Accès à l`eau : un droit pour l`homme

Science et société
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Accès à l’eau : un droit pour l’homme
D’ici 2050
Question de la démographie : Europe : deux seuls pays qui vont augmenter leur population :
France, RU.
Asie : grand perdant : Japon (perdra 20% de sa population).
Il y a6000 ans : planète 7 millions d’habitants
JC : entre 150 et 200 millions d’habitants.
Dans cet accroissement de population :
Pratiquement chaque semaine 2 millions de bouches à nourrir en plus. Il faudrait sortir de la
malnutrition chaque année 22 millions de personnes et on en sort que 6 millions par an. Il
faudrait pouvoir doubler la production agricole d’ici 2025, à ce moment la deux ressources
contrôleront la production : le sol (arable) et l’eau. Essentiel de l’utilisation de l’eau :
nourriture.
L'EAU DANS TOUS SES ETATS
Océans couvrent a peu près 70% de la planète : présente sous ses trois formes : solide, liquide
et gazeuse. L’eau est présente sous forme de glace ou vapeur partout dans le système solaire
mais c’est sur notre planète qu’elle est essentiellement sous forme liquide.
Vénus : surface : température de 470°C en surface ; atmosphère : pression = 100 fois celle de
la terre ; contient bcp de vapeurs d’eau, un peu d’azote, un peu de CO2. Effet de serre très
important : estime que contenait des océans mais évaporés par emballement de l’effet de
serre.
Mars : -55°C : deux calottes polaires : estime que l’eau a existé sous forme liquide au cours
de son histoire. ¾ surface globe : mers/océans et abritent 97% des ressources en eau avec
volume de 1350 millions de Km3 ; eau salée (NaCl) ; eau douce : que 3% : 42 millions de
Km3 ; 3% pas entièrement disponibles pour l’homme. L’essentiel de l’eau douce est sous
forme de glace pour environ 33 millions de Km3. Le reste se partage entre le stock des eaux
souterraines (nappes phréatiques) représentant environ 8,1 millions de Km3. Eau des lacs,
fleuves, rivières ≈220 000Km3.
Corps humain contient près de 70% d’eau. On estime à 2000 Km3 l’eau de la matière vivante
qui est le plus souvent liée à des sels minéraux. L’hémisphère Sud contient plus d’eau
océanique et donc joue un rôle important sur les échanges entre l’eau et l’atmosphère c’est à
dire un rôle majeur sur les climats.
L’eau est constituée d’une molécule : 1 atome d’oxygène et deux d’Hydrogène.
Atome : constitué d’un noyau : protons (positifs) neutrons (pas de charge). Noyau très lourd,
entouré d’électrons : autant d’électrons (négatif) que protons. L’ensemble de l’atome a une
charge neutre  toute la matière ordinaire (5% de la matière de l’univers) est constituée
1
essentiellement d’atomes qui se lient sous forme de molécules. Balances : spéctromètres (pour
peser le noyau). Certains : tellement de noyaux : instables : radioactifs. S’ils perdent électron,
l’atome prend une charge positive ; électron se pose sur un autre atome qui garde un électron
et prend donc une charge négative  ex : Na+, Cl-  forme molécule NaCl.
H2O (2H+, O2-)
Molécule d’eau forme un dipôle : toutes ses caractéristiques s’expliquent grâce à la
disposition des atomes d’H et d’O. pouvoir d’attirance d’autres molécules, atomes 
beaucoup de substances sont solubles dans l’eau. Mobilisent énergies élevées pour passer
d’un état à l’autre. La molécule d’eau est très stable, alors qu’une molécule s’accroche à une
autre molécule de manière plus instable. Il faut des forces considérables pour dissocier H de
l’O (≈2500°C)  eau ubiquiste dans l’univers : on la trouve partout. Fluidité de l’eau. Si
température suffisamment basse= toutes les molécules sont liées les unes aux autres  glace.
Cette capacité à se grouper en qques molécules glissants : eau a des qualités exceptionnelles
et est à l’origine de la vie. La forte stabilité de la molécule d’eau et les liaisons hydrogène
qu’elle entretient avec d’autres molécules de proximité confèrent à l’eau des propriétés
exceptionnelles notamment le besoin de mobiliser des énergies extrêmement élevées pour
passer d’un état à l’autre : pour faire fondre 1g de glace à 0°/congeler 1g d’eau : quantité de
chaleur importante : 80 calories = chaleur latente de fusion/congélation de l’eau. Elle varie
avec la température. De même pour chaleur latente d’évaporation ou condensation d’1g
d’eau : liquide vapeur : énergie requise : 540 calories si l’eau est à 100°C, ou 585 si l’eau
est à 20°C. Passage liquide vapeur : rompre des liaisons. Il faut dépenser 1 calorie pour
augmenter d’1°C la température d’1g d’eau liquide. 0,20 calories pour qu’1g de roche voit sa
température augmenter d’1°C. (c’est pour ça que le sable est brûlant l’été )))
Changement climatique (réchauffement) : ne change pas le cycle de l’eau mais augmentation
des précipitations, répartition climats…). Il y a 6000 ans température supérieure de 1 à 2°C
qu’aujourd’hui et niveau mers supérieurs  pas nouveau. Sahara était vert, au fur et à mesure
que niveau de l’eau est passé de -120 à + 2 m  argile, naissance agriculture. Ensuite
aridification : Sahara, Afrique du nord : migrations autour des grands axes fluviaux fertiles 
grandes civilisations.
DE RÉSERVOIRS EN RÉSERVOIRS : LE PÉRIPLE DE L'EAU
Eau ubiquiste, constamment en mouvement entre divers réservoirs et sous ses différentes
formes. A chaque étape de son périple, elle dissout les éléments chimiques contenus dans els
roches ou dans l’air, elle nourrit les végétaux, dépose des sels minéraux dans les mers, les
lacs, les océans, elle s’intègre dans les tissus et les cellules des êtres vivants, s’évapore ou
gèle au grès des variations de température. Toutes ces opérations ne sont pas instantanées et
peuvent requérir beaucoup de temps pour s’accomplir. Quelque soit son état : considérer le
temps de résidence de l’eau pendant une étape donnée, c’est ce qui définit la notion de
réservoir. En gros on compte 6 réservoirs : océans, l’atmosphère, les glaciers, les eaux
souterraines, les lacs et les rivières et la matière vivante. Les transferts d’eau entre les
réservoirs définissent le périple de l’eau. En considérant l’ensemble réservoir et transferts, on
définit ce que l’on appelle le cycle global de l’eau, c’est-à-dire que l’on considère le circuit
que l’eau fait en partant d’un réservoir donné jusqu’à son retour à ce réservoir de départ. Le
cycle de l’eau est initié à partir du réservoir le plus important c’est à dire mers et océans.
Temps résidence moyen d’une molécule d’eau à partir du moment où entre dans réservoir =
2
2500 ans.
Le temps de résidence des molécules d’eau de cette humidité atmosphérique est de
l’ordre de 8 jours (nuages). Réservoir potentiel correspond à 0,001% de la totalité de l’eau de
notre planète. L’eau stockée sous forme de glace représente un réservoir important (2,4% du
total de l’eau du globe). Temps de résidence molécules : milliers ou plusieurs centaines de
milliers d’années. Antarctique : les glaces les plus vieilles connues ont 800 000 ans.
Enfin, sols (70 000 Km3) : séjourne entre 1 et qques milliers d’années avant d’être restituée
régulièrement aux végétaux et aux rivières par le biais de l’érosion.
Dans les fleuves et rivières : molécules d’eau n’y réside en moyenne qu’une dizaine ou qques
dizaines de jours. Les eaux souterraines retiennent le plus d’eau liquide sur les continents :
avec un temps de résidence qui se compte, au moins jusqu’à présent, en milliers d’années.
Nappe d’eau fossile Sahara : (lybie Maroc) : a ≈ 20 000 ans : date de la dernière
déglaciation : cette eau est particulièrement employée et se vide plus vite qu’elle ne se
reconstitue aujourd’hui. Autre problème : NebraskaTexas ; sud du Brésil Argentine…
réservoirs d’eau douce se restreignent. Exemple : quantité d’eau ne change pas mais c’est le
statut de l’eau qui change. Ex : fleuve du Colorado : agriculteurs nord américain : utilisé pour
pomper l’eau d’irrigation : retournait ensuite dans le fleuve. Mais en arrivant au Mexique
avait augmenté salinité de 20%  inutilisable pour cultures mexicains  construction par
américains d’une usine de dessalement  mexicains tellement utilisé l’eau : Colorado est un
fleuve où l’eau n’atteint pas le delta pendant environ 8 mois de l’année.
= prise de conscience du temps nécessaire pour constituer une nappe d’eau par rapport au
temps mis par l’homme pour l’utiliser.
Transfert des masses d’eau liquide continentale : 40 000 Km3 par an : écoulement des
surfaces par biais des rivières et fleuves, ruissellement et fonte glaciers, mais aussi
d’écoulements souterrains (nappes s’écoulent de façon souterraine).
L'HOMME CONSOMMATEUR D'EAU
Corps humain constitué d’environ 70% d’eau. Sa fonction vitale fait qu’il en rejette environ
2L par jour. On estime que l’homo sapiens il y a 100 000 ans devait boire entre 2 et 5L par
jour pour survivre. Domestication progressive des végétaux et animaux à des fins productives
s’est développée : bouleversement (10 000 ans): invention de l’agriculture : modifie
désormais les rapports de l’homme à l’eau. Dès que l’homme commence à cultiver, il a besoin
d’irriguer  nappes/rivières : les grandes civilisations s’installent autour des fleuves : Nil,
Euphrate, Gange, Yangtse… premiers canaux d’irrigation apparaissent puis les puits dans les
zones les plus arides. Usage de l’eau s’est simplifié dans sa distribution technique mais en
même temps gérer la ressource en eau est devenu complexe := s’assurer quantité et qualité de
l’eau pour tous ; permettre développement agricole intensif, servir l’industrialisation des pays,
garantir la biodiversité animale et végétale tout en permettant pêche, navigation, plaisirs,
confort domestique : eau doit être fournie plus ou mieux. Aménagements nécessaires ont un
coût : l’eau est devenue payante dans de nombreux pays : dépasse rarement ½ euro par mètre
cube (1000 L). le même volume d’eau de mer dessalée pour consommation courante revient
au moins au double et consomme 3 à 5 fois plus d’énergie. Construction d’habitation en
France : cout moyen estimé pour acheminer l’eau jusqu’en ville, la traiter selon normes ssanté
publique, la distribuer, la collecter à nouveau et épurer les eaux souillées : 1250 euro par
3
personne et par an. Besoins physiologiques de consommation d’eau varie de 5 à 10 L par jour.
Besoin confort domestique : 150 à 450 L/j/pers
Besoin développement éco : 56000L/j/pers. = norme ; =2000m3/an/pers
Organisations internationales : minimum vital : 1000m3/an/pers ; notent 26 pays où pénurie ;
près de 50 pays connaîtront une telle situation d’ici la moitié du XXIe siècle. Si dans certains
pays la quantité n’est pas un problème c’est la qualité par manque de moyen d’assainissement
qui fait défaut ; près de 2 milliards de personnes seraient ainsi touchées et il en résulterait
plusieurs milliers de morts par an, notamment des enfants.
…
2025 : on doit s’attendre à de grandes difficultés d’approvisionnement.
DE L'EAU A BOIRE ET A MANGER
Que devient l'eau quand elle rencontre une terre arable?
