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Petite histoire du cycle de l’eau

29 octobre 2020 Paru dans le N°435 à la page 139 ( mots)
Rédigé par : Christophe BOUCHET de EDITIONS JOHANET

Chacun sait aujourd’hui que la vapeur provenant des eaux superficielles, principalement des mers et des océans, s’élève avant de se condenser en nuages qui engendrent des précipitations dont les eaux ruissellent en surface du sol ou y pénètrent en réapparaissant un peu plus tard sous forme de sources. Ce ruissellement forme les rivières et les fleuves qui retournent aux mers et océans. C’est le cycle de l’eau. Si les hommes ont perçu très tôt le caractère vital de cet élément, il aura fallu beaucoup de temps pour qu’ils en comprennent les processus fondamentaux.

L’eau est le milieu dans lequel la vie est apparue sur Terre. Pendant plus d’un milliard d’années, des organismes unicellulaires - bactéries, algues, protozoaires - se sont développés dans les océans avant que n’apparaissent des organismes pluricellulaires, les premiers végétaux, les premiers animaux d’abord invertébrés, vertébrés ensuite. L’eau est à donc à l’origine de toute source de vie. Ensuite, il y a probablement 750 millions d’années, se développèrent les organismes terrestres : amphibiens, reptiles, oiseaux, mammifères. C’est ainsi - selon les théories actuelles - que la vie prit forme dans, puis hors de l’eau, sur notre planète.
Depuis qu’elle est apparue sur terre, il y a plus de 4 milliards d’années, la quantité d’eau présente sur la planète n’a pas changé. C’est toujours le même volume d’eau qui ne cesse de se transformer. L’eau effectue donc un cycle hydrologique qui la fait passer successivement par ses trois états : liquide, solide et gazeux.

L’eau a donc toujours été intimement liée à la vie des hommes. Ceux-ci en eurent immédiatement conscience tant la recherche de ce précieux liquide était consubstantiel à la vie. Depuis la nuit des temps, toutes les civilisations sont nées et ont prospéré à proximité d’un océan, d’une mer, d’un lac, d’un étang, d’un fleuve ou d’une rivière. La nature des règles concernant la répartition et l’usage de l’eau est d’ailleurs le meilleur indice de la qualité d’une civilisation. Mais si le caractère vital de l’eau apparu si tôt, il n’en fût pas de même de la compréhension du cycle de l’eau qui resta longtemps mystérieux pour les hommes.

Le cycle de l’eau : un mystère pour les hommes

L’eau est l’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. C’était l’hypothèse de certains philosophes de la Grèce antique, et notamment d’Empédocle d’Agrigente au IVème siècle avant Jésus-Christ, selon laquelle tous les matériaux du monde seraient composés de ces quatre éléments. C’est aussi l’un des cinq éléments chinois avec la terre, le feu, le bois et le métal, et l’un des cinq éléments japonais avec la foudre, le vent, le feu et la terre. Pendant des millénaires, les hommes assimileront l’eau a un élément non modifiable de la biosphère au même titre que l’air et le feu.
Jusqu’au XVIème siècle, la terre n’est considérée que comme un disque plat sur lequel l’océan n’occupe qu’une surface très réduite.

C’est en Asie qu’apparaît pour la première fois une compréhension partielle des processus fondamentaux composant le cycle de l’eau : Kautilya, ministre de la dynastie indienne des Maurya (382-184 avant J.-C.), traite des problèmes techniques, éthiques et judiciaires de l’irrigation et de la gestion de l’eau comme ressource agricole dans un passage de son ouvrage « L’Arthasâstra ». Mais la difficulté majeure, pour comprendre le cycle de l’eau, reste d’expliquer pourquoi le niveau des océans ne s’élève pas davantage malgré l’apport incessant des fleuves et rivières. « Tous les fleuves vont à la mer, et pourtant la mer n’est pas remplie » constatait l’Ecclesiaste. Pour comprendre ce phénomène, il aurait fallu pourvoir appréhender l’importance de la capacité évaporatoire du soleil sur les océans ce qui est impossible à l’époque : la terre n’est alors considérée que comme un disque plat sur lequel l’océan n’occupe qu’une surface très réduite ! Le système géocentrique de Ptolémée (90-165 après J.C.) place alors la terre immobile sous forme d’un disque plat bordé d’eau au centre de l’univers.

