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Géologie · 11e SE

Leçon 17 sur 19

Le cycle de l'eau

Je sais décrire les réservoirs et les flux du cycle de l'eau, expliquer son moteur, établir un bilan hydrologique simple et comprendre pourquoi la Guinée est le « château d'eau de l'Afrique de l'Ouest ».

  • 1 h
  • 5 exercices corrigés
  • 2 schémas
  • QCM de 5 questions

À la fin de la leçon, tu sauras :

  • Nommer les réservoirs d'eau de la Terre et leur importance relative
  • Décrire les flux du cycle de l'eau (évaporation, transpiration, condensation, précipitations, ruissellement, infiltration) et leur moteur
  • Établir et utiliser le bilan hydrologique d'un bassin versant (P = E + R + I)
  • Appliquer le cycle de l'eau au cas de la Guinée et à la gestion de l'eau

Avant de commencer : Les leçons sur la porosité et la perméabilité des roches et sur la pédologie ; en physique, les changements d'état de l'eau.

1Je découvre

En juillet, à Conakry, il pleut presque tous les jours, parfois pendant des heures. Les caniveaux débordent et la mer est grise de pluie. En février, au contraire, l'harmattan souffle sur Kankan : l'air est sec, poussiéreux, et les mares se dessèchent.

Sékou, élève de 11e SE, regarde le fleuve Niger à Kouroussa en saison sèche. Il y a encore de l'eau, alors qu'il n'a pas plu depuis des mois. Son professeur lui a dit que ce fleuve prend sa source en Guinée, traverse plusieurs pays et finit dans l'océan Atlantique, au Nigeria, à des milliers de kilomètres.

Sékou se pose plusieurs questions : d'où vient toute cette pluie ? Où va-t-elle ? Pourquoi les fleuves coulent-ils encore quand il ne pleut plus ? Et pourquoi dit-on que la Guinée est le « château d'eau » de l'Afrique de l'Ouest ?

Comment l'eau circule-t-elle sur la Terre, et comment ce cycle fonctionne-t-il en Guinée ?

2Je comprends

1. L'eau sur la Terre : les réservoirs

L'eau recouvre environ 71 % de la surface de la Terre, qu'on appelle pour cela la « planète bleue ». Elle se trouve dans plusieurs réservoirs et sous trois états : liquide, solide (glace) et gazeux (vapeur d'eau).

  • Les océans et les mers contiennent l'immense majorité de l'eau : environ 97,5 % de l'eau de la Terre est salée.
  • L'eau douce ne représente qu'environ 2,5 % du total. Et elle est surtout difficile d'accès :
  • environ 69 % de l'eau douce est gelée dans les glaciers et les calottes polaires ;
  • environ 30 % est souterraine (nappes) ;
  • à peine 1 % se trouve dans les lacs, les rivières, les sols, l'atmosphère et les êtres vivants.

L'eau douce facilement utilisable par l'homme (rivières, lacs, nappes peu profondes) est donc très limitée : c'est une ressource précieuse.

Glaces et nei…69 %Eaux souterra…30 %Lacs, rivière…1 %
Répartition approximative de l'eau douce de la Terre (2,5 % de l'eau totale).

2. Les flux du cycle de l'eau

L'eau ne reste pas immobile dans ses réservoirs : elle passe sans cesse de l'un à l'autre en changeant d'état. Ce mouvement permanent s'appelle le cycle de l'eau (ou cycle hydrologique).

  • L'évaporation : sous l'effet de la chaleur du Soleil, l'eau des océans, des lacs, des rivières et des sols passe à l'état de vapeur et monte dans l'atmosphère.
  • La transpiration des végétaux : les plantes puisent l'eau du sol par leurs racines et en rejettent une grande partie sous forme de vapeur par leurs feuilles. Évaporation et transpiration réunies forment l'évapotranspiration. La forêt de Guinée forestière en rejette d'énormes quantités.
  • La condensation : en s'élevant, l'air humide se refroidit ; la vapeur se condense en fines gouttelettes qui forment les nuages.
  • Les précipitations : quand les gouttelettes grossissent, elles tombent sous forme de pluie (ou de neige, de grêle ailleurs).
  • Le ruissellement : une partie de l'eau de pluie coule à la surface du sol vers les marigots, les rivières et les fleuves, qui la ramènent à la mer.
  • L'infiltration : une autre partie pénètre dans le sol et les roches perméables, où elle alimente les nappes souterraines.
  • L'écoulement souterrain : l'eau des nappes circule lentement et ressort par les sources ou alimente les rivières, même en saison sèche.
ÉvaporationCondensationPrécipitati…Ruisselleme…InfiltrationRetour àl'océan
Le cycle de l'eau, entretenu par l'énergie du Soleil et par la gravité.