Tout vient de l'eau de pluie : eau de pluie  ruissellement (dépend de la couverture au niveau
du sol). Une partie de l’eau s’infiltre : dépend de la qualité du sol : si naturel avec
animaux…l’eau s’infiltre bien ; si tassé par engins agricole, s’infiltre peu. Une partie de l’eau
infiltrée est retenue a la surface d’argile ou de sels minéraux.
Drainage des nappes ; autre partie : remontée capillaire.
Evaporation directe d’autant plus importante que le sol est à nu. Important pour le climat.
Les terres que l’on cultive
Plupart des gens qui écrivent sur famine : économistes et pas techniciens. Il n’y a que 22% de
terres cultivables ; les autres : trop arides, trop salées, trop gelées, humides… pas loin de 3
milliards d’hectares sont cultivables. Il faut nourrir la planète avec ces 3 milliards. Une terre
irriguée produit 3 fois plus qu’une terre qui ne l’est pas.
La notion d’eau virtuelle :
On en parle peu. Pour produire 1Kg de protéine animale, on a besoin de 1 à 3 fois le poids en
protéine végétale. Pour 1 Kg de protéine végétale : utilise 1000 à, 15000 L d’eau.
La quantité d'eau consommée globalement est largement dépendante de la consommation des
produits issus de l'agriculture.
Cours du 04/02/10
2,6 milliards d'Ha de terres arables, on cultive déjà 1,6 milliard. Malgré cela on perd
beaucoup de sols et on doit nourrir la population mondiale et normalement doubler la
production agricole. Pour nourrir ces hommes, il faut de la nourriture. L'agriculture
consomme 86% de l'eau douce.
La notion d'eau virtuelle (déjà dit): énoncé dans une publication il y a quelques années, reste
sous silence mais sort un peu. Notion : quantité d'eau consommée globalement qui sert à
produire des marchandises issues de l'agriculture: produits directs (blé, orge) ou indirect:
viande, lait, fromage... pour produire 1Kg de protéine animale: besoin de fournir une a trois
fois le poids en protéine végétale. Pour produire 1Kg de protéine végétale: 1000 à 15 000 L
d'eau.
Ex: produire 200 Kg de viande de boeuf de 3 ans nécessite 1300kg de grains, 7200 kg de
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fourrage, 24m3 d'eau à boire et 7m3 d'eau pour les services
en gros 1kg de viande de boeuf revient entre 15 à 20 000 litres d'eau.
1kg de viande de porc 4900 litres d'eau
1kg de blé: 1500 litres
1kg de riz 3500 litres
1kg mais 900L
chiffres varient d'une région à l'autre. Mais d'après étude récente, chiffres dans ces fourchettes
là. Moyennes: consommation globale d'eau par an: 7450 Gm3/an d'eau pour la consommation
agricole: 6400Gm3/an. 73% : agriculture, 16%: commercialisation, 6% consommation de
produits industriels, 5% consommation domestique.
Comparaison: USA :usage interne au pays: 81,3%; domestique: 8,7%
exportation: produits agricoles: 10,8%, presque 8% de la production industrielle.
Chine: usage interne: 93,5%: eau pour produits agricoles: 80,5%, domestique: 3,8%,
industrie: 9,2%
exportation : 6,5% exportation de produits agricoles.
Inde: usage interne: 98,4%
consomme 92,5% pour production agricole; exportation : 1,4% de son eau pour exportation
de produits agricoles.
Eau utilisée pour la production globale: produits le plus avide d'eau: riz, blé et maïs: riz: 21%
de la production agricole mondiale; blé = 12%; maïs: 9%.
carte d'exportation nette d'eau virtuelle: Australie: - 100 to (Gm3/an): aride mais peu peuplé :
donc exporte.
Barrage d'Assouan en haute egypte: a arrêté la plupart des limons: n'atteignent plus les berges
et surtout le delta (formé de limon) aujourd'hui le delta s'érode, perd des terres fertiles. Pour
faire plus de récoltes on irrigue en pompant dans les nappes; sol devient de plus en plus salée:
pompe plus de 65 milliards de m3/an et ne fait venir que 10 Milliards de Gm3/an d'eau.
Graves problèmes politiques et sociaux en perspective.
Le commerce internationale de l'eau virtuelle économise 350Gm3 d'eau chaque année.
Beaucoup de pays ne considèrent pas cette eau virtuelle: problème de l'eau pas un problème
de volume (rien ne se perd) mais un problème de statut: quand on se sert de l'eau d'irrigation:
perte par évaporation; mais plus important: met du sel dans le sol, plantes concentrent le sel; a
la longue, problème de fertilité des sols. Heureusement, une grande partie de l'agriculture se
sert de l'eau verte (pluie); eau bleue: 2120Gm3/an dont 50% pour l'agriculture.
L'eau d'irrigation:
pertes par évaporation de 30 à 50%. Si l'on veut faire des économies: déjà régler ces
problèmes de gâchis. Pour irriguer: d'ici 2050= 5000 Km3 d'eau supplémentaire pour
l'irrigation: 800Gm3 d'eau dans les 10 ans qui viennent.
Lac Tchad en train de se réduire ainsi que le lac Chapala; mer Morte en train de disparaître.
Yang-tse: pendant plusieurs mois de l'année n'atteint pas son delta, de même que le fleuve
Niger, l'Indus, Colorado. Mer d'Aral: grande comme la suisse avec 2 fleuves; a l'époque de
LURSS: utilisation d'une partie de ces eaux pour cultiver du coton: production remarquable
mais en puisant l'eau dans ces deux fleuves, mer d'Aral pratiquement asséchée. Cela a
beaucoup choqué l'occident (mais totalité de ce coton était acheté par les européens).
50 millions d'Ha plus utilisés a cause sel (suite a irrigation).
Ce qui ne se voit pas c'est l'eau des nappes phréatiques.
Ex: nappe au Sahara: date du dernier glaciaire qui est étendue pratiquement de la Libye
jusqu'au Maroc (plus d'1 million de Km2; contient environ 31Gm3 d'eau). Creusé des puits
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partout (zone aride). Mtn: on pompe bcp plus qu'elle ne se recharge (2Gm3/an). Célèbre car
lorsqu'elle venait avant: libération carbone et azote (nitrates) allaient dans la nappe: quand
sortati sous forme de source, touaregs utilisaient nitrate pour faire de la poudre pour leurs
cartouches (plus le cas aujourd'hui: plus de matière organique)
nappe de l'Ogalala aux US: part du Kansas et va jusqu'au Texas:
cours du 11/02
Parenthèse sur la société et la science :
« Désacraliation » aujourd'hui: la peur n'est plus perçu comme honteux mais comme une
sagesse. Derrière cela, la science est mise en accusation indirectement: internet: des gens ont
des avis scientifiques sans avoir fait de science; idem: médias contredisent scientifiques. C'est
grave: tout le développement de la société est basé sur le développement de la science qui est
plus associée aujourd'hui à la notion de risque que de progrès. Or quand science a explosé au
XIXe, donne la mondialisation qui fait peur aujourd'hui. Accélération de l'histoire aujourd'hui.
Problème politique numéro 1: reprendre la main sur le cours du monde. Politiques emportés et
débordés par l'opinion. = problème économique, écologique, de société. On a changé de
paradigme: la recherche est un nouveau paradigme économique. Auj aux US: 40% de
l'économie repose sur les découvertes techno des 15 dernières années. Dans 20 ans ce sera 70
à 80% de l'économie qui dépendra de la science et de la technologie. On pratique bcp
aujourd'hui la pédagogie de l'hameçon, citoyens s'intéressent à la vulgarisation mais d'une
manière anti-scientifique. La culture scientifique fait partie de la culture. La science dont a
besoin une nation n'est pas une science de l'imitation mais de l'innovation: trouver de
nouvelles énergies, réconcilier les sociétés, partager les biens communs: il faut innover, la
balle est dans le camp de la science. Obama: décembre 2008: « il faut faire en sorte que les
faits et les preuves ne soient pas déformés ou occultés par la politique ou l'idéologie, il faut
écouter ce que le scientifiques ont à nous dire même si cela dérange, surtout si cela dérange ».
Les grands problèmes de société de demain, d'aujourd'hui ne peuvent être résolu qu'en
s'appuyant sur progrès scientifique. Ceux qui ne comprennent pas ça ne doivent pas choisir
des métiers qui soient dans la direction de nos sociétés. Effort reste à faire pour concilier
sciences dures et sciences humaines. Fait scientifique « ce qui est » à combiner avec fait
social « ce qui devrait être ».
grands problèmes que sociétés vont avoir à résoudre, sans quoi mouvements sociaux et
guerre:
l'eau, nourrir la planète (terres arables, lié à l'eau); problèmes de santé; l'énergie (nouvelles
énergies, épuisement, lien avec réchauffement climatique); les NTIC (numérique...) et les
nouveaux matériaux
ex: pays qui ne pourrait as nourrir sa population: mouvements migratoires vers d'autres pays :
donc plus seulement son problème, mais problème de l'ensemble des sociétés.
Dans ce cours: but = parler de ces grands problèmes, avec bases pour faire comprendre
pourquoi ces problèmes scientifiques sont résolus, comment...
France: toujours rupture entre sciences dures et sociales :catastrophe; pas le cas pour d'autres
pays (US). On perd notion du global nécessaire pour nos sociétés.
Suite cours agriculture:
les grands consommateurs d'eau:
8 pays qui consomment 50% de la ressource en eau Inde, 987Gm3/an (13%), Chine (12%),
USA (9%), Russie (4%), Indonésie (4%) , Nigéria (3%), Brésil (3%), Pakistan (2%).Les trois
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premiers consomment 1/3 de la ressource. Quand on regarde l’eau dépensée par personne :
Inde 987 Gm3 /an soit 980m3/pers/an alors que les USA c’est 2483m3/pers/an ! En France
c’est 1700m3/pers/an. La norme minimale pour une vie décente est de 1000m3/pers/an.
l'eau d'irrigation: ces 200 dernières années a été multipliée par 40. Depuis 1950 : 100 → 350
Millions d'Ha irrigués. Fin XXe s: irrigation: +16% en Afrique, +25% am sud, +33% Asie ,
65% Europe/Russie.
On doit doubler les surfaces irriguées pour nourrir les populations, vers 2050, l'irrigation
devra être portée à 5000 GM3 d'eau.
→ préconiser irrigation plus intelligente réglée en fonction capacités sol et besoins des
cultures.
→ d'autres préconisent de généraliser techniques de goutte à goutte notamment pour cultures
maraichères qui requièrent volume d'eau réduit.
→ techniques d'aspertion à améliorer en pulvérisant l'eau par arroseur à ras du sol.
→ La réutilisation systématique des eaux usées citadines après traitement est aussi préconisé
comme eau d'irrigation (c'est le cas en Jordanie et Israel)
= économiser la ressource et irriguer avec plus d'efficacité. On n'échappera pas à l'utilisation
de plantes cultivées nouvellement adaptées par amélioration génétique à consommer moins
d'eau ou à consommer moins d'eau salée. Il y a la avec cette façon d'irriguer 60% de l'eau
perdue par évaporation qui ne profite pas aux plantes.
Causes de salinisation des sols fertiles:
apports vents marins: pénètre jusqu'à 150 km à intérieur des terres: dépose entre 50 et 300 kg
de NaCl/Ha/an. S'il pleut bcp: sels entrainés en profondeur; paysage aride: sels pas loins de la
surface. Souvent conjonction entre l'apport atmosphérique et le deuxième: si on irrigue
trop/déforreste: effet de remontée des nappes <=> par capillarité remobilise les sels et les
entraine vers la surface.
