Quelle est l'estimation des masses d’eau des principaux réservoirs terrestres...
...des flux échangés entre eux et de leurs temps moyens de résidence?
Tableau des stocks entre lesquels s’organisent les flux annuels du «cycle de l’eau»
Nature des réservoirs | Stock (km3) | % du total | Epaisseur moyenne (m) | Flux (km3/an) | Lame d'eau équivalente (mm) |
Temps de résidence |
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Océans (360,7.106 km2) | 1 340 000 000 | 96,85 | 3 715 | - 40 000 | - 111 | 3 230 anstd> |
Evaporation | - 413 000 | - 1145 | ||||
Précipitation | 373 000 | 1 034 | ||||
Atmosphère (510,1.106 km2) | 12 700 | 0,00092 | 0,025 | 486 000 | 953 | 9,5 jours |
Continents (149,4.106 km2) | 43 600 000 | 3,15 | 292 | 40 000 | 267 | (1 100 ans) |
Evaporation | 73 000 | - 489 | ||||
Précipitation | 113 000 | 756 | ||||
Cryosphère | 28 200 000 | 2,04 | 189 | 3 880 | 26 | (5 800 ans) |
Antarctique | 25 000 000 | 1,81 | 167 | 2 600 | 17 | 10 000 ans |
Groenland | 3 000 000 | 0,22 | 20 | 600 | 4 | 5 000 ans |
Glacier de montagne | 150 000 | 0,011 | 1 | 680 | 5 | 200 ans |
Permafrost | 22 000 | 0,02 | ||||
Eaux souterraines | 15 000 000 | 1,08 | 100 | 10 000 | 67 | 1 500 ans |
Lacs | 176 000 | 0,0127 | 1 | 51 024 | 39 | 30 ans |
Eau douce | 91 000 | 0,0066 | ||||
Eau saumâtre | 85 000 | 0,0061 | ||||
Humidité des sols | 122 000 | 0,0088 | 1 | 70 000 | 469 | 1,7 ans |
Mers intérieures | 105 000 | 0,0076 | 1 | ns | ns | |
Fleuves et rivières | 1 700 | 0,00012 | >1 | 36 800 | 246 | 17 jours |
Ruissellement | 26 450 | 177 | ||||
Ecoulement de base | 10 350 | 69 | ||||
Eau biologique | 1 100 | 0,00008 | En heures | |||
TOTAL | 1 384 000 000 | 100 |
Les stocks, exprimés en km3 sont les volumes d'eau contenus par chaque réservoir de la planète.
Ils correspondent, pour chacun des compartiments du cycle de l’Eau, aux volumes d’eau immobilisés à un instant donné. Certains, comme le volume des océans, de l’atmosphère ou des lacs et mers intérieures, ou de la vapeur d’eau atmosphérique, sont relativement bien connus. Les autres, comme les volumes des eaux souterraines, l’humidité des sols, ou encore ceux des glaciers continentaux le sont bien moins.
L'épaisseur moyenne d'un stock, exprimée généralement en m, résulte de la division du volume d’un stock par la superficie de sa distribution potentielle (surface de l’océan, surface couverte par l’atmosphère, surface des continents).
Cette épaisseur moyenne, explicite lorsqu’il s’agit de l’océan (surface d'environ 360 106 km2, il s’agit alors de la profondeur moyenne de l’océan), peut être beaucoup plus subjective lorsqu’il s’agit par exemple des stocks d’eau continentaux, où elle est obtenue en divisant la valeur du stock par la surface des continents (environ 149 106 km2).
L'épaisseur moyenne de l'océan est de 3 715 m à rapporter à la surface indiquée
Les flux annuels exprimés en km3 correspondent à la variation annuelle de chacun des stocks, c'est à dire aux transferts d’eau annuels entre les différents réservoirs de la planète.
La lame d’eau équivalente exprimée généralement en mm par an se déduit du flux, obtenue en divisant la valeur du flux par la surface du réservoir qui lui correspond. Par exemple, la lame d’eau correspondant au flux annuel d’évaporation de l’océan s’obtiendra en divisant le flux (413 000 km3) par la surface de l’océan, soit environ 1 150 mm. Cette unité est équivalente à celle de la pluviométrie utilisée en météorologie.
