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L'exploitation de l'eau

Irrigation sur pivot central d'un champ de coton aux Etats-Unis. Document USDA/TimMcCabe.

Des besoins insatiables (III)

L'irrigation des cultures

Les hommes ont depuis longtemps détourné les cours d'eau pour arroser leurs cultures. L'irrigation est attestée dans les régions subarides et arides dès l'époque néolithique, il y a environ 9000 ans en Jordanie et en Mésopotamie, le long de l'Euphrate, du Tigre et du Nil.

Dans les régions arides, il est impossible de cultiver sans apport d'eau. Sous les latitudes bénéficiant d'un régime des pluies très contrasté, l'homme ne pouvait pas non plus se contenter de l'apport des précipitations, ce qu'on appelle l'agriculture "sous pluie". En effet, ces pluies limitaient d'une part sa production annuelle aux seules plantes adaptées à ce régime climatique et d'autre part il était soumis aux aléas des sécheresses qui pouvaient ruiner les récoltes d'une année de labeur.

Pour pallier ces inconvénients, l'homme fût contraint d'arroser artificiellement ses cultures, ce fut l'invention de l'irrigation. Son principe permet de fournir aux sols une quantité d'eau suffisante pour permettre aux plantes de se développer dans de bonnes conditions. Les quantités d'eau requises varient en fonction des conditions climatiques et de la nature des sols. Elles dépendent également des espèces végétales cultivées et du stade de développement des plantes pour atteindre un maximum au début de leur croissance.

L'aménagement des cours d'eau permet de dériver leur cours pour alimenter les champs et au besoin pour stocker l'eau dans des méandres abandonnés. 3000 ans avant notre ère, l'homme bâtit les premiers canaux et les barrages, crée les premiers systèmes de relèvement d'eau (la noria dès le Veme siècle) et établit des règles précises de distribution d'eau jusqu'au point qu'elles déterminent la vie sociale et la structure politique dans certains pays qui dépendent entièrement de l'irrigation (Afrique du Nord, Amérique centrale, Arabie, Chine, Inde, Iran, Mésopotamie, Turkestan, etc).

Aujourd'hui 1/6eme des terres cultivées sont irriguées, ce qui a permis à l'homme de récupérer des terres arides au terme d'un long travail d'irrigation (Sud-Ouest des Etats-Unis, Afrique du Nord, Israël, etc). Grâce à cette technologie, ces terres produisent près du tiers de la production agricole mondiale.

Les méthodes d'irrigations varient en fonction du climat, du niveau de développement socio-économique du pays concerné, de la topographie des lieux, des propriétés chimiques de l'eau (concentration des minéraux dont le sel) et de la nature des cultures.

Irrigation sur pivot central dans le Wadi Rum en Jordanie dont voici l'image satellite équivalente de Google maps. Document Yann Arthus-Bertrand.

L'irrigation présente de nombreux avantages. Elle étend les terres cultivées à des régions autrement désertiques mais dont la terre est très fertile, elle permet s'assurer au moins deux récoltes annuellement, elle stabilise la production et améliore donc les rendements et permet de supporter une plus grande population malgré les aléas des variations climatiques.

Mais l'irrigation présentent quelques inconvénients. Mal gérée, l'eau est gaspillée et peut conduire à son épuisement, au tarissement des lacs et des rivières, accentuant à terme la désertification. L'irrigation peut aussi être néfaste pour les sols. Si ceux-ci sont trop secs, ils sont quasi imperméables à l'eau, l'infiltration se fait mal et si l'eau est abondante, elle peut stagner ou ruisseler le long des pentes; à l'image des crues elles érodent les sols, détruisent la végétation au lieu de la nourrir. Par temps chaud, l'eau stagnante s'évapore, abandonnant des dépôts de sels qui transforment progressivement les terres fertiles en zones incultes qui sont finalement abandonnées.

À l'inverse, des sols trop irrigués noient les cultures (mis à part le riz et les plantes d'eau) car l'eau asphyxie les racines. Il faut veiller constamment sur les parcelles irriguées et évacuer le trop plein d'eau pour permettre à la terre de respirer. Ceci est autant valable pour les champs de coton cultivés dans les pays tempérés que sous le Soleil des oasis.

Conséquence de son utilisation, l'irrigation est une très grande consommatrice d'eau. Naturellement, l'eau est nécessaire pour compenser les pertes des plantes et des sols par évapotranspiration mais une fraction notable de l'eau d'irrigation est perdue et retourne directement à l'atmosphère. Ce cycle est d'autant plus actif que la plante dispose de beaucoup d'eau car cela accentue sa transpiration. Passé un certain seuil la plante ne transpire plus mais elle dépérit. Le cycle est rompu. Par conséquent, pour éviter de gaspiller l'eau et tuer les plantes, leurs besoins doivent être soigneusement estimés et l'irrigation contrôlée.