Ex Australien: grandes forêts d'eucalyptus: quand décision d'élevage d'ovins/bovins: quand
coupent arbres, pâturages gras <=> beaucoup de viande → après 10 ans: périclitent:
production viande diminue. Les sels avaient envahi surface des sols et brûlé ce qui poussait.
Arbre adulte consomme 400L/jour: empêchait nappe de remonter.
Australiens s'attendent a avoir 17 millions de terres salinisés et donc imporductible dans les
10 à 15 ans qui viennent.
Cas des barrages: ils ont depuis toujours été construit par l'homme pour réguler le cours de
certains torrents ou rivières pour éviter essentiellement des inondations : ont mis en réserve
une eau disponible en période de pénurie: mais le 20e siècle a été celui de la démesure et du
gigantisme: d'énormes barrages ont été construits dont les lacs de retenue ennoient les valais
sur des millions d'Ha. Début siècle: 25 000 barrages ennoyant 50 millions d'Ha.
Ces barrages ont multiples fonctions: réserve d'eau douce e protection populations, enfin
production d'énergie électrique.
Barrage des 3 gorges: illustration la plus gigantesque (prévision: production 90 milliards
KW/h). Revers: atteinte écosystèmes locaux.
Atteintes à l'écologie : poissons remontent rivières pour reproduction <=> problème (cas
7
saumons): avec retenues, effet sur climat régional possible également. A côté de ces barrages,
on estime que 25% de la pollution des rivières et des fleuves en nitrate et phosphate
proviennent de l'irrigation. Dans les pays les moins développés, toutes déjections animales
utilisées comme engrais avec conséquence sur introduction d'agents pathogènes: polluent
nappes où les hommes puisent l'eau pour boire: plus de 10 000 personnes qui décèdent chaque
jour de pathologie liée à l'eau souillée: Pasteur: « on boit ses maladies ». Accès à l'eau potable
devient de plus en plus problématique pour populations pays moins développés: croissance
démo et pollutions chimiques et organiques vont plus vite qu'installation d'aménagement
sanitaires. D'ici 20 ans 3 milliards de personnes rencontreront des difficultés d'accès à l'eau
potable.
LE DÉVELOPPEMENT INDUSTRIEL A UN COÛT EN EAU
L'industrie est le deuxième consommateur d'eau douce avec 20 à 25% de la consommation.
Augmentation d'un facteur 30 au cours du siècle et on peut penser que cela va continuer à
mesure que les PED se développent. L'usage de l'eau pour les besoins industriels sont
multiples : diluant, solvant, réfrigérant.
Toutes les eaux rejetées sont polluées: de la simple augmentation de température jusqu'aux
eaux chargées de produits hautement toxiques. Industrie française n'utilise presque plus le
plastique. On achète aux pays qui les fabriquent.
Quelques chiffres : il faut 250 tonnes d'eau pour fabriquer une tonne de papier. En industrie
on peut retraiter le volume d'eau; en agriculture c'est plus compliqué car l'eau s'évapore.
L'industrie a été un agent très pollueur d'eau douce mais après quelques accidents graves, de
grands progrès ont été fait.
UNESCO: nombre de déchets rejetés quotidiennement dans l'eau impressionnant. Engrais,
pesticides, déchets domestiques: 1 millions tonnes de phosphate par an et 2 M tonnes
nitrate/an dans rivières... Nitrate en présence d'eau donne de l'acide nitrique, phosphate →
acide phosphorique: contribuent à acidifier les eaux des océans. L'eau s'est acidifiée ces
dernières années de 0,1pH : échelle logarithmique: quand on passe de pH 7 à 6 on a acidifié
de 10 fois. De 6 à 4: acidifie de 100 fois.
Acidification de l'océan qui s'ajoute à l'augmentation de température de celui-ci qui ne touche
pour l'instant que les 300m supérieurs. Modification de l'ensemble de la vie des océans. C'est
pour cela que les morues se déplacent vers le nord. Plancton se déplace ↔ bancs de poissons
suivent. Grands déplacements des faunes marines ces '40 dernières années. Incidence directe
sur la vie des sociétés: on change les règles de la pêche: tout le monde de l'halieutique est en
effervescence (d'où parfois des manifestations violentes). Par an 5 M de tonnes de boues
d'épuration rejetées dans les rivières et océans, 37,5 M de tonnes de boues chargées en métaux
lourds qui viennent essentiellement de l'industrie, en tout, 20 milliards de tonnes par an de
rejets de déchets issus des continents vers l'océan. Parmi pollutions maritimes due a l'homme
5M tonne par an d'hydrocarbures rejetés par les pétroliers sous forme de dégazage ou
d'accident. Les plateformes de forages polluent parfois (mais un millième de la production de
pollution mondiale seulement).
Rejets domestiques chaque jour plus importants; même là où traités les effluents épurés
conservent en leur sein de nombreux sels dissouts qui rendent eaux des mers trop basique ou
trop acide. Même si l'eau traitée est propre elle n'en demeure pas moins impropre à la
8
consommation.
Rejets de médicaments. Ex: depuis quelques décennies la plupart des jeunes filles prennent la
pilule: retrouve une partie des hormones dans l'eau. Aucun critère de limitation des hormones
dans l'eau à l'heure actuelle. En buvant de l'eau du robinet: hormones. Beaucoup
d'oncologues, cancérologues affolés par le nombre des cancers du sein et prostate pour les
hommes ces derniers temps. Doses d'hormones dans l'eau potable pourrait-elle en être la
cause?
FRANCE : LOI SUR L'EAU
Pas toujours eu un ministère de l'environnement : deux dernières décennies du XXe s
seulement. Pas avant 2005 pour qu'un texte de loi soit présenté sur l'eau et ne s'est pas fait
sans douleur tant les intérêts de la production agricole ou industrielle sont exigeants. Europe:
rdv en 2015, France surement pas prête. Rejets urbains et industriels ont déjà fortement
diminué pourtant et pourraient laisser penser qu'ils seraient maîtrisés d'ici 5 ans. Pour pouvoir
arriver aux normes européennes, il faudrait diminuer drastiquement utilisation engrais et
pesticides. On ne le fait pas. Ex: le mois dernier: problème des algues au large de la Bretagne:
on tué un cheval et provoqué hospitalisation. Crédit pour dégager les plages. Bien mais ne
résout pas le problème: du à l'épandage d'engrais dans une des régions les plus agricole de
France, la Bretagne. Engrais profitent aux végétaux marins, algues ↔ pullulent. Problème
politique qui vient d'être « régler » sans être régler, on ne supprime pas la cause qui signifierai
de diminuer les engrais dans une région très agricole. Le développement durable ne sera qu'un
vaste compromis: on ne retournera pas à une planète « verte ».
coûts de dépollution prévus: 2 milliards d'euros par an pour dépolluer nos rivières et nos
nappes. Sont financés à 82% par les particuliers (alors que notre pollution n'est que de 4%);
14% financée par les industriels et à 4% par les agriculteurs. Pollueur-payeur : ça marche pas.
L'AVENIR
Le problème des ressources en eau qui sont inégalement réparties, inégalement polluées,
inégalement accessibles aussi bien en quantité qu'en qualité posera vers 2025 d'inextricables
problèmes dont certains pourraient se résoudre dans le conflit. L'eau risque d'être traitée au
même titre qu'une matière première précieuse. 260 fleuves importants appartiennent au moins
à deux pays: Danube: 13 Etats, Nil 9, Niger 8, Amazone 7, Mékong 6, Gange 5. Environ la
moitié des terres émergées est partagée en bassins émergeant appartenant à plusieurs Etats.
Certains aménagements par certains Etats peuvent diminuer flux de l'eau en aval ou la polluer.
Les conflits internationaux sont latents partout et pas seulement pays les plus arides d'Afrique
et MO. Canada: possède 20% des ressources mondiales d'eau douce. US/ Mexique seront un
jour demandeurs d'accès à l'excédent canadien. ONU on recensé 300 zones potentielles de
conflits internationaux. Peuvent être internes: Aragon, véritable château d'eau, ne veut pas
dilapider son eau au profit des autres régions. Essor démographique XXIe siècle se
concentrera dans les mégapoles. Seuls une trentaine d'Etats s'auto-suffiront de leur ressource
en eau. Doit-on aller vers un marché mondial de l'eau comme pour les hydrocarbures. Réserve
mondiale la plus importante: océans; dessalement de l'eau de mer: une partie de la solution.
Production mondiale d'eau salée transformée en eau douce: 47 M m3 par jour soit 0,45% de la
consommation d'eau douce journalière sur notre planète. Mais ce dessalement est en
croissance, augmente d'environ 10%/an. Sur ce total environ 25M m3: viennent de l'eau de
mer. Autre d'eau saumâtres issues d'autres recyclages. Moyen-Orient est le principal
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producteur d'eau douce par dessalement : 11 M m3 par jour, d'autres se sont lancées:
Californie, Espagne, Caraibes, sud-est asiatiue. Cout énergétique du dessalement encore trop
élevé. Selon procédé utilisé cout peut varier du simple au double. Deux systèmes: thermique:
on chauffe de l'eau de mer, la refroidit, vapeur tombe déchargée des sels. Autre: osmose
inverse: philtres avec pores très fins qui arrêtent les atomes/ions gros comme le sodium,
chlore, calcium... Thermique: 1m3 d'eau douce → 16kW/h pour chauffer l'eau. L'osmose
inverse: 1m3 d'eau douce → 5kiloWatt/heure.
Osmose surtout utilisée là où pays ont peu d'énergie: autour de la Méditerranéen. Énergies
utilisées: pétrole ↔ relance du CO2 dans l'atmosphère: Espagne rejette 6000 tonnes de CO2
par jour juste pour le dessalement. Australie qui est à la pointe: champs d'éoliennes qui
fournissent l'énergie pour usines à dessalement.
Inconvénient quelque soit le procédé: après eau douce: il reste de la saumure: eaux chargées
en sel beaucoup plus élevé que origine. Par distillation thermique: pour chaque m3 d'eau
douce, on a 9m3 de saumure 10 à 15 fois plus concentrés que l'eau de mer avec une
température qui peut aller jusqu'à 10°C supérieurs à l'eau de mer. Dans usines: prévu de
changer deux à trois fois les tuyaux ↔ saumures obtenus très riches en métaux lourds,
toxiques. Que font la plupart des gens qui dessalent: rejettent saumures dans l'eau de mer au
littoral → nouveau problème : déséquilibre massif de l'écosystème marin littoral. Beaucoup
de progrès sont faits sur les osmoses inverses mais pas suffisant.
Tibet: véritable château d'eau dont dépendent de nombreuses villes chinoises. Prévu de
détourner une partie du Yangze vers le fleuve jaune.
Pendant longtemps on a été sur qu'il y aurait des conflits terribles au MO. Rien ne se passait
chercheurs comme Tony Allan (??): commerce invisible de l'eau du au troc des marchandises:
pays arrivent à protéger à la fois leur sol et réserves en eau en achetant par exemple au
Canada du blé qui coûte bcp en eau. Président du SIAM: conférence en Tunisie: tous les
économistes disent qu'il faut que chaque pays atteigne sa sécurité alimentaire : devienne
autonome en eau et nourriture: prof dit: « ceci est une bêtise »: si demain la Tunisie continue à
être autonome en sécurité alimentaire, elle aura dans 10 ans un grave problème et des
mouvements sociaux. Idem au Maroc et en Egypte. Irrigation pas économiquement rentable.
