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5 : Eau - Géosciences

5 : Eau - Géosciences


Objectifs d'apprentissage

Après avoir terminé ce chapitre, vous devriez être capable de :

  • Comprendre comment les cours d'eau érodent, transportent et déposent des sédiments
  • Connaître les différents modèles de drainage des cours d'eau et comprendre ce qu'ils indiquent sur la roche sous-jacente
  • Expliquer les changements qui se produisent de la tête à l'embouchure d'un ruisseau
  • Comprendre les risques humains liés aux inondations
  • Connaître les propriétés des eaux souterraines et des aquifères
  • Comprendre la répartition des eaux souterraines, y compris la nappe phréatique
  • Apprenez les principales caractéristiques associées à la topographie karstique
  • Comprendre les défis posés par la topographie karstique
  • 5.1 : Présentation
    Pensez au nombre de fois par jour que vous prenez l'eau pour acquis – vous supposez que le robinet coulera lorsque vous ouvrirez votre robinet, vous vous attendez à ce que les précipitations arrosent votre pelouse et vous pouvez compter sur l'eau pour vos loisirs. Non seulement l'eau est nécessaire à de nombreuses fonctions de la vie, mais c'est aussi un agent géologique considérable. L'eau peut sculpter considérablement le paysage au fil du temps, à la fois en creusant des canyons et en déposant d'épaisses couches de sédiments.
  • 5.2 : Débit et parties d'un cours d'eau
    L'eau courante dans un cours d'eau va s'éroder (s'user) et déplacer les matériaux dans son canal, y compris les substances dissoutes (matériaux mis en solution lors de l'altération chimique). La taille des sédiments solides peut aller de minuscules particules d'argile et de limon trop petites pour être vues à l'œil nu jusqu'à des sédiments de la taille du sable et du gravier. Les plus petites particules maintenues en suspension par l'écoulement de l'eau sont appelées charge en suspension. Les particules plus grosses se déplacent généralement sous forme de charriage, trébuchant le long du lit du cours d'eau.
  • 5.3 : Le gradient des cours d'eau et le cycle d'érosion des cours d'eau
    La pente du cours d'eau fait référence à la pente du chenal du cours d'eau ou à la montée au-dessus de la course. C'est la chute verticale du cours d'eau sur une distance horizontale. Les gradients des cours d'eau ont tendance à être plus élevés dans le cours supérieur d'un cours d'eau (où il prend sa source) et plus bas à son embouchure, où ils se déversent dans un autre plan d'eau (comme l'océan). Le débit mesure le débit à un moment et à un endroit donnés et est en particulier une mesure du volume d'eau passant à un point particulier au cours d'une période de temps donnée.
  • 5.4 : Exercice de laboratoire (partie A)
    Cette page contient l'exercice de laboratoire concernant les modèles de drainage.
  • 5.5 : Inondation
    Les inondations sont un problème courant et grave dans les cours d'eau de notre pays. Le stade de crue est atteint lorsque le niveau d'eau d'un cours d'eau déborde de ses rives. Les plaines inondables sont des sites de développement populaires, avec de belles vues sur l'eau, mais il vaut mieux les laisser pour les terrains de jeux, les terrains de golf, etc. Avez-vous déjà entendu quelqu'un dire qu'une inondation était une inondation tous les 100 ans ? Cela signifie-t-il qu'une inondation d'une ampleur similaire se produira tous les 100 ans ?
  • 5.6 : Exercice de laboratoire (partie B)
    Les données du graphique ci-dessous ont été collectées sur le site de l'USGS et incluent les 20 événements de décharge les plus importants pour Sweetwater Creek à la station 02337000 du 1er janvier 2008 au 1er mai 2015, à l'exclusion de la crue dramatique de 2009 (nous en apprendrons plus à ce sujet plus tard). Afin de créer un graphique de fréquence d'inondation, l'intervalle de récurrence doit d'abord être calculé. Un intervalle de récurrence fait référence à la période de temps moyenne au cours de laquelle un événement de crue donné sera égalé ou dépassé une fois.
  • 5.7 : Eaux souterraines
    Il est préférable de ne pas considérer les eaux souterraines comme des lacs et des ruisseaux souterrains (qui n'existent qu'occasionnellement dans les grottes). Au lieu de cela, pensez à l'eau souterraine qui s'infiltre lentement d'un minuscule pore de la roche à un autre. Êtes-vous déjà allé à la plage et avez-vous creusé un trou pour le remplir d'eau de la base ? Si oui, vous aviez atteint la nappe phréatique, la limite entre les zones non saturées et saturées.
  • 5.8 : Exercice de laboratoire (partie C)
    De nombreuses stations-service utilisent des réservoirs de stockage souterrains (UST) pour stocker le carburant sous le sol (vous avez probablement vu un camion-citerne dans une station-service remplir le UST). Ces UST pourraient fuir et l'essence pourrait éventuellement atteindre la nappe phréatique. Dans le diagramme ci-dessous, une entreprise utilisant un puits a détecté de l'essence dans ses eaux souterraines. Pour détecter la source de la fuite potentielle, contournez la surface de la nappe phréatique et déterminez son chemin d'écoulement.
  • 5.9 : Topographie karstique
    La roche calcaire sédimentaire est composée de calcite minérale, qui est soluble dans l'eau, c'est-à-dire qu'elle se dissoudra dans une eau faiblement acide. Dans les zones humides où l'on trouve du calcaire, l'eau dissout la roche, formant de grandes cavités et des dépressions dont la taille et la forme varient. Au fur et à mesure que la dissolution se produit, les grottes deviennent instables et s'effondrent, créant des gouffres. Ces larges dépressions en forme de cratère sont typiques de la topographie karstique, du nom de la région karstique en Slovénie.
  • 5.10 : Exercice de laboratoire (parties D et E)
    Utilisez la carte Mammoth Cave, Kentucky (carte 5.4 située à la fin de ce chapitre) pour répondre aux questions suivantes. Bien qu'elle soit ancienne (1922), la géologie générale et les reliefs de cette zone n'ont pas changé.
  • 5.11 : Réponses des élèves
    Ce qui suit est un résumé des questions de cet atelier pour faciliter la soumission des réponses en ligne.

