Une ressource indispensable :
L'EAU

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Chapitre 1 : L'eau sur la planète

I : L'importance de l'eau douce :
A : Elle est un élément vital
p202: Notre planète possède de l'eau à l'état liquide: c'est pour cela qu'elle porte des êtres vivants. Les premiers sont nés dans l'océan, il y a 3,8Ga puis ont gagné les continents vers 400Ma, à l'abri du nouveau bouclier atmosphérique (couche d'ozone). Les plantes et les animaux sont essentiellement constitués d'eau. Aucun être vivant ne peut vivre sans eau, même la graine en vie ralentie en contient encore 5%. La méduse bât les records avec 99% d'eau, une laitue en contient 95% d'eau, une pomme de terre 78%, un œuf 75 %, un bifteck 60%. L'enfant, à sa naissance a 75% d'eau dans son organisme, l'adulte en contient encore 65%, constamment recyclé. Pour rester en bonne santé, un adulte doit boire en moyenne 2,5L/j (en comptant l'eau des aliments), la sensation de soif intervient dés que le corps a perdu 2%, et des dysfonctionnements apparaissent dés -10%.

B : Elle est aussi indispensable à nos activités
p202: A la maison, l'eau est utilisée quotidiennement comme boisson, pour la cuisson des aliments, pour la toilette, la vaisselle, la lessive, l'arrosage du jardin... Elle intervient dans le fonctionnement d'un grand nombre d'appareils : douche ou baignoire, toilettes, lave-vaisselle, lave-linge, chauffage central...
A la campagne, l'eau est utilisée par les agriculteurs pour l'alimentation du bétail, pour l'irrigation ou l'arrosage des cultures (superficie x4 en 30ans), pour le lavage des étables.
Dans l'industrie, l'eau est une matière première indispensable pour la fabrication de nombreux produits : il faut par exemple, 5L d'eau pour fabriquer 1L de bière, 20L pour 1kg de papier, 50L d'eau pour fabriquer 1kg de sucre, 10.000L pour une automobile.
L'eau sert aussi à produire de l'électricité (barrages), à transporter des marchandises (canaux)…
Elle est présente dans nos loisirs et dans de multiples activités sportives.
=> Nos actions quotidiennes, jointes à celles des autres habitants influencent les ressources du pays.

II : Le cycle de l'eau
A :Les réservoirs naturels
p204: Les eaux douces (salinité < 3gr/L) représentent moins de 3% de l’hydrosphère, dont la majeure partie est piégée dans les calottes polaires, cette glace étant exclue du cycle de l'eau!
Le volume des eaux courantes superficielles, eaux les plus utilisées par l’homme pour sa consommation, n’excède pas 1700km³, en terme de stock disponible à un instant donné, ce qui est peu. En revanche, leur renouvellement est très rapide.
L'eau douce utilisée est puisée dans les lacs, les cours d'eau. Elle peut être stockée temporairement dans des réservoirs superficiels (lacs) ou de façon prolongée dans les réservoirs profonds (nappes phréatiques).

TD 1b : Construction du cycle de l'eau à partir de cartes infrarouges et météorologiques, de l'animation "atmosphère", + DVD "cycle de l'eau en montagne"

exercice 1 p216

schéma du cycle de l'eau

TD1c : Étude expérimentale: capacité de rétention de l'eau par le sol, évapotranspiration chez les plantes

III : L'inégale répartition de l'eau douce :
A : L'eau douce dans le monde
p 203, 208, 209: la répartition de l'eau dépend des climats, de la structure géologique et du relief du pays, mais aussi de la démographie et de l'économie du pays.
Les ressources de l'Europe sont importantes vis-à-vis de sa population. Les demandes en eau sont modérées: le climat tempéré assure une pluviométrie importante et un débit constant des fleuves majeurs, le contrôle de la démographie permet d'assurer un volume important d'eau par habitant, la France se situe dans la moyenne avec 2000m³/an/hab.
Le continent africain a de très faibles ressources accessibles, les régions du Nord sont arides; l'Afrique équatoriale bénéficie de pluies abondantes mais saisonnières.
En Asie, l'eau est plus accessible qu'en Afrique mais elle est souvent polluée (maladies phytosanitaires).
En Amérique, le Canada possède 20% de l'eau fraîche du monde (grands lacs, rivières, glaciers); le nord des USA est tempéré donc la pluie est régulière et abondante mais gaspillée; le sud des États-Unis a de faibles ressources (- de 1000 m³/an/hab). En Amérique du sud, les pluies sont abondantes.
En Océanie, l'Australie est riche de + de 10.000m³/an/hab, la diversité de ses climats (tempéré à l'Est et au Sud, aride au centre, subtropical au Nord) assure un volume constant disponible. La Nouvelle Zélande est le pays le plus arrosé au monde.

