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  1. 1. Exposition Cas d'eau produite par l'Arche des métiers MIPOP Points scientifiques Doc 4 1- MIPOP- Claudine LARCHER
  2. 2. Points scientifiques de quoi allons nous parler ? Il n'y a pas des substances chimiques et d'autres qui ne le sont pas ; il y a des substances ( synthétiques) qu'on sait fabriquer mais qu'on ne trouve pas dans la nature, d'autres (ou les même) qu'on sait extraire de la nature, d'autres qu'on trouve directement dans la nature comme l'eau. On porte ici un regard de physicien et de chimiste sur une substance naturelle : l'eau. Sous la pression ' normale' à 20°C, l'eau est liquide ; mais elle peut aussi être solide (en dessous de 0 °C ou gazeuse ( au dessus de 100°C). L'eau 'pure' ( incolore, inodore et sans saveur) est rare, et non potable ! L'eau qui nous entoure contient différentes substances en solution ; on peut en différencier les goûts. Ce n'est donc pas avec de l'eau « pure » que nous travaillerons mais avec l'eau qui nous entoure. Attention danger : tous les liquides ne sont pas de l'eau ; même s'ils sont incolores et inodores. Propriétés de l'eau Équilibre des pressions ; vases communicants La pression au dessus d'une surface en équilibre à l'air libre, entre deux liquides ou à l'intérieur d'un même liquide, est la même en tout point. Lorsqu'on met en communication deux récipients qui ont leur surface libre à des hauteurs différentes, l'eau va se déplacer de telle sorte que la surface libre finale soit à la même hauteur,dans les deux récipients quelque soit la quantité d'eau initialement dans chaque récipient. Sur la figure de droite, au niveau du pointillé, il y a dans le récipient de droite, sur chaque petite surface la pression atmosphérique de l'air, mais dans le tube de gauche, il y a la pression atmosphérique de l'air + la pression de la colonne d'eau au dessus de chaque élément de surface ; donc plus de poussée à gauche que à droite. Remarque : compte tenu de la masse volumique de l'air et de celle de l'eau, une pression atmosphérique de 1 bar ( pression exercée par l'atmosphère sur un élément de surface) est identique à la pression qu'exercerait une colonne d'eau de 10,33 m sur cette même surface L'eau ne peut pas monter plus haut sous l'effet des équilibres de pressions. 2- MIPOP- Claudine LARCHER
  3. 3. Attention ; ceci n'est pas vrai pour des surfaces très petites car alors joue le phénomène de capillarité ( voir plus loin) Écluse Le bief aval et le sas, en communication, ont le même niveau d'eau ; le bateau peut passer de l'un à l'autre si on ouvre la porte ; puis on referme la communication entre le sas et le bief aval et on ouvre la communication entre le sas et le bief amont. Le niveau d'eau monte dans le sas jusqu'à ce que le niveau d'eau soit le même dans le sas et dans le bief amont. Le bateau peut alors passer ; il aura ainsi « monté l'escalier ». Le niveau d'eau ne change pas dans le bief aval qui est ouvert : on ne va pas assécher la rivière sur un temps court ! ni dans le bief amont car l'eau arrive en continu de la rivière. Siphon Un siphon permet d’extraire par le haut un liquide pour le faire passer d’un récipient supérieur A à un récipient inférieur B. il faut remplir complètement le tuyau et le manipuler sans entrée d'air pour le positionner dans l'eau aux deux bouts. L'aspiration en A est d'autant plus forte que le dénivelé est grand. A 3- MIPOP- Claudine LARCHER
  4. 4. États de la matière On distingue habituellement trois états de la matière : solide ( cristallin ou vitreux) liquide gaz ; il y en d'autres ! Cristaux liquides, plasma, mais aussi état dissous. Distinction entre les états : un liquide coule, prend la forme du récipient avec une surface libre plane et horizontale ( sauf ménisques voir capillarité) ; ces deux propriétés permettent de dire que le sable ( qui coule) n'est pas un liquide. Les solides ont une forme propre ; les gaz prennent tout l'espace qui leur est offert Une substance n'a pas les mêmes propriétés dans les différents états ; l'organisation microscopique des entités élémentaires change : de façon générale, les entités dans un gaz ont peu d'interaction entre elles, elles sont éloignées les unes des autres et agitées ; les mêmes entités en phase liquide sont davantage en interaction ( cohésion plus grande du liquide) leurs mouvements sont plus limités ; en phase solide leurs emplacements sont