Vignette : https://www.pexels.com/photo/clouds-...-river-149472/


Pourquoi l'eau est-elle une ressource importante ?

Dans la plupart des régions du monde, l'eau est une ressource rare. Cela peut sembler étrange, car il y a tellement d'eau sur Terre. Presque toute l'eau sur Terre, plus de 97 %, est de l'eau de mer dans les océans. Le reste est appelé eau douce, car elle n'a pas une teneur élevée en sel. La majeure partie de l'eau douce du monde est gelée dans les grands glaciers de l'Antarctique et du Groenland. Presque toute l'eau douce disponible pour l'usage humain est soit contenue dans le sol et la roche sous la surface, appelées eaux souterraines, soit dans les rivières et les lacs.


Commission géologique des États-Unis

Dans la plupart des régions des États-Unis, il y a suffisamment d'eau douce pour l'usage humain. Pourtant, l'eau douce utilisable n'est pas aussi abondante qu'on pourrait le penser. Dans certaines régions, comme le sud-ouest aride, il n'y a pas assez d'eau. Dans ces zones, l'eau doit être transportée sur de longues distances depuis d'autres endroits dans des canaux artificiels appelés aqueducs. Même dans les zones avec beaucoup d'eau douce, il y a parfois des pénuries. Les précipitations sont le seul moyen de reconstituer l'approvisionnement en eau. Pendant les périodes de sécheresse, lorsque les précipitations sont inférieures à la moyenne pendant un certain nombre d'années, les réserves d'eau peuvent devenir dangereusement faibles. Même lorsque les précipitations sont suffisantes, l'eau des rivières et des lacs peut être inutilisable à cause de la pollution. Dans certaines régions, les eaux souterraines ne peuvent pas être utilisées car lorsqu'elles sont retirées du sol, les zones humides voisines seraient endommagées par l'assèchement. Alors que la population des États-Unis continue de croître à l'avenir, les pénuries d'eau deviendront plus courantes, car l'approvisionnement en eau disponible reste le même. La conservation de l'eau deviendra de plus en plus importante avec le temps.

Les gens utilisent l'eau de plusieurs manières à la maison : boire, cuisiner, se laver, se brosser les dents, laver les vêtements, la vaisselle et les voitures, tirer la chasse d'eau des toilettes, arroser les jardins et les pelouses et remplir les piscines. La plupart des gens ne pensent pas beaucoup à la quantité d'eau qu'ils utilisent. C'est peut-être en partie parce qu'ils ne la paient pas à chaque fois qu'ils l'utilisent, sauf lorsqu'ils achètent de l'eau en bouteille.

