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L’Eau: Ressource & utilisations | NO FRACKING FRANCE

L’Eau: Ressource & utilisations

Suivez une goutte d'eau à travers le tortueux chemin de la fracturation hydraulique... Une belle application pour voir les risques de l'exploration des gaz de schiste :

http://dangersoffracking.com/

La loi REACH :

REACH est une loi promulguée par la Communauté Européenne qui implique l’enregistrement de toute substance actuelle auprès de l’agence européenne du produit chimique créée à cet effet.
Selon REACH, tout Producteur / Importateur de produits chimiques, doit assumer l’entière
responsabilité de ses produits tout au long de la «supply chain». Cela ne signifie pas uniquement s’assurer de l’inoffensivité du produit en tant que tel, mais aussi de l’inoffensivité du produit dans le cadre de l’ensemble de ses utilisations. Une évaluation du risque chimique doit être effectuée et formalisée sous la forme d’un rapport (CSR : Chemical Safety Report) pour chaque utilisation de nos produits.

Pour la Sauvegarde et la Sécurité de la ressource en eau.

Les "Gaz de Schiste" , les "huiles de schiste", (Huiles lourdes), les hydrocarbures liquides ou gazeux, non conventionnels, constituent un sujet d’actualité national et de débats dans les médias et sur le net. La recherche de ressources d’énergie fossile  implique des problématiques environnementales, notamment en termes de sécurité de la ressource en eau.

Cette carte est celle publiée dans l’Atlas 2006 du Monde diplomatique sous le titre « Quand l’eau devient une denrée rare ».

 

 

Disponibilité en eau douce en mètres cubes ,par personnes et par an au début des années 2000:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L’eau

vendredi 18 mars 2005, par Article d’encyclopédie

L’eau est un composé chimique simple, liquide à température et pression ambiantes. À pression ambiante, l’eau est gazeuse au-dessus de 100 °C et solide en dessous de 0 °C. Sa formule chimique est H2O, c’est-à-dire que chaque molécule d’eau se compose d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène.

L’eau se trouve presque partout sur la Terre et est vitale pour tous les organismes vivants connus. Près de 70% de la surface de la Terre est recouverte d’eau, essentiellement sous forme d’océans. Une étendue d’eau peut être un océan, une mer, un lac, un étang, un fleuve, une rivière, un ruisseau, un canal (voir Les ressources en eau sur Terre pour plus de détails). La circulation de l’eau au sein des différents compartiments terrestres est décrite par son cycle biogéochimique.

En mythologie, l’eau est un des quatre éléments classiques mythiques avec le feu, la terre et l’air, et était vue par certains comme l’élément de base de l’univers. Les caractéristiques de l’eau dans ce système sont le froid et l’humidité. Dans la théorie des humeurs corporelles, l’eau était associée au phlegme.

L’eau est également un des cinq éléments chinois avec l’air, le feu, le bois et le métal.

Enfin, l’eau est la boisson naturelle par excellence.

Étymologie

Du latin aqua (plus de détails...

Origine de l’eau

Articles détaillés : Origine de l’eau sur la Terre et Origine de la molécule d’eau.

Selon la théorie du Big Bang, dont Georges Lemaître, Alexander Friedmann, Albert Einstein et Edwin Hubble sont les instigateurs, l’Univers se serait créé il y a environ 15 milliards d’années. À l’origine, la masse volumique de l’univers tendait vers l’infini ; cet état ultra dense a été défini comme le commencement de l’univers, l’âge t = 0. Les conditions extrêmes de température, de pression et de densité qui régnaient dans les premiers instants n’ont pas permis la création d’atomes. Il a fallu pour cela que l’univers se refroidisse. Ce n’est qu’au bout de 300 000 ans que des entités élémentaires formées s’assemblent pour donner naissance à des corps légers : principalement de l’hydrogène et de l’hélium.

En continuant à se refroidir, l’Univers a vu la création de nombreuses étoiles, puis de planètes. C’est sur l’une d’entre elles, la Terre, que nous nous trouvons. En effet, cette planète réunit toutes les conditions favorables au développement de la vie, et cela est rendu possible par la présence d’eau liquide à sa surface.

Physique de l’eau

Diagramme de phase de l’eau, montrant l’état de l’eau pure en fonction de la température et de la pression

L’état solide de l’eau est la glace ; l’état gazeux est la vapeur (d’eau). L’état de l’eau dépend des conditions de pression P et de température T. Il existe une situation unique (P,T) dans laquelle l’eau coexiste sous les trois formes solide, liquide, et gazeux ; cette situation est appelée « point triple de l’eau », elle a lieu lorsque

- la température vaut 273,16 K (0,01 °C) et
- la pression 611,2 Pa.