déterminés, même si elles peuvent s'en éloigner un peu. À l'échelle microscopique Les entités constituant l'eau sont des molécules constituées de deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène selon une géométrie précise. La nature des atomes H et O font que les charges électriques positives et négatives ne sont pas réparties uniformément : l'atome O central porte une charge négative et les deux atomes H des charges positives. La molécule est dite « polaire » en ce sens qu'elle se comporte comme un dipôle électrique. L'interaction entre les molécules est alors d'une part plus forte que entre des molécules non polaires d'autre part directionnelle ; elle privilégie des alignements OH....O ( appelé « liaison hydrogène ») puisque les pôles de signes contraires s'attirent alors que les pôles de même signe se repoussent . Les substances dont il est question dans cette expo : trois liquides : alcool éthylique un peu polaire, glycérine polaire, acide oléique (principal constituant de l'huile d'olive ; non polaire) deux solides : le sel de mer dont le composant principale est le chlorure de sodium NaCl ; le « bicarbonate de soude » ou hydrogénocarbonate de sodium. 4- MIPOP- Claudine LARCHER
  5. 5. Lors de la dissolution, l'eau casse le réseau d'ions et chaque ion se retrouve entouré de molécules d'eau. Les changements d'état On distingue trois états ( solide -cristallin ou vitreux-, liquide, gaz) ; mais il y en d'autres : cristaux liquides, plasmas … Les transformations entre les trois états habituels ont chacun un nom : La vaporisation se fait soit progressivement par évaporation à toute température (le linge qui sèche) ; soit globalement par ébullition, à une température propre à chaque substance Sous la pression « normale », l'eau (pure) bout à 100°C ; en altitude où la pression atmosphérique est plus basse (moins d'air au dessus,) on ne peut plus faire cuire un oeuf dur car l'eau bout à une température trop basse. Dans un autocuiseur, l'eau bout sous une pression plus grande, donc à une température plus haute. Sous la pression atmosphérique normale l'eau (pure) gèle à 0°C ( l'eau de mer gèle à une température plus basse : -1,9°C pour une salinité de 35g/L) Il peut arriver que la température s'abaisse très lentement et que l'eau ne gèle pas ; c'est ce qu'on appelle la surfusion. C'est un état très précaire, la moindre perturbation entraîne le gel brutal. Cette surfusion peut se produire jusqu'à des températures de l'ordre de -40°C. Un seul couple Température, Pression permet de maintenir ensemble trois phases différentes (solide liquide gaz). C'est le « point triple ». Pour l'eau c'est très proche de pression normale et 0°C : on a alors de la glace, de l'eau liquide et de la vapeur d'eau dans l'air. La vapeur d'eau est invisible. L'eau solide peut être sous forme de glace ou de neige ( une vingtaine de neiges différentes pour les eskimos) ou de brouillard givrant. L'eau liquide peut être en suspension sous forme de brouillard ou déposées sous forme de buée . Un nuage est une masse visible constituée initialement d'une grande quantité de gouttelettes d’eau (parfois de cristaux de glace. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière qu’il reçoit, de la nature, de la dimension, du nombre et de la répartition des particules qui le constituent. Les gouttelettes d’eau d’un nuage proviennent de la condensation de la vapeur d’eau contenue dans l’air. La quantité maximale de vapeur d’eau (gaz invisible) qui peut être contenue dans une masse d'air est fonction de la température : plus l’air est chaud, plus il peut contenir de vapeur d’eau. Le tout est maintenu en suspension par les courants ascendants. Difficulté de vocabulaire puisque on utilise le terme « eau » seulement pour le liquide en utilisant glace et vapeur d'eau pour les autres états ! Il faut donc se persuader que ce ne sont pas des substances différentes en s'habituant à passer d'un état à l'autre. 5- MIPOP- Claudine LARCHER
