Simulating lunar, L'écohydrologie et L'évapotranspiration.

LE MOUVEMENT TERRESTRE ET L'INFLUENCE HUMAINE:

   Title Simulating lunar surface operations
   Released 19/10/2017 10:51 am
   Copyright ESA
   Description

   ESA and the Canadian Space Agency are probing how to explore the Moon with a robot rover. The teams are investigating the challenges of remotely operating a rover in a representative lunar scenario with teams in several locations during 12–20 October.

   The series of Meteron (Multi-purpose End To End Robotic Operations Network) experiments is developing the skills, concepts and technologies for future exploration of the Solar System. The many challenges make it likely that machines will be used before and/or together with humans.

   The current experiment is using Canada’s Juno rover in a quarry in St Alphonse de Granby, Quebec, which has been selected because of its lunar-like landscape. Engineers at ESA’s mission control in Darmstadt, Germany, and the Canadian Space Agency are taking turns at controlling the vehicle.

   Connect with the Meteron team on Twitter via @esa_meteron
   Id 385438

Ainsi, nait une sorte de paradoxe des masses sur

L'évapotranspiration (ET) est la quantité d'eau transférée vers l'atmosphère, par l'évaporation au niveau du sol et par la transpiration des plantes. Elle se définit par les transferts vers l'atmosphère de l'eau du sol, de l'eau interceptée1 par la canopée et des étendues d'eau. La transpiration se définit par les transferts d'eau dans la plante et les pertes de vapeur d'eau au niveau des stomates de ses feuilles.

Le concept d'évapotranspiration et ses mesures sont apparus dans les années 19502 ; il est important pour expliquer et quantifier les transferts d'eau dans les écosystèmes, pour calculer les besoins en eau des forêts, cultures agricoles3 et plus globalement pour la gestion de l'eau des espaces végétalisés naturels ou semi-naturels, ou encore pour estimer l'importance de bulles de chaleur urbaines4 ou les conséquences d'un changement de végétation d'un milieu.

Le Processus de l'évapotranspiration
Évaporation
Article détaillé : Évaporation.

L'évaporation de l'eau est le passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Ce phénomène est donc une vaporisation progressive. Lorsqu'il existe un volume libre au-dessus d'un liquide, une fraction des molécules composant le liquide est sous forme gazeuse. À l'équilibre, la quantité de matière sous forme gazeuse définit la pression de vapeur saturante qui dépend de la température. Lorsque la pression partielle de la vapeur dans le gaz est inférieure à la pression de vapeur saturante et que celle-ci est inférieure à la pression totale ambiante, une partie des molécules passent de la phase liquide à la phase gazeuse : c'est l'évaporation, qui demande de fournir la chaleur latente correspondante, ce qui refroidit le liquide.
Transpiration végétale
Échanges au niveau d'une feuille : Du gaz carbonique (CO2) est absorbé. De l'oxygène (O2) et de l'eau (H20) sont rejetés.
Article détaillé : Transpiration végétale.
Un stomate ouvert sur une feuille de plant de tomate (image colorée de microscope électronique)

Chez les plantes, la transpiration est le processus continu causé par l'évaporation d'eau par les feuilles et la reprise qui y correspond à partir des racines dans le sol. La transpiration est le principal moteur dans la circulation de la sève et se produit essentiellement au niveau des stomates. La régulation de leur ouverture influence donc directement l'intensité de la transpiration.

Le rôle de la transpiration chez les végétaux est multiple : elle est le moteur de la circulation de la sève brute dans le xylème, elle favorise dans une certaine mesure le rafraîchissement des plantes et elle permet le transfert des sels minéraux aux endroits où la plante en a besoin, principalement dans les feuilles qui sont le siège de la photosynthèse.

La quantité d'eau rejetée dans l'atmosphère par la transpiration des plantes est très importante. À titre d'illustration, un hectare de hêtres rejette environ 250 mm d'eau pendant la saison de végétation, et un hectare de forêt tropicale humide en évapotranspire bien plus encore (1530 mm ± 7 % selon les bassins, en Guyane, sous une pluviométrie de 2000 à 4000 mm selon la mesure faite par le bilan hydrologique5 ; résultats proches de ceux de Madec obtenus avec la méthode de Thornthwaite en 19636). Cela explique le rôle joué par les grandes formations végétales, notamment les forêts sur le cycle de l'eau et sur le climat régional et mondial.

L'appel transpiratoire est un des moteurs de la circulation de la sève brute (il existe aussi la poussée radiculaire). Lors de la photosynthèse les stomates s'ouvrent afin de laisser rentrer du CO2. Il y a alors mise en contact de la solution des feuilles avec l'air extérieur. La différence entre le potentiel hydrique atmosphérique et celui des feuilles induit la sortie de l'eau (présente dans les feuilles) dans l'atmosphère. La pression relative dans le xylème diminue et devient plus faible que la pression atmosphérique. Le xylème est alors sous tension, ce qui permet la montée de la sève brute.
Facteurs d'influence

De nombreux facteurs physiques, biologiques et météorologiques influencent l'évapotranspiration, dont notamment :

   le type de plante, le stade de croissance et maturité de la plante, la hauteur de la plante, la profondeur des racines, le stress hydrique (En 2010, dans la revue Nature, certains auteurs observent une tendance à une diminution générale de l'évapotranspiration dans les zones cultivées, par manque d'eau7, l'évapotranspiration est une donnée qui intéresse la prospective agricole et climatique, en Inde par exemple8 );
   le taux de couverture végétale (ou paillage) du sol, la densité du feuillage, l'eau de pluie retenue sur le feuillage ;
   les radiations solaires9, la réverbération sur le sol et les plantes ;
   le contexte thermohygrométrique (humidité et température de l'air), la pression atmosphérique et le vent ;
   l'humidité et la température du sol et l'eau disponible dans le sol ;
   la composition du sol (argile, sable…) et ses capacités de rétention, drainage et percolation...

Importance de l'évapotranspiration
Holdridge FR.png
Cycle de l'eau et influence sur le climat

Sur une majorité de bassins, les pertes d'eau par évapotranspiration représente la partie la plus importante du bilan d'eau. Dans les espaces continentaux, plus de 60 % de l'apport pluviométrique serait ainsi dissipé par évapotranspiration10.
Article connexe : Cycle de l'eau.
Évapotranspiration

L'évapotranspiration potentielle et réelle varient considérablement selon les écosystèmes et parfois selon les saisons, dont en

   Milieu tempéré ;
   Milieu aride ;
   Milieu urbain ;
   Milieu cultivé (éventuellement irrigué et/ou drainé...)

Agronomie et cultures agricoles
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Toutes les plantes ont besoin d'eau. Certaines en évapotranspirent beaucoup, d'autres peu. En génie biologique, on exploite cette propriété pour assécher des terrains humides et marécageux en plantant des peupliers ou des saules en climat tempéré. Certaines plantes semi-aquatiques, dites palustres ou hydrophytes, évapotranspirent beaucoup durant leur période de croissance11. D'autres accumulent l'eau dans leurs tissus, l'évapotranspiration pouvant alors être en partie décalée dans le temps ; ce sont par exemple les sphaignes des tourbières.

En climat tropical, on utilise des plantes qui évaporent peu et qui forment une voûte avec leurs branchages (des palmiers) afin de pouvoir cultiver à leur pied des plantes qui transpireraient plus si elles étaient en plein soleil, des orangers, des citronniers, des légumes, des plantes parfumées. On crée ainsi artificiellement sous les palmiers un microclimat favorables à des plantes cultivées.
Le cas particulier des TCR et TtCR
La pertinence de cette section est remise en cause, considérez son contenu avec précaution. En discuter ? (décembre 2016)

Les TtCR (taillis à très courte rotation) ou certains TCR (taillis à courtes rotations) utilisent des essences faciles à cloner et à croissance très rapide. Ces essences poussent normalement à l'état sauvage dans des zones humides où l'eau ne manque pas. Il s'agit de saules ou de peupliers, deux essences qui évapotranspirent beaucoup en été, la période où l'eau risque le plus de manquer ; « typiquement 500 mm/an (pour les peupliers), soit plus qu'une culture traditionnelle (350 - 390 mm/an) ». Le TtCR peut alors « aussi être à l'origine d'un ralentissement du drainage de l'eau dans le sol, de l'ordre de 80 mm par an. Tout cela est dû à la conductance stomatique élevée des feuilles de TtCR, à une absence de réaction vis-à-vis d'un déficit hydrique atmosphérique, ainsi qu'à une réponse différée à un déficit en eau du sol. Cette évapotranspiration élevée, combinée au fait que le TtCR supporte des quantités d’eau dans le sol plus importantes que la plupart des autres cultures, a pour conséquence qu’il peut être cultivé dans des sols forts humides. Cela aura pour effet d’assécher le sol et il faut prêter attention à ne pas cultiver du TtCR sur un terrain dont la valeur écologique dépend de l’humidité de celui-ci (par exemple une prairie humide »)12.
Diverses expressions de l'évapotranspiration

Comme pour la mesure des précipitations (pluie, neige, etc), l'unité de mesure de l'évapotranspiration est le millimètre de hauteur d'eau. 1 mm correspond à 1 litre d'eau par mètre carré ou à 10 mètres cubes par hectare. Pour donner une ordre de grandeur, l'évapotranspiration peut atteindre 4 à 6 mm/jour en plein été en zone tempérée européenne et 6 à 8 mm/jour en zone méditerranéenne.

Plusieurs concepts supplémentaires ont été ajoutés pour préciser les estimations de l'évapotranspiration. Ces concepts ont des définitions variables selon les auteurs13.
Évapotranspirations réelle et potentielle
Article connexe : Évapotranspiration potentielle.
Pour la végétation des déserts chauds, l'évapotranspiration potentielle (ETp) est très importante en raison de la chaleur et l'ensoleillement. Mais l'évapotranspiration réelle (ETr) est très faible, car le manque d'eau disponible pour le sol et les plantes (sécheresse) est un facteur limitant.

La notion d’« évapotranspiration potentielle » (ETp) est couramment opposée à l’« évapotranspiration réelle » (ET ou ETr, anglais : actual evapotranspiration ETa).

L'évapotranspiration réelle désigne la quantité exacte d'eau évapotranspirée par une couverture végétale réelle. C'est une donnée impossible à mesurer à l'échelle d'une parcelle ou d'une région.

À l'opposé, l'évapotranspiration potentielle est une valeur calculée par des formules mathématiques14. L'ETp est ainsi l'objet de définitions variées, selon les auteurs et les méthodes de calcul employées. Cette notion de consommation potentielle en eau a été introduite par Thornthwaite en 1948, puis reprise par Howard Penman dans sa formule de calcul (1948)15.

En 1956, Penman (1956) définit l’ETp comme : « l’évaporation d’une pelouse rase suffisamment étendue, en bon état et convenablement alimentée en eau ». Selon les auteurs et les méthodes, différents paramètres météorologiques, physiques ou biologiques sont inclus ou non dans la définition de l'ETp : par exemple l'espèce végétale, la constance des flux d'énergies, l'ouverture des stomates, la constance de l'humidité relative15…

Ces deux notions ETr et ETp sont utiles et nécessaires pour étudier les bilans de circulation de l'eau et notamment pour déterminer les besoins en eau des cultures ou calculer l'« effet oasis »16 d'une zone où l'évapotranspiration est plus importante (qui peut être une zone urbaine). Les plantes de milieux arides peuvent fortement réduire leur évapotranspiration quand elles manquent d'eau. Les plantes des zones tropico-équatoriales pluvieuses ne le peuvent généralement pas.
Évapotranspiration de référence
Luzerne cultivée

L'évapotranspiration de référence (ETo) est un concept utilisé dans différentes méthodes d'estimation. C'est une valeur pour une végétation choisie, dans des conditions hydriques réelles, permettant ensuite de déduire l'évapotranspiration pour d'autres couverts végétaux. Cet usage pratique d'une culture de référence est lié à la faible variation de l'évapotranspiration potentielle selon les différents végétaux, dans de mêmes conditions climatiques.

