La magie de l’eau …

Ce billet n’a pas la prétention d’être un cours de physique. Il rassemble en une prose compréhensible pour tous divers éléments recueillis dans la littérature scientifique qui permettent de comprendre pourquoi la Terre n’est pas une planète morte. D’abord la seule source d’énergie sous forme de chaleur dont dispose la Terre provient du Soleil et pourtant les divers gaz constituant la mince couche de l’atmosphère entourant la Terre sont essentiellement transparents aux rayons infra-rouge mis à part la vapeur d’eau. L’oxygène piège quant à elle les rayons ultra-violets dans les hautes couches de l’atmosphère, mais c’est une autre histoire. Alors puisque l’atmosphère est transparent aux rayons infra-rouge, me direz-vous, qu’est-ce qui réchauffe l’atmosphère terrestre ? La réponse est évidente et limpide : ce sont tout simplement les océans qui recouvrent plus de 70 % de la surface de la Terre !

Ah bon, et comment ? L’atmosphère contient entre 0,4 et 4 % de vapeur d’eau, soit de 10 à 100 fois plus que de gaz carbonique selon les zones du globe où on se trouve. Or l’eau est un composé chimique particulier qui requiert une formidable quantité d’énergie pour « changer d’état » (ou de phase) et c’est là que réside le secret de la Terre, secret jalousement unique dans notre système solaire.

Reprenons notre raisonnement : le Soleil chauffe directement les océans qui paraissent parfaitement noirs vus de l’espace mais aussi du huitième pont d’un gros navire, et c’est vrai. Les océans ne sont pas bleus, ils paraissent bleus parce qu’ils réfléchissent la couleur bleue de l’atmosphère. Les océans sont donc de formidables pièges pour l’énergie provenant du Soleil sous forme de chaleur, le destin final des rayons infra-rouges solaires.

Mais d’une façon ou d’une autre les océans doivent de débarrasser de toute cette chaleur car ils auraient fini par bouillir un jour … et c’est là qu’intervient le côté magique de l’eau.

En effet il faut beaucoup d’énergie pour vaporiser un litre d’eau : 2,25 millions de joules ou encore 9400 kiloCalories ou encore 610 Wh, trois unités physiques différentes pour l’énergie. Quand la vapeur d’eau s’élève dans l’atmosphère elle va avoir tendance à se condenser en gouttelettes qui vont former des nuages puisque, comme chacun a pu le constater, l’air devient plus frais au fur et à mesure qu’on gravit une montagne et c’est vrai aussi au niveau de l’Equateur, j’en ai moi-même fait l’expérience dans l’île d’Hiva-Oa aux Marquises. Au cours de ce deuxième « changement de phase » toute l’énergie en quelque sorte dépensée par l’océan pour vaporiser cette eau est intégralement restituée à l’atmosphère en vertu du premier principe de la thermodynamique. L’atmosphère, par voie de conséquence, se réchauffe quand des nuages se forment à partir de vapeur d’eau. Les nuages sont en réalité des aérosols constitués de petites gouttelettes d’eau et si pour une raison ou pour une autre, l’atmosphère n’étant jamais parfaitement immobile, ces nuages rencontrent des couches atmosphériques plus froides, alors ces gouttelettes se transforment en glace et là encore ce troisième « changement d’état » de l’eau, cette fois de liquide vers solide, restitue de l’énergie à l’atmosphère, certes beaucoup moins mais malgré tout à hauteur de 15 % de la quantité d’énergie restituée par le changement de phase de gaz vers liquide. Et encore une fois l’atmosphère se réchauffe !

Au final ce sont les océans qui chauffent l’atmosphère et non pas le Soleil comme on aurait tendance à le croire. Certes cette observation est contre-intuitive mais c’est pourtant la réalité et ce n’est possible que grâce à la vapeur d’eau …

Il reste un petit point de la magie de l’eau qu’il ne faut pas oublier de mentionner : la glace. Dans les hautes couches de l’atmosphère – en gros au delà de 5000 mètres d’altitude – les micro-cristaux de glace font office de miroir et réfléchissent le rayonnement infra-rouge en provenance du Soleil mais si la glace était plus lourde que l’eau liquide, que se passerait-il ? Il n’y aurait tout simplement pas de vie évoluée sur la Terre ! En effet les océans seraient gelés en permanence à l’exception d’une fine couche d’eau à leur surface : les océans ne seraient plus noirs mais blancs et ils réfléchiraient parfaitement le rayonnement infra-rouge solaire, l’atmosphère serait irrémédiablement froid et la Terre serait une planète inhospitalière … Voilà en très bref les bienfaits de la magie de l’eau.

Illustration : un nuage « vertical » surmonté de cristaux de glace pris en photo depuis le balcon de mon modeste logement il y a quelques jours