  6. 6. aspects énergétiques Il y a besoin d'énergie pour passer de l'état solide à liquide puis à gazeux. Inversement on en récupère dans les transformations inverses ( principe des réfrigérateurs). La température reste fixe pendant toute la durée du changement d'état car l'énergie fournie sert à séparer les molécules et non pas à chauffer ( produire de l'agitation thermique). La molécule d'eau étant polaire, les interactions entre molécules sont fortes Il faut donc apporter beaucoup d'énergie pour les détacher les unes des autres et les agiter indépendamment les unes des autres. Les changements d'état de l'eau mettent donc en jeu des quantité importantes et il faut aussi beaucoup d'énergie pour élever sa température. L'eau a une inertie thermique importante ( sa température varie beaucoup moins vite que l'air par exemple) , a une capacité calorifique importante ( elle peut emmagasiner beaucoup d'énergie ). échelles de température L'échelle Celsius ( 1701-1744) est basée sur les transformations de l'eau sous la pression atmosphérique normale : 0°C à l'équilibre solide liquide , et 100°C à l'ébullition. L'échelle Kelvin prend comme zéro une température au dessous de laquelle on ne peut pas descendre : c'est le zéro absolu.Toute matière y est quasi complètement figée. L'intervalle entre deux degrés est le même que dans l'échelle Celsius. L'échelle Fahrenheit Fahrenheit a décidé de définir son échelle par deux températures de référence: • une température basse, qui sera la plus basse qu’il ait mesurée durant le rude hiver de 1708 à 1709 dans sa ville natale de Danzig. Plus tard, en laboratoire, il a atteint cette température lors de la solidification d’un mélange d’un volume égal de chlorure d’ammonium et d’eau. • une température haute, celle du sang du cheval. Il divise d'abord cet intervalle en 12 unités avant de se raviser et de subdiviser chacune de ces unités en 8 degrés. La différence entre les deux températures de référence est dès lors fixée à 12 × 8, soit 96 degrés (°F). Fahrenheit observa que, dans son échelle, l’eau gèle, à pression atmosphérique, à 32 degrés et bout à 212 degrés, soit une différence de 180 degrés. Pour convertir en degrés Celsius une température donnée en degrés Fahrenheit, il suffit de soustraire 32 et de diviser par 1,8 (9/5 = 1,8) le nombre ainsi obtenu ! Masse volumique et densité Si on comparer des objets on peut comparer leur masse. Si on compare des substances, on ne peut que comparer pour des volumes identiques. On compare donc leur masse volumique. C'est à dire leur masse par unité de volume ; souvent en kg/ L ( unité légale kg/m3) La masse volumique d'une substance à l'état gazeux est toujours plus faible qu'à l'état liquide ; sa masse volumique à l'état liquide est en général plus faible qu'à l'état solide ; mais l'eau est un cas particulier ; la glace a une masse volumique plus faible que l'eau liquide (les molécules sont plus 6- MIPOP- Claudine LARCHER
  7. 7. éloignées dans le cristal d'eau qu'elle ne ne sont en moyenne dans le liquide car leurs positions fixes sont contraintes par leur orientation les unes par rapport aux autres) . Un glaçon flotte sur l'eau liquide. Autrement dit la glace prend plus de volume que l'eau liquide pour la même masse ! C'est pour cela que les canalisations risquent d'éclater lorsqu'il gèle ou qu'une bouteille d'eau en plastique pleine d'eau éclatera au congélateur. La masse volumique d'un liquide diminue en général avec la température puisque le liquide se dilate donc prend plus de place pour la même quantité. Mais là aussi, l'eau est un cas particulier : l'eau liquide à un minimum de masse volumique à 4°C . Dans les conditions normales de température et de pression Masses volumiques des liquides utilisés dans les ateliers, : eau 1 kg/L; glycérine 1,26kg/L ; huile d'olive : 0,92 kg/L ; alcool éthylique : 0,78kg/L. Pour les solides utilisés dans les ateliers : Liège 0,24 kg/L ; Bougie 0,9 kg/L : Caoutchouc 0,92 à 0,99 kg/L : Verre 2,5 kg/L ; Fer 7,86kg/L Lorsque des liquides ne sont pas miscibles ( voir paragraphe miscibilité), ils se superposent par ordre de masse volumique décroissante. Pour les liquides et les solides, on utilise aussi la densité qui prend comme référence l'eau liquide à 4°C ( sa masse volumique la plus faible) . La densité d'une substance est le rapport de la masse volumique de cette substance à la masse volumique de référence de l'eau. La densité est donc égale numériquement à la masse volumique exprimée en kg par L. Lors d'une superposition de liquides, le plus dense est donc au fond et le moins dense au dessus. Miscibilité les gaz sont en général miscibles même si l'ensemble n'est pas forcément homogène ( voir consignes de sécurité). Les solides en poudre se mélangent aussi pour un résultat hétérogène. Pour les liquides, se mélangent ceux pour lesquels la formation des interactions