Le moteur du cycle. Deux forces font tourner le cycle :

  • l'énergie solaire, qui évapore l'eau et fait circuler l'air (vents) ;
  • la gravité (pesanteur), qui fait tomber la pluie, ruisseler l'eau et descendre l'eau d'infiltration.

Les temps de séjour. Une molécule d'eau reste en moyenne une dizaine de jours dans l'atmosphère, quelques semaines dans une rivière, mais des milliers d'années dans l'océan ou dans une nappe profonde. C'est pourquoi une nappe surexploitée ou polluée met très longtemps à se reconstituer.

3. Le bilan hydrologique d'un bassin versant

Un bassin versant est l'ensemble du territoire dont les eaux s'écoulent vers un même cours d'eau. Il est limité par une ligne de partage des eaux (les crêtes).

Sur une année, pour un bassin versant, l'eau des précipitations (P) se répartit entre :

  • l'évapotranspiration (E), qui repart dans l'atmosphère ;
  • le ruissellement (R), qui part par les cours d'eau ;
  • l'infiltration (I), qui recharge les nappes.

Si les réserves ne changent pas d'une année à l'autre, on écrit le bilan hydrologique :

P = E + R + I

Les hauteurs d'eau s'expriment en millimètres : 1 mm de pluie correspond à 1 litre d'eau par mètre carré.

Exemple

Dans un bassin versant du Fouta-Djallon, il tombe 1 800 mm de pluie par an. L'évapotranspiration représente 1 000 mm et le ruissellement 500 mm. Calcule l'infiltration et exprime chaque terme en pourcentage des précipitations.

I = P − E − R = 1 800 − 1 000 − 500 = 300 mm.

E : 1 000 ÷ 1 800 × 100 ≈ 55,6 %.

R : 500 ÷ 1 800 × 100 ≈ 27,8 %.

I : 300 ÷ 1 800 × 100 ≈ 16,7 %.

Vérification : 55,6 + 27,8 + 16,7 ≈ 100 %.

Exemple

Une école de Kankan veut récupérer l'eau de pluie de son toit de 120 m². Il tombe 1 500 mm par an. On admet que 80 % de l'eau tombée sur le toit peut être recueillie. Quel volume peut-on stocker par an ?

Hauteur : 1 500 mm = 1,5 m.

Volume tombé : 120 × 1,5 = 180 m³.

Volume recueilli : 180 × 0,80 = 144 m³, soit 144 000 litres.

Méthode

Pour résoudre un problème de bilan hydrologique :

  1. J'écris le bilan : P = E + R + I (à réserves constantes).
  2. Je vérifie que tous les termes sont dans la même unité (mm ou m³).
  3. J'isole le terme inconnu : par exemple I = P − E − R.
  4. Pour passer d'une hauteur à un volume : volume (m³) = surface (m²) × hauteur (m) ; 1 mm = 0,001 m, et 1 km² = 1 000 000 m².
  5. J'exprime si besoin chaque terme en % de P et je vérifie que la somme fait 100 %.

4. Le cycle de l'eau en Guinée

Un climat à deux saisons. La Guinée a un climat tropical. De mai-juin à octobre environ, les vents humides de la mousson, venus de l'océan Atlantique au sud-ouest, apportent la saison des pluies. De novembre à avril environ, l'harmattan, vent chaud et sec venu du Sahara au nord-est, installe la saison sèche. Les pluies sont très abondantes sur la côte (plus de 3 000 mm par an à Conakry) et diminuent vers l'intérieur et le nord-est (de l'ordre de 1 500 mm en Haute-Guinée). Les reliefs du Fouta-Djallon et de la Dorsale guinéenne, en forçant l'air humide à s'élever, favorisent la condensation et les pluies.