Les unités de température (anciennement les degrés Celsius, maintenant les kelvins) sont définis grâce à ce point triple de l’eau.

La vélocité du son dans l’eau est de 1 500 m/s dans les conditions ambiantes de température et de pression.

La masse de 1 cm3 d’eau à la température de 4 °C est sensiblement de 1 g. Par approximation, on prend pour masse volumique de l’eau dans les conditions normales la valeur de 1 000 kg.m-3, une tonne par mètre-cube soit un kilogramme par litre.

L’énergie calorifique volumique de l’eau est de 4.185 106 J/m3.K dans les conditions ambiantes de température et de pression.

Les chimistes se réfèrent parfois en blaguant à l’eau avec un nom savant (et justifié) comme du monoxyde de dihydrogène dans des parodies de recherche scientifique sérieuse qui présentent ce produit comme mortellement dangereux et à bannir. (Voir, en anglais, www.dhmo.org)

Chimie de l’eau

La nature dipolaire de l’eau

Une propriété très importante de l’eau est sa nature polaire. La molécule d’eau forme un angle au niveau de la molécule d’oxygène entre les deux molécules d’hydrogène. Puisque l’oxygène a une électronégativité plus forte que l’hydrogène, le côté de la molécule d’eau où se trouve l’atome d’oxygène est chargé négativement, par comparaison avec le côté hydrogène. Une molécule avec une telle différence de charge est appelée un dipôle (molécule dipolaire). Cette différence de charge fait que les molécules d’eau s’attirent les unes les autres, le côté positif de l’une attirant le côté négatif d’une autre. Un tel lien électrique entre deux molécules s’appelle un pont hydrogène ou liaison hydrogène.

Cette force d’attraction, relativement faible par rapport aux liaisons chimiques covalentes de la molécule elle-même, est à la source de propriétés comme un point d’ébullition élevé (quantité d’énergie calorifique nécessaire pour briser les ponts hydrogènes), ainsi qu’une chaleur spécifique élevée.

Du fait des ponts hydrogènes également, la densité de l’eau liquide est supérieure à la densité de la glace (état où l’eau est cristallisée). De ce fait, en hiver la glace qui se forme à la surface d’un étang y reste et protège du gel l’eau située plus bas, ce qui permet aux poissons et autres êtres vivants d’y survivre. L’eau atteint sa plus haute densité à la température de 4 °C, qui est ainsi la température qu’on trouve typiquement au fond d’un étang gelé. Un autre conséquence est que la glace fond quand suffisamment de pression lui est appliquée.

Équilibre acide/base

L’eau se dissocie naturellement en ion oxonium (ou hydronium) H3O+ et ion hydroxyde OH-

2H2O = H3O+ + OH-.

Du fait de l’équilibre, à une température donnée, le produit entre des concentrations de ces ions, ou « produit de dissociation », est constant : à 25 °C, il vaut

[H3O+].[OH-] = 10-14 uSI

Les ions oxonium et hydroxyde sont très réactifs, ils peuvent attaquer d’autres matériaux, les dissoudre. On définit l’acidité grâce à la concentration en ion oxonium, par le pH

pH = -log10[H3O+]

À 25 °C, le pH de l’eau pure vaut 7, il est dit neutre. L’ajout de certains produits dits « acides » va déplacer l’équilibre de dissociation de l’eau et abaisser le pH (augmentation du nombre d’ions oxonium) ; à l’inverse, l’ajout de certains produits dits « bases » va déséquilibrer la réaction dans l’autre sens, favoriser la présence d’ions hydroxyde et augmenter le pH.

On note que l’eau peut capturer un proton ou en libérer un, c’est donc un amphotère, c’est-à-dire à la fois un acide et une base. Cet équilibre acide/base est d’une importante capitale en chimie minérale comme en chimie organique.

L’eau comme solvant

Grâce à sa polarité, l’eau est un excellent solvant. Quand un composé ionique ou polaire pénètre dans l’eau, il est entouré de molécules d’eau. La relative petite taille de ces molécules d’eau fait que plusieurs d’entre elles entourent la molécule de soluté. Les dipoles négatifs de l’eau attirent les régions positivement chargées du soluté, et vice versa pour les dipoles positifs. L’eau fait un excellent écran aux interactions électriques (la permittivité électrique εe de l’eau est de 78,5 à 25 °C), il dissocie donc facilement les ions.

En général, les substances ioniques et polaires comme les acides, alcools, et sels se dissolvent facilement dans l’eau, et les substances non-polaires comme les huiles et les graisses se dissolvent difficilement. Ces substances non-polaires restent ensemble dans l’eau car il est énergétiquement plus facile pour les molécules d’eau de former des ponts hydrogène entre elles que de s’engager dans des interactions de van der Waals avec les molécules non polaires.