entre molécules de substances différentes n'est pas perdant sur le plan énergétique par rapport à ce que coûte la séparation des molécules dans chacun des liquides. On voit que ce peut être plus facile si on chauffe donc que la miscibilité dépend de la température ! Comme les molécules polaires ont des interactions plus fortes que les non polaires ( voit paragraphe états de la matière , échelle microscopique) , ce sont principalement les substances polaires qui vont se mélanger les charges permettant d'obtenir des interactions plus fortes entre molécules ; ces substances sont dites hydrophiles. Les molécules non polaires ( les corps gras par exemple) se mélangeront entre elles et avec les corps dit lipophiles ( hydrophobes ) puisque le bilan ne sera pas déficitaire. Les composés amphiphiles présentent deux parties de polarité différente, l'une lipophile (qui retient les matières grasses) et apolaire, l'autre hydrophile (miscible dans l'eau) et polaire. Ils permettent ainsi de solubiliser deux phases non miscibles, en interagissant avec l'une apolaire (c'est-à-dire lipophile donc hydrophobe), par sa partie hydrophobe ; tandis qu'avec l'autre phase qui est polaire, il interagira par sa partie hydrophile. Ces substances sont des tensioactif ou agent de surface ou surfactant ; c'est à dire qu'ils modifient la 7- MIPOP- Claudine LARCHER
  8. 8. tension superficielle ( voir paragraphe tension superficielle) entre deux surfaces. Notons que dans le mélange, les molécules n'ont pas subi de transformation ; c'est juste leur organisation relationnelle qui a été modifiée. C'est une transformation « physique ». Solubilité La solubilité concerne par contre les substances qui vont être modifiée lors de l'interaction avec une autre substance ; ce phénomène met en jeu un solvant ( qui n'est pas modifié dans l'opération) et un soluté qui va être modifié. La transformation est donc « chimique » ; c'est une dissolution. La modification est souvent une rupture de liaisons, dans le soluté, qui crée des ions et est donc favorisée par un liquide polaire comme l'eau. L'eau est un bon solvant car elle entoure les ions formés qui ne peuvent donc plus se ré-associer. Il n'est pas toujours facile de dire si on a fait un simple mélange ou s'il y a eu dissolution. La solubilité varie avec la température ; Elle s'exprime en kg de soluté par litre de solution finale (ce qui peut être différente du volume de solvant utilisé (voir préparation des biberons). Tension superficielle La tension superficielle est un phénomène d'augmentation de l'énergie à la surface d'un fluide et qui en augmente localement la cohésion. Cet effet permet par exemple aux insectes de marcher sur l'eau, à un objet léger de se maintenir à la surface d'un liquide, à la rosée de ne pas s'étaler sur les pétales de fleurs, et explique la capillarité. Capillarité La capillarité est le phénomène d'interaction qui se produit aux interfaces entre deux liquides non miscibles, entre un liquide et l'air ou entre un liquide et une surface. Elle est due aux forces de tension superficielle entre les différentes phases en présence. Elle est mise en oeuvre lorsque les buvards aspirent l’encre, les éponges s’imbibent d’eau, ou quand on trempe une partie de son sucre dans son café et que celui-ci devient tout noir. Elle est plus connue par l'effet d'un liquide à forte tension superficielle remontant contre la gravité dans un tube très fin, dit tube capillaire (car « aussi fin qu'un cheveu »). La tension superficielle est proportionnelle à la force de cohésion intermoléculaire du liquide concerné (qui elle-même dépend de sa composition chimique et des conditions physiques ambiantes). Plus les molécules du liquide ont une cohésion forte, plus le liquide est susceptible d'être transporté par capillarité. Lorsqu'un fin tube en verre est plongé dans de l'eau, les molécules d'e au sont plus attirées par le verre que par l'air : l'eau adhère aux surfaces du tube pour augmenter sa surface de contact avec le verre et diminuer sa surface de contact avec l'air, puis ses molécules sont attirées sur la partie de la surface du tube immédiatement au-delà, et par répétition de ce phénomène l'eau monte ainsi le long du tube comme représenté sur la figure (H2O), jusqu'à ce que la gravité qui s'exerce sur la colonne d'eau compense exactement l'effet d'attirance vers le haut. À l'inverse, le mercure (Hg) évite le contact avec le verre et descend dans le tube pour minimiser sa surface de contact avec lui. Car la force d'adhésion entre le 8- MIPOP- Claudine LARCHER