 Les rizières en terrasses de Bali. Doc Alain Catté.

Dans les pays arides, l'eau peut provenir de contrées très éloignées. Elle est soit récupérée par gravitation (écoulement naturel à travers les montagnes) ou par pompage s'il s'agit d'eau souterraine et amenée aux lieux de cultures.

Afin d'optimiser les rendements, aujourd'hui les agriculteurs profitent des techniques d'irrigation pour enrichir l'eau en produits fertilisants et en pesticides. Les systèmes peuvent être automatisés à grande échelle, tenant compte de l'historique afin de toujours assurer à la plante un arrosage optimal.

Ces infrastructures coûtent évidemment de l'argent qui se répercute sur le prix de vente, raison pour laquelle, les produits offerts sur les marchés occidentaux sont plus chers que ceux proposés par les pays pauvres de qualité équivalente et parfois supérieure mais qui ne bénéficient pas de ces techniques d'irrigation.

Contrairement à ce qu'on imagine, les pays les plus irrigués sont situés dans le sud-ouest asiatique qui, bien que bénéficiant du régime des moussons, se situent sous un climat tropical et rassemblent plus de 60% des terres irriguées de la planète ainsi que certains pays méditerranéens telle que l'Italie et la Grèce.

Les rizières asséchées dans le village de Raipur en Inde suite au retard des moussons en 2004. Document Tribune India/Reuters.

A Raipur par exemple, en Inde, il fait un temps caniculaire en été (41°C en moyenne en juin avec des pics jusque 47°C, Cf la météo du lieu). Sous ces chaleurs, l'eau s'évapore à vu d'oeil et les fermiers comptent sur la mousson pour irriguer les rizières et abreuver leurs bêtes.

Malheureusement les précipitations sont très irrégulières d'une année à l'autre passant de 48 mm d'eau/mois en 2003 à 272 mm/mois en 2001 comme l'explique ce document sur laclimatologie indienne. 

Quand la mousson est en retard comme ce fut le cas en 2004 et la région sous l'emprise d'une vague de chaleur, c'est la catastrophe comme en témoigne la rizière présentée à gauche qui fut détruite suite au retard de la mousson.

Au niveau mondial, l'agriculture est le secteur d'activité qui consomme le plus d'eau : 75% de tout le volume d'eau douce consommé dans le monde sont utilisés pour l'irrigation des cultures.

Nous en avons bien sûr besoin pour vivre, mais ainsi que nous l'avons expliqué, la majeure partie de cette eau est perdue par évaporation avant même d'avoir servi. Cela constitue un véritable problème dans les pays où l'eau est aussi rare que le pétrole car du fait qu'elle influence la vie économique et politique, son prix pourrait flamber comme celui de l'or noir et déstabiliser politiquement toute une région.

La canalisation de l'eau

Pour acheminer l'eau jusqu'aux cultures et dans les habitations, mais également pour éviter les crues des rivières ou détourner leur cours, les hommes ont inventé différentes techniques pour canaliser l'eau. Les méthodes vont du simple creusement de la roche à même la montagne à l'érection d'aqueducs pour traverser les vallées jusqu'aux canalisations souterraines, les châteaux d'eau et autre barrage sans oublier toutes les techniques d'irrigation à même le sol ou au moyen de systèmes d'arrosage.

En Asie, dans la Péninsule Arabique et en Afrique notamment, les cultures sont irriguées par tout un réseau de petits canaux et de digues qui a permis aux agriculteurs de maîtriser les crues des rivières et de récolter l'eau de pluie pour la distribuer au plus grand nombre de manière juste et équitable.

D'autres méthodes ont été développées pour retenir l'eau en amont des vallées (retenues collinaires en Inde ou au Brésil), sur le flanc des collines (rizières), pour pomper l'eau des lacs ou détourner le cours des fleuves au profit des zones agricoles et des industries (Russie) ou plus généralement pour transporter l'eau par canaux jusqu'aux régions qui en ont besoin, parfois distances de plusieurs centaines de kilomètres des sources.

Trois manières de canaliser l'eau. A gauche, l'irrigation en sillon : les champs sont alimentés par de l'eau pompée dans un canal d'irrigation. L'inconvénient est la grande perte d'eau par évaporation. Au centre, l'irrigation au goutte-à-goutte : les plantes sont placées là ou le système donne de l'eau. C'est le système le plus économique tant qu'on assure la maintenance des tuyaux qui, exposés au soleil peuvent se détériorer et se fendre. A droite, ce pipeline traversant le désert de Californie amène l'eau du lac Mono à Los Angeles. Or ce lac situé à 20 km à l'est de Yosemite est un parc naturel que les Californiens ont voulu préserver. Suite à des protestations et une sensibilisation de la population à la préservation des ressources d'eau, notamment en utilisant des toilettes économiques (6l par chasse) et en recyclant les eaux usées, aujourd'hui les eaux du lac Mono sont préservées et la ville économise des centaines d'hectolitres d'eau par habitant chaque année. Documents LBL/Jack Joseph, Oxfam/Annie Bungeroth et Monolake.