Selon les climats et méthodes d'estimation, n'importe quelle espèce végétale peut servir de référence. Typiquement, les plants de référence sont de l'herbe (gazon) ou de la luzerne cultivée (alfalfa) de faible hauteur, en raison de méthodes de calcul développées généralement pour les besoins de l'agriculture13.
Évapotranspiration maximale
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L'évapotranspiration maximale (ETm) la valeur maximale de l'évapotranspiration d'une culture donnée, à un stade végétatif, dans des conditions climatiques données, prise en compte par l'ETp. C'est une correction de l'ETp en fonction du couvert végétal. ETm = Kc x ETp, Kc étant le coefficient cultural. Pour déterminer le coefficient cultural, Christian de Pescara propose la méthode suivante : il faut conduire la culture à l'ETm que l'on peut déterminer par un appareil calculant au-dessus de la parcelle l'ETp ou par un lysimètre. Alors nous avons ETr max = ETm et nous calculons : Kc = ETr max / ETp. Ainsi nous pouvons calibrer les coefficients culturaux Kc.
Estimation de l'évapotranspiration

En complément de la pluviométrie, l'évapotranspiration est un paramètre majeur des études bioclimatiques17 et de certaines études d'impact.

Il est aisé pour les chercheurs de mesurer l'évapotranspiration d'une plante ou d'une surface végétalisée de petite dimension (au moyen d'une chambre de transpiration portable par exemple)18, mais cela devient difficile à l'échelle d'un arbre, d'une forêt, d'une roselière, d'une parcelle de culture ou d'une région géographique. Il faudrait idéalement aussi tenir compte du pouvoir plus ou moins important d'interception de la pluie19 et des autres eaux météoritiques (brumes, rosées, neige, givre...). On utilise alors des méthodes empiriques ou la modélisation.

Un grand nombre de méthodes d'évaluation théoriques ou empiriques ont été définies depuis le milieu du XXe siècle par les scientifiques (avec souvent des problèmes de calibration locale les rendant peu valides dans d'autres régions). Les spécialistes distinguent communément trois approches distinctes :

   Les modèles basés sur des facteurs agronomiques et météorologiques
   Les modèles basés sur l'équilibre des masses d'eau
   Les modèles basés sur l'équilibre des flux énergétiques

Ces modèles doivent toujours être utilisés avec prudence et en tenant compte de leurs limites méthodologiques, notamment en matière de sylviculture et de bioclimatologie tropicale20.
Calcul des facteurs agronomiques et météorologiques
Estimation par bac d'évaporation
Bac d'évaporation de classe A avec cage de protection et anémomètre

L'évapotranspiration peut être grossièrement approchée par des mesures réalisées avec un bac d'évaporation rempli d'eau (appelée pan evaporation par les anglophones21). En l'absence de pluie, la variation du niveau d'eau dans le bac est supposée proportionnelle à l'évapotranspiration, car l'eau du bac est soumise aux mêmes conditions climatiques que les plantes et le sol : rayonnements (solaires), vent, température et humidité21.

Cette relation simple est formulée par21 :

       E T p = K b a c ∗ E b a c {\displaystyle ET_{p}=K_{bac}*E_{bac}} ET_{p}=K_{{bac}}*E_{{bac}}

   ETp l'évapotranspiration potentielle calculée (en mm)
   Kbac le coefficient du bac
   Ebac la mesure d'évaporation dans le bac (en mm).

Néanmoins de nombreux facteurs distinguent les conditions d'évaporation du bac et l'évapotranspiration du sol et des plantes (capacité du bac d'emmagasiner de la chaleur, turbulences aériennes…). Ces aspects divergents sont pris en compte pour la mise en place des bacs (taille et forme du bac, choix couleur et matériaux…), et par des coefficients correcteurs plus complexes (définis par facteurs climatiques et géographiques)21. Selon la FAO, la méthode des bacs d'évaporation donnerait des estimations « acceptables », avec un emplacement pertinent des bacs et pour des estimations sur des périodes supérieures à 10 jours. Selon des études de l'ASCE, en comparaison d'autres méthodes de calcul, la méthode des bacs s'avèrent généralement « irrégulière et inconstante »22.
Modélisation de Penman et Monteith
Un capteur de température et humidité au-dessus d'une parcelle de culture.

La modélisation de Penman-Monteith est très utilisée et considérée comme le modèle offrant « les meilleurs résultats et le minimum d'erreurs » selon la FAO23 et présentant des résultats « exacts et constants » pour les climats tempérés, humides et arides. Avec ce modèle, la couverture végétale est considérée comme un ensemble homogène et l'évapotranspiration est considérée de manière « verticale », comme une succession de résistances et régulations empêchant l'eau de s'évaporer : la résistance du sol, des racines, des stomates des feuilles, du couvert, etc24.

La formule complexe de Penman-Monteith (1965) incorpore de nombreux paramètres, qui sont mesurables ou bien calculables à partir de données météorologiques et agronomiques. Les données météorologiques utilisées comportent par exemple les variations de température, d'humidité et de pression atmosphérique, la latitude, l'altitude, la durée d'ensoleillement et la force du vent. Les paramètres agronomiques comportent l'albédo et la conductivité stomatale des plantes, la hauteur des plantes, le type de sol…

   E T p = Δ R n + ρ a c p ( δ e ) g a ( Δ + γ ( 1 + g a / g s ) ) L v {\displaystyle {ET_{p}={\frac {\Delta R_{n}+\rho _{a}c_{p}\left(\delta e\right)g_{a}}{\left(\Delta +\gamma \left(1+g_{a}/g_{s}\right)\right)L_{v}}}}} {ET_{p}={\frac {\Delta R_{n}+\rho _{a}c_{p}\left(\delta e\right)g_{a}}{\left(\Delta +\gamma \left(1+g_{a}/g_{s}\right)\right)L_{v}}}}

Avec pour paramètres :

   ETp : Évapotranspiration potentielle (disponibilité d'eau dans le sol et les plantes)
   Δ : Variation de saturation de l'humidité selon la température de l'air. (Pa⋅K−1)
   Rn : irradiance nette (W⋅m−2) du flux d'énergies extérieures
   cp : Capacité thermique de l'air (J⋅kg−1⋅K−1)
   ρa : Densité de l'air sec (kg⋅m−3)
   δe : déficit de pression de vapeur ou specific humidity (Pa)
   ga : Conductivité hydraulique de l'air (m⋅s−1)
   gs : Conductivité des stomates (m⋅s−1)
   γ : Constante psychrométrique (γ ≈ 66 Pa⋅K−1)

Modélisation des disponibilités de l'eau
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L'évapotranspiration réelle (ET) est calculée ensuite à partir de la mesure des disponibilités de l'eau dans le sol et les racines. Cette disponibilité est mesurée à partir de l'humidité du sol et les caractéristiques physiques du sol et des racines — ou bien calculée d'après une modélisation des réserves d'eau (calcul d'infiltration, ruissellement et percolation selon les précipitations).

En comparaison du calcul des équilibres énergétiques (voir section suivante), cette méthode de calcul permet de préciser l'évapotranspiration sur des périodes courtes (durée inférieure à 1 heure) ; mais la modélisation impose des mesures complexes et coûteuses pour déterminer les paramètres physiques. De même de petites erreurs dans l'évaluation des disponibilités d'eau dans le sol impliquent de grandes erreurs d'estimation de l'évapotranspiration réelle24.
Articles connexes : Teneur en eau (milieux poreux) et Stress hydrique (écologie).
Calcul d'évapotranspiration de référence et culturale
Le gazon sert communément de couverture végétale de référence (ETo) pour les climats tempérés.

L'évapotranspiration d'une couverture végétale spécifique peut ainsi être calculée directement, à partir des formules combinant le modèle de Penman-Monteith et la disponibilité de l'eau. En pratique, elle est généralement calculée en fonction d'une culture de référence (ETo).

Soit une évapotranspiration de référence (ETo), par exemple pour une parcelle d'herbe haute de 12 cm suffisamment hydratée25 calculée avec la formule de Pennman-Monteith. À partir de cette ETo est ensuite calculée l'évapotranspiration pour une culture spécifique (ETc), par exemple un champ de blé.

Avec une formule simplifiée, ETc dépend d'un facteur culture (Kc) lié aux plantes (espèces végétales, profondeur racines, état de croissance…) et d'un facteur stress (Ks) lié aux spécificités du terrain (composition du sol, stress hydrique, protections contre vent et évaporation, espacement des plants, fréquence d'arrosage…). Ce calcul de ETc est souvent présenté sous l'équation simplifiée :

   E T c = K c ∗ K s ∗ E T o {\displaystyle ET_{c}=K_{c}*K_{s}*ET_{o}} ET_{c}=K_{c}*K_{s}*ET_{o}

Autres équations

   L'équation originale de Pennman (1948), l'une des plus notoires, exige des calibrages locaux (fonction vent) pour des résultats satisfaisants.

   Des équations basées sur la température : Thornthwaite (1948), Hamon (1963), Hargreaves-Samani (1985)13

   Des équations basées sur la radiation : Turc (1961), Makkink (1957), Priestley-Taylor (1972)13

   L'équation de Blaney-Criddle (en) : formule simpliste basée sur la température moyenne et la durée moyenne d'ensoleillement.

Calcul des masses d'eau
Bilan hydrologique
Schémas de principe d'un lysimètre.

L'évapotranspiration peut être estimée à partir de l'équation d'équilibre de l'eau d'un bassin de drainage (S) :

   Δ S = P − E T − Q − D {\displaystyle \Delta S=P-ET-Q-D\,\!} \Delta S=P-ET-Q-D\,\!

Avec :

   ΔS : variation de la quantité d'eau dans le bassin S.
   P : précipitations (pluie)
   ET : évapotranspiration
   Q : eau de ruissellement
   D : eau drainée (en profondeur)

L'évaporation peut donc être calculée à partir de la formule dérivée :

   E T = P − Δ S − Q − D {\displaystyle ET=P-\Delta S-Q-D\,\!} ET=P-\Delta S-Q-D\,\!

Ce type de modélisation semble peu précis sur une courte période mais assez fiable sur une longue période, pour autant que les mesures de pluie sont précises24.
Mesures lysimétriques de référence

En pratique, les variations d'eau sont mesurées sur une petite parcelle de référence aménagée sous forme de bassin avec un lysimètre. Cet appareil de mesure permet de mesurer (par pesée) la variation d'eau (ΔS) dans le bassin (eau contenue dans le sol et les plantes). Le lysimètre permet également de récupérer et mesurer l'eau drainée (D) vers le sous-sol. L'eau de ruissellement (Q) est récupérée (par exemple avec des rigoles installées en bordure du bassin) pour être mesurée. Les précipitations (P) sont mesurées avec un pluviomètre.

Ces mesures permettent ainsi de déterminer l'évapotranspiration du bassin délimité. Cette évapotranspiration de référence (ETo) permet ensuite d'estimer ou calculer l'évaporation d'un couvert végétal quelconque, de plus vaste étendue ou d'une autre nature végétale.
Modélisations des pluies et débits
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Bilan atmosphérique
Une tour du réseau FluxNet (en) pour la mesure des covariances de turbulences.
Anémomètre sonique et analyseur infrarouge de gaz pour mesurer la covariance des turbulences

Cette méthode consiste à prendre pour référence une tranche d'air atmosphérique au-dessus d'un couvert végétal. L'évapotranspiration est déduite par la mesure et comparaison de l'eau contenue dans cette zone de référence.

