L'eau est le composé chimique à la base de toute forme de vie sur Terre. Il est donc indispensable de comprendre la place de l'eau au sein de l'écosystème planétaire et le rôle que joue l'activité humaine.
Ce composé chimique est aussi le composé le plus abondant à la surface de la Terre. Pourtant, l'eau disponible pour l'être humain reste une ressource très limitée et il est vital de développer des techniques pour exploiter cette ressource naturelle au mieux tout en respectant l'environnement.
Cette abondance reste toutefois un avantage indéniable car la molécule d'eau est au cœur de la recherche d'énergies propres et renouvelables.
L'eau et l'environnement
Le cycle de l'eau
L'eau recouvre 71% de la surface de la Terre. Si elle est présente majoritairement dans les océans et les mers, l'eau se retrouve impliquée dans un ensemble de processus d'échanges entre les surfaces océaniques, l'atmosphère et les surfaces continentales qui constituent le cycle de l'eau :
Les océans et le climat
Les courants marins et sous-marins sont à la base de l'équilibre climatique de la Terre. Ces courants permettent le transport de chaleur entre les différents points du globe.
Les différences de salinité et de température entre les différents océans du globe sont à l'origine de ces immenses courants.
Pour suivre l'évolution des courants océaniques à l'échelle mondiale, on utilise des traceurs chimiques.
Traceur chimique
Un traceur chimique est un élément ou un composé chimique dont la concentration est mesurable permettant ainsi de suivre un déplacement de matière.
Pour suivre les déplacements des masses d'eau des océans, les chercheurs effectuent des mesures de concentration en sel, qui sert de traceur chimique, à différents endroits.
Les pluies et le paysage
Si les océans participent à l'équilibre climatique, les pluies et les courants d'eau surfaciques façonnent les continents grâce à l'érosion.
Érosion
C'est l'ensemble des processus responsables de l'évolution des reliefs.
Les monts composant la chaîne de montagnes du Massif central en France ont été érodés par le vent et la pluie. Ils sont moins hauts et pentus que ceux de la chaîne des Pyrénées ou des Alpes.
L'érosion est un processus dont l'échelle de temps est de l'ordre du millier d'années.
La pollution de l'eau
L'activité humaine intense rejette de nombreuses substances chimiques dans l'eau ou dans l'air.
L'eau assimilant ces substances et les propageant lors des différents échanges, il en résulte des phénomènes désastreux pour l'équilibre de la planète :
L'eau et les ressources
Si 71% de notre planète est recouverte d'eau, seulement 2,5% de cette eau est de l'eau douce et seulement une faible partie de cette eau douce est disponible pour l'Homme.
La pollution entraînant une diminution de ces ressources, il est devenu impératif de développer des techniques permettant de dessaler l'eau et de la rendre potable.
Eau potable
L'eau potable est une eau qui respecte certains seuils de concentration pour différentes substances chimiques (minéraux, substances toxiques, etc.) et certains paramètres physico-chimiques (pH, température, etc.) la rendant propre à la consommation.
Le traitement des eaux usées
Le traitement des eaux usées est une succession de processus physico-chimiques visant à rendre possible leur rejet dans la nature.
Le traitement des eaux usées est un traitement coûteux et compliqué à mettre en œuvre surtout dans les pays en développement.
Le dessalement de l'eau de mer
Le dessalement de l'eau de mer est un moyen d'obtenir de l'eau douce (mais pas forcément potable) à partir de l'eau salée des mers et des océans.
Il existe plusieurs méthodes pour dessaler l'eau :
- L'osmose inverse, qui consiste en un échange d'eau d'une eau concentrée en sel vers une eau diluée.
- La distillation, qui consiste à chauffer de l'eau salée pour obtenir de la vapeur d'eau pure.
- L'échange d'ions par résine, qui consiste à réduire la concentration d'ions \ce{Na+} et \ce{Cl-} par phénomène de diffusion.
Les schémas ne sont pas à connaître.
Le déssalement de l'eau reste un processus relativement coûteux à mettre en place, potentiellement polluant, mais utile pour les régions côtières.
Les ressources sous-marines
Les fonds océaniques recèlent de nombreuses ressources énergétiques et matérielles comme :
- Des métaux (or, cuivre, terres rares, etc.)
- Du gaz naturel (méthane)
- Du pétrole
Et de nombreuses choses restent à découvrir : seulement 1% des fonds marins ont été explorés à ce jour.
L'eau et l'énergie
La pile à hydrogène
L'enjeu énergétique est au cœur de la société. Une des voies pour remédier aux problèmes d'énergie est la pile à hydrogène.
Comme n'importe quelle pile, son principe de fonctionnement repose sur la conversion d'énergie chimique en énergie électrique grâce à des réactions d'oxydoréduction.
La réaction mise en jeu est la suivante :
2\ce{H2_{(g)}}+\ce{O2_{(g)}}\ce{- \gt }2\ce{H2O_{(l)}}
La pile à hydrogène est une pile dont le fonctionnement n'a pas d'impact sur l'environnement puisqu'elle ne produit que de l'eau et ne consomme que du dioxygène et du dihydrogène.
Par contre sa fabrication est problématique pour l'environnement, en plus d'être coûteuse, car elle nécessite une quantité non négligeable de platine qui est un métal lourd (donc polluant) et rare (donc cher).
La production de dihydrogène
Si le dioxygène est un gaz abondant dans notre atmosphère, le dihydrogène est un gaz peu abondant (moins de 1% de notre atmosphère). Il est donc nécessaire de pouvoir produire du dihydrogène.
Il existe deux méthodes pour produire du dihydrogène :
- L'électrolyse de l'eau, processus qui est basé sur la réaction inverse de la pile à hydrogène.
- Le reformage, qui utilise des énergies fossiles, et est donc de moins en moins utilisé.