  9. 9. verre et le mercure est plus faible que la force de cohésion entre les molécules de mercure. Le schéma indique le niveau de l'eau introduite dans des tubes fins de section de plus en plus petite de gauche à droite ; le niveau est le même dans les 4 ou 5 premiers tubes, puis le niveau d'eau est de plus en plus haut. Pourquoi la sève des arbres monte-t-elle ? La montée de la sève dans les arbres est due à deux phénomènes : Le premier est le plus connu, c'est la capillarité, c'est-à-dire que la finesse des faisceaux permettant à la sève de circuler fait monter le liquide, comme le café dans un sucre posé à sa surface. Mais la raison la plus importante, est l'évaporation qui donne naissance à une véritable ''pompe à sève'' naturelle des arbres. En effet, sous l'effet du soleil, l'eau contenue dans les feuilles de l'arbre s'évapore, au fur et à mesure que l'eau des feuilles disparaît, la feuille ''aspire'' la sève des branches (le vide créé par l'évaporation crée une mini-dépression qui aspire la sève). Conductibilité Un circuit est dit « fermé » si le courant passe ; cela veut dire qu'il n'y a pas de rupture du chemin, que tous les objets qui constituent le circuit assurent sa conduction, sont conducteurs électriques. G est le générateur de courant ; sur ce schéma en partant du pôle +, on trouve un interrupteur, le dispositif qui va servir à tester la conductibilité de l'eau, un ampèremetre A pour mesurer l'intensité du courant ( pas indispensable) et une lampe qui sert de détecteur de courant. La place des objets les uns par rapport aux autres n'a pas d'importance. Le dispositif de test comprend les fils dénudés ( cuivre intérieur à nu), ou deux électrodes en cuivre plus large que les fils, qui trempent dans l'eau à tester . Attention, il ne s'agit pas ici de faire une électrolyse ( avec des électrodes en platine ou graphite) qui décompose l'eau en dihydrogène et dioxygène que l'on verrait se dégager et qu'on pourrait recueillir. Il s'agit ici de deux tiges en cuivre et le dispositif ne sert qu'à tester si le courant passe ou pas ( oui avec l'eau du robinet ou de l'eau minérale dont les ions des solutés dissous se déplacent du fait de la différence de potentiel qui leur est appliquée et transportent ainsi les charges d'un fil à l'autre ; non avec de l'eau déminéralisée qui contient beaucoup moins d'ions ( seulement ceux dus à la réaction de l'eau sur elle même ) . Osmose http://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose Lorsqu'on met en contact, à travers une membrane semi perméable, deux solutions dont les concentrations en soluté sont différentes, le transfert de solvant se fait de la solution la moins concentrée vers la solution la plus concentrée jusqu'à égalité des concentrations. Ce phénomène 9- MIPOP- Claudine LARCHER
  10. 10. entraîne une différence de pression ( pression dite osmotique) entre les deux compartiments. Ce phénomène permet d'expliquer les échanges chimiques au sein des organismes vivants. Inversement, en exerçant dans un des compartiments une pression hydrostatique qui dépasse la pression osmotique, on force l'eau à quitter le compartiment sous pression en dépit de l'augmentation de concentration en soluté qui s'y produit, et de la dilution qui se fait dans l'autre compartiment. L'osmose est une technique efficace de dessalement de l'eau de mer. L'eau à l'échelle de la planète Différentes cartes sur l'eau http://www.tuxboard.com/cartes-leau-dans-le-monde/carte-eau-prevelements-agricultures/ La présence de l'eau dans le monde http://www.eau-poitou-charentes.org/L-eau-dans-le-monde,341.html#prettyPhoto/0/0 eau ( bille bleue)/eau douce (petite bille bleue)/ eau douce accessible (toute petite bille bleue sous la précédente) quantités sur Terre modélisées en billes pour comparer à la Terre Notons que des découvertes récentes ( mars 2014) font émettre l'hypothèse de grande quantité d'eau à très grande profondeur...http://www.francetvinfo.fr/monde/environnement/une-importante-reserve- d-eau-se-cacherait-au-centre-de-la-terre_550981.html 10- MIPOP- Claudine LARCHER Eau douce accessible