L'EPUISEMENT DE LA TERRE, ENJEU DU XXIE SIECLE
Terres arables limitées. Milieu urbain s'étend. Vrai problème de pollution du littoral.
ACCROISSEMENT DE LA POPULATION MONDIALE
Scenario: 9,3 milliards en 2050.
pays industrialisés: +4% en moyenne, pays en développement : +55%
Europe: -8%
Inde : +50%
Paki: +70%
Bangladesh: +100%
http://www.worldometers.info/fr
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l'agriculture « écologiquement intensive » ça ne veut rien dire (prof).
Personne dans les débats ne parle des terres arables: on ne sait pas ce qui va se passer donc en
n'en parle pas: on ne tient pas compte du risque.
DE LA ROCHE DURE AU SOL : LA DÉCOMPOSITION DES ROCHES PAR
L'EAU ATMOSPHÉRIQUE
Comment fonctionne le sol. Matière: ce qui nous entoure = matière ordinaire: ne représente
que 5% de la matière dans l'univers, on ne sait pas ce qu'est le reste de la matière dans
l'univers. Les roches sont constituées de minéraux qui eux-mêmes sont des assemblages
d’atomes. Pour moitié les minéraux sont formés d’atome d’oxygène, d’un tiers d’atome de
silicium, et le reste dans des proportions qui diffèrent se compose d’aluminium, de fer, de
calcium, de sodium, de potassium ou de magnésium. Atomes rangés dans l'espace tenus par
des liaisons plus ou moins puissantes : charpentes d'atomes constituent par exemple les
minéraux des roches.
Terre: 2/3 océans 1/3 continent. Continents vont porter les sols qui portent la végétation et la
vie. La plupart des continents sont constitués de roches: croûte continentale : 95% de roches
silicatées (← silices) épaisseur de 35km. Ces roches sont à 46% constituées d'O, Si: 28%, Al:
2%, Fe: 5%, Ca: 3,7%; Na:2,9%, K: 2,6%, Mg: 2,1%; tous les autres: 1,5%.
sol se développe dessus: de quelques cm jusqu'à max 300m: peau très fine et c'est grâce à elle
que l'humanité a pu se multiplier.
La roche mère : La roche mère, formée par exemple par les coulées de lave en contact avec
l’eau, c’est-à-dire par un phénomène de cristallisation, comprend des minéraux. Ce sont ces
minéraux silicatés qui vont se décomposer et former les sols. Il existe des forces de cohésion
qui lient les atomes d’oxygène et de silicium, si on reprend ces liaisons on obtient un polyèdre
de coordination. Plus il y a de sommets dans ces polyèdres (donc d’oxygène) et moins l’atome
au centre de ces oxygènes est lié avec eux, et plus il est facile de défaire ce polyèdre. A ce
titre, il est par exemple plus facile de détacher le potassium d’un minéral que le silicium. Le
potassium part donc en premier. Qu’est ce qui va dissoudre ? C’est l’eau.
De la roche à l’argile : altération de la roche mère
Le silicium libéré, se forme à nouveau avec les molécules d’eau. On a un nouveau minéral, un
phylosilécate, c’est l’argile. On a une altération d’un minéral parental en argile. L’argile
restera humide dans sa structure. C’est ainsi que les roches dures (granite, basalte), se
transforme peu à peu en argile. C’est l’argile qui constitue l’essentiel du sol. L’argile contient
les nutriments, ce sont des feuillets, des mini sandwichs pour les végétaux. Sans argile on ne
peut rien faire pousser. Il contient les nutriments nécessaires aux plantes.
LA CONQUÊTE DU SOL PAR LA VIE : LES VÉGÉTAUX ET LA
FONCTION CHLOROPHYLIENNE
Comment est apparue la vie? Sur continents car sols formés argileux : argile: nourriture. Il y a
environ 450 millions d'années, continents regroupés dans l'hémisphère sud. Atmosphère très
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chargé en CO2: (25à30 fois plus élevé qu'aujourd'hui) qui venait du dégazage du magma. Dès
que la vie apparaît: et se développe grâce aux nutriments, CO2 chute: c'est l'invention par la
vie de la photosynthèse: qui absorbe du gaz carbonique et rejette de l'oxygène.
Photosynthèse: l'énergie des grans de lumière (photons) sert à la synthèse des molécules
constituées de C, H, O: les sucres.
Lumière ; petits photons: grains qui vibrent dans des courtes longueurs d'onde avec énergies
considérables ou longues. (l'évolution nous a conduit à ne percevoir que la lumière visible)
LA MATIÈRE ORGANIQUE DU SOL : LE CYCLE LONG ET LE CYCLE
COURT DU CARBONE
Dans le sol il y a beaucoup de bactéries. Elles ont un rôle considérable car elles sont en
symbiose avec les végétaux et le sol. Elles mangent les sucres et décomposent les débris
végétaux. Le poids de vie qu’on a dans les 20 premiers cm du sol correspond au poids de 500
moutons. On parle de 6e extinction (la 5e= dinosaures)
Dans la forêt tropicale il y a beaucoup d’humus. Les bactéries quand oxyde la matière
organique, rejettent du CO2. Bagarre entre les scientifiques quand on fait le bilan, est ce que
la forêt est une source (d’oxygène) ou un puits (de CO2). Mais ce n’est pas la forêt tropicale
qui joue dans l’équilibre de l’atmosphère. Dans les pays tempérés et froids, l’humus est plus
concentré. Dans ces pays, les sols sont des réserves à CO2. Beaucoup de carbone s’accumule
dans les sols.
Heeling (américain) et Loruius (français) sont les deux scientifiques qui ont montré
l’importance de l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère. Heeling en 1958 a mesuré
l’augmentation du gaz carbonique dans l’atmosphère en mettant un point de mesure à Hawaï
au sommet d’un volcan éteint, loin des villes. Il a montré qu’au fur et à mesure du temps, la
courbe montait. En fait quand on la détaille cela augmente en dents de scie. Le sommet de la
dent de scie était une mesure au printemps et la base à la fin de l’automne. Cette chute légère
était due à la photosynthèse car les arbres captaient le CO2 de l’atmosphère pendant l’été.
Laurius lui analysait les calottes glaciaires. Il montrait que depuis au moins un millénaire, le
CO2 de l’atmosphère augmentait.
Heeling fort de son succès a mis d’autres stations un peu partout et il a finit par en mettre dans
les forêts tempérées. Dans ces forêts, les dents de scie étaient beaucoup plus importantes (11
ppm contre 2 ppm).
Entre 1958 et 2008, l’augmentation du CO2 de l’atmosphère est de l’ordre de 11 ppm par an.
Cela veut dire du même ordre de grandeur que ce qui est repris par l’activité photosynthétique
des arbres. Il n’y a pas d’équilibre car on détruit régulièrement des forêts. On a surtout porté
la culpabilité sur les rejets de CO2 mais le rôle de la déforestation est aussi voir plus
important. On a mal calculé ce que captaient comme puits les océans et les forêts.
GIEC : Groupe intergouvernemental sur l’étude du climat. Environ de 3000 personnes (pas
tous scientifiques) qui publient régulièrement des rapports. C’est eux qui ont alerté le monde
sur le réchauffement climatique. Pour eux la cause, c’est l’augmentation de CO2 dans
l’atmosphère. Sans le CO2 naturel la température serait de -18°C. Mais les hommes par le
développement industriel sont en train de réchauffer la planète, ce qui conduirait à des
bouleversements climatiques. Il y a de tout dans el GIEC : des économistes, des sociologues,
des météorologues, des biologistes, des physiciens. Or pour mettre toutes ces personnes il faut
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faire des concessions, des moyennes. Pour le prof ceci n’est pas très scientifique. En sciences
tout doit être basé sur le doute.
Ce GIEC sort une sorte de cycle de carbone. Il faut savoir que le CO2 dans l’atmosphère
revient dans l’eau de pluie et arrive dans l’océan. En acidifiant l’océan, on dissout de plus en
plus les roches carbonatées. Si le CO2 augmente dans l’atmosphère c’est que le cycle du CO2
ne fonctionne plus.
LE SOL SE STRUCTURE À DIFFÉRENTES ÉCHELLES
Les minéraux du sol sont très petits, de l'ordre de quelques milliardièmes de mètre.
Semblables à des valises qu’on remplirait de nutriments et de molécules d’eau. Ils s’hydratent
et de déshydratent, gonflent et s’affaissent au gré des saisons, se regroupent en agrégats de
plus grosses tailles : c’est la structure du sol.
Les minéraux en feuillets ont une grande réactivité avec l’eau car ils sont multiples. L’argile
peut gonfler en absorbant beaucoup d’eau ou en cas de sécheresse se rétracter. Le quartz qui
est plus solide n’a pas une aussi grande réactivité avec l’eau.
S’il y a trop d’eau, les feuillets glissent l’un sur l’autre. Cela forme ce que l’on appelle les
coulées de boue. L’eau peut être un problème si on en a trop ou si on n’en a pas assez.
Le climat joue sur le type de sol. C’est pour ça qu’en France on a des bons vins, car les sols
sont variés.
PULSATIONS CLIMATIQUES DE LA TERRE ET LA LONGUE HISTOIRE
DE LA COUVERTURE DES SOLS
Les sols ont une histoire. La terre a connu un grand épisode glacier débuté il y a 150 000 ans
et terminé il y a 10 000 ans qui nous place aujourd’hui dans une période de réchauffement.
Cette période glacière a connu des fluctuations (rien n’est linéaire dans la nature). Dans toute
l’Europe du nord, les glaciers ont supprimé les sols en se formant, mais aussi dans leur
environ par la fonte des glaces qui a détruit les sols en bordure des glaciers. En revanche dans
les zones arides, on trouve des buttes recouvertes de cuirasses, ces cuirasses sont en fait des
reliques des vieux sols formés sous des climats humides. Les déserts n’ont pas toujours été
des déserts.
En deux mots ce qu’il pense du réchauffement climatique : les grandes forêts sont des plantes
en C3 et les plantes de savane en C4. Cela veut dire que quand il y a la photosynthèse la base
de la matière végétale est constituée de 3 ou 4 sucres. Les deux types de végétaux n’absorbent
pas la même quantité de CO2 pendant la photosynthèse. Quelques fois le carbone peut avoir
un neutron de plus (isotope), c’est pour ça qu’on a du C12, C14 (radioactif). Dans
l’atmosphère il y a beaucoup de C12 et un peu de C13. Les végétaux n’absorbent pas les
mêmes quantités de C12 et C13 selon qu’ils sont C3 et C4. Quand cette matière végétale
tombe dans le sol, cette proportion reste la même. On peut donc reconnaître par le sol s’il y
avait des plantes en C3 ou C4. Quand on regarde les sols, on trouve sous la savane des résidus
de forêts ou l’inverse. Ce qui veut dire que la terre connaît un réchauffement naturel depuis
des siècles. L’homme est venu exacerber ce réchauffement avec des gaz à effet de serre.
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L'AVENTURE HUMAINE DU SOL
Commence après le grand épisode glaciaire voici 10 000 ans. Il y a 10 000 ans on a à nouveau
un refroidissement. Depuis cette date à nouveau les glaces fondent. Depuis 10 000 ans, les
conditions permettent à se développer. A partir de ce moment l’homme ne court plus après sa
nourriture : il domestique plantes et animaux sauvages. C’est la naissance de l’agriculture.