La mesure de covariance des turbulences est une méthode commune d'estimation, avec l'emploi de différents instruments de mesure : anémomètre sonique à trois directions, hygromètre à krypton à champ ouvert26…
Calcul des flux énergétiques
Flux d'énergie (Rn, H, LE, G) mesurés durant 24 heures sur un champ de maïs, déterminant un ETr de 3,6 mm.
Image du satellite Landsat 5 révélant la végétation (vert) de Las Vegas.

Dans une approche physique, la transformation de l'eau en vapeur est considérée selon ses aspects énergétiques. Par cette approche, l'évapotranspiration (ET) correspond au flux de chaleur latente (LE) dans l'équation du bilan d'énergie suivant27 :

   R n = H + L E E T + G + Δ C O 2 + Δ M {\displaystyle Rn=H+LE_{ET}+G+\Delta CO_{2}+\Delta M} Rn=H+LE_{{ET}}+G+\Delta CO_{{2}}+\Delta M[réf. nécessaire]

Avec

   Rn : Rayonnement net (bilan du rayonnement solaire, rayonnement réfléchi par surface, rayonnement atmosphérique et de l'émission de surface)
   H : Flux de chaleur sensible (convectif dans l'air)
   G : Flux de chaleur par conduction dans le sol (valeur faible)
   LE : Flux de chaleur latente
   ΔCO2 : Variation du CO2 (photosynthèse)
   ΔM : Variation de masse (stockage d'énergie)

En négligeant ΔCO2 (2-3 % de l'énergie) et ΔM, la formule peut être simplifiée27 et l'évapotranspiration est donc estimée d'après les données mesurées et calculées du rayonnement net et des autres flux de chaleur. Sous cette forme, cette approche est également appelée « ratio de Bowen » (méthode d'autant moins fiable que l'environnement est sec28).

   L E E T = R n − H − G {\displaystyle LE_{ET}=Rn-H-G} LE_{{ET}}=Rn-H-G

Mesures sur le terrain

À l'échelle d'un petit couvert végétal, les échanges d'énergie peuvent être mesurés sur le terrain avec différents appareils : le rayonnement net est mesuré par un pyrradiomètre. Le flux de chaleur dans le sol est mesuré par un fluxmètre. Les flux de chaleur sensible et latente sont calculés à partir de mesures différentielles de température ambiante et humide de psychromètres placés.
Mesures par satellite

À l'échelle régionale, les échanges d'énergie peuvent être mesurés par certains satellite de télédétection ; leurs radiomètres mesurent les luminances spectrales au sommet de l'atmosphère, pour différentes longueur d'onde (visible, infrarouge, infrarouge thermique…), les albédos et températures de surface, et les indices de végétation. Ces données sont ensuite analysées par différentes méthodes, à l'exemple des algorithmes SEBAL (en) ou S-SEBI27.
Autres méthodes d'estimation

   Estimation de la transpiration végétale par mesure de la circulation de sève29.

   Mesure des isotopes stables dans la vapeur d'eau atmosphérique30.

Bibliographie
Généralités

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Approches agrométéorologiques

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   Jacques Kessler, Alain Perrier et Christian de Pescara, La Météo agricole, Météole, 1990 (ISBN 2-908215-00-4)

Approches hydrodynamiques, d'estimation ou modélisation

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Annexes
Articles connexes

   Climat
   transpiration
   Microclimat
   bioclimatologie
   Îlot de chaleur urbain

RAPPORT DE Y'BECCA
SOUS L’ÉGIDE DES LOIS NATURELLES.

Le Grand Lac Salé, en anglais Great Salt Lake, est un lac du nord de l’État de l’Utah aux États-Unis. Il s'agit du plus grand lac salé du continent américain4, le quatrième lac endoréique du monde5 et il fait partie des cinquante plus grands lacs de la planète6.

Une année ordinaire, la superficie du lac est 4 400 km25 mais sa taille fluctue selon le volume des précipitations. Ainsi, en 1963, le lac ne recouvrait plus que 2 460 km2 alors que sa taille était 8 547 km2 en 19835.

Le lac actuel est un vestige d'un vaste lac préhistorique — le lac Bonneville — qui s'étendait sur toute la partie occidentale de l’Utah durant la Préhistoire. Bien qu’on le surnomme parfois la « mer Morte américaine7 », le lac attire une multitude d’oiseaux comme le phalarope de Wilson8.

Le lac est à une altitude de 1 280 mètres, dans la région aride du Grand Bassin, privé de toute influence océanique par les montagnes Rocheuses. Sa présence adoucit les températures et a favorisé l'implantation des mormons à Salt Lake City dès 1847.

Les régions à l'ouest et au sud du lac sont particulièrement inhospitalières, étant constituées de larges étendues planes et salées. Depuis 1914, celles-ci constituent le prestigieux cadre des records du monde de vitesse : ce « terrain de jeu » (localement Recreation Area) est le plus vaste au monde. [réf. souhaitée].

Origine

Le Grand Lac Salé est un vestige du lac préhistorique de Bonneville dont la surface avoisinait celle du lac Michigan9. D’une taille dix fois plus grande5 et d’une profondeur de 305 mètres10, il s’étendait sur les États américains de l’Utah, de l’Idaho et du Nevada durant l’époque du Pléistocène (il y a entre 14 000 et 32 000 ans), c'est-à-dire pendant l'âge glaciaire du Wisconsin. Avec le changement de climat à la fin de cette période glaciaire, le lac a commencé à s’assécher et à se scinder en petits lacs comme le Grand Lac Salé, le lac Utah, le lac Sevier, le lac Rush et le Petit Lac Salé9.
Géographie
Article détaillé : Bonneville Salt Flats.
Carte topographique du Grand Lac Salé.

Le lac est endoréique ce qui signifie que toute l’eau rentrant dans le lac en ressort uniquement par évaporation et non par un cours d’eau. Le lac est de ce fait beaucoup plus salé que les océans. En effet, les sels s’accumulent au fil des ans sans pouvoir être transportés hors du lac. La profondeur maximale du lac est 10,7 mètres, avec une moyenne de 4 mètres1.

Le lac reçoit principalement les eaux des rivières Jordan, Weber (en) et Bear dont les eaux proviennent en grande partie des monts Uinta, au Nord-Est de l’Utah[réf. souhaitée]. Ces rivières déposent chaque année 1,1 million de tonnes de minéraux dans le lac4. Grâce à cette salinité, la densité de l’eau est plus élevée et les gens flottent donc plus facilement sur l’eau11. Décor des jeux olympiques d'hiver de 2002, les hautes montagnes environnantes alimentent également le lac en eau grâce à la fonte de la neige accumulée durant tout l'hiver.

Les premiers colons mormons arrivèrent dans la région le 24 juillet 1847 par Emigration Canyon et ils fondèrent la ville de Salt Lake City qu'ils appelaient Great Salt Lake City du nom du lac salé qu'ils venaient d'atteindre12. Cette ville importante est située au sud-est et à l’est du lac, entre celui-ci et la chaîne montagneuse de Wasatch. En revanche, les rives Nord et Ouest sont quasiment désertiques. Les Bonneville Salt Flats, contrée désertique et salée qui accueille des pilotes souhaitant battre des records de vitesse, se situent à une centaine de kilomètres à l’ouest, les montagnes Oquirrh et Stansbury au sud.

Une ligne de chemin de fer traverse le lac. Cette ligne, posée en grande partie sur une digue, divise le lac en deux. Le mélange des eaux se fait néanmoins grâce à des brèches permettant l’écoulement des eaux.
Une partie du Grand Lac Salé vu depuis l'île Antelope.

Le nombre d’îles est difficilement quantifiable car les critères de sélection peuvent varier selon les sources et parce que le niveau de l’eau fluctue d’année en année. Suivant le service de géologie américain (USGS), on dénombre huit îles qui n’ont jamais été submergées depuis que l’on fait des relevés. Toutes ont par contre été connectées au rivage en période de sécheresse. Le lac comporte également une multitude d’îles et de rochers qui sont recouverts lors de crues13. Le service de géologie de l’Utah parle de onze îles dont sept se trouvent dans le sud du lac2.

De la plus grande à la plus petite, on trouve les îles Antelope, Stansbury, Fremont, Carrington, Dolphin, Cub, Badger, Strongs Knob, Gunnison, Goose, Browns et Hat. Les îles Dolphin, Gunnison, Cub et Strongs Knob se situent dans le Nord-Ouest du lac tandis que les autres se trouvent dans le Sud.

Avec ses 113 km2, Antelope est la plus grande île du lac. Son sommet nommé Frary Peak culmine à 2 010 mètres d'altitude. Le parc d'État d'Antelope Island abrite le Fielding Garr Ranch House construit en 184814.
Climat

Le climat de la région est un climat de type continental aride. Ce climat assez sec présente des hivers pouvant être froids et des étés pouvant être très chauds. Le record de température minimale est ainsi −30 °C alors que le record de température maximale est 42 °C.

En moyenne, des gelées se produisent de novembre à février et les températures maximales sont proches de 30 °C de juin à septembre.

Les précipitations dans la région sont faibles durant l'été et sont les plus fortes durant le printemps. La faible moyenne annuelle des précipitations et les fortes températures estivales expliquent en partie le fait que le lac soit endoréique.
Relevés de l'aéroport de Salt Lake City Mois jan. fév. mars avril mai juin jui. août sep. oct. nov. déc. année
Température minimale moyenne (°C) −6 −3 1 4 8 13 17 17 11 5 −1 −6 5
Température maximale moyenne (°C) 3 7 12 16 22 28 33 32 26 18 9 3 17,3
Record de froid (°C) −30 −26 −18 −9 −4 2 4 3 −3 −9 −26 −26 −30
Record de chaleur (°C) 17 21 26 30 37 40 42 42 38 32 24 21 42
Précipitations (mm) 34,8 33,8 48,5 51,3 53,1 19,6 18,3 19,3 33,8 39,9 35,6 31,2 419,2
Source : (en) « Données climatiques. »(Archive • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?).


Phénomènes climatiques causés par le lac
Inondations dans les années 1980.

L'eau relativement chaude à cause de la faible profondeur du lac et du climat local est fréquemment à l’origine de chutes de neige en général au début ou à la fin de l’hiver. En effet, lorsque des vents froids venant du nord, nord-ouest ou ouest passent sur les eaux plus chaudes du lac, la différence de température entre le lac et l’air froid engendre des nuages qui donnent des chutes de neige sur les rives sous le vent. Au milieu de l’hiver, la température du lac devient trop basse pour que ce phénomène puisse se produire.

Chaque été, la différence de température peut générer de six à huit tempêtes. Ces tempêtes sont accompagnées de fortes pluies au printemps et en automne15.
Hydrologie
Digue routière entre l'île Antelope et le continent.

Le niveau de l’eau est enregistré depuis 18755 et est situé en moyenne à 1 280 mètres au-dessus du niveau de la mer. Le niveau est fortement influencé par les précipitations selon les saisons mais également par les captages d’eau réalisés dans ses rivières d’alimentation pour l’agriculture et la ville de Salt Lake City9.