A ce titre, les barrages de retenue constituent parmi les ouvrages de génie civil caractéristiques du XXeme siècle. Ils offrent aujourd'hui à des millions d'habitants un accès permanent à l'eau potable.

Mais tout progrès a son revers. Si la canalisation des eaux nous permet de bénéficier d'eau toute l'année, en pratique, le fait d'avoir dompté les cours d'eau n'est pas sans inconvénients. D'une part à petite échelle, la multiplication des canaux et des réservoirs augmente la perte d'eau par évaporation, d'autre part à grande échelle, les barrages modifient les régimes hydrauliques, la qualité des eaux et perturbent l'équilibre des écosystèmes quand ils n'imposent pas un exode forcé des populations et la faillite de nombreux indépendants qui vivaient jusqu'alors des produits du fleuve. On y reviendra dans mon plaidoyer.

Une eau pour chaque usage

Conséquence de ses propriétés extraordinaires, l'eau est devenue un produit de grande consommation. Non seulement elle contribue à notre survie en hydratant nos tissus corporels, mais elle participe également à la survie du tissu industriel et on peut pour ainsi dire qu'il y a une eau pour chaque usage.

Ainsi que nous l'avons évoqué dans l'introduction, du fait que l'eau est un solvant universel, elle est capable de dissoudre un très grand nombre de composés, d'où son intérêt pour l'industrie. En solution aqueuse ou même sous forme de gaz (vapeur sous pression), elle est donc utilisée pour nettoyer, tremper, dissoudre, blanchir, peindre, colorer, extraire, séparer, synthétiser, coller, etc. Indirectement, l'eau sert également à mesurer, peser, soulever, refroidir, ...

A travers ces différents usages, l'eau est ainsi présente dans pratiquement toute la chaîne de production, de la substance brute au produit fini. Elle est présente dans la plupart des opérations de transformation, y compris là où on l'attend le moins, dans le raffinage du pétrole par exemple, l'industrie nucléaire, la production d'acier, la synthèse de matériaux ou la réalisation de produits alimentaires.

La consommation d'eau

Document Elkridge-engineering

Les industries les plus gourmandes en eau sont les industries de transformation : l'industrie textile, l'industrie du papier et du carton, la métallurgie, la parachimie et l'industrie pharmaceutique totalisent à eux seuls 75% de toutes les consommations industrielles.

L'eau à usage industriel n'a pas toujours besoin d'être potable mais c'est indispensable dans les industries agroalimentaire et électronique par exemple qui requièrent des eaux très pures. D'autres activités peuvent se contenter d'eaux simplement filtrées ou même d'eaux usées s'il n'y a aucun contact biologique. Enfin, certaines industries n'utilise l'eau que comme moyen de transport.

La consommation d'eau industrielle varie donc en fonction de l'activité et du niveau de développement de chaque nation. En Inde ou au Mexique par exemple, 90 % de toute l'eau est utilisée à des fins d'irrigation. En Occident, la consommation industrielle est presque équivalente à la consommation agricole mais elle aurait été multipliée par 20 en France entre 1900 et 1975. Mais il est vrai que le pays est plus axé sur l'agriculture intensive que d'autres pays occidentaux.

Certaines parmi ces exploitations restituent l'eau après usage, notamment les industries chimique et nucléaire. Si en soi cela peut-être bénéfique pour l'économie locale et le tourisme (pisciculture à Tihange, mer turquoise et plage de calcaire à Rosignano Solvay, etc), nous verrons que ces rejets d'eau chaude ou minéralisée ne sont pas sans conséquences sur l'environnement et aujourd'hui de telles pollutions sont réglementées sinon interdites, encore faut-il que les autorités fassent appliquer la loi.

Source d'énergies

Sous ses différentes formes, l'eau est source d'énergie : mécanique quand on exploite le débit du courant ou thermique quand on exploite la chaleur qu'elle dégage. Dans les deux cas, l'eau est également source d'énergie électrique.

Prenons un simple exemple de ses capacités mécaniques. Passez la main sous l'eau du robinet et vous constaterez qu'elle est emportée par le courant. Vous devez exercer une force continue pour résister à la force du courant. Même chose si vous essayez de traverser une rivière à la nage.

