Chaque jour, les rivières se jettent dans la mer. Pourquoi ne débordet-elle jamais ?
― Chaque année, plus d'un mètre d'eau s'échappe vers le ciel depuis la surface des océans
Partout dans le monde, jour et nuit, les rivières versent sans relâche leur eau dans la mer. Et pourtant, la mer ne débordet jamais. La raison : sa surface libère, de façon invisible, bien plus d'eau que n'en apportent les rivières. Et l'eau des rivières n'est rien d'autre que de l'eau sortie de la mer, qui lui revient.
Vous faites couler un bain et, par distraction, vous oubliez de fermer le robinet. Au bout d'un moment, l'eau déborde par-dessus le bord.
La mer, elle aussi, a quantité de « robinets ». Postez-vous à l'embouchure d'un grand fleuve : une eau brune s'y déverse sans fin. Elle ne s'arrête jamais.
Si un enfant vous demande « alors pourquoi la mer ne déborde pas ? », que répondez-vous ? Dire « parce que la mer est grande » ne répond qu'à moitié.
Deux faits combinés expliquent pourquoi la mer ne déborde pas
Chauffée par le soleil, la surface de la mer transforme l'eau en vapeur, qui monte vers le ciel. Cette quantité dépasse dix fois celle apportée par les rivières. La mer possède une sorte de « bonde » invisible, ouverte vers le ciel.
Une partie de la vapeur montée dans le ciel est transportée par le vent jusqu'à la terre, où elle devient pluie ou neige. Cette eau se rassemble, forme des rivières, et retourne à la mer. La rivière n'ajoute pas d'eau nouvelle : elle restitue simplement de l'eau emprunté.
En somme, la mer est un grand récipient où l'eau qui entre et l'eau qui sort s'équilibrent. Comme une baignoire où le robinet reste ouvert, mais où la bonde évacue l'eau à la même vitesse. Quelles sont les quantités réelles en jeu ?
La surface de la mer libère l'équivalent d'un mètre d'eau par an
Dire que l'eau de mer s'évapore ne paraît peut-être pas évident. Sur le rivage, le niveau de l'eau ne semble jamais baisser.
Les chercheurs ont estimé les échanges d'eau à l'échelle de la planète, à partir d'observations par bateau et par satellite. Selon ces estimations, environ 410 000 kilomètres cubes d'eau s'évaporent chaque année depuis la mer.
Répartissons cette quantité uniformément sur toute la surface des océans. On obtient une épaisseur d'environ 1,1 mètre. Chaque année, la mer libère vers le ciel une épaisseur d'eau plus haute que la taille d'un adulte. Soit environ 3 millimètres par jour. C'est si progressif que l'œil ne le voit pas.
La majeure partie de cette vapeur retombe directement en pluie au-dessus de la mer. Les 10 % restants environ sont transportés par le vent au-dessus des terres. Regardez la figure 1 : la flèche montante à gauche (la mer qui perd de l'eau) et les flèches descendantes plus la rivière en bas à droite (l'eau qui revient) s'équilibrent exactement.
Et si seule l'eau des rivières continuait d'arriver ?
Les rivières du monde entier apportent chaque année à la mer environ 40 000 kilomètres cubes d'eau. Un chiffre énorme en soi. Mais réparti sur toute la surface des océans, cela ne représente qu'environ 11 centimètres d'épaisseur.
Imaginons maintenant que l'évaporation s'arrête net, tandis que l'eau des rivières continue d'arriver. Dans la réalité, la pluie s'arrêterait aussi et les rivières finiraient par s'assécher, mais traitons cela comme une expérience de pensée. Faites glisser le curseur de la figure 2 pour changer le nombre d'années.
11 mètres en 100 ans : la plupart des villes côtières seraient sous l'eau. Si cela ne se produit pas, c'est parce que l'évaporation d'environ 1,1 mètre par an annule à la fois les rivières et la pluie. Ce n'est pas que l'eau des rivières soit « trop peu » : c'est qu'elle revient exactement à la même quantité que ce qui sort.