À cause de la ligne de chemin de fer coupant le lac en deux, le niveau de l’eau de la portion Sud du lac est de 15 à 60 centimètres plus élevé que le niveau dans la portion Nord. Cela s’explique par la faible dimension des brèches pour le passage de l’eau sous la voie de chemin de fer et par l’arrivée de la quasi-totalité des eaux des rivières par le sud du lac5. Une différence dans la salinité existe pour la même raison.
Projet de pompage de West Desert

L'exceptionnel niveau de l’eau dans les années 1980 causa énormément de dommages aux biens des habitants de l’Ouest du lac ainsi qu'une érosion de la voie rapide Interstate 80. Aussi, l’État de l’Utah lança un projet de construction de digues associés à une unité de pompage à l’ouest du lac et pouvant débiter 1,5 million de gallons par minute (environ 340 000 m3/h)16.

Le système devait évacuer l'eau dans un vaste bassin de 1 300 km2 creusé dans le désert plus à l’ouest afin de faciliter l’évaporation des eaux et empêcher le débordement du lac. En cas de sécheresse, l'eau du bassin pouvait être renvoyée dans le lac16.

À la fin de la première année de fonctionnement, les pompes n’avaient rejeté que 0,6 km3 d’eau et le projet fut finalement stoppé en juin 1989 alors que le niveau du lac avait baissé de près de deux mètres par rapport au pic des inondations de 1986 et 1987. Au total, les pompes n'ont rejeté que 3,4 km3 d’eau durant leurs années de service17.

Bien qu’étant inactives ces dernières années, les pompes sont maintenues en état de marche en prévision d'éventuelles crues18.
Salinité

La salinité du lac se traduit par le dépôt de cristaux de sels dans les zones asséchées du lac. Chaque année, des sels en provenance des montagnes environnantes sont amenés par les eaux des rivières19.

La salinité, très variable, est fonction du niveau de l’eau et de l’endroit du lac. La concentration varie de 5 % à 27 %11. En comparaison, la concentration de l’eau de l’océan est 3,5 %20. La composition du sel est proche de celle de l’eau de mer, si ce n’est qu’elle possède un peu plus de sels de potassium et un peu moins de sels de calcium11. La masse totale de sel du lac est comprise entre 4,5 et 4,9 milliards de tonnes11.
Espèces animales et végétales
Pélican d'Amérique sur le lac.

La forte teneur en sel rend l'eau inhabitable hormis pour quelques espèces comme l’artémie et plusieurs algues. La population de ces animaux aquatiques est importante et constitue la nourriture essentielle de nombreux oiseaux migrateurs21 que les zones du Nord et de l’Est du lac abritent par millions. Les marais voisins du lac représentent près de 75 % des marais de l’Utah22. Les oiseaux dépendant de ce marais sont notamment3 : le phalarope de Wilson, le phalarope à bec étroit, l’avocette d'Amérique, l'échasse d'Amérique, la barge marbrée, le pluvier à collier interrompu, le bécasseau d'Alaska, le bécassin à long bec, le cygne siffleur, le pélican d'Amérique, l'ibis à face blanche, le goéland de Californie, le grèbe à cou noir, le faucon pèlerin et le pygargue à tête blanche sans compter les nombreuses espèces de canards et d’oies.

Afin de protéger ces oiseaux, il existe un grand nombre de réserves ornithologiques autour du lac23. Plusieurs îles sont utilisées par les oiseaux pour nicher et leur accès est strictement limité par les autorités24.

À cause de la salinité, il n’existe pas de poissons dans le lac. Le seul animal aquatique à survivre dans ces eaux est l’artémie (Artemia franciscana), surtout présent dans le Sud du lac. Leurs œufs de petites tailles (200 micromètres) sont récoltés en automne et en hiver25. Ils sont employés en Asie pour alimenter des crevettes d’élevages21 ou sont déshydratés pour servir de nourriture aux animaux familiers aquatiques8.
Des bisons sont présents sur l'île Antelope.

La différence de salinité entre le Nord et le Sud du lac conditionne des biotopes différents. Du phytoplancton et des algues donnent une teinte verdâtre à la partie Sud alors qu’au nord l’algue majoritaire Dunaliella salina donne une bizarre coloration rougeâtre ou violette26. Ces coloris sont parfois visibles sur des images satellites.

L'île d'Antelope est le lieu de pâturage d'environ 600 bisons, de mouflons, de pronghorns et de coyotes. C'est en 1893 que William Glassman et John Dooly amenèrent des bisons sur l'île. Actuellement, pour réguler le nombre de bisons sur l'île le parc vend une partie de ceux-ci chaque année et autorise d'en chasser un nombre très limité27,28.
Floyd, le Flamant Rose

Un flamant du Chili solitaire, nommé Pink Floyd, a séjourné près du Grand Lac Salé. Échappé d’un zoo de la ville de Salt Lake City en 1987, il vécut en liberté en se nourrissant d’artémies29. Un groupe de résidents a réalisé une pétition pour qu’on relâche d’autres flamants roses pour tenir compagnie à Pink Floyd et également dans un but touristique. Les biologistes se sont opposés à cette introduction afin d’éviter tout impact négatif sur l’écosystème30. Pink Floyd a été vu pour la dernière fois en 2005 et l’on pense qu’il n’a pas survécu à l’hiver 2005-200631,32.
Teneur en mercure

Des chercheurs étudiant la concentration en sélénium de l'eau du lac ont découvert des niveaux élevés de mercure, allant jusqu'à 25 nanogrammes par litre. En comparaison, un avis visant à stopper la consommation de poissons en Floride fut lancé après la découverte d’eau contenant un nanogramme de mercure par litre33. Une alerte pour empêcher la consommation d’oiseaux comme le garrot à œil d’or fut lancée34,35.

D’autres études récentes ont montré que les niveaux de mercure étaient inférieurs au seuil de danger et qu’il n’était pas dangereux de consommer les oiseaux36.
Économie
Salines près du lac.

Le sous-sol du Nord du lac contient quelques gisements de pétrole mais la faible qualité et la difficulté de l’extraction rendent l'exploitation non rentable actuellement12. Néanmoins, en 1993, environ 3 000 barils de pétrole ont été extraits de puits peu profonds sur les rives du lac37.

Des bassins d’évaporation utilisant l'énergie solaire produisent du sel et de la saumure. Les minéraux récoltés sont du chlorure de sodium qui est utilisé pour faire fondre la neige, du sulfate de potassium utilisé comme fertilisant, du chlorure de magnésium servant à produire différents produits à base de chlore. Le sel n’est pas employé pour la consommation humaine car le coût de la purification serait trop élevé. Les compagnies privées versent une redevance à l’État de l’Utah, propriétaire du lac38.

La récolte d’œufs d’artémie dont le prix est d’environ 70 dollars par kilogramme est une industrie locale importante39. L’industrie se développa au départ dans les années 1950 pour servir de nourriture aux poissons. Dans les années 1970, les ventes se sont surtout développées à l’exportation pour nourrir des crevettes et des poissons d’élevage25. Aujourd’hui, les œufs sont surtout vendus en Asie et en Amérique du Sud40. La quantité d’œufs dépend fortement de la salinité de l’eau et la production est optimale aux alentours de 10 % en sel. Si la concentration diminue vers 5 %, les œufs coulent et la récolte est rendue plus difficile.

Les niveaux fluctuants du lac et la pollution des eaux ont freiné le développement du tourisme autour du lac. Par temps de sécheresse, les rives répandent parfois une odeur de putréfaction. Néanmoins, le lac attire tout de même des touristes en quête de beaux paysages et de nature41.
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↑ (en) « Great Salt Lake » [archive], www.utah.com (consulté le 29 novembre 2007).

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

Le Grand Lac Salé, sur Wikimedia Commons

Bibliographie

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(en) Peter G. Czerny, The great Great Salt Lake, Provo, Utah, Brigham Young University Press, 1976, 121 p. (ISBN 978-0-8425-1073-8, OCLC 2072744).
(en) W. R. Hassible et W. G. Keck (1993), The Great Salt Lake. U.S Department of the Interior / U.S. Geological Survey, U.S. Government Printing Office.
(en) Utah Division of Wildlife Resources [archive].
(en) Commonly Asked Questions About Utah's Great Salt Lake and Ancient Lake Bonneville [archive]. Utah Geological Survey. Document utilisé pour la rédaction de l’article
(en) Utah Museum of Fine Arts [archive].

Articles connexes

Grove Karl Gilbert
Bonneville Salt Flats
Spiral Jetty

Liens externes

(en) Great Salt Lake – Informations détaillés sur www.utah.com [archive]
(en) Amis du Grand Lac Salé [archive]
(en) United States Geological Survey • Carte du lac [archive]
(en) Observatoire du bassin hydrologique du lac [archive]

AINSI LA LUNE POURRAIT DEVENIR UNE SORTE DE

bac d'évaporation est un évaporomètre constitué par un bassin ou un bac d'eau d'assez grande surface et assez profond où l'on mesure le changement du niveau de l'eau dû à l'évaporation1. Les bassins vont de 1 à 5 mètres de diamètre et de 10 à 70 cm de profondeur. Ils sont posés sur ou dans le sol (bacs enterrés) ou encore dans l'eau (bacs flottants). Dans tous les cas, le niveau de l'eau est maintenu à faible distance au-dessous du bord du bac. Les variations du niveau d'eau du bac, mesurées à des intervalles fixes, sont le reflet de l'intensité de l'évaporation2.

Bac de classe A
Diagramme d'un bac de classe A

Le bac de classe A est recommandé par l'Organisation météorologique mondiale. Il s'agit d'un cuve ronde de 1 220 mm de diamètre et 254 mm de hauteur, rempli jusqu'à entre 50 et 75 mm de son bord. Le bac d'évaporation est surélevé du sol (en général 10 cm) sur une palette en bois ajouré afin que l'air puisse circuler sous celui-ci. Cela empêche la transmission d'énergie thermique entre le sol et le bac qui pourrait fausser les résultats3.

Il permet de mesurer la vitesse d’évaporation d'un volume d'eau et d'une surface donnés exposés à l'air (exprimée en mm par jour, par mois ou par an) et l'évapotranspiration. Cette donnée dépend exclusivement de la température et de l'humidité ambiante, ainsi que des précipitations3.
Bac BPI

Ce bac fait 1,80 m de diamètre et 0,60 m de hauteur. Il est en fer galvanisé non peint et enterré de telle sorte que le bord dépasse le sol environnant de 5 cm. Le niveau d'eau dans la cuve est approximativement au niveau du sol4. Une variante de ce bac est appelé « bac Colorado ». Comme son nom l'indique, il s'agit d'un instrument utilisé dans l'ouest américain. Il est carré mesurant 1 m de côté et ayant une profondeur de 0,5 m5.

Les résultats de ces bacs peuvent être extrapolés à un bac de classe A grâce à une constante de conversion. Le rapport entre l'évaporation d'un tel bac avec une étendue d'eau réelle sur une base annuelle est de l'ordre de 0,86
Bac ORSTOM

Similaire au bac du Colorado et développé par l’Office de la recherche scientifique et technique outre-mer (maintenant Institut de recherche pour le développement), ce bac est cependant muni d'une entrée et d'une sortie dont le débit est maintenu constant. Son usage repose sur le principe du maintien du volume d'eau à niveau constant. L'enregistrement des données pluviométriques et des débits permet de mesurer l'évaporation libre du volume d'eau par la variation résiduelle du niveau. Les résultats obtenus, associés à des modèles empiriques de calcul, permettent d'extrapoler au cas de nappes d'eau naturelles ou artificielles7. Ils peuvent donc aider à gérer la consommation d'un réservoir d'eau potable en tenant compte de son évaporation libre.
Bac flottant

Le bac flottant est similaire aux autres. Il utilisé pour étudier l’évaporation de grandes surfaces d’eau, comme des lacs ou des rivières, in situ. Il doit être amarré et stabilisé sur le plan d’eau dont le niveau varie. Les mesures peuvent être faussées les jours de grands vents par l’eau introduite dans le bac par les vagues, ou déversée sous l’action des mouvements de roulis8.
Instrumentation connexe
Instruments connexes autour du bac : tube de tranquillisation (gauche), thermomètre max/min à plonger dans le bac (droite), tube gradué (centre) pour ajuster le bac

Les différents types de bacs sont la plupart du temps accompagnés d'une station météorologique pour connaître la température, le vent et l'humidité ambiante car les formules empiriques de calcul de l’évapotranspiration nécessitent la connaissance de ces facteurs, en particulier celui du vent passé par jour (24h). Un thermomètre flottant permet aussi de connaître la température de l’eau dans le bac.