  11. 11. Répartition de l'eau sur Terre Source Volume (en km3) Pourcentage d'eau douce Pourcentage d'eau Océans, Mers, & Baies 1,338,000,000 -- 96,54 Calottes glaciaires, Glaciers & neiges 24,064,000 68.6 1.74 permanentes Eau souterraine 23 400 000 -- 1.69 Eau douce 10 530 000 30,1 0,76 Saline 12,870,000 -- 0.93 Humidité du sol 16,500 0.05 0.001 Glace et permafrost 300 000 0,86 0,022 Lacs 176 400 -- 0.013 Eau douce 91,000 0.26 0.007 Eau salée 85,400 -- 0.007 Atmosphère 12,900 0.04 0.001 Marécages 11 470 0,03 0,0008 Rivières 2,120 0.006 0.0002 Organismes vivants 1 120 0,003 0,0001 Différences géographiques beaucoup plus d'océans dans l'hémisphère sud beaucoup plus de stocks de glace dans l'hémisphère sud ( 2/3 de l'eau douce) Consommation d'eau dans le monde 11- MIPOP- Claudine LARCHER
  12. 12. Consommation d'eau par poste en France Dans la salle de bains · Toilette au lavabo : 5 litres environ · Douche de 4 à 5 minutes : de 60 à 80 litres · Bain : de 150 à 200 litres Dans les toilettes · Chasse d'eau : de 8 à 12 litres à chaque utilisation · Chasse d'eau double commande : de 3 à 6 litres à chaque utilisation Dans la cuisine · Vaisselle à la main : de 15 litres (remplissage des bacs) à 50 litres (eau courante) · Lave-vaisselle : de 25 à 40 litres par lavage (20 à 25 litres pour les plus récents) · Lave-linge : de 70 à 120 litres par lessive (40 à 90 litres pour les plus récents) http://activeau.oxatis.com/Files/29253/Img/20/bruno.pn g consommation de notre corps Par jour, Nous absorbons 1,2 L en boisson et 1L en aliment solide Nous éliminons 1,2 L via les reins ; 0,7 L via la peau ; 0,4 L via les poumons ; 0,1L via les intestins. L'eau de notre corps est renouvelée en 3 semaines environ. 12- MIPOP- Claudine LARCHER
  13. 13. Consommation d'eau domestique (en litres /personne/jour) http://www.planetoscope.com/consommation-eau/135-consommation-d-eau-par-habitant-dans- le-monde.html http://www.cieau.com/les-ressources-en-eau/dans-le-monde/les-usages-domestiques Canada, États-Unis, Japon, Australie, Suisse supérieur à 250 litres Finlande, Italie, Espagne, Portugal, Corée du de 160 à 250 litres sud, Grèce, Suède Danemark, Royaume-Uni, Autriche, France, Luxembourg, Irlande de 130 à 160 litres Allemagne, Pays-Bas, Belgique, Hongrie, Bulgarie, Pologne, République Tchèque inférieur à 130 litres Asie et Amérique Latine de 50 à 100 litres Afrique Sub-Saharienne de 10 à 20 litres Consommation d'eau pour l'industrie et l'agriculture http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/usages/consoIndus.html 48% pour l’irrigation (2,88 milliards de m3) 24% pour les usages domestiques (1,44 milliards de m3) 22% pour la production d’énergie (1,32 milliards de m3) 6% pour l’industrie (hors énergie) (0,36 milliards de m3) Quantité moyenne d’eau, exprimée en litres, nécessaire pour fabriquer un kilogramme de : rayonne de 400 à 11 000 acier de 300 à 600 papier environ 500 sucre de 300 à 400 carton de 60 à 400 ciment environ 35 savon de 1 à 35 matière plastique de 1 à 2 9982 litres d'eau pour 1 jean 13- MIPOP- Claudine LARCHER maïs ensilage* 238 banane 346 maïs grain couleur * 454 orge* 524 pomme de terre* 590 blé* 590 soja 900 riz pluvial 1 600 riz inondé 5 000 coton 5 263 * en zones tempérées
  14. 14. Les cycles de l'eau compléments au panneaux et au jeu de piste On voit souvent des schémas de cycle de l'eau où l'eau s'évapore au dessus de la mer et pleut sur les montagnes. En fait l'évaporation est partout et la pluie ( ou neige) aussi! Les nuages sont des gouttes d'eau (nuages noirs) ou des petites particules de glace ( nuages blancs) en suspension dans l'air du fait de courants ascendants. Attention à ne pas confondre le cycle de l'eau dans la nature ( évaporation/condensation/ ruissellement et infiltration) et le cycle d'usage de l'eau : « source »/distribution/ recueil des eaux usées/traitement/ redistribution ou retour à la nature http://www.eaurmc.fr/pedageau/le-cycle-de-leau.html La Terre est recouverte à plus de 70 % d'eau. On la trouve sous de multiples formes : pluie, vapeur, rivières, océans, lacs, nappes souterraines, glaciers... sans oublier toute l'eau contenue dans le sol et la végétation. Depuis qu'elle est apparue sur Terre, il y a quelques 4 milliards d'années, la quantité d'eau présente sur et autour de la planète (l'hydrosphère) est restée inchangée. C'est toujours le même volume d'eau qui, sous l'effet de l'énergie solaire, ne cesse de se transformer, passant continuellement d'un état à un autre (gazeux, liquide, solide). C'est que l'on appelle le cycle naturel de l'eau. L'eau de la Terre s'évapore pour