Il existe de nombreuses façons de conserver l'eau dans les maisons. Certains sont plus faciles que d'autres. Les robinets et les toilettes qui fuient gaspillent de très grandes quantités d'eau, car même si les débits sont faibles, ils fuient tout le temps. Les nouvelles conceptions de toilettes et de machines à laver utilisent beaucoup moins d'eau que les conceptions plus anciennes, mais le remplacement est coûteux. Les pommes de douche économes en eau permettent d'économiser beaucoup d'eau et sont relativement faciles et peu coûteuses à remplacer. Les moyens les plus efficaces de réduire la consommation d'eau, cependant, pourraient être les plus difficiles. Prendre des «douches marines» (couper l'eau pendant que vous vous savonnez), ne pas planter de pelouses somptueuses dans des zones normalement arides et ne pas laver les voitures si souvent sont des exemples de moyens efficaces et simples de conserver l'eau.


Les références

Davidson, N.C., van Dam, A.A., Finlayson, C.M. & McInnes, R.J. Mar. Freshw. Rés. 70, 1189–1194 (2019).

Hansen, A.T., Dolph, C.L., Foufoula-Georgiou, E. & Finlay, J.C. Nat. Geosci. 11, 127–132 (2018).

Perspectives mondiales sur les zones humides : État des zones humides dans le monde et leurs services aux personnes 2018 (Convention de Ramsar, 2018).

Libonati, R., DaCamara, C.C., Peres, L.F., Sander de Carvalho, L.A. & Garcia, L.C. La nature 588, 217–219 (2020).

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Griscom, B.W. et al. Proc. Natl Acad. Sci. Etats-Unis 114, 11645–11650 (2017).

Taillardat, P., Thompson, B.S., Garneau, M., Trottier, K. & Friess, D.A. Focus sur l'interface 10, 20190129 (2020).

Xu, W. et al. Cour. Biol. 29, 3065–3071 (2019).

Xi, Y., Peng, S., Ciais, P. et Chen, Y. Nat. Clim. Changement 11, 45–51 (2021).


Claire Gilder est chercheuse diplômée de la National Science Foundation. Gilder étudie comment les paysages changent les rivières et comment les rivières changent les paysages. Le site de recherche sur le terrain de Claire se trouve à la frontière du parc national des Glaciers. Nos étudiants et professeurs travaillent partout dans le monde, du Montana au Groenland et au-delà.

L'AVENIR APPARTIENT À CEUX QUI LE VEULENT EN PREMIER.

Les projets d'aujourd'hui nécessitent un équilibre entre la demande de la société en ressources naturelles et la nécessité de maintenir des écosystèmes sains. Les géologues professionnels et le personnel de conseil en environnement de B&L sont spécialisés dans la planification, l'évaluation, le développement, les tests, les autorisations et la protection des ressources en eau et géologiques pour les préoccupations des secteurs public et privé. Notre connaissance des organismes de réglementation et notre expertise des défis complexes liés à l'approvisionnement en eau, aux rejets d'eaux usées et à la contamination nous permettent d'interpréter efficacement les données des tests de laboratoire pour formuler des solutions innovantes et rentables. Plus précisément, nous y parvenons en combinant des critères techniques solides avec des considérations économiques et communautaires.

Conception de puits de surveillance, échantillonnage et surveillance des amplis

Évaluations des risques hydrogéologiques

Évaluations du devenir et du transport des contaminants, y compris des prévisions étayées par une modélisation analytique et numérique de l'écoulement des eaux souterraines et


Informations sur l'auteur

Affiliations

Département de géographie, Dartmouth College, Hanover, NH, États-Unis

Département des sciences de la Terre, Dartmouth College, Hanover, NH, États-Unis

Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l'Université de Columbia, Palisades, NY, USA

Justin S. Mankin, Richard Seager, Jason E. Smerdon, Benjamin I. Cook et A. Park Williams

NASA Goddard Institute for Space Studies, New York, NY, États-Unis

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Contributions

J.S.M., R.S., J.E.S., B.I.C. et A.P.W. conçu l'étude. J.S.M. conçu et réalisé l'analyse. Tous les auteurs ont interprété les résultats. J.S.M. a écrit le manuscrit avec tous les auteurs fournissant une contribution critique.

Auteur correspondant


Points forts du module

Dans ce module :

Ce module enseigne aux étudiants à évaluer le bilan hydrique d'un écosystème --- un défi croissant alors que nous sommes confrontés à des approvisionnements en eau de plus en plus imprévisibles associés à une demande croissante d'eau dans tous les secteurs. Prédire l'approvisionnement en eau a un impact non seulement sur les scientifiques, mais sur toutes les professions et tous les résidents dans leur vie quotidienne. Comprendre ces transferts d'eau et ces décisions aidera les étudiants dans leurs efforts civils et universitaires, même s'ils sont en dehors du domaine de l'hydrologie.