Cet équilibre du bilan nous renseigne aussi sur la durée du renouvellement de l'eau de mer. Pour évaporer toute l'eau de la mer, il faudrait, par le calcul, un peu plus de 3000 ans. L'eau de mer qui se trouve devant vous aujourd'hui fait, en moyenne, un aller-retour vers le ciel et la terre tous les quelques milliers d'années.
La mer Morte, au Moyen-Orient, est un lac sans exutoire. L'eau des rivières qui y arrivait et l'évaporation s'équilibraient, maintenant le niveau stable. Mais depuis que l'homme utilise l'eau des rivières qui l'alimentaient, son niveau baisserait d'environ un mètre par an. La Méditerranée, elle aussi, est une mer où l'évaporation dépasse les apports des rivières et de la pluie. Le manque est compensé par l'eau de l'Atlantique qui entre par le détroit de Gibraltar. Il y a environ 6 millions d'années, quand ce détroit s'est fermé, la Méditerranée se serait presque entièrement asséchée.
Ces dernières années, le niveau de la mer monterait d'environ 3 à 4 millimètres par an. Ce n'est pas que l'eau des rivières ait augmenté. Les causes principales sont la fonte des glaciers et des calottes glaciaires, qui restitue à la mer de l'eau jusque-là stockée sur terre, et la légère dilatation de l'eau de mer réchauffée. En termes de bilan, c'est de l'eau longtemps « déposée » sur terre qui est en train d'être « retirée ».
En résumé
La mer ne déborde pas parce que sa surface laisse s'évaporer, chaque année, un peu plus d'un mètre d'eau vers le ciel. L'eau des rivières n'est qu'une partie de cette eau, retombée en pluie sur la terre, qui revient. La mer, le ciel et la terre sont liés par un seul et même bilan d'eau.
La rivière n'ajoute pas d'eau à la mer.
Elle ne fait que rembourser l'eau que la mer avait prêtée au ciel.
Pour savoir pourquoi la mer est salée, lisez « Pourquoi l'eau de mer est-elle salée ? », qui raconte l'histoire du sel transporté par les rivières. Pour avoir une idée de la quantité totale d'eau sur Terre, voyez aussi « Si on rassemblait toute l'eau de la Terre en une seule boule, quelle taille ferait-elle ? ».
- Versez de l'eau dans une assiette plate ou un récipient peu profond, et marquez le niveau de l'eau au feutre indélébile. Mesurez aussi la profondeur avec une règle.
- Un jour de beau temps, posez-le dans un endroit ensoleillé comme un balcon, et remesurez la profondeur exactement 24 heures plus tard.
- Multipliez la baisse de profondeur par 365 pour obtenir une épaisseur annuelle. Comparez-la aux environ 1,1 mètre par an (environ 3 mm par jour) de la surface des océans.
Le résultat varie beaucoup selon le temps, le vent et la température. En mesurant aussi par temps couvert ou à l'intérieur, vous verrez à quel point le soleil et le vent accélèrent l'évaporation. Placez le récipient hors de portée des enfants ou des animaux pour éviter qu'il ne soit renversé.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuelsDu niveau collège jusqu'aux matières spécialisées universitaires, le niveau de chaque section est indiqué
- CollègeNiveau des sciences au collège
- LycéeNiveau du cours « Sciences de la Terre, tronc commun » au lycée
- Lycée+Niveau avancé du lycée, ou contenu traité en encadré dans les manuels
- UniversitéNon enseigné au lycée : matière spécialisée universitaire (hydrologie, climatologie)
- RecherchePas encore enseigné comme « établi » même à l'université : sujet encore étudié par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Cycle de l'eau : mécanisme par lequel l'eau de la mer et de la terre change continuellement de forme, en passant par l'évaporation, la pluie et les rivières.