Dans ce bac se trouve un tube vertical, dit tube de tranquillisation, destiné à contenir le détecteur de niveau du liquide. Il permet de réduire les erreurs dues à la turbulence du liquide, au courant de surface ou à l'agitation du liquide9.

Le détecteur de niveau peut être une simple règle ou une pointe limnimétrique recourbée. Cette dernière est une tige courbée vers le haut qui est immergée jusqu'à ce qu'elle entre en contact avec la surface de l'eau. Elle est suspendue à un micromètre qui mesure sa position verticale10.

Finalement, pour éviter que des animaux ne viennent s'abreuver dans le bac, il sera protégé par une cage. Son influence sur l'évaporation n'est cependant pas négligeable (peut diminuer l'évaporation par 10 %3). Les bacs demandent aussi un entretien:

il faut éviter que des algues se développent à l'intérieur ;
il faut entretenir le couvert végétal autour du bac pour qu'il ne dépasse pas le bord supérieur du bac.

Usage

Le niveau dans les bacs d'évaporation est relevé quotidiennement. Les relevés sont effectués en mesurant la quantité d'eau ajoutée chaque jour pour avoir un niveau constant. Le pluviomètre, généralement fixé au sol, de la station météorologique connexe permet d'évaluer les précipitations tombées dans le bac car la quantité de précipitations tombées doit être tenues en compte pour calculer l'évaporation.

Si après une pluie, le niveau du bac dépasse la pointe, il faut retirer le nombre de litres nécessaire afin de revenir au niveau de base. L'évaporation est dans ce cas égale à la pluie moins le nombre de litres d'eau retirés. Si la pluie fait déborder le bac, il est impossible de réaliser la mesure d'évaporation journalière. Elle peut être cependant estimée en minimisant les évaporations du jour précédent et du jour suivant8.
Limites

L’avantage principal des bacs est leur faible coût et leur facilité d’installation. Cependant, il est difficile de paramétrer le transfert thermique provenant des parois et la distribution de température avec la profondeur. En effet, les parois du bac, faites de métal, se réchauffent le jour et se refroidissent la nuit. Cet effet thermique se transmet facilement à l'eau qu'il contient alors qu'il est minime dans un lac qui a un très faible rapport parois versus volume. De plus, la pénétration des rayons solaires dans le bac est relativement uniforme alors que dans un lac s'établit une variation de température avec la profondeur rendant les échanges thermiques avec l'atmosphère plus complexes.

En conséquence, le taux d’évaporation de ces bacs est supérieur à celui des lacs ou des grands bassins qu'ils doivent représenter. L’extrapolation de la mesure à partir d'un bac se fait donc à partir d’un coefficient de correction inférieur à 1, qui dépend du type de bac8.
Notes et références

↑ Organisation météorologique mondiale, « Bac d'évaporation » [archive], Eumetcal (consulté le 29 décembre 2012)
↑ André Musy, « Chapitre 7 : La mesure hydrologique » [archive], Hydrologie générale, Lausanne, Suisse, École polytechnique fédérale de Lausanne, février 2005 (consulté le 27 décembre 2012)
↑ a, b et c Précis de mécanique, « Bac d'évaporation » [archive], Instrument de météorologie et de précision, sur Guillaume Informatique (consulté le 29 décembre 2012)
↑ Organisation météorologique mondiale, « Cuve BPI » [archive], Eumetcal (consulté le 29 décembre 2012)
↑ (en) « Sunken Colorado Pan » [archive], Glossary, AMS (consulté le 29 décembre 2012)
↑ (en) « Pan coefficient » [archive], Glossary, AMS (consulté le 29 décembre 2012)
↑ Précis de mécanique, « Bac ORSTOM » [archive], Instrument de météorologie et de précision, sur Guillaume Informatique (consulté le 29 décembre 2012)
↑ a, b et c « Évaporation et évapotranspiration » [archive], sur Système Méditerranéen d'Observation du Cycle Hydrologique, 2 octobre 2001 (consulté le 3 décembre 2012)
↑ Bureau de la traduction, « Tube de tranquillisation » [archive], Termium, Travaux publics et services gouvernementaux Canada (consulté le 29 décembre 2012)
↑ Bureau de la traduction, « Pointe limnimétrique recourbée » [archive], Termium, Travaux publics et services gouvernementaux Canada (consulté le 29 décembre 2012)

Lien externe

Sur les autres projets Wikimedia :

Instruments de mesure d'évaporation, sur Wikimedia Commons

(en) Bureau de Hastings, Nébraska, « Evaporation Stations » [archive], National Weather Service, 15 avril 2010 (consulté le 6 janvier 2013) : « Description et entretien d'un bac d'évaporation »

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v · m
Instruments de mesure météorologique
Surface/en mer Abri Stevenson · Anémo-cinémographe · Anémomètre · Bac d'évaporation · Baromètre à sangsues · Baromètre et barographe · Baromètre de FitzRoy · Bouée météorologique · Capteur de gouttelettes (disdromètre) · Capsule de Vidie · Conimètre · Cryopédomètre · Détecteur d’occurrence de précipitations · Diffusomètre optique · Évaporomètre · Girouette · Héliographe (héliographe de Campbell-Stokes) · Hygromètre et Cellule à point de rosée · Indicateur d'accumulation de glace · Lysimètre · Manche à air · Météorographe · Navire météorologique · Nivomètre · Nivôse · Pluviomètre/Pluviographe · Pyranomètre · Pyrradiomètre · Pyrgéomètre · Radiomètre différentiel · Scintillomètre · Table à neige · Thermo-hygrographe · Thermo-hygromètre · Thermomètre · Thermomètre à bilame · Thermomètre à minimum et maximum · Transmissiomètre · WFL-26
Aérologique Altimètre · AMDAR · Ballon-plafond · Ballon-sonde · Catasonde · Célomètre (télémètre de nuage) · Fusée-sonde · Hypsomètre · Projecteur de plafond · Radiosonde · Radiosonde captive
Télédétection Détecteur de foudre · Caméra grand angle du ciel · Lidar · Météocam · Néphoscope · Profileur de vents · Radar météorologique · Radar millimétrique de nébulosité · RASS · Réfractomètre hyperfréquence · Satellite météorologique · Station météorologique GPS · Sodar
Glossaire de la météorologie

Simulating lunar surface operations ON EARTH...

RAPPORT DE Y'BECCA
SOUS L’ÉGIDE DES LOIS NATURELLES.

MICHÈLE MARCHAND ET LE RENARD DU PETIT PRINCE CHARMANT.
Évapotranspiration potentielle — Wikipédia

Évapotranspiration potentielle
Fichier:Potential Evaporation in North America Through 2100.ogvLire le média
Cette animation montre l'augmentation prévue de l'évaporation potentielle pendant la saison des incendies pour les années 2100, par rapport à 1980, sur la base des résultats combinés des modèles climatiques multiples : données MERRA (Modern Era-Retrospective Analysis for Research and Analysis) pour 1980-2010 et un ensemble de 20 modèles climatiques de 2010 à 2100. L'augmentation maximale en Amérique du Nord est d'environ 1 mm/jour en 2100. Cette augmentation pour toute l'année est un grand changement, comparativement considéré comme un événement « extrême » pour les incendies, similaire aux conditions qu'à connu le Colorado en 2012. Par ces projections, les années 2010 seraient la nouvelle normalité dans des régions comme l'Ouest américain à la fin du XIXe siècle (Données NASA1).
https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89vapotranspiration_potentielle

L'évapotranspiration potentielle (ETP) ou potentiel d'évaporation d'un sol est défini comme la quantité d'évaporation qui pourrait se produire en cas d'approvisionnement en eau suffisant. Si l'évapotranspiration réelle considère la demande nette de l'atmosphère en humidité par rapport à une surface et la capacité de cette surface à fournir l'humidité, l'ETP est une mesure de la demande. La surface, les températures de l'air, l'ensoleillement et le vent influencent tous le phénomène. Une zone aride est un endroit où le potentiel annuel d'évaporation excède les précipitations annuelles.

Sommaire

1 Estimations du potentiel d'évaporation
1.1 Équation de Thornthwaite (1948)
1.2 Équation de Penman (1948)
1.3 Équation de Penman-Monteith
2 Articles connexes
3 Liens externes
4 References
4.1 Sources

Estimations du potentiel d'évaporation
Équation de Thornthwaite (1948)

E T P = 16 ( L 12 ) ( N 30 ) ( 10 T a I ) α {\displaystyle ETP=16\left({\frac {L}{12}}\right)\left({\frac {N}{30}}\right)\left({\frac {10\,T_{a}}{I}}\right)^{\alpha }} {\displaystyle ETP=16\left({\frac {L}{12}}\right)\left({\frac {N}{30}}\right)\left({\frac {10\,T_{a}}{I}}\right)^{\alpha }}

Où

E T P {\displaystyle ETP} {\displaystyle ETP} est le potentiel estimé d'évaporation (mm/mois);

T a {\displaystyle T_{a}} T_{a} est la moyenne quotidienne de température du mois calculé (en degrés Celsius; si cette valeur est négative, utiliser 0 {\displaystyle 0} {\displaystyle 0});

N {\displaystyle N} N est le nombre calculé de jours dans le mois;

L {\displaystyle L} L est la longueur moyenne en heures de la journée

α = ( 6.75 × 10 − 7 ) I 3 − ( 7.71 × 10 − 5 ) I 2 + ( 1.792 × 10 − 2 ) I + 0.49239 {\displaystyle \alpha =(6.75\times 10^{-7})I^{3}-(7.71\times 10^{-5})I^{2}+(1.792\times 10^{-2})I+0.49239} {\displaystyle \alpha =(6.75\times 10^{-7})I^{3}-(7.71\times 10^{-5})I^{2}+(1.792\times 10^{-2})I+0.49239}

I = ∑ i = 1 12 ( T a i 5 ) 1.514 {\displaystyle I=\sum _{i=1}^{12}\left({\frac {T_{ai}}{5}}\right)^{1.514}} {\displaystyle I=\sum _{i=1}^{12}\left({\frac {T_{ai}}{5}}\right)^{1.514}} indice de chaleur qui dépend des 12 températures moyennes mensuelles T a i {\displaystyle T_{ai}} {\displaystyle T_{ai}}2.

Quelques formes modifiées de cette équation apparaissent dans des publications ultérieures (1955 et 1957) par Thornthwaite et Mather3.
Équation de Penman (1948)
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Équation de Penman-Monteith
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Articles connexes

Évapotranspiration
Évaporation
Vapeur d'eau
Cycle de l'eau
Classification climatique de Köppen

Liens externes

Carte mondiale de risque d'évaporation [archive] sur ag.arizona.edu

References

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↑ C. W. Thornthwaite, « An approach toward a rational classification of climate », Geographical Review, vol. 38, no 1,‎ 1948, p. 55–94 (DOI 10.2307/210739, lire en ligne [archive])
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Sources
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(en) Gordon Bonan, Ecological Climatology, Cambridge, U.K., CUP, 2002 (ISBN 0-521-80476-0)

CELA N'EST PLUS DE L'ECOLOGIE MAIS DE L'ÉCOHYDROLOGIE.