former les nuages qui, au contact des couches froides de l'atmosphère, se condensent pour se transformer en pluie ou en neige. Ces précipitations retombent sur Terre et le cycle continue... http://www.eaurmc.fr/juniors/cahiers-pedagogiques/besoins-ressources.php Aujourd'hui grâce à l'atmosphère qui joue le rôle d'un couvercle géant au-dessus de la terre, elle ne peut pas s'échapper de notre planète (c'est à dire qu'au-delà des nuages, elle ne part pas dans l'univers). C'est toujours la même eau qui réalise le cycle de l'eau sur notre planète. Toutes les petites gouttes d'eau participent à ce cycle, sans forcément faire toutes les étapes en même temps ni même toutes à chaque cycle. ( voir le jeu de piste) L'homme intervient sur le cycle de l'eau dès lors qu'il fait des prélèvements (usages agricoles, industriels...) et qu'il rejette de l'eau dans les rivières (stations d'épuration industrielles ou urbaines). 14- MIPOP- Claudine LARCHER
  15. 15. Cycle naturel de l'eau http://www.cieau.com/tout-sur-l-eau/le-cycle-naturel-de-l-eau http://www.la-crea.fr/files/publications/Eau/chemin_goutte.pdf Utiliser plusieurs schémas permet de comparer ce qu'ils proposent. Il est intéressant aussi d'introduire l'Homme et les animaux 64% de l'eau qui tombe sur les continents s'évapore de nouveau ; 25% s'écoule ; 11% s'infiltrent. 15- MIPOP- Claudine LARCHER
  16. 16. a pluie ou la neige ne tombe pas que sur les montagnes ! Evapotranspiration ( transpiration des plantes) http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89vapotranspiration C' est la quantité d'eau transférée vers l'atmosphère, par l'évaporation au niveau du sol et par la transpiration des plantes. Le concept d'évapotranspiration et ses mesures sont apparus dans les années 1950; il est important pour expliquer et quantifier les transferts d'eau dans les écosystèmes, pour calculer les besoins en eau des forêts, cultures agricole et plus globalement pour la gestion de l'eau des espaces végétalisés naturels ou semi-naturels, ou encore pour estimer l'importance de bulles de chaleur urbaines. http://www.haute.chaine.jura.reserves-naturelles.org L'arbre joue un rôle primordial dans la circulation de l’eau. L’arbre est une “ machine à évaporer “. Grâce à la photosynthèse, il fabrique des sucres, matières premières du bois, en utilisant l’eau du sol, le dioxyde de carbone de l’air et l’énergie solaire. Il r ejette dans l’atmosphère de l’oxygène et de l’eau. Un arbre de 12m de haut en période de végétation puise quotidiennement 225 litres d’une solution nutritive composée d’eau et de sels minéraux. Parvenue aux feuilles, cette solution et le dioxyde de carbone permettent la fabrication de 5 kg de sucre tout en libérant 1,7 m3 d’oxygène pur. 90% de l’eau absorbée par les racines d’un arbre sont rejetés sous forme de vapeur d’eau par la transpiration de l'arbre. http://fr.wikipedia.org/wiki/Eau_potable eau potable eau naturelle eau minérale eau minérale gazeuse naturelle eau de source eau déminéralisée 16- MIPOP- Claudine LARCHER
  17. 17. http://eauxminerales.chez.com/page7.html comparaison des eaux en bouteille Durée de renouvellement des eaux http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/cycle/stocksfluxEau.html Les réservoirs Les temps de résidence Océans 2 500 ans eaux continentales glaciers 1 600 à 9 700 ans Eaux souterraines 1 400 ans Mers intérieures 250 ans pour la mer Caspienne qui contient 80% de tout le volume d’eau de ce réservoir Lacs d’eau douce 17 ans pour les grands lacs 1 an pour les autres lacs Humidité des sols 1 an Rivières 16 jours Atmosphère (humidité de l’air) 8 jours Biosphère (cellules vivantes) quelques heures Eau inégalités et source de conflit http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/mondial/05_eau.htm 17- MIPOP- Claudine LARCHER
  18. 18. Cycle d'usage de l'eau Les eaux usées http://www.planetoscope.com/eau-oceans/1104-litres-d-eaux-usees-rejetees-dans-la-nature-dans- le-monde.html 2 milliards de litres d'eaux usées, utilisées par l'humanité, sont rejetées chaque jour dans les rivières et les mers, soit plus de 23 000 litres chaque seconde. Sur un an, ce sont 730 milliards de litres d'eaux usées qui sont rejetés dans la nature à cause de fuites, de manque de stations d'épuration,etc. Deux fois plus que l'évaporation naturelle des océans dans l'atmosphère (1 milliard de litres / jour). http://ecoledeleau.eau-artois-picardie.fr/spip.php?page=article-imprim&id_article=66 http://www.fondation-lamap.org/fr/page/15388/les-chemins-de-leau 18- MIPOP- Claudine LARCHER
