Le cycle de l’eau

Le cycle de l’eau évolue sur plusieurs échelles de temps. Nous mentionnions dans la première partie la formation des océans et la tectonique des plaques qui façonne les océans sur des échelles de temps géologiques. À une échelle plus courte du point de vue géologique, mais encore longue du point de vue humain, le cycle des glaciations intervient dans le cycle de l’eau.

Lorsque les grandes calottes glaciaires sur l’Europe et l’Amérique du Nord sont à leur étendue maximale, le niveau de l’océan de plus de 100 mètres inférieur au niveau actuel. Lorsqu’au contraire, la calotte du Groenland disparaît comme lors du dernier interglaciaire, il est de 6 mètres plus élevé. La calotte antarctique, quant à elle, qui contient l’équivalent de 70 mètres d’élévation du niveau marin, est stable depuis au moins 10 millions d’années, sauf pour sa partie occidentale, qui a vraisemblablement disparu à plusieurs reprises lors des derniers âges interglaciaires. Sur une échelle de temps plus courte, de l’année à quelques décennies, les quantités d’eau dans les grands réservoirs – océans, calottes glaciaires, glaciers continentaux, eaux de surface, eau souterraines – peuvent être considérées comme constantes, bien que les activités humaines modifient progressivement certains équilibres stationnaires.

Le cycle de l’eau est résumé dans la figure 2. Le principal processus menant à la circulation d’eau entre les réservoirs océanique, atmosphérique et continental est l’évaporation. Environ 500 000 km3 d’eau s’évaporent tous les ans, dont 430 000 km3 des océans et le reste des continents. L’eau de l’océan s’évapore, surtout dans les régions chaudes des tropiques. Cette vapeur d’eau ne reste que peu de temps (quelques jours en moyenne) dans l’atmosphère avant de précipiter de nouveau. La plupart des précipitations tombent sur les océans. La zone de précipitations la plus intense est la zone tropicale située autour de la zone de convergence intertropicale. Les zones arides autour des 30e parallèles ne reçoivent que très peu de précipitations, ce qui est dû aux cellules de circulation atmosphériques nommées cellules de Hadley. Les zones tempérées situées au nord des zones arides sont de nouveau des zones de fortes précipitations. Les hautes latitudes, quant à elle, sont caractérisées par un climat froid et de très faibles précipitations. La vapeur d’eau de ces régions congèle directement sous forme de glace sans passer par l’état liquide.

Le transport d’eau dans l’atmosphère entre les lieux d’évaporation et les lieux de précipitation agit également comme transport d’énergie thermique et ainsi comme régulateur climatique. Lors de l’évaporation, l’eau soustrait une quantité de chaleur à l’eau environnante, la refroidissant ainsi. Cette chaleur latente est restituée lors de la précipitation, réchauffant ainsi les hautes latitudes.

Une grande partie des eaux qui précipitent sur les continents s’infiltre dans le sol et régénère les aquifères. Une autre partie s’évapore. Le reste suit le dénivelé de la topographie, et à travers le réseau hydrique formé des rivières, des lacs et des fleuves, rejoint finalement l’océan après un parcours dont le temps peut varier de quelques jours à des centaines d'années et qui prend en moyenne 5,5 années. Un grand lac profond comme le lac Baïkal, d’une profondeur maximale de 1600 m, a un temps de séjour d’environ 350 ans. Les mers épicontinentales constituent une exception, car elles ne sont pas connectées à l’océan et ne se vident que par évaporation. La Mer caspienne, la Mer d’Aral ou la Mer morte sont des exemples de mers épicontinentales. La quantité totale d’eau qui emprunte ce parcours d’évaporation, précipitation et ruissellement dans le réseau hydrologique de surface est difficile à évaluer avec précision, il se situe autour de 30 000 à 40 000 km3/an. Environ le cinquième de tout le débit fluvial du monde est apporté par l’Amazone. La végétation joue un rôle important dans le cycle de l’eau à travers l’évapotranspiration et la rétention d’eau ainsi que la régulation des températures à l’échelle locale.

Les aquifères sont en équilibre dynamique avec les eaux de surface et les eaux océaniques, lorsque ceux-ci communiquent. Les temps de recharge des eaux souterraines sont généralement longs.

Figure 1. Cycle de l’eau.
Source : US Geographical Survey.