D'écohydrologie (du grec οἶκος, oikos, "maison(hold)"; ὕδωρ, hydōr, "l'eau"; et -λογία, -logia) est un domaine interdisciplinaire qui étudie les interactions entre l'eau et les écosystèmes. Ces interactions peuvent avoir lieu dans les plans d'eau (les rivières et les lacs), ou sur la terre (les forêts, les déserts et les autres écosystèmes terrestres). Les domaines de recherche en écohydrologie comprennent la transpiration et l'utilisation de l'eau de la plante, de l'adaptation des organismes dans leur environnement aquatique, de l'influence de la végétation sur l'écoulement et la fonction des cours d'eau et les réactions entre les processus écologiques et le cycle hydrologique.

Concepts clés

Le cycle hydrologique décrit le mouvement continu de l'eau sur, au-dessus et au-dessous de la surface sur la terre. Ce flux est modifié par les écosystèmes à plusieurs points. La transpiration des plantes fournit la majeure partie du débit d'eau dans l'atmosphère. L'eau est influencée par la couverture végétale alors qu'elle coule sur la surface de la terre, tandis que les canaux de la rivière peuvent être façonnés par la végétation.

Les écohydrologues étudient les systèmes terrestres et aquatiques. Dans les écosystèmes terrestres (comme les forêts, les déserts et les savanes), les interactions entre la végétation, la surface terrestre, la zone vadose et les eaux souterraines sont l'axe principal. Dans les écosystèmes aquatiques (comme les rivières, les ruisseaux, les lacs et les zones humides), on met l'accent sur la façon dont la chimie de l'eau, la géomorphologie et l'hydrologie affectent leur structure et leur fonction.
Principes

Les principes de l'Écohydrologie sont exprimés en trois composants séquentielles:

Hydrologique: La quantification du cycle hydrologique d'un bassin, devrait être un modèle pour l'intégration fonctionnelle de l'hydrologie et des processus biologiques.
Écologique: Les processus intégrés à l'échelle des bassins hydrographiques peuvent être orientées de manière à accroître le bassin de la capacité de charge des écosystèmes et des services.
Génie écologique: La régulation des processus hydrologiques et écologiques, basées sur l'intégration, le système d'approche, est un nouvel outil pour la gestion Intégrée de l'eau du bassin de la gestion.

Leur expression comme des hypothèses testables (Zalewski et coll., 1997) peuvent être vu comme:

H1: Les processus hydrologiques régissent généralement le biote ;
H2: Le Biote peut être façonné comme un outil de régulation des processus hydrologiques ;
H3: Ces deux types de règlements (H1 et H2) peuvent être intégré avec une infrastructure hydro-technique pour améliorer la gestion durable de l'eau et de l'écosystème des services.

La végétation et le stress hydrique

Un concept fondamental de l'écohydrologie est que la physiologie végétale est directement liée à la disponibilité de l'eau. Là où il y a de l'eau suffisante, comme dans les forêts tropicales, la croissance des plantes dépend davantage de la disponibilité des éléments nutritifs. Cependant, dans les zones semi-arides, comme les savanes africaines, le type de végétation et la distribution, se rapportent directement à la quantité d'eau que les plantes peuvent extraire du sol. Lorsque l'eau du sol est insuffisante, une condition d'étanchéité à l'eau se produit. Les plantes sous stress hydrique diminuent leur transpiration et leur photosynthèse à travers un certain nombre de réponses, y compris la fermeture de leurs stomates. Cette diminution du flux d'eau de canopée et du flux de dioxyde de carbone peut influencer le climat environnant et la météo.

L'humidité insuffisante du sol produit un stress dans les plantes et la disponibilité de l'eau est l'un des deux facteurs les plus importants (la température étant l'autre) qui déterminent la répartition des espèces. Les vents forts, l'humidité relative atmosphérique faible, le dioxyde de carbone faible, la température élevée et l'irradiation élevée exacerbent l'insuffisance d'humidité du sol. La disponibilité de l'humidité du sol est également réduite à faible température du sol. L'une des premières réponses à l'insuffisance d'apport d'humidité est une réduction de la pression de la turgescence; L'expansion et la croissance des cellules sont immédiatement inhibées, et les poussées non absorbées disparaissent rapidement.

Le concept de déficit hydrique, développé par Stocker dans les années 19201,2,3, est un indice utile de l'équilibre dans la plante entre l'absorption et la perte d'eau. Les légers déficits d'eau sont normaux et ne nuisent pas au fonctionnement de la plante4, tandis que les déficits plus importants perturbent les processus normaux des plantes.

Une augmentation du stress hydrique dans le milieu d'enracinement aussi faible que 5 atmosphères affecte la croissance, la transpiration et l'équilibre hydrique interne dans les semis, bien plus encore en épinette de Norvège que dans le bouleau, le tremble ou le pin sylvestre5. La diminution du taux net d'assimilation est plus élevée dans l'épinette que dans les autres espèces et, de ces espèces, seule l'épinette ne présente aucune augmentation de l'efficacité de l'utilisation de l'eau à mesure que le sol devient plus sec. Les deux conifères montrent des différences plus importantes dans le potentiel d'eau entre la feuille et le substrat que les feuillus. Le taux de transpiration diminue moins en épinette de Norvège que dans les trois autres espèces, car le stress hydrique du sol augmente jusqu'à 5 atmosphères dans des environnements contrôlés. Dans les conditions sur le terrain, les aiguilles d'épinette de Norvège perdent trois fois plus d'eau de l'état complètement turgide que les feuilles de bouleau et de tremble et deux fois plus que le pin sylvestre, avant la fermeture apparente des stomates (bien qu'il y ait une certaine difficulté à déterminer le point exact de fermeture)6. L'assimilation peut donc se prolonger plus longtemps dans les épinettes que dans les pins lorsque les contraintes de l'eau de la plante sont élevées, bien que l'épinette soit probablement la première à «manquer d'eau».
La dynamique de l'humidité du sol

L'humidité du sol est un terme général décrivant la quantité d'eau présente dans la zone de Vadose, ou la partie insaturée du sol sous le sol. Comme les plantes dépendent de cette eau pour effectuer des processus biologiques critiques, l'humidité du sol fait partie intégrante de l'étude de l'écohydrologie. L'humidité du sol est généralement décrit comme la teneur en eau, [Quoi ?] ou de saturation, [Quoi ?]. Ces termes sont liés par la porosité, [Quoi ?], par le biais de l'équation [Quoi ?]. Les changements dans l'humidité du sol au cours du temps sont connus comme la dynamique de l'humidité du sol.

Des études mondiales récentes utilisant des isotopes stables à l'eau montrent que l'humidité du sol n'est pas également disponible pour la recharge des eaux souterraines ou pour la transpiration des plantes7,8.
Les considérations temporelles et spatiales

La théorie écohydrologique met également l'accent sur les considérations de relations temporelles (temporelles) et spatiales (spatiales). L'hydrologie, en particulier le moment des événements de précipitation, peut être un facteur critique dans la façon dont un écosystème évolue avec le temps. Par exemple, les paysages méditerranéens connaissent des étés secs et des hivers humides. Si la végétation a une saison de croissance estivale, elle éprouve souvent du stress hydrique, même si les précipitations totales tout au long de l'année peuvent être modérées. Les écosystèmes de ces régions ont généralement évolué pour soutenir les graminées élevées en eau pendant l'hiver, lorsque la disponibilité de l'eau est élevée et les arbres adaptés à la sécheresse en été, quand ils sont faibles.

L'écohydrologie se préoccupe également des facteurs hydrologiques de la répartition spatiale des plantes. L'espacement optimal et l'organisation spatiale des plantes est au moins partiellement déterminée par la disponibilité de l'eau. Dans les écosystèmes à faible humidité du sol, les arbres se situent généralement plus loin que dans les zones bien arrosées.
Les équations de base et les modèles
L'équilibre de l'eau à un point

Une équation fondamentale dans l'écohydrologie est le bilan hydrique à un point du paysage. Un bilan hydrique indique que la quantité d'eau entrant dans le sol doit être égale à la quantité d'eau qui laisse le sol plus la variation de la quantité d'eau stockée dans le sol. Le bilan hydrique comporte quatre composantes principales: l'infiltration des précipitations dans le sol, l'évapotranspiration, la fuite d'eau dans des parties plus profondes du sol non accessibles à la plante et le ruissellement de la surface du sol. Il est décrit par l'équation suivante:

[Quoi ?]

Les termes du côté gauche de l'équation décrivent la quantité totale d'eau contenue dans la zone d'enracinement. Cette eau, accessible à la végétation, a un volume égal à la porosité du sol ([Quoi ?]) multipliée par sa saturation ([Quoi ?]) et de la profondeur des racines de la plante ([Quoi ?]). L'équation différentielle [Quoi ?] décrit comment la saturation du sol les changements au fil du temps. Les termes à droite décrivent les taux de précipitations ([Quoi ?]), de l'interception ([Quoi ?]), du ruissellement des eaux ([Quoi ?]), de l'évapotranspiration ([Quoi ?]), et de fuite ([Quoi ?]). Ceux-ci sont généralement donnés en millimètres par jour (mm / j). Le ruissellement, l'évaporation et les fuites dépendent fortement de la saturation du sol à un moment donné.

Afin de résoudre l'équation, il faut connaître le taux d'évapotranspiration en fonction de l'humidité du sol. Le modèle généralement utilisé pour le décrire indique que, au-dessus d'une certaine saturation, l'évaporation ne dépendra que de facteurs climatiques tels que la lumière du soleil disponible. Une fois sous ce point, l'humidité du sol impose des contrôles sur l'évapotranspiration, et elle diminue jusqu'à ce que le sol atteigne le point où la végétation ne peut plus extraire d'eau. Ce niveau de sol est généralement appelé «point de flétrissement permanent». Ce terme est source de confusion car beaucoup d'espèces végétales ne "fanent" pas réellement.
Références