Le château d'eau de l'Afrique de l'Ouest. Grâce à ces pluies abondantes et à ses reliefs, la Guinée voit naître de nombreux cours d'eau :

  • le Niger, qui prend sa source près de la frontière de la Sierra Leone et coule vers le nord-est à travers le Mali, le Niger et le Nigeria ;
  • le Sénégal, par le Bafing, né dans le Fouta-Djallon ;
  • la Gambie, née dans le Fouta-Djallon ;
  • de nombreux fleuves côtiers comme le Konkouré et la Fatala, qui se jettent directement dans l'Atlantique.

L'eau de pluie tombée en Guinée alimente donc les pays voisins jusqu'au Sahel : la protection des sources et des forêts guinéennes intéresse toute la sous-région.

Pourquoi les fleuves coulent en saison sèche. Pendant la saison des pluies, une partie de l'eau s'infiltre et recharge les nappes. Pendant la saison sèche, ces nappes se vident lentement dans les rivières par les sources : c'est ce qui maintient le débit du Niger à Kouroussa en février, comme l'a observé Sékou.

5. L'homme et le cycle de l'eau

Les activités humaines modifient le cycle :

  • le déboisement diminue la transpiration et l'infiltration, augmente le ruissellement, l'érosion et les crues brutales, et fait tarir des sources ;
  • le goudronnage et le béton des villes rendent le sol imperméable : l'eau ruisselle et inonde les quartiers bas ;
  • les barrages (comme ceux construits pour l'hydroélectricité) stockent l'eau et régularisent le débit, mais augmentent l'évaporation et modifient la vie des fleuves ;
  • la pollution (déchets, mines, pesticides) contamine les eaux de surface et les nappes.

Protéger les forêts de tête de source, lutter contre les feux de brousse, récupérer l'eau de pluie et assainir les villes sont des moyens de préserver cette ressource.

3Je retiens

Je retiens

Environ 97,5 % de l'eau de la Terre est salée ; l'eau douce (2,5 %) est surtout sous forme de glace (environ 69 %) et d'eau souterraine (environ 30 %).

Flux : évaporation et transpiration (évapotranspiration), condensation, précipitations, ruissellement, infiltration, écoulement souterrain.

Moteurs : l'énergie solaire (évaporation, vents) et la gravité (chute, écoulement).

Bilan hydrologique d'un bassin versant : P = E + R + I ; 1 mm de pluie = 1 L/m².

Volume (m³) = surface (m²) × hauteur (m).

Guinée : saison des pluies (mousson du sud-ouest) et saison sèche (harmattan) ; « château d'eau de l'Afrique de l'Ouest » (Niger, Sénégal par le Bafing, Gambie, fleuves côtiers).

En saison sèche, les nappes alimentent les sources et les rivières.

4Erreurs fréquentes

  • Croire que l'eau douce est abondante parce que la Terre est bleue : l'eau douce ne représente que 2,5 % de l'eau, et la plus grande partie est gelée.
  • Oublier la transpiration des plantes dans l'évaporation : la végétation renvoie beaucoup d'eau dans l'atmosphère.
  • Mélanger les unités dans un bilan : P, E, R et I doivent être dans la même unité ; 1 mm = 0,001 m.
  • Confondre ruissellement et infiltration : le ruissellement coule en surface, l'infiltration pénètre dans le sol.

5Je m’exerce

1Exercice 1

(Questions de cours)

a) Définis : évapotranspiration, condensation, ruissellement, infiltration.

b) Quels sont les deux moteurs du cycle de l'eau ?

c) Qu'est-ce qu'un bassin versant ?

Voir le corrigéCacher le corrigé

a) L'évapotranspiration est l'ensemble de l'eau qui retourne dans l'atmosphère sous forme de vapeur par évaporation (sols, eaux) et par transpiration des végétaux. La condensation est le passage de la vapeur d'eau à l'état liquide (gouttelettes des nuages) lorsque l'air se refroidit. Le ruissellement est l'écoulement de l'eau de pluie à la surface du sol vers les cours d'eau. L'infiltration est la pénétration de l'eau dans le sol et les roches perméables.

b) L'énergie solaire et la gravité.

c) C'est l'ensemble du territoire dont toutes les eaux s'écoulent vers un même cours d'eau, limité par une ligne de partage des eaux.

2Exercice 2

Dans un bassin versant de Guinée forestière, P = 2 400 mm, E = 1 300 mm et I = 400 mm.

a) Calcule le ruissellement R.

b) Exprime E, R et I en pourcentage de P (arrondis au dixième).