Les hommes vont tenter de rendre les plantes intelligentes pour pouvoir nourrir toute la
planète. C’est le début et l’invention de la transgénèse.
Toutefois, toutes les terres ne sont pas arables, il y a entre 13 et 14 milliards de terres
émergées desquels seulement 22% sont cultivables (avec différents niveaux de productivité),
soit 3 milliards d’hectares. 60% sont aujourd’hui cultivés, et les 40% restant se situent
essentiellement dans les pays du sud. 17
Le reste des sols émergés est incultivable parce que la pente est trop forte (18%), le climat est
trop sec (17%), le climat est trop froid ou glacé (25%), le sol est trop humide (4%), le sol est
trop mince (9%), ou trop pauvre (5%). L’homme a commencé à irriguer, et ceci souvent en
dépit du bon sens. 50 millions d’hectares de terres ne peuvent plus être utilisés tant elles ont
été abîmées et salées par l’exploitation et l’irrigation. L’irrigation a été accélérée après la
guerre, multipliant par 2, 3 voir 10 la production des pays. En règle générale, irriguer permet
de produire 3 fois plus. Se sont généralisés aussi les engrais, les pesticides (insecticides /
herbicides etc) permettant à la production de décupler.
Irrigation, engrais, pesticides ont décuplé la production agricole. 70% de la ressource en eau
douce utilisée. La France est le 3e consommateur de pesticides. Les pesticides peuvent être
dangereux pour l’homme, très dangereux en grosses quantités. Cela n’a rien à voir avec les
OGM. De plus la rétention des pesticides sur les argiles et matière organique et leur
stabilisation empoisonnent le sol. Ils s’accumulent dans la chaîne alimentaire. En effet le
pesticide est très volatile, donc il va dans l’atmosphère et va dans tous les sols.
DÉFORESTATION ET USAGES AGRICOLES
Pendant longtemps, les progrès en agriculture ont déterminé l’évolution de la courbe
démographique. Désormais, c’est l’inverse, la courbe démographique s’est emballée, et c’est
à l’agriculture de s’adapter à la demande. Phénomène nouveau depuis les 1980s. Après 1945,
les rendements se sont envolés, grâce à l’apport des pesticides massifs, à la généralisation de
l’irrigation et des engrais. Au même moment, les PVD se débarrasse de la colonisation, avec
un taux de croissance de la pop qui atteint quasiment 3%, les PVD doivent faire face au
problème de l’alimentation d’une population jeune, qui mange plus donc. Pour subvenir à ces
besoins nouveaux, l’homme (les économistes et agronomes) invente le concept de révolution
verte.
La RV consiste à faire de l’agriculture intensive et extensive, c’est à dire à se servir de toutes
les terres arables possibles, en déforestant d’une part, d’autre part en utilisant massivement les
engrais, les pesticides, et en irrigant les terres systématiquement : une terre irriguée produit
trois plus qu’une terre qui ne l’est pas. Résultat impressionnant, de 2 Ordres :
A permis d’éviter des famines cata comme en Inde (des millions de morts). En revanche, la
pauvreté ne disparaît pas : les petits paysans ne peuvent pas payer leurs engrais, leurs
semences qui coûtent de plus en cher, et irriguer une terre : demande des investissements
considérables.
Le revers de la médaille : 30 ans après, catastrophe écologique qui apparaît, à la fois pour le
sol, les nappes, et l’alimentation. Les nappes dans lesquelles on a puisé l’eau d’irrigation ont
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diminué de plusieurs mètres, assèchement des sols, acidification des sols, pollutions par
engrais, rendements stagnent alors que la pop continue de croître. Dégradation des sols, perte
de fertilité : problème revient au premier plan de l’agenda mondial : comment nourri la
population nouvelle ?
Vers une révolution doublement verte ? Rendement supérieur tout en conservant une
durabilité à notre environnement. Paradoxe : comment maintenir une ressource tout en
l’épuisant. Ce que nous allons voir : ce qui s’est passé au cours des 40 dernière années.
Années 1955 : déforestation pour augmenter les terres arables. Se poursuit un peu partout
actuellement. Si en France, doublement de la surface de forêts depuis 1750, mais pas pareil
ailleurs. 0,6 à 0,9% de la couverture forestière disparait chaque année : 10 à 14 millions
d’hectares. Raison essentielle : gagner en terres arables sur la forêt : surfaces agri ont été
multipliée par 4 en ASIE DU sud est, en Afrique, Autre raison ; utilisation : bois d’œuvre.
Autre raison : incendie.
Conséquences :
- Si on déboise autant, surtout les forêts tropicales, (la mesure par rayon de l’âge n’est
pas possible, car il n’ya pas de montée ou descente de sèves qui créent les anneaux)
donc on ne sait pas combien de temps cela peut prendre pour reconstituer la forêts.
- Forêt : source de biodiversité énorme, on ne peut la compter, et on est en train de la
réduire. Cette biodiversité évolue rapidement, interactions avec les hommes, s’adapte.
Destruction des arbres, donc des insectes, des oiseaux, des abeilles : on éteint des
plantes qui ne se reproduisent plus. Biodiversité vitale pour le développement de
l’homme.
- 25 à 50% de perte de carbone du sol (labour augmente oxydation, température plus
élevée active la dégradation) : tradition européenne de labourage de la terre, car
permet à l’eau de pénétrer et d’aérer la terre. Aérer veut dire oxyder : on oxyde le
carbone : on brûle le carbone fertile et le transforme en CO2 : perte jusque 50% du
carbone du sol. N’est pas compté dans l’effet de serre. Le cycle du carbone dans le sol
est tellement compliqué qu’on n’arrive pas à le modéliser. (O2 + C = CO2).
- Etat stationnaire de la matière organique obtenue après centaines d’années ; Quand on
déforeste, la matière organique s’adapte. Quand on cultive, cela peut prendre plusieurs
centaines d’années pour rééquilibrer la matière organique dans le sol. Exemple :
culture du maïs : presque 50 ans pour rééquilibrer, et elle est 6 fois moins importante
en volume que ce qu’elle était sous forêt.
- Perturbation du régime des pluies : la déforestation diminue la pluie de 30%.
Changement du cycle de l’eau, et donc de l’évaporation du sol, et donc de la teneur en
vapeur d’eau (parce que moins de pluie aussi) de l’air et de l’argile contenue dans le
sol.
Changement du rayonnement du soleil sur la terre :
- Augmentation de t° du sol (albédo change) => augmente l’activation des BACT2RIEs
qui ont besoin de plus d’énergie et qui brûlent d’avantage de matière organique.
- Salinisation des sols de zones semi-humides : comme en Australie, où pour augmenter
les pâturages, les Australiens ont déforesté, mais se sont rendus compte que les
prairies étaient 1/3 plus grasse, et que la viande qui en résultait était 2/3 plus
importante. Les nappes sont remontées vers la surface en concentrant le sel dans la
partie arable du sol, et en les salinisant par là même : sol devient impropre à toute
culture.
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RÉCHAUFFEMENT GLOBAL ET LE RÔLE DU SOL
Depuis un siècle, la t° moyenne a augmenté de 0,75°C. Depuis 1075, le rôle des GES, comme
la vapeur à eau, le CO2, le méthane (CH4) dont l’effet de serre est à peu près 4 fois celui du
gaz carbonique, l’oxyde nitreux (200 fois) et l’ozone ont un éffet significatif. Il s’agit d’une t°
moyenne !
L’océan réchauffe moins vite que la terre. 5FOIS moins vite : la températre moyenne n’est pas
répartie de la même façon : les terres agri sont plus chaudes de plusieirs degrés dans les
décennies qui arrivent. L’évaporation va se modifier : à partir d’un sol qui contient moins
d’eau : rendement différent et on ne cultive pas la même chose.
Bilan radiatif de la terre : arrive du soleil 342Watts/m² ce qui arrive au sol : 168W/m² dont
une partie est réfléchie par les glaces, les neiges, une partie de la forêt … réchauffe la terre.
Une partie est réémise sous forme d’infra rouge, une autre s’accumule avec l’effet de serre est
retourne sur la planète.
Courbe du méthane et du GC atmosphérique : depuis 1800, et la RI, les GES augmentent. Ces
courbes sont lissées. D’après les GIEC, avec l’industrialisation, on a augmenté les GES, qui
sont le résultat de l’action indus de l’homme et essentiellement de la combustion des produits.
Petit âge glaciaire, avec des t° plus basses de 2-3°C : hivers plus longs, plus rudes. Fin de
cette période coïncide avec l’industrialisation. Réchauffement naturel à prendre en compte
aussi.
Parfaite concordance entre les rayonnements solaires (tâches solaires) et les t° enregistrées sur
terre. Refroidissement de certaines surfaces du soleil : à partir de 1975, les deux courbes entre
irradiance solaire et température enregistrées, ne correspondent plus. On est dans une phase
de réchauffement naturel exacerbé par l’homme, perceptible depuis 1975, et c’est aussi le
résultat, non pas seulement de l’industrialisation , mais de l’utilisation massive des sols, et de
la déforestation massive. Le rôle de l’agri est probablement plus important que celui donné à
l’industrie.
On estimait il y a une 10aine d’années, 15 à 25% du réchauffement serait du à la destruction
des forêts (jouant sur les cycles du carbone et de l’eau). On estime aujourd’hui ce seuil plus
proche de 50%, seuil plus important en tous les as.
Les fertilisants azotés contribuent de 5 à 25% au flux mondial d’oxyde nitreux (N2O)vers
l’atmosphère et doublera d’ici 60 ans. Emission de N2O de plusieurs Kg/ha/je après
application des fertilisants. + 75% de la pollution des rivières en nitrate proviendrait des
engrais.
Pollution en phosphate et nitrate => rivières=> océans => création d’acide nitrique et
phosphorique => acidification de l’eau de mer, surtout dans les littoraux. Blanchiment des
récifs (mort de l’algue qui vit en symbiose dans le récif). La suppression de cette végétation :
appauvrissement du sol (car moins de nutriments dégradés dans le sol).
Les biocarburants :
- Charbons : période d’érosion pendant des millions d’années, les forêts détruites par
tempêtes, trainées sur le littoral, raclent les sédiments, enfouissement de la matière
organisuqe qui n’a pas pu s’oxyder. Fermentation lente et transformation en charbon.
- Pétrole : dépôts des phytoplanctons ou nanoplanctons accumulés dans les sédiments
depuis des millions d’années. Maturation de la matière organique, transfo en huile,
prisionière de structures particulières et paf ça donne du pétrole. 1L de pétrole = 10
millions d’années.
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Dans une plante, la rigidité de la plante (lignine, non soluble dans l’eau, mais le sucre
oui). Sucre dans betterave, orge => bioéthanol. Bio-esters à partir des oléagineux : des
biodiesels. A partir de la fermentation des déchets organiques, on peut faire des
biogaz, comme la vache ingurgite du foin, qui fermente et se transforme en gaz. Une
possibilité d’économiser les émissions de CO2.
- Biocarburants de 1e génération utilisent les parties de la plante qui ont du sucre (les
oses) (amidon, saccharose, cellulose), facilement transformables. Biocarburants de 2e
génération utilisant la lignine, pour utiliser toute la plante : on ne retourne rine au sol
(1er inconvénient) donc apauvrissement du sol.
2e point : utilisation de surfaces arables pour produire un carburant.