Léonard de Vinci a tenté de restituer graphiquement les forces invisibles qui gouvernent l’eau, l’orientation des courants et leurs modifications en les comparant à des mèches de cheveux emmêlés.

Et bien d’autres questions restent sans réponse. Comment sont alimentés les fleuves et rivières ? Pourquoi coulent ils encore à la saison sèche ? En Égypte, la crue du Nil se place en pleine saison sèche, de juillet à septembre et les fellahs ne connaissaient pas les sources du fleuve qui seront découvertes seulement au XIXème siècle par les européens. Aristote (384-322 avant J.-C.), va jusqu’à considérer que l’écoulement des rivières provient de la condensation de la vapeur d’eau souterraine, elle-même produite par l’écoulement et le dessalement de l’eau de mer dans le sol.

Cette conception du Monde, subsiste jusqu’au XVème siècle. Il faut attendre Léonard de Vinci (1452 - 1519) puis Copernic et Galilée pour que s’établissent les liens qui s’imposent entre eau salée et eau douce, pluie et nuage, évaporation et condensation et ouvrent la voie à une nouvelle discipline : l’hydrologie.

Une nouvelle discipline : l’hydrologie

Comme le constatait Léonard de Vinci, l’eau n’a jamais de repos jusqu’à ce qu’elle s’unisse à son élément maritime. Dans la vision du monde qu’avait Vinci, l’eau jouait pour la terre le même rôle que le sang dans le corps humain : elle coule en cycle ininterrompu sur et sous la terre. Des artères souterraines, elle jaillit des sources et remplit les cours des rivières et des fleuves, s’accumule dans les lacs et se jette dans la mer. Les cours d’eau sont comparés aux veines du corps et leurs bouillonnements aux mouvements du sang. D’ailleurs l’idée de Vinci de contrôler l’eau et de l’utiliser s’exprime dans nombre de ses projets (construction de canaux et assèchement de marais) qui l’ont occupé durant ses dernières années. Un autre intérêt de Léonard de Vinci était de tenir les eaux propres dans les rivières. Il voulait trouver des techniques pour que les courants d’eau s’entrecroisent au milieu des rivières. Il a d’ailleurs tenté de restituer graphiquement les forces invisibles qui gouvernent les éléments, l’orientation des courants et leurs modifications en les comparant à des mèches de cheveux emmêlés.
Notre planète se distingue dans le système solaire par l’existence de l’eau sous ses trois phases : liquide mais aussi vapeur et glace. Cette particularité a certainement contribué à l’émergence de la vie sous ses formes évoluées.

En 1674, Pierre Perrault publie un traité intitulé « De l’origine des fontaines » chez Pierre Le Petit à Paris. A partir de l’évaluation des débits superficiels dans le bassin de la Seine et du volume des précipitations, il arrive à l’hypothèse que les débits des rivières ont leur origine dans l’importance de précipitations. L’abbé Edmé Mariotte (1620-1684) démontre ensuite que la pluie ne se contente pas de ruisseler en surface, mais qu’elle s’infiltre dans les sols poreux pour constituer les nappes souterraines. En 1687, le britannique Edmond Halley s’intéresse à la mesure de l’évaporation et explique ainsi le déficit d’écoulement mis en évidence par ses prédécesseurs. Il établit la première synthèse hydrologique régionale en rapprochant la moyenne des précipitations annuelles et le débit de la Tamise. Il estime l’évaporation de la Méditerranée qu’il compare aux apports des fleuves s’y jetant.

Pour connaître l’évapotranspiration des végétaux, le mathématicien français de La Hire construisit trois appareils de mesure, les premiers lysimètres, dès 1688. En 1743, Buffon et Clairaut comprennent et démontrent que c’est la même eau qui circule partout, recyclée sans cesse, grâce au cycle de l’eau.
Les eaux souterraines furent particulièrement étudiées au XIXème siècle ouvrant la voie aux fondements de l’hydrogéologie moderne, posés par Henry Darcy en 1856. Dans un petit ouvrage du chimiste et météorologiste Gaston Tissandier (L’eau, Hachette, 1869), on décrit « le voyage d’une goutte d’eau qui s’exhale de l’Océan et après avoir tout animé sur son passage, revient à l’Océan et recommence à décrire sans cesse un cercle bienfaisant ». Un cercle composé d’un enchaînement de phénomènes ou de métamorphoses se renouvelant dans un ordre immuable qui présente toutes les caractéristiques d’un cycle…