Un exemple de soluté ionique est le sel de cuisine alias chlorure de sodium, NaCl, qui se sépare en cations Na+ et anions Cl-, chacun entourés de molécules d’eau. Les ions sont alors facilement transportés loin de leur matrice cristalline. Un exemple de soluté non-ionique est le sucre de table. Les dipoles des molécules d’eau forment des ponts hydrogène avec les régions dipolaire de la molécule de sucre, et celle-ci est ainsi extraite vers l’eau liquide.

Cette faculté de solvant de l’eau est vitale en biologie, parce que certaines réactions biochimiques n’ont lieu qu’en solution (par exemple, réactions dans le cytoplasme ou le sang.)

Tension superficielle

Les ponts hydrogène confèrent à l’eau une grande tension superficielle et une grande cohésion. Cela se voit quand de petites quantités d’eau sont posées sur une surface non soluble et que l’eau reste ensemble sous forme de gouttes. Cette propriété est utile dans le transport verticale de l’eau chez les végétaux.

Conductivité

L’eau pure est en réalité un isolant, qui conduit mal l’électricité. Mais puisque l’eau est un si bon solvant, elle contient souvent une bonne quantité de soluté dissous, le plus souvent des sels. Si l’eau contient de telles impuretés, elle peut conduire l’électricité facilement. Le stator des très gros alternateurs est refroidi par circulation d’eau désionisée dans les conducteurs creux de l’enroulement. Malgré les différences de potentiel de plusieurs dizaines de milliers de volts entre le circuit de refroidissement et les conducteurs électriques, il n’y a pas de problèmes de fuite de courant.

Électrolyse

En faisant passer un courant dans l’eau, elle peut être divisée en ses composants hydrogène et oxygène. Ce processus est appelé électrolyse. Les molécules d’eau se dissocient naturellement en ions H3O+ et OH-, qui sont attirés par la cathode et l’anode respectivement. À l’anode, quatre ions OH- se combinent pour former des molécules de dioxygène O2, deux molécules d’eau, et libérer quatre électrons. Les molécules de dioxygène ainsi produites s’échappent sous forment de bulles de gaz vers la surface, où elles peuvent être collectées. À la cathode, il y a une libération de molécule de dihydrogène H2

4OH- → O2 + 2H2O + 4e-
2H3O+ + 2e- → H2 + 2H2O

Indice de réfraction de l’eau

L’indice de réfraction d’un milieu transparent est une mesure de sa capacité de changer la direction de propagation d’un rayon de lumière le traversant. Si la lumière devait voyager dans l’espace vide puis pénétrer une surface planaire de l’eau, les angles d’incidence mesurés et la réfraction pourraient être substitués dans la loi de Snell (voir Réfraction) pour calculer l’indice de réfraction de l’eau relativement au vide. Cet indice ne dépendrait que de l’état physique de l’eau (solide, liquide ou gazeux).

Mais, dans la pratique, il est plus simple d’entreprendre des expériences en utilisant une interface ou dioptre air-eau pour obtenir l’indice de réfraction de l’air relatif à l’eau, et puis pour le convertir de l’air en vide en appliquant les corrections appropriées. Le résultat, qui est toujours plus grand que 1, est le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à sa vitesse dans l’eau : la lumière voyage plus lentement dans l’eau que dans un vide (ou dans l’air).

Tous les milieux transparents sont dispersifs, ce qui signifie que la vitesse de la lumière change avec sa longueur d’onde. Plus précisément, dans la partie visible du spectre électromagnétique (approximativement 400 à 700 nanomètres) l’indice de réfraction est généralement une fonction décroissante de longueur d’onde : la lumière violette est plus déviée que le rouge. En outre, le taux de changement de l’indice de réfraction augmente également tandis que la longueur d’onde diminue. L’indice de réfraction augmente habituellement avec la densité du milieu.

L’eau présente toutes ces caractéristiques. Le tableau 1 montre les résultats de quelques mesures (Tilton et Tailor) de l’indice de réfraction de l’eau, n(w), en ce qui concerne l’air sec ayant la même température T que l’eau et à une pression de 760 mmHg.

Tableau 1 :

Pour convertir les valeurs sous forme de tableaux relatifs à l’indice du vide , ajoutez 4 à la quatrième position décimale. Notez que le n(w) augmente pendant que la température de l’eau diminue. Ces résultats sont conformes ax attentes, puisque la densité de l’eau augmente lorsqu’elle se refroidit. Il est intéressant, cependant, que si les mesures sont faites à de plus basses températures l’indice ne montre pas d’extremum à 4 °C, malgré le fait que la densité de l’eau soit maximale à cette température (ce qui explique que les fonds marins soient à cette température de 4 °C).