- Avant 2010 : objectif 10% de biocarburants. Surface utilisée (colza…) : pb, pas
utilisée pour autre chose. Double problème : La France est à plus de 80% dépendante
énergétiquement de l’étranger (et devrait augmenter sa dépendance), d’où volonté de
développer les biocarburants pour réduire cette dépendance. Attention aux famines qui
se préparent et à l’utilisation des terres arables pour rpodurie du carburant.
- Production (avec le blé, betterave) de 2tonnes environ d’équivalent en pétrole à l’ha.
Production (avec la canne à sucre) : production de 6tonnes équivalent de pétrole à
l’ha. Et en plus elle pousse sur des sols dégradés et permet de réduire l’érosion des
sols. EU ont décidé qu’en 2016, ils produiraient 10% de leur conso (56milliards de
tonnes) à partir du maïs.
Conséquences :
- Cas des EU : 56 milliards de tonnes= 13 MILLIONS HA de terres arables. Chute du
marché des grains de 10%, du marché de la viande de 1%, des produits laitiers de
0,9%, donc doit être compensé ailleurs par la déforestation de 13millions d’ha. Coût
en CO2 : il faut considérer pour retrouver l’équilibre en CO2, il faut compter 150 ans
de rétablissement. Pour faire ces cultures , on produirait jsq 300% de CO2 de plus
pendant 150 ans. Il faut l’utiliser sur de terres dégradées, utiliser la canne à sucre,
certaines algues qui prolifèrent…
- Oui, à condition qu’on ne prenne pas sur les terres arables, sur la nourriture, et qu’on
essaie de voir les avantages : une forte production à l’ha sur des sols dont arrête
l’érosion et qui ne demande pas l’usage de fertilisants. Ex ; la canne à sucre.
La concentration en méthane de l’atmosphère croit de 1% par an (40à 80milliards de
tonnes/an), lr flux provenant des rizières inondables est de 30 à 60milliards de tonnes/an
Dégel du permafrost (1/4 de la couverture des sols) a triplé en 30 ans 400 milliards de tonnes
de carbone. Recul de 30cm/an. Fonte de ces sols : la matière organique pourrit et dégage du
méthane : ce sont des marais qui produisent du méthane. Quand ils s’assèchent, c’est du GC
qui s’échappe. La végétation pousse :il faut tempérer entre les émanations et ce qu’absorbent
les plantes par photosynthèse. Problème à suivre, on ne sait pas encore/
Rôle du sol sur l’évolution climatique est donc primordial : c’est le principal moteur dont il
faut s’occuper et qu’il s’agit de réguler, car produit et absorbe méthane, vapeur d’eau, acide
nitrique …. C’est lui qu’il faut réguler en premier. On peut jouer à 2 à 3 Gt des émissions de
C02 annuelles (la moitié des émissions annuelles).
-
Le sol se dérobe sous nos progrès scientifiques et tecno. Il faudrait doubler la production
agricole dans 10 ans pour nourrir les hommes. La charge par ha de terre arable augmente
inexorablement. En Europe : 1400m²/habitant ; EU : 4000 ; moyenne : 800m²/habitant.
On ne peut fixer des règles quant à la conso de kilocalories journalières pour chacun des
hommes. Plusieurs centaines d’ha/jr consommés par les villes. EU : 100m²/s de terres arables
17
qui disparaissent sous l’urbanisation. En AL entre 400 à 500 m² de terres arables qui
disparaissent par seconde.
Pb des villes qui s’étendent sur les terres arables, et pas sur les montagnes, les collines 5
millions d’urbains en plus chaque année, c’est surtout le fait des pays émergents. Enjeu pour
les années à venir.
Les énergies du futur : craintes et contraintes
L'ENERGIE FACTEUR DE DÉVELOPPEMENT
3 contraintes : pénurie annoncée des combustibles fossiles, l'impact des émissions de CO2 sur
le climat et le droit à l'énergie des pays en développement (BRIC). Ex: chaque année l'Inde
augmente son énergie de l'ensemble de ce que produit le parc d'électricité français.
Produire de l'énergie.
Principale source d'énergie sur Terre vient du soleil : 342W/m2 quand arrive sur l'atmosphère.
La moitié arrive sur le sol. Terre produit de la chaleur (volcanisme et radioactivité des roches).
Individu rayonne 100Watt. Le simple fait d'écrire fait dépenser une énergie.
Deux formes d'énergies : faite de tension (énergie potentielle) et une faite de mouvements
(énergie vive, peut être mécanique, thermique, électrique, de rayonnement,...).
L'énergie moyenne nécessaire à un être humain adulte pour vivre normalement est estimée
entre 1000 et 4000kcal par jour. Relation entre la calorie et le joule. L'homme au fil du temps
a multiplié ses activités, ses loisirs, ses besoins de confort. Chaque activité requiert une
énergie dont on peut mesurer en kcal par heure.
L'homme au cours de l'évolution a multiplié ses besoins en énergie par un facteur de 100 per
capita.
Un système ou un corps détient de l'énergie s'il est capable de fournir un travail ou bien de la
chaleur.
Énergie peut se stocker. La consommation mondiale moyenne d'énergie est évaluée a environ
10 gigatonnes équivalent pétrole (10^9 tep). On se réfère à l'énergie fournie par 1 tonne de
pétrole brut quand on compare énergies. 1 tep = 10^10 calories <=> 100 milliards de calories.
Le pouvoir énergétique du pétrole varie légèrement selon le gisement géologique d'où il est
issu. À la fin du siècle dernier, on considérait que plus de la moitié de l'énergie consommée
dans le monde était le fait de l'Amérique et de l'Europe. Au cours des 40 dernières années, la
France a triplé sa consommation d'énergie soit une croissance moyenne pour cette période de
2,82%. La consommation en énergie de la France s'exprime en millions de tep et on l'estime à
un peu plus de 250 millions de tep chaque année. Sa dépense pétrolière est de 92 millions de
tonnes. L'émergence au début du XXIe siècle de pays très peuplés souhaitant développer le
niveau de vie de leurs populations va considérablement modifier la consommation d'énergie
de notre planète dans les décennies prochaines.
LES ÉNERGIES FOSSILES
Non renouvelables
= toutes les ressources relatives à l'histoire géologique de la Terre. Utilisation concommittante
à la découverte progressive des gisements et à leur exploitation rendue possible grâce au
progrès de l'innovation technologique. Aspect qui a fait défaut au Club de Rome (ont donné
18
une date de fin des gisements). Gisements rocheux exploités = charbon, pétrole, gaz et
uranium. Pétrole considéré comme une roche (petrus, la pierre, et oléus, l'huile).
Le charbon
différence entre charbon pétrole et gaz = mobilité (dans les couches géologiques).
Charbon a mis des millions d'années a se former et son exploitation par l'homme aura mis tout
au plus deux à trois millénaires pour épuiser ressource. C'est au cours des deux derniers
siècles que son exploitation a été importante.
Comment se forme les charbons?
Dérive des continents (tectonique des plaques) : continents ont évolué. Plusieurs époques et
histoires climatiques dans la planète. C'est dans ce contexte d'histoire géologique que
formation charbon. Deux périodes riches en sédiments organique (dizaine de millions
d'années chacune) : du carbonifère au permien( 100 millions d'années) et du crétacé à la fin du
Tertiaire (60 millions d'années). En bordure de ces continents de l'époque se sont formés des
charbons. En bordure de ces mers, accumulation importante de sédiments ou arrivées
massives dans les deltas de feuilles...suivis de roches, sables graviers. Alternance qui se sont
accumulées en couches épaisses, enfouies (charbon ne s'est donc pas oxidé). Avec le temps,
les couches se sont tassées, enfoncées.
En s'enfonçant par subsidance, les couches de sédiments et les couces organisques sous l'effet
de la température croissante en profondeur se sont transformées.
Substances organiques → lignites, houilles, anthracites
Sables → grés
origine : sapropélique (plancton, pollens, microalgues).
Processus : carbonification de ces débris. C'est donc la matière cellulosique des débris
végétaux qui rapidement enfouie et protégée de la dégradation va se dégrader en donnant des
molécules lourdes (par l'effet de certaines bactéries) et c'est la raison pour laquelle des
charbons sont encore exploités et répartis partout sur la planète.
Les pétroles et les gaz :
Différent : pas de concentration aussi forte de sédiments organiques au départ. Les pétroles
proviennent essentiellement de la maturation de la matière organisque de microorganismes de
type plancton ou microalgues drorigine marine ou lacuste, et ont été déposées dans des
sables/argile de manière bcp plus dispersée, mêlée aux sédiments, ce qui n'était pas le cas
pour les charbons. Les milieux privilégiés de formation des hydrocarbures sont les deltas et
les plateformes continentales (milieu marin peu profond qui borde les continents).
Hydrocarbures : carbones et hydrogènes. Les pétroles et les gaz naturels sont donc des
mélanges d'hydrocarbures et autres éléments chimiques dont la disposition et composition est
révélatrice des conditions géologiques de formation. On distingue gaz naturels, huiles... mais
que des coupures grossières : dans la nature : continuité entre ces produits des plus légers aux
plus lourds sont fréquentes. En fait c'est la proportion plus ou moins grande de gaz dissous qui
rend l'hydrocarbure lourd ou léger. Hydrocarbures prennent naissance dans des dépôts
originels que l'on appelle les roches mères : c'est là où les microorganismes marins ou lacustes
sont morts et se sont accumulés. La teneur en matière organique peu dégradée ne dépasse
jamais 10% de la totalité des sédiments. Comme pour les charbons le temps va faire le reste.
On considère que la genèse des hydrocarbures liquides se situe en profondeur dans un
19
intervalle de température allant de 65 à 150°C, là où l'épaisseur sédiments est de 1000 à
4000m pressions très importantes. Une fois que ces roches sont formées dans les roches
mères, elles vont migrer et c'est là la grande différence avec les charbons. Vont vers la surface
mélangés à de l'eau.
Huiles bloquées par des roches plus imperméables → formation d'un gisement de pétrole.
Gaz : méthane peut constituer jusqu'à 100% du gisement. On peut en trouver d'autres: alcane,
éthane, propane, butane; hydrogène sulfuré (H2S); azote (N2); Gaz carbonique. Tous ces gaz
sont souvent présents et peuvent quelque fois constituer jusqu'à 15% du gisement. On estime
que formation d'un gisement d'hydrocarbures met 2 millions d'années à se former. A part
hydrogène sulfuré, la plupart des gaz sont inodores.
Consommation et réserves
beaucoup de gens ont travaillé sur réserves et vitesse de consommation de ces énergies.
Tentative de prévision des réserves. Prennent en compte consommation d'énergie des pays
occidentaux, l'état des réserves des ressources naturelles, l'évolution démographique de la
population du globe, et la projection spéculative de l'évolution économique des pays, en fait
évolution du PIB/hab. L'Europe des 12 consommait une énergie de 1,115 milliards de tep, càd
3,41 tep. Au sein de l'Europe même, différences étaient grandes: 9,25 tep/hts au Luxembourg
→ 1,47 tep/hts au Portugal. Dans ces scenarii on a pour habitude de différencier les
ressources conventionnelles de celles non conventionnelles constitués par les schistes
bitumineux,...
lorsqu'on estime la quantité de nos ressources on tient compte des réserves que les études ont
appréciées : réserves prouvées mais aussi celles que ces mêmes études ont permis d'estimer
qui sont les réserves additionnelles estimées et enfin, celles que l'on pourrait avoir la chance
de découvrir par extrapolation/modélisation = réserves spéculatives additionnelles. (cf.
tableau Consommation et Réserves).