Voir le corrigéCacher le corrigé

a) R = P − E − I = 2 400 − 1 300 − 400 = 700 mm.

b) E : 1 300 ÷ 2 400 × 100 ≈ 54,2 % ; R : 700 ÷ 2 400 × 100 ≈ 29,2 % ; I : 400 ÷ 2 400 × 100 ≈ 16,7 %. Vérification : 54,2 + 29,2 + 16,7 = 100,1 %, soit 100 % aux arrondis près.

3Exercice 3

Un bassin versant a une surface de 50 km² et reçoit 1 600 mm de pluie par an.

a) Calcule le volume d'eau tombé en m³.

b) Si 20 % de cette eau s'infiltre, quel volume recharge les nappes ?

Voir le corrigéCacher le corrigé

a) Surface : 50 km² = 50 000 000 m² ; hauteur : 1 600 mm = 1,6 m. Volume : 50 000 000 × 1,6 = 80 000 000 m³ (80 millions de m³).

b) 80 000 000 × 0,20 = 16 000 000 m³.

4Exercice 4

Explique pourquoi le déboisement d'un versant du Fouta-Djallon peut provoquer à la fois des crues plus fortes en saison des pluies et des sources taries en saison sèche.

Voir le corrigéCacher le corrigé

La forêt intercepte la pluie, ses racines et sa litière freinent l'eau et favorisent l'infiltration. Après le déboisement, la pluie frappe directement le sol, qui se tasse : l'eau ruisselle davantage et plus vite, d'où des crues brutales et de l'érosion. Comme l'eau s'infiltre moins, les nappes sont moins rechargées pendant la saison des pluies ; en saison sèche, elles ne peuvent plus alimenter les sources, qui tarissent.

5Exercice 5

(Type composition) Explique en une quinzaine de lignes pourquoi la Guinée est appelée « château d'eau de l'Afrique de l'Ouest », en décrivant le fonctionnement du cycle de l'eau dans le pays, et montre pourquoi la protection de ses ressources en eau concerne aussi les pays voisins.

Voir le corrigéCacher le corrigé

Exemple de réponse : La Guinée reçoit des pluies très abondantes, apportées de mai à octobre par la mousson venue de l'Atlantique. En rencontrant les reliefs du Fouta-Djallon et de la Dorsale guinéenne, l'air humide s'élève, se refroidit, et sa vapeur se condense en nuages qui donnent de fortes précipitations. Une partie de cette eau retourne dans l'atmosphère par évapotranspiration, en particulier par les forêts. Une autre ruisselle et forme de nombreux cours d'eau ; une autre encore s'infiltre dans les roches et recharge les nappes, qui alimentent les sources en saison sèche. C'est ainsi que naissent en Guinée de grands fleuves ouest-africains : le Niger, le Sénégal par le Bafing, la Gambie, ainsi que des fleuves côtiers comme le Konkouré. D'où le surnom de « château d'eau de l'Afrique de l'Ouest ». Ces fleuves traversent ensuite le Mali, le Sénégal, la Gambie, le Niger, le Nigeria et d'autres pays, jusqu'au Sahel, où l'eau est rare : l'agriculture, l'élevage, la pêche et l'électricité de millions de personnes en dépendent. Si les forêts de tête de source sont détruites ou si les eaux sont polluées en Guinée, toute la sous-région en souffre. La protection des sources et des bassins versants guinéens est donc une responsabilité partagée.

Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.

6Je vérifie

Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.

1Quelle part de l'eau de la Terre est de l'eau douce ?
Voir la réponse

Réponse C : environ 2,5 %. 97,5 % de l'eau terrestre est salée ; l'eau douce n'en représente qu'environ 2,5 %.

2Le moteur principal de l'évaporation est :
Voir la réponse

Réponse A : l'énergie solaire. La chaleur du Soleil fait passer l'eau à l'état de vapeur.

3Dans un bassin versant, P = 2 000 mm, E = 1 200 mm, R = 500 mm. L'infiltration vaut :
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Réponse A : 300 mm. I = P − E − R = 2 000 − 1 200 − 500 = 300 mm.

41 mm de pluie correspond à :
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Réponse B : 1 L par mètre carré. 1 m² × 0,001 m = 0,001 m³ = 1 L.

5Quel grand fleuve prend sa source en Guinée ?
Voir la réponse

Réponse C : le Niger. Le Niger naît en Guinée, près de la frontière avec la Sierra Leone, avant de traverser le Mali, le Niger et le Nigeria.

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