L’eau de mer contient des impuretés dissoutes, principalement sous forme de sels dissociés de sodium, de magnésium, de calcium, et de potassium. Sa densité, et par conséquent n(w), dépendent donc de sa salinité , d’une quantité habituellement exprimée comme des grammes de sels dissous en kilogramme d’eau de mer (g/kg), ou des parties par mille en poids. Le tableau 2 (pris de Dorsey) montre comment le n(w) augmente avec la salinité pour les D-lignes de sodium (moyenne : 5893 angströms = 589,3 nm) à 18 °C.

Tableau 2 :

L’indice de réfraction est également une fonction de la pression de l’eau, mais la dépendance est tout à fait faible en raison de l’incompressibilité relative de l’eau (comme tous les liquides). En fait, sur les gammes normales des températures (0-30 °C), l’augmentation approximative du n(w) est 0,000016 quand la pression de l’eau augmente d’une atmosphère.

Clairement, les facteurs les plus significatifs affectant le n(w) sont la longueur d’onde de la lumière et la salinité de l’eau. Néanmoins, le n(w) excède de moins de 1% la gamme indiquée des valeurs de ces variables.

Références :

- L. W. Tilton et J. K. Taylor, stand national de bureau de recherche de J., 20, 419 (RP1085) 1938.

- E. Dorsey, « propriétés d’Eau-Substance ordinaire », (Reinhold Publishing Corporation 1940).

Purification de l’eau

Voir aussi : "Épuration des eaux".

De l’eau pure ou relativement pure est nécessaire à beaucoup d’applications industrielles et à la consommation humaine. Les humains ont besoin d’eau sans trop de sels et autres impuretés, comme des produits toxiques ou de bactéries pathogènes.

Voici six méthodes courantes pour purifier l’eau :

- 1. Filtrage : l’eau est passée à travers un filtre qui intercepte les petites particules. Plus petites sont les mailles du filtre, plus petite doit être une particule pour passer. Le filtrage n’est pas suffisant, mais est souvent nécessaire comme étape préparatoire, pour empêcher les plus grosses particules d’interférer avec les méthodes de purification plus avancées.
- 2. Ébullition : l’eau est maintenue à ébullition un temps suffisamment long pour inactiver ou tuer les microorganismes qui vivent dans l’eau à température ambiante. L’ébullition n’élimine pas les solutés qui ont une température d’ébullition supérieure à celle de l’eau, au contraire leur concentration augmente.
- 3. Filtrage au carbone : le charbon de bois, un composé à haute teneur en carbone, absorbe beaucoup d’autres composés dont certains toxiques. L’eau est passée à travers du charbon de bois actif pour la purifier de ces composés. Cette méthode est surtout utilisée pour filtrer l’eau des ménages et l’eau des aquariums.
- 4. Distillation : on fait bouillir l’eau de façon à produire de la vapeur, qui s’élève, et est mise en contact avec une surface refroidie où la vapeur se condense à nouveau en eau et peut être recueillie. Les solutés ne se vaporisent normalement pas et restent ainsi dans la solution mise à bouillir. Cela dit, même la distillation ne purifie pas complètement l’eau, du fait de contaminants ayant à peu près la même température d’ébullition que l’eau, et de gouttelettes d’eau non vaporisée transportées avec la vapeur.
- 5. Osmose inverse : une pression mécanique est appliquée à une solution impure pour forcer l’eau à passer à travers une membrane semi-perméable. On appelle cela l’osmose inverse parce que l’osmose normale verrait l’eau pure se déplacer dans l’autre sens pour diluer les impuretés. L’osmose inverse est en théorie la meilleure méthode pour la purification à grande échelle de l’eau, mais il est difficile de créer de bonnes membranes semi-perméables.
- 6. Chromatographie par échange d’ions : dans ce cas, l’eau est passée à travers une colonne de résine chargée qui a des chaînes de côté qui piègent le calcium, le magnésium et autres ions de métaux lourds. Dans de nombreux laboratoires, cette méthode de purification a remplacé la distillation car elle procure un grand volume d’eau très pure plus rapidement et en consommant moins d’énergie. L’eau obtenue de cette façon est appelée eau déionisée ou eau déminéralisée.

L’eau dans l’alimentation

- Eau potable
- Eau de table
- Eau de source
- Eau minérale
- Eau gazeuse

Référence dans le système métrique pour la détermination de la masse

À l’origine, un décimètre cube d’eau définissait une masse de un kilogramme. L’eau avait été choisie car elle est simple à trouver et à distiller. Dans notre système actuel de mesure -le système international d’unités (SI)- cette définition de la masse n’est plus valable.

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La loi REACH : est une loi promulguée par la Communauté Européenne qui implique l’enregistrement de toute substance actuelle auprès de l’agence européenne du produit chimique créée à cet effet.
Selon REACH, tout Producteur / Importateur de produits chimiques, doit assumer l’entière
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