Un baril de pétrole = 159L
1800 : 20$ le baril
1860: 0,10$
après GM2 :2$
début 1970 : multiplié par 4
stabilisation à 35$
Chaque événement au MO : changement
est monté jusqu'à 100$.
cours 25/03
L'énergie nucléaire
énergie nucléaire récente. A pris beaucoup de place dans notre vie. Est devenue
incontournable. C'est l'énergie provenant des noyaux de certains atomes. C'est au départ un
phénomène naturel. Toute matière liquide, solide ou gazeuse, vivante ou inerte est constituée
d'atomes infiniment petits dont la taille se mesure en angströms (A) (dix-milliardièmes de
mètres).
20
Chaque atome a un noyau autour duquel gravitent des électrons, chaque électron, se situent
sur des niveaux qui contiennent des nombres limités d'e- et tournent autour du noyau sur trajet
elliptique. Entre noyau et e-, bcp de vide : caractéristique de l'atome et donc de la matière.
e- installés sur différents niveaux plus ou moins proches du noyau. Ils ont liés au noyau par
des forces électro-magnétiques. Electrons charges électrique négatives; noyau constitué de
protons (charge positive) et les neutrons (neutres). Chaque atome dans son ensemble est
constitué de protons, neutrons, électrons et est électriquement neutre. Un atome comporte
autant de charges électriques positives que négatives (autant de protons que l'électrons). Tout
en restant neutre, ce qui peut modifier un atome par rapport à un autre c'est le nombre de
neutrons. Ce nombre peut varier (mais n'intervient pas ans la charge de l'atome).
Ex : hydrogène : noyau : un seul proton : charge +1, masse 1, 1 e-; helium (He) : 2 protons, 2
e-; lithium : 6 : 3 protons, 3 neutrons. A = nombre de masse, en haut à gauche : neutrons +
protons (constitution du noyau); en bas a gauche : numéro atomique : nombre de
protons/électrons.
Tout le poids de l'atome dans le noyau : protons/neutron : masse environ 2000 fois supérieure
à celle de l'électron. L'électron ne pèse presque rien. Densité des particule des noyaux est telle
que toute la masse y est concentrée considérablement. Taille noyau atome : 100 000 fois plus
petite que la taille de la totalité de l'atome. Il existe des balances pour peser les noyaux :
spectromètres de masse. Il peut y avoir pour un même atome une masse atomique un peu
différente : un neutron, 2, … de plus. Ce qui fait la capacité chimique d'un élément ce sont ses
électrons. Ex: atome de carbone : 6 neutrons, 6 protons : C12; si 1 neutron de plus : C13
(isotope lourd du carbone); on peut faire des rapports entre C12 et C13 pour caractériser
origines de forêts,... On pourrait aussi trouver en faisant ce rapport l'origine du CO2.
Pour l'oxygène, (atome le plus fréquent dans la matière, presque 50% de la matière). 3 isotope
: oxygène 16 (plus courant : 99,76%); oxygène 17 (0,04%), oxygène 18 (0,20%).
ils constituent de très bons brasseurs isotopiques qui nous permettent d'analyser dans une
calotte de glace la température de l'eau et de l'air à une époque donnée. C'est grâce à ça qu'on
a pu retrouver les périodes climatiques de ce dernier million d'années.
Les particules sont de 2 types
Atome insécable. En fait atome lui-même divisible : protons, neutrons et électrons. Toute la
matière est constituée de douzaine de particules encore plus petites : protons et neutrons
constituées de particules : 2 essentielles qui forment la matière:
 Quarks : groupes par 3: constituées de protons et neutrons (2 par proton et neutrons)
 Leptons : electrons neutrinos
ces 12 : forment la matière ordinaire. Les 3 familles étaient présentes juste après le « Big
Bang ». BB : on sait pas ce qu'il y avait avant, on sait juste ce qu'il y avait après. A Genève :
accélérateur à particules on essaye de retrouver en bombardant des particules de nouvelles
particules.
Les 4 forces de l'univers
tiennent les particules : c'est ces forces que l'homme tente de reconstituer pour se servir de
l'énergie. Forces liées par particules messagères.
 force gravitationnelle : à l'origine constituée de particules messagères : les gravitons
21
 La force nucléaire faible : bosons
 force nucléaire forte : gluons
 force électromagnétique : photons (qu'on a déjà vu dans la photosynthèse).
C'est ces forces qui permettent à la matière d'exister.
La matière ordinaire est constituée d'une partie visible et invisible. Ne constitue que 5% de la
matière totale de l'univers. Dans ces 5%, seulement 0,5% de la masse de l'univers est visible
(1/10e). Elle correspond à ce que nous voyons sur notre planète, et en dehors.
Rappel différence masse et poids : quand on déplace à une vitesse donnée un poids, il prend le
nom de masse.
Le reste des 9/10e de la matière ordinaire serait constituée de halos de nuages de gaz très
denses très froids ou très chauds.
Les quarks sont reliés entre eux dans protons et neutrons par les particules porteuses
de forces nucléaire forte que sont les gluons. En revanche, les forces qui relient entre eux les
neutrons et les protons sont les forces nucléaires faibles (boson). Elle est responsable du
rayonnement radioactif bêta et c'est ce qui donne la luminosité au soleil. La force qui relie les
électrons au noyau et la force qui permet a deux atomes de se relier en une molécule sont les
forces électromagnétiques : photons.
L'idée des physiciens pour remonter au Big bang (plus loin : 10^-43 secondes après le BB).
Refroidissement : particules se groupent entre elles ↔ force électromagnétique peut
s'exprimer : lumière (n'apparait que 300 000 après le BB = lumière fossile de l'univers qu'on
suit et grâce à ça on a pu voir que l'univers est en expansion.
4 forces :
gravitationnelle (nous fait rester accrocher à la Terre alors qu'elle tourne; planètes tournent
autour Soleil...)
On a pas identifié graviton mais s'y approche. Ces 4 forces au BB étaient réunies en une seule
et même force. On essaye de retrouver les associations est les forces qui les liaient grâce au
collisionneur géant de Genève.
1.Le concept
On reconsidère les atomes et leurs électrons. Y'a plus de forces électromagnétiques
pour un électron proche du noyau qu'un électron périphérique. Ce sont ces nombres
d'électrons qui vont représenter la chimie d'un élément. Ex: entre magnésium et aluminium :
une différence d'un électron (A = 12 et A=13) : mais éléments très différents. Entre alu et
silicium (13Al, 14Si) : peu différence et pourtant capacités chimiques différentes: Al :
construction avion. Si : verre des lunettes...
plus e- périphérique, plus il est facile de l'arracher. Si arrache un e-, l'atome perd une charge
électrique négative, l'atome va donc être avec une charge positive. C'est ce qu'on appelle un
ion. Quand il est positif : cation (ex: Na+); négatif : anion (ex : Cl-).
Ne peut pas rester comme ça, nature tend vers l'électro-neutralité. Cations et anions vont se
rapprocher pour former des molécules qui seront électriquement neutres.
Ex : Na+, Cl- : NaCl (chlorure de sodium, sel).
22
L'énergie se mesure en calories ou en joules. Toute réaction chimique libère ou consomme de
l'énergie. 1 calorie = 4 186 joules.
Correspondance entre électrons volts et joules : 1ev = 1,6.10^-19 joules
une réaction qui libère de l'énergie : exothermique
réaction qui consomme de l'énergie : endothermique
Eléments chimiques : classés du plus léger au plus lourd :hydrogène1, Uranium 238
certains noyaux lourds sont instables. Essentiel de la force se trouve dans le noyau. Comment
libérer ces forces? L'homme a observé que certains noyaux lourds peuvent devenir instables et
libérer une partie de l'énergie. Pourquoi instables? Très souvent quand excès de neutrons dans
le noyau,, il y a des réorganisations constantes de ces noyaux entre les protons et neutrons
qu'ils contiennent. Tendance naturelle à devenir stable en se désintégrant en d'autres noyaux,
d'autres atomes plus stables, avec entre instable et stables plusieurs stades intermédiaires
instables. (uranium--> plomb : plusieurs stables). Cette désintégration naturelle est appelées
la fission nucléaire. Les réactions nucléaires induites libèrent des énergies considérables
(mesurées en millions d'ev). On appelle ce phénomène la radioactivité. Lors de la réaction de
fission l'énergie libérée n'est pas chimique comme pour les autres combustibles mais elle est
cinétique à travers le mouvement des particules émises et des radiations libérées par la fission
du noyau. Les radiations sont diverses (alpha, bêta, gamma). Energie de rayonnement se
mesure en becquerel. (ex : schéma de la fission nucléaire de l'uranium 235).
2. Le minerai d'Uranium
élément naturel : concentration moyenne a la surface des continents : 2,7 ppm = 2,7 grammes
par tonne de roche. Pour constituer des gisements exploitables, la concentration moyenne en
uranium a été multipliée par un facteur variant de 400 à 2500. l'Uranium a 3 isotopes :
l'uranium 238 (99,3%) 146 neutrons, l'U235 (0,7%)143 neutrons et l'U 234 (0,005%), 142
neutrons.
Seul l'U235 : fission naturelle. C'est l'élément à la base de l'énergie nucléaire. Roches qui en
contiennent le plus : granites; Mais dans granites pas élément exploitable. Il faut une
altération chimique du granite qui libère des concentrations importantes d'uranium qui par
érosion transportés dans des bassins et c'est là que l'U va se concentrer en gisements
exploitables. Pour que l'U se piège, il faut un milieu réducteurs (comme le charbon): pas
oxydé (en milieu oxydant U mobile). Les atomes constituant la matière se sont formés lorsque
la Terre n'était qu'une étoile. Le passage des atomes radioactifs d'un état instable vers un état
stable se fait par désintégration progressive du noyau originel (noyau père) vers un noyau
final stable (le noyau-fils). Peut être instantané mais la plupart du temps requiert du temps
(quelques milliards d'années). Depuis création matière certains atomes radioactifs ont dissipé
leur excès d'énergie trop rapidement et disparu laissant que produit résiduel de désintégration
(atomes fils). D'autres atomes radioactifs ont pu garder une énergie potentielle pendant un
temps si long qu'on les retrouve encore de nos jours. Ce temps nécessaire un atome radioactif
pour se transformer en atome stable est mesuré par sa période, il correspond au temps (on
l'appelle la demi-vie de l'atome) au bout duquel la moitié des atomes radioactifs existants se
sont désintégrés. Parmi les 108 éléments existant naturellement le Thorium (Th) et l'Uranium
sont des éléments radioactifs contentant des gros noyaux et plusieurs isotopes. Thorium : 232
: période = 13,9 milliards d'années; U238 : période : 4,5 milliards d'années.
23
Période thorium plus longue que U ↔ plus abondant sur Terre que l'U (3 à 4 fois plus).
La désintégration abouti à donner un élément stable qu'on appelle le plomb. Se fait
progressivement en générant des éléments radioactifs plus légers. L'homme en découvrant
radioactivité a créé de nombreux éléments radioactifs artificiels de périodes variables (1500).
Ces éléments existaient autrefois pour être recréer).