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G. García-Santos, L.A. Bruijnzeel et A.J. Dolman, « Modelling canopy conductance under wet and dry conditions in a subtropical cloud forest », Journal Agricultural and Forest Meteorology, vol. 149, no 10,‎ 2009, p. 1565–1572 (DOI 10.1016/j.agrformet.2009.03.008)
L'écohydrologie dans une forêt de nuages de montagne dans le Parc National de Garajonay, La Gomera (Îles Canaries, Espagne). García-Santos, G. (2007), Thèse de Doctorat, Amsterdam: l'Université VU d'. http://dare.ubvu.vu.nl/handle/1871/12697 [archive]
"Lignes directrices pour la Gestion Intégrée du Bassin versant, – Phytotechnology & Écohydrologie", par Zalewski, M. (2002) (Ed). Nations Unies Pour L'Environnement Programme De Gestion De L'Eau Douce De La Série N ° 5. 188pp, (ISBN 92-807-2059-7).
"L'écohydrologie. Un nouveau paradigme pour l'utilisation durable des ressources aquatiques", par Zalewski, M., Janauer, G. A. & Jolankai, G. 1997. L'UNESCO-PHI Document Technique en Hydrologie n ° 7.; PHI - V Projets 2.3/2.4, de l'UNESCO à Paris, 60 pp.
L'écohydrologie: Darwinienne de l'Expression de la Végétation, la Forme et la Fonction, par Peter S. Eagleson, 2002. [1] [archive]
L'écohydrologie - pourquoi les hydrologues de soins doivent, Randall J Chasse et Douglas Une Wilcox, 2003, Sol, Eau, Vol. 41, n ° 3, pg. 289.
L'écohydrologie: Une perspective hydrologique du climat-sol-la dynamique de la végétation, Ignacio Rodriguez-Iturbe, 2000, les Ressources en Eau de la Recherche, Vol. 36, n ° 1, es. 3-9.
L'écohydrologie au service de l'Eau contrôlé par les Écosystèmes : l'Humidité du Sol et la Dynamique des Végétaux, Ignacio Rodriguez-Iturbe, Amilcare Porporato, 2005. (ISBN 0-521-81943-1)
Les Zones Arides De L'Écohydrologie, Paolo D'Odorico, Amilcare Porporato, 2006. (ISBN 1-4020-4261-2) [2] [archive]
L'éco-hydrologie défini, William Nuttle, 2004. [3] [archive]
"Un écologiste du point de vue de l'écohydrologie", David D. Breshears, 2005, Bulletin de l'Ecological Society of America 86: 296-300. [4] [archive]
L'écohydrologie - Revue Internationale de publication d'articles scientifiques. Rédacteur en Chef: Keith Smettem, Rédacteurs Associés: David D Breshears, Han Dolman Et James Michael Waddington [5] [archive]
L'écohydrologie et Hydrobiologie - revue scientifique Internationale sur l'écohydrologie et de l'écologie aquatique (ISSN 1642-3593). Rédacteurs: Maciej Zalewski, David M. Harper, Richard D. Robarts [6] [archive]
G. García-Santos, M. V. Marzol et G. Aschan, « Water dynamics in a laurel montane cloud forest in the Garajonay National Park (Canary Islands, Spain) », Hydrol. Earth Syst. Sci., vol. 8,‎ 2004, p. 1065–1075 (DOI 10.5194/hess-8-1065-2004, lire en ligne [archive])

RAPPORT DE Y'BECCA
SOUS L’ÉGIDE DES LOIS NATURELLES.

La transpiration végétale est, chez les plantes, le processus continu causé par l'évaporation d'eau par les feuilles (et la reprise qui y correspond à partir des racines dans le sol).

Le rôle de la transpiration chez les végétaux

Il est multiple :

La transpiration est (avec le phénomène de remontée capillaire) le moteur de la circulation de la sève brute dans le xylème ; elle se produit essentiellement dans les feuilles, à 90-95 % au niveau des stomates2 (la régulation de leur ouverture influence donc directement l'intensité de la transpiration). L'appel transpiratoire est un des moteurs de la circulation de la sève brute (il existe aussi la poussée radiculaire).
Lors de la photosynthèse les stomates s'ouvrent afin de laisser rentrer du CO2. Il y a alors mise en contact de la solution des feuilles avec l'air extérieur. La différence entre le potentiel hydrique atmosphérique et celui des feuilles induit la sortie de l'eau (présente dans les feuilles) dans l'atmosphère. La pression relative dans le xylème diminue et devient plus faible que la pression atmosphérique. Le xylème est alors sous tension, ce qui permet la montée de la sève brute.
Elle contribue, dans une certaine mesure, au rafraîchissement des plantes et elle permet le transfert des sels minéraux aux endroits où la plante en a besoin, principalement dans les feuilles qui sont le siège de la photosynthèse.
Avec la vapeur d'eau, la plante émet aussi dans l'air des gaz (surtout de l'oxygène) et des aérosols comprenant notamment des phytohormones qui lui permettent de communiquer avec d'autres plantes ou d'émettre des « messages chimiques » perceptibles par certains animaux (insectes).
C'est une composante majeure de l'évapotranspiration qui est particulièrement importante en termes de quantité d'eau (ré)introduite dans l'atmosphère, ce qui a notamment pu être montré ou confirmé par des analyses isotopiques du cycle de l'eau en Amazonie3.

Article détaillé : évapotranspiration.
Chez les angiospermes

La transpiration est plus importante chez les angiospermes, car ces plantes disposent dans leurs feuilles d'un réseau de nervures quatre fois plus dense que celui des autres plantes4.


La quantité d'eau rejetée dans l'atmosphère par la transpiration des plantes

Pour les végétaux de grande taille et les hélophytes, elle peut être très importante.

À titre d'illustration, en zone tempérée et s'il ne manque pas d'eau, un hectare de hêtre (Fagus sylvatica) émet dans l'atmosphère environ 25 tonnes de vapeur d'eau par jour durant une saison de végétation. Cela explique le rôle joué par les grandes formations végétales, notamment les forêts sur le cycle de l'eau et sur le climat.

Un hectare de forêt tropicale humide en évapotranspire bien plus encore (1 530 mm ± 7 % selon les bassins, en Guyane, sous une pluviométrie de 2 000 à 4 000 mm selon la mesure faite par le bilan hydrologique5; résultats proches de ceux de Madec obtenus avec la méthode de Thornthwaite en 19636).
Les facteurs influençant la transpiration
Facteurs structuraux

Surface et épaisseur des feuilles : Une feuille plus petite transpirera moins vite qu’une feuille plus grande, car il y a moins de pores disponibles pour la perte d’eau. L’épiderme de la plupart des végétaux terrestres est recouvert d’une cuticule. Cet atout apporte une protection imperméabilisante qui prévient de l’assèchement. Plus la cuticule est épaisse plus la transpiration sera faible7.

Nombre de stomates : L’eau de la transpiration étant évacuée par les stomates est proportionnelle au nombre de pores des stomates. Plus il y en a, plus la transpiration sera forte.

Nombre de feuilles : Un nombre de feuilles, ou autres organes photosynthétiques, plus grand augmente aussi le nombre de stomates disponibles pour la transpiration. Il y aura donc plus d’échanges gazeux avec le milieu externe.
Facteurs externes

Disponibilité de l’eau : Quand l’humidité du sol passe en dessous d’un seuil normal (entre -1,0 MPa et -4,0 MPa pour les mésophytes)8 pour la plante, les stomates se fermeront jusqu’à temps que la condition s’améliore et la transpiration sera ainsi réduite.

Humidité relative : La diminution de l’humidité relative, rendant l’air plus sec, abaisse considérablement le gradient potentiel hydrique atmosphérique ce qui contribue à augmenter la transpiration. La plus grande différence entre le potentiel hydrique interne des feuilles et externe encourage l’eau à quitter celles-ci.

Vent : Le vent défait la couche limite qui sert à protéger la surface des feuilles en accumulant une vapeur d’eau qui réduit le niveau d’eau à évacuer de ces dernières. Le vent augmente donc le dessèchement. Le changement d’air autour de la plante plus fréquent favorise l’évaporation de l’eau. Puis, la différence de potentiels hydriques entre les milieux, interne et externe, est augmentée, ce qui accroît alors tout de suite la transpiration, cherchant le renouvellement de sa couche limite.

Luminosité : Comme la plupart des plantes ouvrent leurs stomates durant le jour pour faire de la photosynthèse, à l’exception des plantes de la famille CAM9, la vitesse de transpiration augmente avec l’intensité de la lumière laissant l’eau s’évaporer par les pores des feuilles. La sensibilité des plantes à la luminosité varie selon les espèces. La transpiration est donc plus élevée le jour et diminue fortement durant la nuit.

Température : La température encourage l’ouverture des stomates pour permettre l’évaporation de l’eau cellulaire. Plus il fait chaud, plus les stomates s'ouvriront et donc, plus il y aura de transpiration. Ceci se produit jusqu’à ce que la température atteigne un certain seuil, de 25 à 30ºC10. À ce seuil, les stomates commenceront à se refermer et ainsi à abaisser la transpiration pour éviter le dessèchement.
Notes et références

↑ Mader, Sylvia S (2010) Biology, Tenth. New York:.. McGraw Hill
↑ (en) Ernst Steudle, « Transport of water in plants », Environment Control in Biology, vol. 40, no 1,‎ 2002, p. 29-37 (DOI 10.2525/ecb1963.40.29)
↑ Gat JR & Matsui E (1991) Atmospheric water balance in the Amazon Basin: an isotopic evapotranspiration model. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), 96(D7), 13179-13188.
↑ Maurice Mashaal, « De la fraîcheur grâce aux plantes à fleurs » [archive], Pour la Science (consulté le 29 juin 2010), p. 28 juin 2010
↑ Roche MA (1982) Évapotranspiration réelle (ETR) de la forêt amazonienne en Guyane [archive]. Orstom Serie Hydrologie, 19, 37-44 (PDF, 8 pages).
↑ Madec H (1963) L’évapotranspiration potentielle et le bilan de l’eau en Guyane, d’après les méthodes de Thornthwaite. Météo nat., Cayenne, 12 p.
↑ Campbell, N.A. et Reece, J.B., Biologie, 3e édition., ERPI, 2007, 1454 p.
↑ (en) Gurevitch, J., Scheiner, S.M. and Fox G.A., The ecology of plants, second edition., Sinauer., 2006, 578 p.
↑ Hopkins, W.G., Physiologie végétale., Boeck., 2003, 516 p.
↑ Raven P.H., Evert R.F. et Eichhorn S.E., Biologie végétale., Boeck., 2000, 926 p.

Voir aussi
Articles connexes

Évapotranspiration
Écohydrologie
Potomètre

Lien externe

(en) Une description de la transpiration, y compris une courte animation illustrant le processus [archive]


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Botanique
Disciplines botaniques Bryologie · Dendrologie · Écologie végétale · Ethnobotanique · Histologie végétale · Illustration botanique · Morphologie végétale · Paléobotanique · Palynologie · Phénologie · Phycologie · Physiologie végétale · Phytogéographie · Phytopathologie · Phytosociologie · Systématique végétale
Plantes Algue · Bryophyte · Ptéridophyte · Gymnosperme · Angiosperme
Anatomie végétale Fleur · Fruit · Feuille · Méristème · Racine · Tige · Stomate · Xylème · Phloème · Bois
Cellule végétale Paroi pectocellulosique · Chlorophylle · Chloroplaste · Plaste
Cycle de vie Gamétophyte · Reproduction végétale · Pollen · Pollinisation · Graine · Spore · Sporophyte
Fonctions cellulaires Photosynthèse · Phytohormone · Transpiration
Nomenclature botanique Nom botanique · Code international de nomenclature pour les algues, les champignons et les plantes · Herbier · Species plantarum

RAPPORT DE Y'BECCA
SOUS L’ÉGIDE DES LOIS NATURELLES.

Un stomate est un orifice de petite taille présent dans l'épiderme des organes aériens des végétaux (sur la face inférieure des feuilles le plus souvent). Il permet les échanges gazeux entre la plante et l'air ambiant (dioxygène, dioxyde de carbone, vapeur d'eau...) ainsi que la régulation de la pression osmotique.

Origine

L'apparition des stomates est une conséquence de la vie terrestre, la sortie du milieu marin imposant un contrôle des déperditions hydriques de l'organisme. Celui-ci se protège par la cuticule (couche cireuse), étanche aux échanges gazeux. D'où la nécessité de structures particulières, les stomates.
Localisation

Les stomates se trouvent principalement sur les feuilles où ils peuvent être très nombreux, de 50 à 500 par mm². On les trouve généralement sur la face inférieure des feuilles (ou face abaxiale) lorsque celles-ci ont une position horizontale et sont donc moins éclairées sur cette face. Lorsqu'elles sont exposées également sur les deux faces, les stomates se répartissent aussi sur les deux faces. Ils sont beaucoup moins nombreux chez les espèces xérophytes, et sont alors souvent enfoncés dans l'épiderme au fond de sillons.