  19. 19. Table des matières Propriétés de l'eau ................................................................................................................................2 Équilibre des pressions ; vases communicants................................................................................2 Écluse .........................................................................................................................................3 Siphon.........................................................................................................................................3 États de la matière............................................................................................................................4 Les changements d'état ...................................................................................................................5 aspects énergétiques....................................................................................................................6 échelles de température .............................................................................................................6 Masse volumique et densité.............................................................................................................6 Miscibilité........................................................................................................................................7 Solubilité.........................................................................................................................................8 Tension superficielle........................................................................................................................8 Capillarité ........................................................................................................................................8 Pourquoi la sève des arbres monte-t-elle ?..................................................................................9 Conductibilité...................................................................................................................................9 Osmose ............................................................................................................................................9 L'eau à l'échelle de la planète............................................................................................................10 La présence de l'eau dans le monde...............................................................................................10 Répartition de l'eau sur Terre ........................................................................................................10 Consommation d'eau dans le monde..............................................................................................11 Consommation d'eau par poste en France ...................................................................................................................................................12 consommation de notre corps...................................................................................................12 Consommation d'eau domestique (en litres /personne/jour).....................................................13 Consommation d'eau pour l'industrie et l'agriculture................................................................13 Les cycles de l'eau ........................................................................................................................14 Cycle naturel de l'eau.....................................................................................................................15 Evapotranspiration ( transpiration des plantes)........................................................................16 Durée de renouvellement des eaux ..........................................................................................17 Cycle d'usage de l'eau....................................................................................................................18 Les eaux usées .........................................................................................................................18 19- MIPOP- Claudine LARCHER

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