Dans ce module, les étudiants apprennent les liens entre le cycle de l'eau et les différentes composantes de la zone critique. En utilisant des modèles mathématiques et symboliques, les étudiants utiliseront une approche systémique pour analyser les composants du bilan hydrique. Les caractéristiques de ce module incluent l'application d'une conception expérimentale pour l'évaluation du bilan hydrique, l'utilisation des données recueillies par les chercheurs des observatoires des zones critiques et la pratique de l'élaboration d'un plan de gestion des ressources en eau dans un contexte donné. L'activité finale consiste à développer un plan d'allocation des ressources en eau tout en reconnaissant les compromis entre les besoins environnementaux et les besoins de la population humaine.


Comment les eaux usées sont-elles nettoyées ?

La majeure partie de l'eau utilisée dans les maisons et les entreprises est acheminée soit dans les égouts municipaux, soit dans les fosses septiques domestiques. La plupart de cette eau est polluée dans une certaine mesure, car elle provient du lavage des vêtements, du bain et des toilettes. Autrefois, les eaux usées étaient déversées directement dans le sol, dans les rivières ou dans l'océan, sans aucun traitement. Cependant, à mesure que la population a augmenté, le besoin de traitement des eaux usées a également augmenté.

Les installations septiques domestiques consistent en un grand réservoir souterrain, où les bactéries anaérobies (celles qui n'ont pas besoin d'oxygène) décomposent progressivement la plupart des solides. Les déchets liquides restants s'écoulent dans ce qu'on appelle un champ de lixiviation, où l'eau s'écoule des tuyaux souterrains poreux dans le sol. Cette eau contient encore des polluants et des micro-organismes nocifs. Certains d'entre eux sont éliminés lorsque l'eau s'écoule à travers le sol et la roche, mais dans de nombreux endroits, ils atteignent les nappes phréatiques et aggravent les problèmes de pollution de l'eau.

Les eaux usées municipales sont traitées dans des stations d'épuration spéciales. Il existe plusieurs méthodes courantes de traitement. De plus, le niveau de traitement varie considérablement.


5 : Eau - Géosciences

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Baccalauréat ès arts en géographie: géosciences de l'environnement

FOCUS SUR LA COMBINAISON DES ASPECTS PHYSIQUES, CHIMIQUES ET BIOLOGIQUES DE L'ENVIRONNEMENT ET DE SES SYSTÈMES. AVEC UNE SPÉCIALISATION EN GÉOSCIENCE DE L'ENVIRONNEMENT, LES MAJEURS EN GÉOGRAPHIE D'UF SE CONNECTENT À UN OBJECTIF PLUS GRAND EN ÉTUDANT LA TERRE SUR LAQUELLE NOUS VIVONS ET NOTRE IMPACT SUR CELLE-CI.

Le baccalauréat ès arts en géographie UF en ligne avec une spécialisation en géosciences de l'environnement est un programme conjoint entre le département de géographie et le département des sciences géologiques et est destiné aux étudiants intéressés par les aspects terrestres et aquatiques de l'environnement.

Ce diplôme interdisciplinaire comprend un programme d'études axé sur les aspects physiques, chimiques et biologiques de l'environnement et des systèmes environnementaux. Il reste une forte demande de scientifiques ayant une formation interdisciplinaire quantitative en géosciences environnementales pour traiter, atténuer et gérer une multitude de problèmes environnementaux complexes auxquels la société est confrontée. Le choix de cette voie préparera les élèves à assumer ces rôles.

En tant que programme conjoint entre le Département de géographie et le Département des sciences géologiques, le programme intègre les connaissances fondamentales en géographie physique et systèmes d'information géographique (SIG) avec la géologie physique et historique, ainsi que les matériaux terrestres. Les cours de base spécialisés incluent Earth Materials, Foundations of GIS, un séminaire senior, etc. Les domaines d'études couverts par ce programme académique comprennent les catastrophes, l'exploitation et la gestion des ressources en eau et minérales, la planification environnementale, l'enseignement des sciences de la terre et le droit de l'environnement. Les étudiants ont la possibilité d'adapter leurs cours pour répondre à leurs intérêts en choisissant parmi un éventail de cours au choix en géographie et en géologie pour acquérir les compétences techniques et systématiques nécessaires à une application future dans leur vie professionnelle.