3. La fission
Choc d'un neutron sur un atome. Lorsque élément radioactif instable, il se désintègre en
libérant de l'énergie (de rayonnement ou cinétique) : particules envoyées dans la nature, la
plupart du temps ce sont des neutrons ou protons. Ils vont rencontrer d'autres éléments
radioactifs et de ce choc, peuvent résulter 3 conséquences : soit il rebondit sur un autre noyau
et il est dévié, ou il peut être capturé, absorbé dans le noyau qu'il a rencontré (donne naissance
à un nouvel isotope), enfin, il peu briser le noyau en deux fragments, c'est ce qu'on appelle la
fission. Cette fission est rare, ne se produit que quand particule rencontre un noyau lui-même
radioactif et instable. Ex: l'U235 est si lourd et si instable qu'un neutron lent suffit à le
fissionner. L'U 235 est appelé noyau fissible. L'U238 beaucoup plus stable que l'isotope 235 :
quand bombardé par neutron a la propriété de le capturer, et émet un rayonnement (il n'est pas
fissible) : on dit que c'est un noyau fertile. Quand le capte : se transforme en un nouvel
élément : le plutonium 239. il a été créé artificiellement par le bombardement d'un U238.
Traces dans nature mais disparu car sa période de vie n'est que de 24 000 ans. Plutonium 239
très instable et fissile. Peut jouer le meme rôle que l'U235. C'est ce qui se passe dans
fabrication du combustible nucléaire.
4. Fission et réactions en chaînes
Fission qui se produit par bombardement d'un neutron : deux morceaux = deux
nouveaux noyaux plus légers en même temps que sont libérés 2 ou 3 neutrons rapides (vitesse
de l'ordre de 20 000km.s-1). Ces neutrons vont engendrer à leur tour fission d'U voisins et
ainsi de suite : c'est ce qu'on appelle réaction en chaîne dont le principe est utilisé dans la
production d'énergie nucléaire (bombe atomique également). A chaque fission d'un noyau d'U
235 : énergie libérée de l'ordre de 200 millions d'ev.
5. Réacteurs nucléaires et production d'énergies
milieu naturel on en trouve : il peut y avoir des désintégrations naturelles d'Uranium. Gabon :
pile naturelle (oclo??) : il s'est désintégré naturellement pendant 1,7 milliards d'années.
L'homme a essayé de reproduire piles naturelles, réacteurs nucléaires basés sur principe de la
maitrise de la réaction en chaine et récupération de l'énergie libérée. Le minerai d'U est la
matière première utilisée comme combustible dans ces réacteurs. Mais : pour s'assurer d'un
nombre suffisant et continu de fissions en chaine, le combustible doit être préalablement
enrichi en U 235 (0,7% dans la nature seulement).
24
Ensuite : maîtriser bombardement par neutrons lents et relativiser le nombre de neutrons
rapides libérés par processus de fission et leur capture par U 238 qui a son tour va produire
plutonium 239 et autres isotopes. Tout comme U235 et U 238, les isotopes du Plutonium ne
réagissent pas pareil : seuls les impairs fissionnent (239, 241), les pairs absorbent les neutrons
lents (240,242). Si neutrons rapides : tout est fissible. L'eau est utilisée pour ralentir les
neutrons.
Deux types de centrales : neutrons rapides : tous les noyaux deviennent fissibles ↔
consommation plus poussée de combustibles, limite les déchets. Deux grandes familles de
réacteurs nucléaires : ceux a neutrons lents et rapides. Lent : U naturel comme combustible
enrichi en U 235; on essaye de les ralentir par modérateur en utilisant l'eau sous pression
(pour éviter l'ébullition de l'eau, autre avantage, sert à évacuer la chaleur).
Pour 2 noyaux d'U 235 qui fissionnent, on a 1 noyau d'U 238 qui se transforme en plutonium
239. un combustible naturel enrichi a 4% d'U235 et 96% d'U238 va produire du plutonium
239, on a calculé que 30% de l'énergie produite par un réacteur provient de ce plutonium
(devient fissile entre temps et entretient la réaction). Principe de base centrale nucléaire c'est
de produire son propre combustible. L'idéal dans les différentes centrales, c'est qu'on met au
point des réacteurs avec neutrons rapides qu'on maîtrise de façon à ce que plutonium 239 soit
brûlé entièrement : 4e génération : brûler tous les déchets (n'en laisser que ceux à demi-vie
croute).
MOX : plutonium (5 à 6%) + Uranium (94 à 95%).
on a porté en quelques années l'énergie de 33 000 mégawatt/jour à 50 000. Près de 500
centrales dans le monde; on devrait doubler le nombre dans les années qui viennent.
6. Les réserves et consommation
Les réserves d'uranium sont considérables, on en trouve dans beaucoup de roches e nombre
important de pays. De plus, on sait que le minerais de thorium est 4 fois plus abondant que
l'uranium et grâce à l'évolution des techniques actuelles il va constituer une réserve
stratégique non négligeable. Face à l'amélioration constante du taux de combustion réalisé
dans les centrales nucléaires, on constate que la production mondiale d'uranium ne fait que
décroître. Au début du XXIe siècle, la consommation mondiale était de 60 000 tonnes par an
avec des réserves prouvées de 4 millions de tonnes et des réserves spéculatives de 9 millions
de tonnes pour des prix d'exploitation qui ne dépasseraient pas 130$/kg. Réserves connues
pourraient suffire à la consommation mondiale de la presque totalité du XXIe siècle et que
l'exploitation des réserves spéculatives pourraient nous conduire jusqu'au XXIIIe siècle.
Problème : actuellement, l'uranium coûte cher quand on enrichi l'U235 et enrichissement
délicat. 150 tonnes d'uranium naturel → 27,2 tonnes enrichies à 3,2% U235 = 30% du coût du
combustible et = 7% du coût du kilowatt/heure.
C'est pourquoi la recherche se porte sur la 3e génération de combustibles et sur une plus
grande capacité à consommer de façon plus poussée ce combustible.
Les sur générateurs de 3e et 4e génération pourraient être une solution car permettraient de
produire plus de matière fissibles qu'ils n'en consomment et seule voie pour réduire le stock
produit de plutonium et autres produits fissibles.
25
7. Les dangers
les surgénérateurs à neutron rapide s'ils peuvent constituer dans l'avenir de meilleurs
« incinérateurs » des matières radioactives fissiles, il n'en demeure pas moins que les déchets
fournis par l'industrie nucléaire sont réels et dangereux. Réacteur nucléaire produit envion 20t
déchets/an dont durée de vie variable.
Pour une partie d'entre eux provenant surtout des combustibles irradiés leur stockage est une
préoccupation majeure car ils resteront radiotoxiques pendant des dizaines de milliers voire de
millions d'années. Ces déchets ne représentent que 10% des déchets radioactifs. Les 90%
restant dits à « vie courte » posent un problème d'entreposage et non pas de stockage. Ils
doivent en quelques siècles perdre toxicité radioactive. France : plus toxique = 90 000 m3 par
an.
France : loi sur déchets radioactifs : 3 axes de recherche pr traiter les problèmes posés par
industrie nucléaire:
 Sur les déchets de haute activité et de moyenne activité à vie longue, attendre 2040
après le renouvellement des installations de la Hague (usine de retraitement) pour
avoir sur ces déchets une séparation et une transmutation (but : diviser par 1000 la
période radioactive des déchets mineurs en les transformant en noyaux plus légers)/
 Stockage réversible ou non dans des formations géologiques profondes : prévu à un
horizon à court terme (2020-2025) : site expérimental dans la Meuse à Bure : essayer
de stocker de faire des puits qui arrivent en profondeur : généralement dômes de sels
qu'on dissout et dans lesquels on met des déchets radioactifs à la place. Danger :
études géologiques doivent être poussées pour pas avoir fuites dans nappes d'eaux
souterraines.
 Le conditionnement des déchets et leur entreposage en surface ou en subsurface :
conditionnement : on a réussi à diviser par 10 les volumes de déchets dangereux et
l'entreposage est prévu pr une durée de 1 à 3 siècles. Commencera vers 2015 :
permettant de gérer les combustibles usés de type mox (minerais d'oxydes) qui
contiennent beaucoup de plutonium. Pourquoi eux ? Plus chauds que combustibles
classiques et ne peuvent être traiter qu'après une période de refroidissement d'au moins
80 ans.
Avant tout le monde jetait déchets dans des futs → océan. Actuellement : 300 000 futs dans
l'océan.
Durée de vie d'une centrale : 40 ans. Accidents : Three Miles Island 1979.
sous-marins nucléaires qui coulent mais étouffés.
Tchernobyl : 1986 : explosion d'un réacteur. 70% du nuage Belarus.
« Ne prévoyant pas que l'énergie atomique devienne avant longtemps un grand bienfait je dois
dire que pour l'instant, c'est une menace. » Albert Einstein,1945.
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La fusion : l'énergie des étoiles?
1. Les étoiles dans les galaxies
Notre galaxie (Voie Lactée) environ 100 milliards d'étoiles. A la périphérie : notre système
solaire avec ses neuf planètes. Notre galaxie tourne à une vitesse de 250km.s-1
hydrogène quand fusionne → hélium. Quand tout sera transformé : plus de soleil. Calculs :
encore suffisamment d'hydrogènes dans le soleil pr qu'il dure 5 milliards d'années.
2. Le Soleil, une étoile singulière
coeur : t° : 15,5 millions de degrés Celsius.
…
3. Le mécanisme de fusion et le projet ITER
Hydrogène : 2 isotopes : deutérium (H1 proton + 1 neutron; et le tritium (H 1 proton + 2
neutrons).
Utiliser des t° très élevées (100 millions de degrés). On travaille avec deutérium (qu'on trouve
dans eau de mer) et tritium (pas facile à fabriquer). Idée : prendre un deutérium et tritium de
les envoyer très vite, faire fusionner pour créer un noyau d'hélium : libérer énergie et
particules (neutrons rapidité terrible, eux-mêmes fournissent énergie cinétique considérable et
pas de déchets radioactifs). Problèmes : fabrication assez tritium; fabriquer des chambres dans
lesquelles se font ces expériences.
Cette énergie quand sera domestiquée : très importante. Mais pour la domestiquer et trouver
matériaux pour arrêter ces neutrons à très grande vitesse : au moins 50 ans de recherche pr
projet ITER (international thermonuclear experimental reactor).
Schéma du principe du Tokamak
Energie solaire
1. Chauffer l'eau
Négawatt (on peut gagner des watts en faisant des économies). Pendant 30 ans on va mettre
au point essentiellement une énergie considérable : l'énergie solaire. Sert à chauffer l'eau de
certaines habitations, besoin : 1m2 capteurs sert 10m2 habitation.
2. transformer énergie lumineuse en électicité
solaire : 2 voies : thermique / photovoltaïque
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système thermique : concentrer rayons soleil et envoyer dans une sorte de cheminée où air
chaud monte, actionne turbines et créent de l'électricité.
Actuellement ça marche en Espagne, France, Californie... Projet : désert tech (Sahara :
ensemble de miroirs avec cheminées pour récupérer air chaud, électricité pourrait alimenter
toute l'Europe, afrique du nord et MO.
Système photovoltaïque : constitué par des petites cellules à base de silicium d'un demi
millimètre d'épaisseur qui absorbent les photons et les transforment en électron. Chaque
cellule : délivre puissance de 1 à 3 watts. Ce photovoltaïque fait des progrès , a terme peut
fournir énergie considérable. Pour l'instant, énergie solaire quelle qu'elle soit donne un prix
trop élevé à l'électricité.
3. Cheminée solaire
Verrière plane 42 km carrés (Australie)
cheminée béton : 1000m de haut.
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