Le temps de résidence en années, jours ou heures est obtenu par la division d’un stock par le flux qui assure son renouvellement. Chaque molécule d’eau de l’hydrosphère ne participe pas en permanence aux différents flux entre réservoirs, puisqu’elle reste un certain temps dans chacun d’entre eux. La durée moyenne durant laquelle chaque molécule demeure dans un réservoir donné est appelée temps de résidence moyen.
Le schéma ci-dessous montre le parcours entre les grands réservoirs d'eau liquide, solide ou de vapeur d'eau : océans, atmosphère, eau de surface, eaux souterraines et glaciers.
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Les chiffres sont à prendre davantage comme des ordres de grandeur moyens. Ils varient d’une publication à l’autre selon l’origine plus ou moins récente et exhaustive des données utilisées. Ce sont donc des «estimations» collationnées de manière à «boucler» le bilan hydrologique. L’objectif d’un tel tableau est de fournir une estimation globale des grandes masses d’eau et de leurs interrelations à diverses échelles de temps.
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Les volumes d’eau des réservoirs sont en perpétuelle interaction, par évaporation, sublimation, condensation, fonte, ruissellement, infiltration, etc. La vapeur d’eau est plus légère que l’air sec, et a donc tendance à s’élever dans l’atmosphère, puis à se condenser et précipiter sous forme de pluie ou de neige.
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Sur la planète, les réservoirs d’eau douce représentent à peine 3% des volumes totaux de l’hydrosphère. Ils ne sont de plus pas tous utilisables (glaciers, Antarctique, etc.). le volume des eaux douces directement utilisables ne représentent donc que quelques millions de m3, dont la plus grande partie est constituée d’eaux souterraines exploitables.
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Il s’évapore chaque année en moyenne plus d’eau douce sur les océans qu’il ne s’en précipite. Cet excédent, transféré sur les continents, y précipite.
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- Écrit par : Bernard Pouyaud
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Correspondances des unités énergétiques
Quelles sont les définitions et correspondances des unités énergétiques couramment utilisées?
L'unité officielle d'énergie, de travail et de quantité de chaleur, est le joule (J) ou le wattheure (Wh).
Dans le domaine de l'énergie, les quantités manipulées sont souvent gigantesques, on utilise donc les déclinaisons des unités officielles :
Dénomination |
Unité de base multipliée par |
Symbole |
Kilo | x 1000 ou 103 | k |
Méga | x 1 000 000 ou 106 | M |
Giga | x 1 000 000 000 ou 109 | G |
Téra | x 1 000 000 000 000 ou 1012 | T |
Peta | x 1 000 000 000 000 000 ou 1015 | P |
Du fait de l'importance économique et politique du pétrole, une nouvelle unité s'est imposée pour comparer les différentes sources d'énergie : la tonne équivalent pétrole ou encore tep.
Pour pouvoir comparer les énergies disponibles, on calcule des coefficients d'équivalence par rapport à cette unité de base : la tep.
Mais, les différents modes de production d'énergies ne se ressemblent pas, ce qui entraîne une difficulté pour établir des comparaisons indiscutables.
Il faut en effet distinguer l'énergie primaire de l'énergie finale.
L'énergie primaire est celle que l'on trouve directement dans la nature (hydrocarbures, soleil, vent...) et qui sert à la production de l'énergie finale, c'est à dire, celle utilisée par le consommateur.
Depuis 2002, la France s'est ralliée à l'usage international (AIE), consistant à comptabiliser, en Mtep, les énergies finales, ce qui permet de les comparer quel que soit leur mode de production.
L'énergie dérivée des hydrocarbures raffinés ou purifiés (pétrole, gaz, mazout, essence, charbon..) peut être directement brûlée par le consommateur (chauffage, moteur thermique...) et est dans ce cas une énergie finale.
Pour traduire en tep ces énergies finales, on exprime en Giga Joules l'énergie produite par la combustion du produit considéré, puis on divise par 42.
L'énergie électrique résulte soit d'une transformation thermodynamique (pétrole, nucléaire, ETM), soit d'une conversion mécanique (vent, eau), ou photovoltaïque (solaire)... Elle s'exprime soit en kWh, soit en GWh.