B : L'homme déséquilibre le cycle de l'eau
p210: La consommation de l'eau ayant été x10 depuis 1900, beaucoup de régions s'assèchent. La population mondiale devrait augmenter de 45% d'ici 30ans, tandis que l'écoulement d'eau douce augmenterait de 10%. L'UNESCO prévoit le manque d'eau mondial dès 2020. Un tiers de la population fait déjà face au manque d'eau et à sa faible qualité. Le béton urbain empêche l'infiltration et accentue le ruissellement donc les inondations. L'irrigation détourne les cours d'eau ou vide les nappes phréatiques. Cette modification des flux d'eau entre les différents réservoirs peut aboutir à la désertification: le Nil, les lacs kenyans et les nappes phréatiques sub-sahariennes sont mal gérés; l'irrigation d'une agriculture intensive dans la Pampa épuise les ressources de l'Argentine.
p211: Autre exemple, la mer d'Aral a commencé son reflux au cours des années 60, parce que les planificateurs soviétiques avaient détourné les fleuves Amou-Daria et Syr-Daria pour irriguer le coton. De 1960 à 1990, la zone irriguée est passée de 3,5 à 7,5 millions d'hectares et la région est devenue le quatrième producteur mondial de coton. Mais, dans les années 80, la mer d'Aral a reçu 10 fois moins d'eau qu'en 1950. Sa salinité croissante a tué sa faune et sa flore, ruinant les pêcheurs. La mer a perdu la moitié de sa surface et le tiers de son volume, en 1989, elle s'est divisée en 2 (petite mer au nord et grande au sud). Les deux principaux ports de pêche se sont retrouvés à sec et les villages de pêcheurs à 100km des côtes… Aujourd'hui, l'eau de la région contient 4 fois plus de sel par litre que la limite fixée par l'OMS et 36.000 km2 d'anciens fonds marins sont recouverts de sels que le vent éparpille sur des terres arables…

TD 1d: Étude d'un cas: DVD "assèchement de la Mer d'Aral" + début de "C'est pas sorcier"

TD 1e : Étude de la guerre de l'eau dans le monde, en interaction avec l'histoire-géo et SES (site UNESCO)

exercice 3 p217

exercice 4 et 5 p218

Chapitre 2 : Gestion de l'eau douce

I: Protection de l'environnement
A : Réservoirs de nos régions
p220, 221: Le prélèvement d'eau se fait sur des surfaces proportionnées aux besoins (démographie, industrialisation), en surface ou en profondeur dans le sous-sol. L'urbanisation demande une organisation complexe de l'approvisionnement en eau. L'eau est puisée dans les réservoirs de surface, rivières et lacs, en région parisienne.
p222, 223: les nappes phréatiques sont des réservoirs dans les sous-sol poreux (sable, grès) ou fissuré (calcaire), retenues par un plancher imperméable (argile). L'eau de ces nappes peut s'écouler en surface si le relief s'y prête, sinon l'eau est puisée sous le niveau piézométrique. Ce niveau nous renseigne sur l'importance du remplissage de la nappe.