- Évaporation : passage de l'eau liquide à l'état de vapeur (gaz) depuis la surface. Ce phénomène se produit en permanence, même sans ébullition.
- Bilan hydrique : comparaison, comme dans une comptabilité, de la quantité d'eau qui entre et de celle qui sort d'un lieu donné. Si les deux sont égales, la quantité ne change pas.
CollègeLycéeVérifier par le calcul : le bilan de l'eau de mer est-il équilibré ?
Considérons l'océan tout entier comme un seul récipient, et comparons l'eau qui y entre et celle qui en sort en un an. Les valeurs sont des estimations d'après Trenberth et al. (référence 1). L'unité est le kilomètre cube (km³) ; le tableau ci-dessous donne le sens des symboles.
| En symboles | ΔV = P + R − E |
| En mots | Variation annuelle de l'eau de mer = pluie tombant sur la mer + eau des rivières − eau évaporée de la mer |
| Origine de cette formule | L'eau ne disparaît ni n'apparaît (conservation de la masse). Seule la différence entre les « entrées » et les « sorties » du récipient qu'est la mer déterminera la quantité accumulée |
| ΔV | Variation annuelle de l'eau de mer (km³) |
| P | Pluie et neige tombant directement sur la mer en un an (km³) |
| R | Eau arrivant de la terre par rivières et nappes souterraines en un an (km³) |
| E | Eau évaporée de la surface de la mer en un an (km³) |
| Évaporation de la mer E | environ 413 000 km³ (par an) |
| Pluie sur la mer P | environ 373 000 km³ (par an) |
| Eau entrante R (rivières, etc.) | environ 40 000 km³ (par an) |
| Surface des océans | environ 361 000 000 km² |
| Volume total de l'eau de mer | environ 1 340 000 000 km³ |
| Eau entrant dans la mer (P + R) | 373 000 + 40 000 = 413 000 |
| Variation annuelle ΔV (entrée − E) | 413 000 − 413 000 = 0 |
| Évaporation convertie en épaisseur (km) | 413 000 ÷ 361 000 000 ≈ 0,00114 |
| Conversion en mètres | 0,00114 × 1000 = 1,14 |
| Eau des rivières seule, en épaisseur (km) | 40 000 ÷ 361 000 000 ≈ 0,000111 |
| Conversion en mètres | 0,000111 × 1000 = 0,111 |
| Durée de renouvellement de l'eau de mer (volume total ÷ E) | 1 340 000 000 ÷ 413 000 ≈ 3245 |
La différence ΔV entre entrées et sorties est nulle : la quantité d'eau de mer ne change pas. L'évaporation équivaut à environ 1,14 mètre par an, et l'eau des rivières à environ 0,111 mètre (11 cm). L'évaporation dépasse plus de dix fois les rivières.
| Évaporation quotidienne (mm) | 1140 ÷ 365 ≈ 3,1 |
| Avec les rivières seules, après 100 ans (m) | 0,111 × 100 = 11,1 |
Environ 3 mm par jour : une baisse comparable à celle mesurée dans l'assiette de l'expérience. Si seules les rivières continuaient d'alimenter la mer, son niveau monterait de 11 mètres environ en 100 ans (même valeur qu'à l'extrémité droite de la figure 2).
LycéeLycée+Ce qui fait circuler l'eau : l'énergie du soleil
LycéeAu lycée, le cycle de l'eau terrestre s'étudie comme une circulation entre « l'océan, l'atmosphère et la terre ». L'eau est soulevée de la mer vers le ciel parce que l'énergie du soleil chauffe la surface de la mer. L'eau tombée sur la terre revient à la mer par les rivières parce que la gravité l'entraîne vers le bas.