On prend en compte l'énergie électrique arrivée chez les consommateurs et on passe successivement des GWh (1 GWh = 3 600 GJ), aux GJ, puis au Mtep selon la deuxième ligne du tableau ci-dessous./
Le tableau ci-après donne les correspondances :
1 téra Joule (TJ) | 0,278 GWh |
23,81 tep (23,81.10-6 Mtep) |
|
1 gigawattheure (GWh) | 3,6 TJ |
86 tep (86.10-6 Mtep) |
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1 méga tep (1Mtep) | 42.103 TJ | 11 667 GWh |
La différence entre énergie primaire et énergie finale correspond à des pertes et/ou une pollution thermique qui dépendent du rendement de production, ainsi que du transport. Le rapport de ces deux termes se situe en général entre 1 et 3.
A titre indicatif, la consommation d'énergie primaire était de 10 Gtep en 2001, dont 40% environ sous forme de "vrai pétrole".
Pour en savoir plus :
De l'énergie primaire à l'énergie finale (Global chance)
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- Écrit par : Madeleine Zaharia
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Quelles sont les principaux ordres de grandeur liés à l'océan et au Gulf Stream?
Objets |
Ordre de grandeur |
Commentaires |
La superficie de l’Océan Terrestre. |
360 millions de km2 |
C’est 70% de la surface du globe terrestre et 650 fois celle de la France continentale |
La profondeur moyenne de l’Océan. |
3 800 m |
Si le globe terrestre est représenté par une sphère de 1 mètre de diamètre l’Océan n’est qu’une fine pellicule d’eau de 3 dixièmes de millimètre d’épaisseur répartie sur sa surface. |
La masse de l’Océan |
1,4.1018 tonnes, soit 1,4 Exa tonnes. |
C’est 97% de l’eau de notre biosphère. C’est près de 300 fois plus que la masse de l’air de l’atmosphère. |
L’énergie thermique exportée par l’océan depuis la zone tropicale vers les pôles. |
Ce sont 3.1015 Joule (soit 3 Peta J) qui transitent chaque seconde des tropiques vers les pôles. La puissance de ce flot d’énergie est de 3 PetaW ou 3PW. |
La quantité d’énergie solaire absorbée par seconde par l’océan est de l’ordre de 4.1016 J. C’est donc près du dixième de cette puissance thermique qui va réchauffer les pôles et qui contribue , avec l’air de l’atmosphère, à réguler la température de notre biosphère. |
La capacité de l’Océan à stocker de la chaleur. |
La chaleur spécifique de l’eau est de 4 kJoule par kilogramme et par degré. Elle est 4 fois supérieure à celle de l’air. |
C’est 1200 fois la capacité de l’atmosphère. |
La capacité de l’Océan à stocker le Carbone du dioxyde de carbone -CO2- produisant l’effet de serre. |
On estime à 40.000 milliard de tonnes le Carbone stocké dans l’Océan |
C’est près de 100 fois plus que celle de l’atmosphère qui est de 500 milliard de tonnes; rappelons que la combustion des combustibles fossiles en libère 7 milliard de tonnes d’équivalent Carbone par an. |
Le débit "du Gulf Stream" |
Il est de l’ordre de 90 Sv* devant le Cap Hatteras (*Le Sv ou Sverdrup est l’unité de débit utilisé par les océanographes. Un Sv est égal à 1 million de m3 d’eau par seconde). |
La masse d’eau océanique qui s’évapore dans l’atmosphère est de 10 Sv. Le débit des précipitations est de 9 Sv. On estime le débit de tous les fleuves et rivières voisin de 1 Sv.Si on versait de manière continue de l’eau dans l’océan avec un débit de 1 Sv son niveau monterait de 10 cm par an. |
L’énergie thermique du Gulf Stream. |
On estime que le transfert thermique des tropiques vers la région arctique du au Gulf stream est de 1.1015 W ou 1 PetaW.. |
La consommation mondiale d’énergie est de l’ordre de 10 000 GigaJoule par seconde. C'est l'énergie équivalente à celle qui serait produite pendant une seconde de fonctionnement continu d'un ensemble de 10 000 centrales électriques de 1GW (soit 10 Tera W). Ceci représente près de 1% de la puissance thermique du Gulf Stream. C’est aussi 3 fois la puissance totale dissipée dans l'océan mondial par les marées qui serait de l'ordre de 3,5 TW /td> |
Unités utilisées |
Million ou Mega ou M =106 ; Milliard ou Giga ou G=109; Tera ou T = 1012; Peta ou P= 1015 ; Exa ou E= 1018 |
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- Écrit par : Bruno Voituriez
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