De l'évaporation à la notion d'évapotranspiration
Évaporation physique et transpiration végétale
Le processus d’évaporation, c’est-à-dire le passage de la phase liquide à la phase gazeuse, est une des composantes fondamentales du cycle hydrologique. C’est la voie par laquelle se font les transferts d’eau de la surface du globe terrestre à l’atmosphère.
Une grande partie de l’eau évaporée est issue de l’évaporation physique des surfaces en eau liquide ou solide et des sols nus, mais une partie importante l’est aussi de la transpiration de la végétation (évaporation physiologique). En effet, si environ 4/5 de l’humidité atmosphérique provient de l’évaporation océanique, plus de la moitié de l’eau allant des surfaces continentales à l’atmosphère passe par la végétation.
Environ 95 % de l’eau transitant par la plante sont transpirés et seuls 5 % environ utilisés par son métabolisme. Le siège de l’évaporation végétale se situe essentiellement au niveau des parois internes des stomates (cellule élémentaire de la plante) dont le degré d’ouverture, s’il dépend de facteurs internes à la plante, varie essentiellement en fonction de la lumière, de l’humidité atmosphérique, de la température et du défiât en eau à proximité de la plante. La quantité d’eau que la plante transpire pour synthétiser un gramme de matière sèche, le coefficient de transpiration, varie suivant les plantes. Il oscille en moyenne entre 300 et 700 g d’eau par gramme de matière sèche pour les plantes cultivées. Les plantes ont besoin, pour assurer leurs fonctions biologiques, de transpirer une quantité importante d’eau qui peut atteindre 4 à 6 mm/jour pendant les périodes des besoins les plus forts.
L’évaporation d’une surface en eau, et plus encore du sol, est associée à des mécanismes complexes. La transpiration issue des plantes demeure encore plus difficile à appréhender à cause des très nombreux processus interactifs impliquant des réactions bio-physico-chimiques et parce que ces réactions sont très variables dans le temps (variations phénologiques) et dans l’espace en fonction des associations végétales. Finalement, étant donné la simultanéité des processus et la difficulté de différencier les types de substrats, en hydrologie, on utilise quasi exclusivement la notion plus globale d’évapotranspiration qui combine l’évaporation directe à partir des surfaces d’eau libre et des sols nus avec la transpiration végétale. L’évapotranspiration se mesure en hauteur d’eau par unité de temps (le plus souvent en mm.j »1, par comparaison avec les pluies).
Les facteurs explicatifs principaux
L’évapotranspiration d’un milieu est contrôlée par deux ensembles de facteurs : ceux concernant l’énergie disponible pour cette évaporation – on parle de demande évapo- rative ou de pouvoir évaporant de l’air, et ceux concernant l’eau disponible pour répondre à cette demande.
L’énergie disponible
La variable déterminante du pouvoir évaporant de l’atmosphère reste l’apport énergétique fourni par la radiation solaire : ce rayonnement est le responsable majeur des conditions météorologiques et climatiques, et donc le facteur essentiel du cycle hydrologique. Les variations sont temporelles, en fonction des cycles diurne et saisonnier. L’apport énergétique varie également géographiquement en fonction de la latitude (angle d’incidence des rayons solaires) et de la nature du substrat (couleur, densité, inclinaison, rugosité…) qui détermine l’albédo, c’est-à-dire le pourcentage d’énergie solaire réfléchie par une surface irradiée (fig. 14). La plus grande partie du rayonnement solaire traverse directement l’atmosphère pour réchauffer la surface du globe. La terre, à son tour, renvoie cette énergie dans l’espace sous forme de rayonnement infrarouge. Certaines caractéristiques atmosphériques comme la nébulosité et le taux d’aérosols vont également influencer l’apport d’énergie au niveau du sol ainsi que son retour dans l’atmosphère, et sont donc responsables de l’effet de serre (% 14). La température moyenne de notre planète (15 °C) résulte donc de l’équilibre entre le flux de rayonnement qui lui parvient du soleil et le flux de rayonnement infrarouge renvoyé vers l’espace. La répartition de la température au niveau du sol dépend aussi de la quantité de gaz à effet de serre présents dans l’atmosphère. Sans eux, la température moyenne terrestre serait de – 18 °C.
Les gaz à effet de serre sont naturellement très peu abondants. Mais les gaz responsables de l’effet de serre d’origine anthropique (gaz carbonique, méthane, oxyde nitreux, ozone troposphérique, chlorofluorocarbones et autres substituts) ont considérablement augmenté depuis 100 ans. Ainsi, du fait de l’activité humaine, la concentration planétaire en C02, principal agent chimique de l’effet de serre, a augmenté de 30% depuis l’ère préindustrielle.
Si le pouvoir évaporant de l’atmosphère est d’abord corrélé à la température, il l’est aussi au déficit de saturation de l’air ambiant, lui-même dépendant de la vitesse du vent qui permet le renouvellement de cet air ambiant et l’apport d’énergie nouvelle, donc la poursuite du processus d’évaporation.
L’eau disponible
Si l’énergie conditionne le pouvoir évaporant de l’air, qu’on peut d’une certaine manière assimiler à une évaporation maximum (qu’on appelle Etp, ou EtO, voir encadré), F évapotranspiration effective ou réelle (Etr) dépend ensuite de l’eau disponible pour répondre à cette demande. C’est ce qui explique que, en plus des conditions climatiques, l’évapotranspiration est aussi contrôlée par les caractéristiques de la plante : la végétation, en effet, a un comportement propre face à la demande d’évaporation ; elle v répond en puisant de l’eau du sol grâce à son système racinaire. Or, l’eau qu’elle peut effectivement extraire varie en fonction de l’humidité du sol et de la profondeur des racines, qui est elle-même fonction de l’espèce, du stade de maturité de la plante mais aussi de la profondeur de sol. Si l’eau dont dispose la plante n’est pas limitée, le taux de transpiration est maximal et on parle alors d’évapotranspiration maximale réelle Etm). Si la quantité d’eau disponible dans le sol est limitée, la plante souffre de stress hvdrique, réduit son activité photosynthétique et sa consommation en eau et, en conséquence, son évapotranspiration.
Vidéo : De l’évaporation à la notion d’évapotranspiration
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