théories principales sur la formation de l’hydrosphère. D’après la
première théorie, la formation des eaux aurait été le résultat d’une pluie de
météorites de glace provenant de l’espace. D’après la deuxième théorie, la plus
communément admise par les chercheurs, l’hydrosphère serait le produit d’une
migration naturelle des éléments les plus légers vers la surface et des éléments les
plus lourds vers le centre de la Terre.
Les choses ont dû se passer à peu près de la façon suivante : l’eau contenue dans
les réseaux cristallins de nombreux minéraux a commencé à se séparer des
minéraux et à s’accumuler, pendant la cristallisation des roches dans les phases
liquides et gazeuses.
Au cours des ères géologiques, l’hydrosphère se serait formée lentement par
accumulation d’eau progressive. L’apport d’eau sur la surface terrestre continue
encore aujourd’hui, à travers deux voies principales : les émissions volcaniques et
les sources hydrothermales.
Pour toutes ces raisons, l’hydrosphère initiale était très réduite par rapport à
l’hydrosphère actuelle ; ce n'est qu'au cours de millions d’années qu'elle s’est
accrue progressivement sur la surface terrestre et s’est accumulée dans les
océans.

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Essayons de nous représenter la Terre primordiale. La croûte terrestre se
refroidissait lentement pendant que, de l’atmosphère primitive, se poursuivaient les
précipitations qui, avec les eaux de source d’origine hydrothermale, contribuaient à
la formation des mers.
Beaucoup de ces sources se trouvent actuellement le long des dorsales médio-
océaniques. Certains scientifiques ont calculé que la quantité d’eau versée par les
sources hydrothermales ne représente qu’un petit pourcentage de celle qui arrive
dans la mer (à peu près 1 %) ; cependant, cette quantité justifie à elle seule la
présence des océans.
L’eau s’évaporait rapidement, en formant de la vapeur d’eau qui tombait sous forme
de pluies. C'est ainsi que s'instaurait le premier cycle de l’eau.
On enregistre alors une étape importante dans l’évolution des océans, qui en a
changé profondément la composition chimique, à savoir l’apparition, il y a
3,5 milliards d’années, des premières formes de vie (voir origine de la vie).
En effet, la composition des océans primordiaux était sans aucun doute différente
de la composition actuelle. À cause des émissions volcaniques, les pluies
devenaient acides, comme cela se produit aujourd’hui du fait des déchets
industriels.
Pendant quelques millions d’années, le milieu géochimique fut donc stable : un
monde dépourvu d’oxygène où la vie semblait impossible. Mais il se produisit
soudain un événement qui changea complètement l’environnement : l’apparition de
la vie. Des organismes microscopiques - Algues et Bactéries unicellulaires -
commencèrent à produire de l’oxygène en vertu du processus de photosynthèse
chlorophyllienne.
La grande quantité d’oxygène libéré dans l’atmosphère eut une conséquence
importante : la formation d’une couche d’ozone dans l’atmosphère, ou
ozonosphère. La présence de cette couche, qui limite fortement le passage des
rayons ultraviolets, a permis, il y a 400 millions d’années, la diffusion de la vie sur la
Terre, déclenchant de la sorte tous les processus évolutifs qui ont amené à la
configuration actuelle de la biosphère.
LE CYCLE DE L’EAU
L’eau sur la Terre
L’eau (H2O) revêt une importance fondamentale pour la vie. Elle constitue en effet
une proportion considérable de la matière vivante (65 % chez les êtres humains,
pas moins de 95 % chez les Invertébrés marins et 99 % chez certains végétaux).
L’ensemble de toutes les eaux qui se trouvent à la surface de la Terre (eaux
marines et océaniques, eaux continentales de surface, nappes phréatiques, neiges,
glaces et vapeur d’eau atmosphérique) forme la partie la plus étendue de la
biosphère, l’hydrosphère.
Au point de vue quantitatif, les masses d’eau qui composent l’hydrosphère
occupent environ 81 % de la surface terrestre (qui mesure approximativement
510 000 000 de kilomètres carrés et sont distribuées (en km3).
Distribution des masses d’eau qui composent l’hydrosphère
exprimée en km3
Océans
1 370 000 000
Laces et neiges
29 000 000
Nappes phréatiques*
9 400 000