B : Protection et gestion de ces réservoirs
La santé dépend de la qualité de l'eau, de nombreuses maladies étant causées par l'utilisation d'eau contaminée.
p182: Les pesticides et l'excès d'engrais s'écoule dans les rivières. Dans un premier temps, les plantes qui absorbent ces nitrates et phosphates s'y développent beaucoup. Puis l'eau perd sa transparence, les plantes et les poissons se concurrençant en respirant se privent d'O2 et meurent. Seules restent les bactéries : c'est l'eutrophisation, accentuée par l'addition de matière organique (lisier, rejets d'industrie agro-alimentaire ou déchets urbains).
p183: Les réservoirs souterrains sont aussi sensibles à ces pollutions biologiques ou chimiques. Leur protection est indispensable. Actuellement, c'est surtout la teneur en nitrate qui dépasse la norme autorisée de 50mg/L. Pour la diminuer, il faut étaler les apports d'engrais et ne pas dénuder les sols en hiver pour éviter le ruissellement.
p224: Le pompage crée un cône d'appel qui modifie la surface de la nappe, donc leur niveau piezométrique. Cette aspiration des eaux souterraines peut entraîner des polluants dans le bassin de captage. La protection des captages est donc nécessaire pour assurer la sauvegarde de la qualité des eaux distribuées aux usagers en conformité avec le Code de la santé publique. Il existe 3 périmètres de protection: l'immédiat (élimine la contamination directe de la parcelle du puits); le rapproché (protège le captage des migrations souterraines de polluants); l'éloigné (non obligatoire, à activités réglementées)
p225: la gestion des ressources en eau est de plus en plus nécessaire, la consommation augmentant mais pas la vitesse de renouvellement des eaux. Les restrictions demandés aux usagers en font parti.

II : Production d'eau potable
A: Critères de potabilité
L'eau potable ne doit pas nuire à la santé de celui qui la consomme. Elle doit aussi être agréable à boire. D'où l'utilisation des critères définis par le ministère de la Santé (03/01/89): paramètres organoleptiques (couleur, clarté, odeur, saveur), micro-biologiques (organismes pathogènes) ou physico-chimiques (pH=7, température, chlorures<200mg/L, sulfates<250mg/L, polluants nitratés<50mg/L, absence de pesticides, d'arsenic, de cadmium, de plomb, d'hydrocarbures...).

B: L'eau du robinet (DVD)
p232, 233: L'eau pompée dans une rivière ou une nappe phréatique est passée à travers une grille et un tamis qui éliminent les brindilles et cailloux, puis elle est clarifiée par floculation (particules en suspension agglomérées en flocons plus denses qui décantent), un filtre de sable intercepte les petites particules restantes. L'eau est ensuite désinfectée: les micro-organismes sont tués par addition de chlore (eau de Javel ou Cl gazeux) ou d'ozone (O3). L'eau est alors stockée puis distribuée.


III : Épuration des eaux usées
A: Auto-épuration
p226, 227: Les matières organiques polluantes peuvent être décomposées en matières minérales sous l'action de bactéries, micro-organismes hétérotrophes. Cette décomposition fait baisser la quantité de O2 dissout dans l'eau. Ainsi, plus la concentration en polluants organiques est grande, plus la DBO5 (Demande Biologique en Oxygène sur 5j) est élevée. Une évaluation de la pollution plus rapide est réalisée par la DCO (Demande Chimique en Oxygène) mesurée par addition d'un oxydant puissant (bichromate de potassium) à l'échantillon testé. Cette épuration naturelle est utilisée par l'homme pour nettoyer ses eaux usées.

B: Station d'épuration (DVD)
p234, 235: Les eaux usées sont chargés des rejets urbains (lavage, WC) qui doivent être enlevés avant déversement pour ne pas polluer. Le prétraitement est un dégrillage, dessablage puis déshuilage. Puis le traitement primaire est une décantation supprimant la majeure partie des matières en suspension troublant les eaux usées. Ensuite le traitement secondaire est une épuration biologique suivie d'une clarification (nouvelle décantation) de l'eau qui est rejetée en rivière. Les boues formées par les décantations subissent une fermentation dans les digesteurs qui créent du méthane, biogaz fournissant 50% des besoins énergétiques de la station. Puis les boues compactées peuvent être utilisées comme engrais ou simplement incinérées.

TD2a : Construction de modèles analogiques de nappes: modèle plastique + animations (eauQualité, écoLac, écoNappe, Nappe Phréatique Pollution)

exercice 1 p236

exercice 2 p237

TD2b : Exploitation du DVD "L'eau et les hommes": pollution estivale du Lac Léman, des poissons se noient

TD2c : Exploitation informatique d'une banque de données:
critères de potabilité, DBO et DCO

exercice 3 p237

exercice 4 p238