La centrale électrique la plus puissante du monde : le barrage hydroélectrique d'Itaipu situé à la frontière du Brésil et du Paraguay. Construit sur le fleuve Paraná, il est opérationnel depuis 1982. Il noya une partie des terres Guarani et submergea totalement les chutes d'eau de Sete Quedas qui étaient les plus hautes du monde (114m). Ce projet coûta 18 milliards de dollars. Le lac de retenue s'étend sur 1400 km2 soit 45% de moins que celui des Trois Gorges en Chine. La centrale d'Itaipu peut développer 12.6 GWe et fournit toute l'électricité du Paraguay et 25% de l'électricité du Brésil ! Document U.Radford/W.Kovarik.

Cette capacité de l'eau à développer une force a été mise à contribution il y a déjà 2000 ans par les Romains qui inventèrent le moulin à eau. Cette utilisation pris sa dimension industrielle au Moyen Age, relayée au XXeme siècle par les centrales hydroélectriques (barrages). Dans ces installations d'énormes turbines couplées à des alternateurs convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique. Ainsi, le barrage hydroélectrique des Trois Gorges en Chine dispose de 26 turbines de 710 kWe chacune, développant ensemble 18.2 milliards de kWh chaque année (9.9 GWe), l'équivalent de la puissance de 18 réacteurs nucléaires !

Il existe deux types de centrale hydroélectrique : dans les zones montagneuses (Brésil, Canada, Chine, Scandinavie, Afrique), d'immenses barrages de retenue sont construits en travers des grands fleuves, noyant des milliers d'hectares en amont, d'où partent des conduites forcées qui font chuter l'eau jusqu'aux centrales situées en contrebas. Dans les plaines (URSS, Japon), de petits barrages permettent de dévier l'eau vers les centrales installées le long des berges.

Les plus puissantes centrales hydroélectriques sont situées au Brésil, dans l'ex-Union soviétique et au Japon. Elle sont capables de développer une puissance brute qui peut atteindre 12.6 GWe dans le cas du barrage d'Itaipu au Brésil. Par comparaison, une centrale nucléaire constituée de 6 réacteurs comme celle de Gravelines en France développe environ 5.5 GWe.

Les barrages ont plusieurs avantages. Ils permettent de mieux capter la force de l'eau et d'en réguler le débit, évitant les crues du fleuve et les inondations. Ils approvisionnement les centres urbains et les zones agricoles de manière constante. Enfin, ils fournissent une quantité constante d'électricité et peuvent ajuster leurs capacités à la demande.

En revanche, les centrales hydroélectriques font partie de ces projets pharaoniques qu'un Etat ne réalise qu'une fois par siècle tellement les investissements sont importants. A ce titre, ils font partie du prestige et du savoir-faire du pays, drainant durant une génération des dizaines de milliers de travailleurs. 

Si les barrages visent à soustraire la population de la pauvreté et représentent un progrès évident, nous verrons qu'ils ne sont pas sans inconvénients sur les plans économiques et écologiques. De ce fait et en raison des frais d'investissement qu'ils représentent, cette forme d'énergie n'est pas très répandue dans le monde et est surtout développée à petite échelle dans les régions de hautes et de moyennes montagnes.

La source chaude de Zebedee Rock en Australie. Document Raffaella Morganti.

Alternativement on peut également exploiter l'énergie mécanique générée par le flux et le reflux de la mer dans l'embouchure des grands fleuves. Il s'agit des centrales marées-motrices (Bretagne). Elles sont toutefois très peu nombreuses et leur puissance généralement faible. Elles restent malgré tout avantageuses pour épauler les centrales hydroélectriques ou nucléaires.

L'eau est considérée comme une source d'énergie dite renouvelable car même si nous l'utilisons, nous ne la consommons pas et nous finissons toujours par la rendre à la nature. On peut donc l'exploiter sans risque d'épuisement, le cycle de l'eau assurant son renouvellement en permanence dans les différents réservoirs naturels.

L'usage de l'eau nécessite cependant des infrastructures, l'édification de canaux d'irrigation, de barrages et favorise l'installation des industries qui peuvent indirectement provoquer des inconvénients voire des désastres, tant en amont qu'en aval. 

Ces installations font régulièrement l'objet de controverses, notamment quand elles sont sources de pollutions, d'épuiseement des ressources, de déséquilibres écologiques ou d'inondations suite à une mauvaise gestion des risques et de l'environnement.

L'eau des nappes aquifères présente également une source d'énergie thermique. Issue des entrailles de la Terre, cette eau est chaude et peut dépasser 150°C dans les régions volcaniques. Elle est exploitée à des fins domestiques et dans le cadre des cures thermales.

C'est également une énergie alternative. Quand elle jaillit des geysers comme en Islande, aux Etats-Unis, aux Philippines ou au Mexique, on peut l'utiliser pour alimenter les turbines d'une centrale thermique et produire de l'électricité très bon marché. A titre indicatif, l'électricité à usage industrielle coûte 15 $/MWh en Islande, 30 $/MWh au Brésil et...65 €/MWh soit près de 100$/MWh en moyenne en Europe en 2005.

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