4
Lacs et fleuves
200 000
Vapeur d’eau
14 000
Total
1 408 614 000
(*) en ce qui concerne les eaux de nappe, la valeur indiquée
ne correspond pas à une estimation réelle. Il s'agit du résultat
(non vérifiable) de spéculations et d’enquêtes géophysiques
étendues à des portions de la planète non étudiées.
La quasi-totalité de l’hydrosphère, approximativement 97 % en volume, est
représentée par l’ensemble des eaux marines et océaniques.
L’absence d'eau est un facteur fortement limitant pour la vie. Toutefois, même si
l’eau n’est pas distribuée de façon homogène à la surface de la terre, les
organismes vivants ont été capables de s’adapter même aux conditions de vie
extrême des déserts.
L’eau en mouvement
Dans la nature, l’eau passe sur la surface terrestre selon un schéma cyclique qui
prend le nom de cycle hydrologique. Grâce aux processus physiques et
mécaniques, l’eau est en mouvement perpétuel. Des continents aux océans, et de
ces derniers à l’atmosphère, d’où elle revient de nouveau vers la terre ou à vers la
mer.
L’eau est présente dans l’atmosphère sous la forme de vapeur d’eau qui forme les
nuages. De ces derniers, l’eau tombe à nouveau sur la Terre sous la forme de
pluie, de neige ou de grêle. Une partie des précipitations pénètre dans le sol et
dans les roches perméables, où elle va alimenter les nappes souterraines ; une
autre partie glisse sur la surface terrestre pour confluer dans le réseau hydrique
superficiel ; une autre partie enfin va directement dans la mer, qui reçoit en outre
toutes les eaux transportées par les fleuves et par les rivières, et qui constitue ainsi
le bassin récepteur de presque toutes les eaux qui précipitent sur la surface
terrestre. Par effet du rayonnement solaire et des vents, les eaux qui recouvrent la
surface terrestre s’évaporent. La vapeur d’eau ainsi formée alimente le cycle décrit
ci-dessus. Les forêts et les volcans contribuent eux aussi à la formation de la
vapeur d’eau de l’atmosphère. Les premières par la transpiration, et les secondes
par leurs émissions qui contiennent une proportion importante de vapeur d’eau.
L’hydrosphère est alimentée en outre par les eaux provenant des processus de
formation et de fractionnement des roches à l’intérieur de la croûte terrestre (voir
mouvements de la croûte terrestre). Au fur et à mesure que les roches se
cristallisent à partir du magma en fusion, l’eau contenue dans le magma se
concentre dans la partie supérieure de la chambre magmatique et remonte vers la
surface terrestre, générant des sources hydrothermales qui peuvent se trouver
aussi bien sur les continents que dans les profondeurs des océans, à la hauteur
des dorsales océaniques. La seule perte d’eau, dans le cycle hydrologique, se fait à
travers le processus de subduction de la croûte océanique (tectonique) qui
entraîne, dans son mouvement d'enfoncement vers l’intérieur de la Terre (manteau)
les sédiments marins et l’eau qu’ils contiennent.
LES FLEUVES

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Les fleuves sont des cours d’eau pérennes alimentés principalement par les
sources, les eaux de pluie et les eaux provenant de la fonte des glaciers. Les eaux
météoriques se rassemblent sur le terrain et coulent le long d’incisions naturelles
dont l'ensemble forme le réseau hydrographique.
Avec le temps et, surtout, sous l'effet de l’érosion, la zone drainée par le cours
d’eau revêt une forme caractéristique de bassin et prend le nom de « bassin
hydrographique ». Les bassins hydrographiques contigus sont séparés par une
ligne, dite ligne de partage des eaux, qui relie les points culminants de la
topographie.
Les principaux paramètres qui permettent de contrôler les caractéristiques
physiques et biologiques d’un cours d’eau sont le climat et la géologie.
Le climat, exprimé par le régime thermométrique (le cours saisonnier de la
température) et pluviométrique (le cours saisonnier des précipitations), détermine
en définitive la disponibilité d’eaux d’origine météorique pouvant alimenter les cours
d’eau. Le climat, avec la nature géologique du territoire, permet de définir la
morphologie (type de lit, présence de rapides et de cascades, vallée plus ou moins
profonde, etc.), les caractéristiques d’alimentation (cours d’eau alimenté surtout par
les eaux de pluie ou par des sources) et les caractéristiques du régime (variations
du débit au cours de l’année).
Dans un cours d’eau, la vitesse du courant dépend de la pente et varie de quelques
décimètres à quelques mètres par seconde.
Imaginons une section transversale du fleuve : d'une rive à l'autre, la forme de la
section peut être comparée à un arc de cercle. En observant la vitesse de l’eau,
nous pouvons remarquer que sa valeur n’est pas constante, mais qu'elle varie du
fait des frottements avec les surfaces en contact : le frottement sur le fond, sur les
parois et le frottement exercé par l’air sur la surface libre de l’eau, font que la
vitesse maximum est atteinte dans la zone centrale, un peu au-dessous de la
surface.
Les variations de vitesse sont importantes, car elles influent sur les dimensions des
particules que l’eau peut charrier dans son mouvement en aval. En général, le
transport prédomine dans les zones de montagne, tandis que les phénomènes de
dépôt sont plus fréquents dans les zones de plaine.
Le comportement de l’eau est toujours le même. Plus grande est la vitesse
d'écoulement, plus grande est l’énergie. Dans les zones de montagnes, en effet, la
forte pente du lit confère à l’eau une vitesse élevée, ce qui permet de déplacer et
de transporter même les sédiments les plus grossiers et accentue la capacité
d’érosion. Dans leur cours supérieur, les rivières gardent souvent un régime
torrentiel, caractérisé par de brusques changements de débit, avec des traits
morphologiques typiques, comme les rapides ou les cascades.
La réduction de pente qui caractérise le cours moyen d’une rivière entraîne
généralement une réduction de la vitesse du courant. La rivière dépose tout d’abord
les sédiments les plus grossiers, et ne transporte plus que les plus fins. De plus, la
rivière acquiert souvent dans son cours moyen un régime plus régulier, le fond de la
vallée s’élargit et l’on assiste au dépôt des sédiments plus grossiers que la rivière
n’est plus à même de transporter et entre lesquels le cours d’eau s'écoule en
suivant un parcours sinusoïdal caractéristique. Lorsque la rivière atteint son cours
inférieur et des altitudes extrêmement basses, la pente diminue encore, ce qui
entraîne une réduction de la vitesse. C’est à ce moment-là que l’on assiste au
dépôt des sédiments les plus fins, qui sont surtout de type boueux.
Outre la vitesse, il y a d’autres paramètres qui changent quand on se déplace de la
source vers l’embouchure, par exemple la température et la teneur en gaz (oxygène
et gaz carbonique).