Fiche de révision : Météorologie et cycle de l’eau

📋 Plan du Cours

1. Humidité relative et saturation
2. Formation des nuages et des pluies
3. Brumes brouillards et fronts
4. Répartition de l’eau terrestre
5. Cycle de l’eau et bilan hydrologique
6. Bassins versants et lits fluviaux
7. Eaux souterraines et porosité
8. Écoulement souterrain et loi de Darcy

📖 1. Humidité relative et saturation

📝 Points essentiels

📐 Formule — L’humidité relative vérifie $H.R. = \frac{P_{vap}}{P_s} \times 100$, où $P_{vap}$ est la pression de vapeur d’eau dans l’air et $P_s$ la pression de vapeur saturante.

• 🔄 La baisse de température entraîne les étapes suivantes:
  1. L’humidité relative est de 80 %.
  2. L’humidité relative augmente à 95 %.
  3. L’humidité relative atteint 100 %.
  4. L’eau se condense.

💡 Astuce mémo

Baisse de température → hausse de l’humidité relative → saturation → condensation

📖 2. Formation des nuages et des pluies

★ À maîtriser

• La formation d’un nuage et de la pluie suit quatre processus : saturation de la masse d’air, condensation de la vapeur d’eau, croissance des gouttelettes, puis précipitation.

• Une gouttelette d’environ 20 µm doit atteindre au moins 500 µm pour pouvoir tomber, puis elle peut devenir une bruine de 300 µm, une pluie de 1000 µm ou une averse de 4 mm par collision et croissance.

Compléments

• La condensation nécessite des noyaux de condensation en suspension, constitués de microparticules ou d’aérosols fins présents dans la masse d’air.

💡 Astuce mémo

Saturation → condensation → croissance → précipitation

📖 3. Brumes brouillards et fronts

★ À maîtriser

📌 La brume correspond à une visibilité inférieure à 5 km, tandis que le brouillard correspond à une visibilité inférieure à 1 km.

📌 Le brouillard radiatif résulte d’un refroidissement de la surface du sol en l’absence de mouvement d’air, tandis que le brouillard advectif résulte du déplacement d’un air vers une zone plus froide.

Compléments

• Une perturbation du front polaire se développe par ondulation du front, avec succession d’un front chaud, d’un secteur perturbé, d’un front froid, puis d’un front occlus lorsque le front froid rattrape le front chaud.

💡 Astuce mémo

Brouillard radiatif sans mouvement d’air, brouillard advectif avec déplacement d’air

📖 4. Répartition de l’eau terrestre

📝 Points essentiels

• L’eau terrestre est composée de 97,5 % d’eau salée et de 2,5 % d’eau douce, pour un volume total de 1,386 × 10^9 km³ et un volume d’eau douce de 48 × 10^6 km³.

• L’eau douce se répartit entre:

  • Les calottes glaciaires et glaciers : 68,9 %.
  • Les eaux souterraines : 29,9 %.
  • L’humidité du sol : 0,9 %.
  • Les lacs et rivières : 0,3 %.

💡 Astuce mémo

97,5 % salée contre 2,5 % douce

📖 5. Cycle de l’eau et bilan hydrologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Évaporation : transfert d’eau sous forme de vapeur d’un plan d’eau vers l’atmosphère
• Évapotranspiration : combinaison de l’évaporation et de la transpiration des plantes vers l’atmosphère
• Ruissellement : transfert d’eau sous forme liquide à la surface des continents
• Infiltration : transfert d’eau vers les couches superficielles du sol, de haut en bas
• Précipitation : transfert d’eau depuis l’atmosphère vers la surface du sol sous forme liquide ou solide

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le temps de résidence d’un réservoir vérifie $TR = \frac{V}{Flux}$, avec V en km³ et le flux en km³/an, ce qui donne un temps en années.

📐 Formule — Le bilan hydrologique s’écrit $\Delta S = P + S_i + E + EPT - I - S_o$, où ΔS représente la variation du stock.

💡 Astuce mémo

Évaporation → condensation → précipitation → ruissellement ou infiltration

📖 6. Bassins versants et lits fluviaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Bassin versant : espace délimité par une ligne de partage des eaux et drainé vers un exutoire

📝 Points essentiels

• En France, 85 % des cours d’eau sont intermittents.

📌 Le lit mineur correspond à la zone ordinaire d’écoulement, limitée par des berges nettes et généralement dépourvue de végétation, tandis que le lit majeur est occupé lors des crues.

📌 Le lit majeur périodique est soumis à une crue tous les 1 à 3 ans, tandis que le lit majeur exceptionnel est soumis à des crues revenant tous les 30, 100 ou 1000 ans.

💡 Astuce mémo

Lit mineur permanent, lit majeur périodique ou exceptionnel

📖 7. Eaux souterraines et porosité

🔑 Notions clés & Définitions

• Eau liée : retenue par les forces d’attraction du solide et non mobilisable
• Eau de gravité : circule sous l’action de la gravité et est mobilisable par les plantes

★ À maîtriser

📐 Formule — La porosité volumique vérifie $P_e\,(ou\ n) = \frac{V_{vide}}{V_{total}}$.

📐 Formule — La porosité efficace vérifie $P_e = \frac{V_{eau\ de\ gravité}}{V_{total}}$ et mesure la fraction d’eau mobilisable.

• Les trois grands milieux aquifères sont:
  • Les milieux poreux : sable ou grès.
  • Les milieux fissurés : granite ou basalte.
  • Les milieux karstiques : roches carbonatées comme le calcaire.

Compléments

• La vitesse moyenne de circulation de l’eau est d’environ 1 km/an dans un milieu poreux, de 2 à 4 km/an dans un milieu fissuré, et de 1 km/h à 1 km/j dans un milieu karstique.

💡 Astuce mémo

Eau liée non mobilisable, eau de gravité mobilisable

📖 8. Écoulement souterrain et loi de Darcy

🔑 Notions clés & Définitions

• Charge hydraulique : niveau d’eau H1 ou H2 mesuré dans un forage, tandis que ΔH représente la variation de charge hydraulique entre deux points

📝 Points essentiels

📐 Formule — La loi de Darcy donne le débit souterrain par $Q = S \times K_s \times \frac{\Delta H}{L}$, où S est la section traversée, Ks la conductivité hydraulique à saturation, ΔH la variation de charge hydraulique et L la distance entre les forages.

📐 Formule — La vitesse réelle de l’eau vérifie $U = \left(K_s \times \frac{\Delta H}{L}\right) \times \frac{1}{P_e}$, où Pe est la porosité efficace.

💡 Astuce mémo

Charge hydraulique → gradient → débit → vitesse réelle

📊 Tableaux de synthèse

Types de brouillard