Contenu du cours L’atmosphère (cycles de O, C et N) L’eau Les sols

Les stocks d’eau en kmcube Les réservoirs Les stocks Océans 1 350 000 000 Eaux continentales 35 976 700 Glaciers 27 500 000 Eaux souterraines 8 200 000 Mers intérieures 105 000 Lacs d’eau douce 100 000 Humidité des sols 70 000 Rivières 1 700 Atmosphère (humidité de l’air) 13 000 Biosphère ( cellules vivantes) 1 100  

 L'eau de l'hydrosphère Les eaux douces

Distribution de l’eau sur terre Océans: 97% Glaciers: 2,1% Eau douce: 0,8% Pour 4l d’eau, il y a 100ml d’eau douce, 25 ml d’eau douce liquide et seulement 1 goutte d’eau utilisable. On utilise de 10 a 600 l/j par habitant et 4000 l/j-habitant pour l’industrie

Il y a trois cycles de l’eau: 1-Mer-air-mer 2-Mer-air-terre-mer 3-Terre-air-terre 1: évaporation, 2: condensation, 3:transpiration, 4:précipitations,5: ruissellement, 6:infiltration Évaporation Vapeur d'eau ou Transpiration Précipitations

La dynamique du cycle de l’eau: En moyenne, 65% des précipitations qui arrivent à terre s’évaporent, 24% ruissellent et 11% s’infiltrent.

L’érosion des sols est due a l’eau liquide et la glace Évaporation sur les océans 425 000 Évaporation sur les continents 71 000 Précipitations sur les océans 385 000 Précipitations sur les continents 111 000 Apport des cours d’eau aux océans 40 000

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 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

Une partie de l’eau est sous forme d’hydrates ou d’hydroxydes métalliques

La purification de l’eau: Pour l’eau potable: purification naturelle (eaux minérales) ou Décantation-filtration-floculation-stérilisation; Pour l’eau industrielle (refroidissement, lavage, vapocraquage): Déminéralisation, adoucissement, distillation, ultrafiltration, osmose inverse Traitement des eaux usées: boues activées, clarification, filtre a sable, bioréacteurs a menbranes.

Unités d’ultrafiltration sur membranes

Le phénomène d'osmose se traduit par un flux d'eau dirigé de la solution diluée vers la solution concentrée. PV = (m/M)RT En appliquant une pression sur la solution concentrée, la quantité d'eau transférée par osmose va diminuer. Il arrivera un moment où la pression appliquée sera telle que le flux d'eau va s'annuler Une augmentation de la pression au delà de la pression osmotique va se traduire par un flux d'eau de la solution concentrée vers la solution diluée: c'est le phénomène d'osmose inverse.

L’eau a un moment dipolaire de 1,85 Debye, Un angle HOH de 104,5 °, Un lien O-H de 95,7 pm L’énergie de liaison est forte: 462 kJ/mole

La liaison hydrogène, ….. est plus longue (175 pm) que la liaison O-H (100 pm) Liaison O-H = 492.2 kJ mol-1 Liaison hydrogène = 23.3 kJ mol-1

                                                                                                                      Les multiples liaisons hydrogène expliquent le point de fusion et le point d’ébullition élevés de l’eau

L’équation de Clausius Clapeyron permet de relier la pression a la température d’ébullition, grâce a l’enthalpie de vaporisation (DH) Par exemple, en altitude, ave une pression de 0,7 bar, l’équation montre: Ln(O,7/1) = - (40700/8,314) (1/T2 – 1/373) soit T2 = 363K Sur le Mont Everest (0,36 bar), l’eau bout a 82°C!

La glace a une structure hexagonale

Cristaux de glace (© Rasmussen and Libbrecht , Y. Furukawa, www Cristaux de glace (© Rasmussen and Libbrecht , Y. Furukawa, www.snowcrystals.com)

L’eau et la glace forment des liaisons hydrogène

La glace est plus légère que l’eau: les liaisons hydrogène fixes tiennent les molécules à distance constante

Dans la molécule d’eau, l’oxygène est hybridé sp3

La molécules d’eau est dans un environnement tétraédrique

Les molécules d’eau sont dans un environnement tétraédrique

Les orbitales moléculaires de l’eau s antiliantes non-liantes s liantes Orbitales atomiques de l’oxygène Orbitales 1s atomiques de deux hydrogènes Orbitales moléculaires

+ Assemblages de quatre molécules dans l’eau L’acide H3O+ est en fait La base OH- est en fait H7O4- O O H H + H H O H O O H H O H O H H H H H H H O H

Formation d’agrégats dans l’eau

La dissolution du sel se fait par solvatation