Les dicotylédones ont habituellement plus de stomates sur l'épiderme inférieur que l'épiderme supérieur, puisque ses feuilles sont tenues horizontalement, l'épiderme supérieur est directement illuminé. Cependant, la limitation du nombre de stomates sur l'épiderme supérieur permet de freiner les déperditions d'eau.

Les monocotylédones sont différentes, puisque leurs feuilles sont tenues verticalement, elles auront le même nombre de stomates sur les deux épidermes.

Si la plante a les feuilles flottantes, comme le nénuphar par exemple, il n'y aura aucun stomate sur l'épiderme inférieur comme il peut absorber des gaz directement de l'eau par la cuticule. Dans le cas d'une feuille submergée, aucun stomate ne sera présent.
Description

Un stomate est constitué de deux cellules stomatiques (cellule de garde), réniformes, qui délimitent l'orifice stomatique ou ostiole. Celui-ci s'ouvre plus ou moins, selon les besoins, en fonction de la turgescence des cellules stomatiques. Sous l'ostiole se trouve, généralement dans le parenchyme sous-jacent, un espace vide appelé chambre sous-stomatique. Les cellules de garde sont composées de vacuoles.
Selon la disposition des stomates

Certaines plantes ont des feuilles sans stomate : la feuille est dite astomatique (ex : plantes aquatiques tels que le Potamot).

Lorsque les stomates sont disposés sur1 :

la face abaxiale (inférieure) de la feuille, la disposition (ou la feuille) est dite hypostomatique
la face adaxiale (supérieure) de la feuille, la disposition (ou la feuille) est dite épistomatique (plantes aquatiques comme Nymphea alba)
les deux faces de la feuille, la disposition (ou la feuille) est dite amphistomatique (ex : maïs, plantes succulentes)

Selon les cellules de garde
Type de stomates2 Exemples3
anomocytique : les cellules de garde sont entourées par des cellules épidermiques sans morphologie particulière. Renonculacées, Gérianacées, Cucurbitacées, Malvacées
anisocytique : les trois cellules annexes entourant les cellules de garde sont de tailles différentes Brassicacées, Nicotiana, Solanum
paracytique : les deux cellules annexes sont parallèles aux cellules de garde Rubiacées, Magnoliacées, Convolvulacées
diacytique : les cellules de garde sont entourées par deux cellules annexes perpendiculaires aux cellules de garde Caryophyllacées
cyclocytique : les cellules annexes forment un anneau autour des cellules de garde Bignonia unguis-cati, Pyrostegia
Rôle et fonctionnement
Stomate ouvert (a) et fermé (b)
1 Cellule épidermique
2 Cellule de garde
3 Ostiole
4 Ions K+
5 Eau
6 Vacuole
Rôle
Article détaillé : transpiration végétale.

Les stomates sont utilisés par les plantes pour réaliser des échanges de gaz avec leur milieu. L'air contenant le dioxyde de carbone et le dioxygène entre par l'ouverture du stomate, l'ostiole, pour être utilisé dans la photosynthèse et la respiration. Les stomates sont responsables de 90-95 % des pertes en eau par transpiration au niveau des feuilles4.

L'oxygène est un déchet produit par la photosynthèse dans les cellules du chlorenchyme (cellules du parenchyme contenant des chloroplastes) ; il est expulsé par ces mêmes ouvertures. En outre, la vapeur d'eau est dégagée dans l'atmosphère par ces pores durant la phase de transpiration des plantes, que l'on appelle évapotranspiration. Ce dégagement d'eau provoque une tension sur la colonne d'eau dans le xylème qui est le principal moteur pour faire monter la sève brute jusqu'en haut de l'arbre.
Fonctionnement

Dans de bonnes conditions hydriques, les deux cellules stomatiques absorbent l’eau, se courbent, et tel un ballon trop gonflé, permettent l’ouverture de l’ostiole et les échanges.
Ces cellules sont caractérisées par une paroi extérieure, opposée à l'ostiole, mince et une paroi interne caractérisée d'un épaississement cellulosique. De plus elles possèdent un réseau de microfibrilles de cellulose à orientation radiale. Lorsque les cellules de garde sont turgescentes, la paroi extérieure plus mince et plus souple se dilate plus que la paroi interne plus épaisse et plus rigide. Les cellules s'incurvent et l'ostiole s'ouvre5.

Hugo von Mohl avait postulé en constatant la présence de chloroplastes sur les cellules stomatiques (ou cellules de garde) que le mécanisme d'ouverture de l'ostiole repose sur l'augmentation du volume des cellules de garde par des phénomènes d'osmose. En effet, l'énergie produite par les chloroplastes permettrait de jouer sur le caractère hypotonique ou hypertonique par la transformation de l'amidon en glucose ou de glucose en amidon, molécules qui n'ont pas les mêmes caractéristiques osmotiques.

En réalité certaines cellules de garde ne possèdent pas de chloroplastes (l'oignon par exemple) et ce postulat a été abandonné. L'ion potassium est en réalité l'élément déterminant du phénomène : son entrée et sa sortie de la vacuole est étroitement contrôlée et gouverne la turgescence des cellules stomatiques et donc l'ouverture des stomates. En cas de stress hydrique les racines synthétisent de l'acide abscissique qui agit sur les cellules stomatiques et provoque leur fermeture par plasmolyse, limitant ainsi les pertes d'eau6.

L'ouverture et la fermeture de l'ostiole se fait en fonction des conditions climatiques (chaleur, humidité, luminosité) et internes. Certaines plantes (dites CAM comme les Crassulacées) n'ouvrent leurs stomates que la nuit pour éviter les trop grandes déperditions d'eau. Mais en général, les stomates s’ouvrent :

lorsque la concentration en CO2 diminue (c'est-à-dire lorsque la photosynthèse augmente donc lorsqu'il y a plus de lumière)
en réponse à une irradiation à la lumière bleue (donc lorsque l'ensoleillement est fort et la photosynthèse à son maximum).

Et ils se ferment :

en réponse à des concentrations internes en CO2 fortes,
quand les températures sont importantes,
en présence de vent fort et d’humidité faible,
à des signaux hormonaux comme les acides abscissiques (ABA).

Études

Les biomiméticiens s'intéressent aussi aux stomates. Mieux comprendre leur fonctionnement permettrait d'aboutir à des applications utiles pour divers domaines scientifiques et techniques 7;
Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

stomate, sur Wikimedia Commons

Photosynthèse
Turgescence et plasmolyse
Osmose
Biologie cellulaire

Références

↑ (en) AM Hetherington, FI Woodward, « The role of stomata in sensing and driving environmental change », Nature, vol. 424, no 6951,‎ 21 août 2003, p. 901-908
↑ Walter S. Judd, Christopher S. Campbell, Elizabeth A. Kellogg, Peter Stevens, Botanique systématique. Une perspective phylogénétique, De Boeck Supérieur, 2002, 467 p..
↑ (en) Aslam Khan, Plant Anatomy and Physiology, Gyan Publishing House, 2002, p. 134.
↑ (en) Ernst Steudle, « Transport of water in plants », Environment Control in Biology, vol. 40, no 1,‎ 2002, p. 29-37 (DOI 10.2525/ecb1963.40.29)
↑ (en) AC Wille, WJ Lucas, « Ultrastructural and histochemical-studies on guard-cells », Planta, vol. 160, no 2,‎ février 1984, p. 129-142 (DOI 10.1007/BF00392861)
↑ (en) K. Raschke, M.P.Fellows, « Stomatal movement in Zea mays: Shuttle of potassium and chloride between guard cells and subsidiary cells », Planta, vol. 101, no 4,‎ décembre 1971, p. 296-316 (DOI 10.1007/BF00398116)
↑ Maciej A. Zwieniecki, Katrine S. Haaning, et al (2016), Stomatal design principles in synthetic and real leaves, Journal of the royal society Interface, 2 novembre 2016. DOI: 10.1098/rsif.2016.0535

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Le limbe d'une feuille de végétal est la partie de cet organe située à l'extrémité du pétiole. Cette pièce foliaire est en général très étalée et comporte de nombreuses cellules photosynthétiques, car c'est un organe particulièrement adapté à la capture de l'énergie lumineuse. Le limbe peut être décurrent (se prolonger) sur le pétiole.

Un certain nombre de plantes sont capables d'orienter leur limbe foliaire par rapport à l'incidence des rayons solaires, soit pour en augmenter l'exposition, soit pour la limiter. C'est le cas de nombreux Acacias.

Le limbe est parfois très réduit ou absent. Les fonctions d'assimilation sont alors assurées par d'autres parties de la plante :

la tige ou ses rameaux (cladodes des cactacées)
les phyllodes (comme chez certains Acacias)
les stipules ou les ailes de la tige (Gesse aphaca)

Le limbe d'une feuille est constitué des tissus suivants :

l'épiderme protecteur qui recouvre la surface supérieure et inférieure ; il est constitué généralement par une assise unique de cellules qui ne comportent généralement pas de chloroplastes, parfois couverte par une couche protectrice externe, la cuticule. Certaines cellules de l'épiderme peuvent se transformer en poils. Sur l'épiderme inférieur on trouve les stomates. Ce sont des sortes de pores, formé par deux cellules en forme de reins, qui laissent entre elles une ouverture variable, l'ostiole.,
le mésophylle ou parenchyme foliaire, qui comporte deux couches :
sous l'épiderme supérieur, un parenchyme palissadique, tissu formé de plusieurs rangées de cellules allongées perpendiculairement à la surface du limbe et serrées entre elles, sans lacunes.
entre celui-ci et l'épiderme inférieur un parenchyme lacuneux, à cellules plus grandes ménageant entre elles un réseau de lacunes, qui communique avec les stomates, et assure les échanges gazeux avec l'extérieur.

Épiderme

L'épiderme est la couche de cellules externes des feuilles. Cette couche est généralement transparente (ces cellules n'ont pas de chloroplastes) et couverte par une cuticule d'aspect cireux permettant de limiter les pertes en eau lors de trop fortes chaleurs. Chez les végétaux des climats secs cette cuticule est donc plus épaisse. La cuticule est parfois plus fine sur l'épiderme inférieur que sur l'épiderme supérieur.

L'épiderme inférieur est couvert de pores appelés stomates. Ceux-ci permettent à l'oxygène et au dioxyde de carbone de rentrer et sortir des feuilles. La vapeur d'eau est aussi évacuée par les stomates au cours de la transpiration. Pour conserver de l'eau, les stomates peuvent se fermer pendant la nuit.

Des poils recouvrent l'épiderme de nombreuses espèces de plantes.
Mésophylle
Article principal : Mésophylle.

La plus grande partie de l'intérieur d'une feuille, c'est-à-dire entre l'épiderme inférieur et supérieur, est composé d'un parenchyme appelé le mésophylle. Ce tissu joue un rôle très important dans la photosynthèse. Le mésophylle est composé de deux parties :

vers la face supérieure : le parenchyme pallissadique composé de cellules verticales, allongées et serrées ; les cellules qui le constituent sont riches en chloroplastes, c'est dans ce parenchyme que se déroule la photosynthèse.
vers la face inférieure : le parenchyme lacuneux (ou spongieux). Les cellules ont une forme plus arrondie et sont moins serrées. Les lacunes entre les cellules servent à stocker les gaz échangés entre la feuille et l'atmosphère.

Forme
Article détaillé : Forme foliaire#Forme des feuilles (Foliorum forma).
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