Lycée+L'évaporation de l'eau exige une grande quantité de chaleur, appelée chaleur latente de vaporisation. Environ la moitié de l'énergie solaire absorbée par la surface terrestre servirait à cette évaporation. La mer transporte cette chaleur vers le ciel avec la vapeur d'eau, puis la libère lorsque cette vapeur redevient eau dans les nuages. Le cycle de l'eau est aussi un mécanisme de transport de la chaleur terrestre.
UniversitéBilan hydrique et temps de résidence moyen
En hydrologie, l'équation qui exprime la variation du stock d'eau d'une zone sous la forme « précipitations + apports − évapotranspiration − exports » s'appelle l'équation du bilan hydrique. Et le stock divisé par le débit d'échange s'appelle le temps de résidence moyen. Pour l'eau de mer, ce temps est d'un peu plus de 3000 ans, alors que la vapeur d'eau atmosphérique se renouvellerait en seulement environ 9 jours. Au sein d'un même cycle de l'eau, les échelles de temps diffèrent totalement selon le réservoir considéré. Les valeurs du bilan hydrique global souvent citées sont celles estimées par Trenberth et al., à partir d'observations combinées à des données de réanalyse.
📖 Pour la dérivation des formules et pour aller plus loin : Cycle de l'eau (Wikipédia japonais) ／ Estimation du bilan hydrique global par Trenberth et al. (2007)
RechercheCe qui n'est pas encore clairement établi
- Quelle est la précision de l'évaporation marine ? Les observations directes en mer sont rares, et les estimations varieraient d'environ 10 % selon les études. Les satellites continuent d'être utilisés pour affiner la précision.
- Le réchauffement accélère-t-il le cycle de l'eau ? Un air plus chaud peut contenir plus de vapeur d'eau. Les changements dans la répartition de la salinité marine suggèrent un renforcement possible du cycle, mais son ampleur reste débattue.
- La Méditerranée s'est-elle vraiment asséchée ? La « crise de salinité messinienne », il y a environ 6 millions d'années, a laissé une épaisse couche de sel au fond de la Méditerranée. On ignore encore si elle s'est totalement asséchée ou s'il restait des lacs salés peu profonds ; la recherche continue.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « ce que l'on comprend actuellement ». Les chiffres sont des estimations, susceptibles d'évoluer légèrement avec l'avancée de la recherche.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Passage de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, 2e année « Météo et ses variations » (cycle de l'eau) | Circulation évaporation-pluie-rivière (figure 1) |
| Lycée | Sciences de la Terre, tronc commun « Atmosphère et océan » | L'énergie solaire soulève l'eau |
| Lycée+ | Sciences de la Terre / Physique (chaleur latente et transport de chaleur) | Le cycle de l'eau transporte aussi la chaleur |
| Université | Hydrologie / Climatologie | Équation du bilan hydrique et temps de résidence moyen |
| Recherche | Observation du cycle de l'eau global / paléo-océanographie | Précision de l'évaporation, renforcement du cycle, assèchement de la Méditerranée |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Le linge qui sèche, les flaques qui disparaissent : même évaporation |
- Trenberth, K. E. et al. (2007) Estimates of the Global Water Budget and Its Annual Cycle Using Observational and Model Data. Journal of Hydrometeorology 8
- Wikipédia (japonais), « Cycle de l'eau » (水循環)
- Wikipédia (japonais), « Crise de salinité messinienne » (メッシニアン塩分危機)
- GIEC (2021) Sixième rapport d'évaluation, Groupe de travail I, chapitre 9 « Changements des océans, de la cryosphère et du niveau de la mer »
- Observatoire astronomique national du Japon (dir.), Rika Nenpyō (理科年表, « Annuaire des sciences »), Maruzen (quantité totale d'eau sur Terre)
※Cet article est une présentation scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des repères et des approximations destinés à faciliter la compréhension. Les chiffres relatifs aux échanges d'eau à l'échelle mondiale sont des estimations qui peuvent varier légèrement selon les sources.