L’eau est la molécule la plus remarquable du jardin. Ses propriétés physiques et chimiques extraordinaires — dues à sa géométrie angulaire et ses liaisons hydrogène — gouvernent presque tous les processus biologiques et pédologiques que nous étudions.
La molécule d’eau (H₂O) est coudée : angle H-O-H = 104,5°. L’oxygène est électronégatif, ce qui crée deux dipôles partiels :
δ⁻
O
/ \
δ⁺H Hδ⁺
Ces dipôles permettent à chaque molécule d’eau de former jusqu’à 4 liaisons hydrogène avec ses voisines. Ces liaisons (≈ 20 kJ/mol chacune, contre 460 kJ/mol pour une liaison covalente O-H) sont responsables des propriétés exceptionnelles de l’eau.
La chaleur massique de l’eau liquide est cp = 4 186 J/(kg·K) — la plus élevée de presque tous les liquides courants. Cela signifie qu’il faut 4 186 joules pour élever 1 kg d’eau de 1°C.
Implication pratique : un sol humide se réchauffe et se refroidit beaucoup plus lentement qu’un sol sec. Cela protège les racines des chocs thermiques et explique pourquoi les jardins proches de plans d’eau ont un microclimat plus tempéré.
Pour vaporiser 1 kg d’eau à 20°C, il faut L = 2 450 kJ/kg. C’est cette énergie considérable qui refroidit la surface des feuilles par transpiration.
Équation clé — Flux de chaleur latente :
LE = ρ × λ × E
où LE est le flux d’énergie latente (W/m²), ρ la densité de l’air (kg/m³), λ la chaleur latente (J/kg), et E le taux d’évaporation (m/s).
La tension de surface de l’eau est γ = 72,8 mN/m à 20°C — parmi les plus élevées des liquides courants.
Dans un tube de rayon r, l’eau monte à une hauteur h :
h = 2γ cos(θ) / (ρ g r)
où θ est l’angle de contact, ρ la masse volumique de l’eau, g l’accélération gravitationnelle.
| Rayon du pore (r) | Hauteur capillaire (h) |
|---|---|
| 1 mm | ≈ 1,5 cm |
| 0,1 mm | ≈ 15 cm |
| 10 µm | ≈ 1,5 m |
| 1 µm | ≈ 15 m |
Les pores fins des argiles (<1 µm) peuvent donc retenir l’eau contre une succion équivalente à 15 m de colonne d’eau — ce qui explique l’excellente rétention hydrique des sols argileux.
Le potentiel hydrique (ψ, en Pa ou MPa) est la mesure de l’énergie libre de l’eau. Il se décompose en :
ψ = ψ_m + ψ_o + ψ_g + ψ_p
L’eau se déplace toujours des potentiels élevés (moins négatifs) vers les potentiels bas (plus négatifs).
Valeurs de référence :
| Situation | ψ (MPa) |
|---|---|
| Sol à capacité au champ (pF 2) | -0,033 |
| Point de flétrissement permanent (pF 4,2) | -1,5 |
| Air à 50% d’humidité relative | -93 |
| Eau pure | 0 |
La valeur pF est définie comme :
pF = log₁₀(h), où h est la hauteur capillaire en cm d’eau
| pF | Potentiel (MPa) | Interprétation |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Sol saturé |
| 2,0 | -0,033 | Capacité au champ |
| 2,7 | -0,5 | Sol “à point” |
| 4,2 | -1,5 | Point de flétrissement |
| 7,0 | -1 000 | Sol très sec |
L’osmose est le mouvement de l’eau à travers une membrane semi-perméable depuis une solution diluée vers une solution concentrée.
Pression osmotique (loi de Van’t Hoff) :
π = i c R T
où i est le facteur de dissociation, c la concentration molaire (mol/L), R = 8,314 J/(mol·K), T la température en Kelvin.
Dans les cellules végétales, la pression osmotique varie de -0,5 à -2 MPa. L’absorption d’eau par les racines dépend de la différence de potentiel entre la solution du sol et le cytoplasme racinaire.
Courant de Münch (phloème) : dans le phloème, les sucres produits par photosynthèse créent une pression osmotique élevée aux “sources” (feuilles), tandis que les “puits” (fruits, racines) en consomment. Ce gradient de pression osmotique crée un flux de masse.
La vitesse de l’eau dans un milieu poreux saturé suit la loi de Darcy :
q = -K × (dH/dz)
où :
| Texture | K_sat (m/s) |
|---|---|
| Argile | 10⁻⁹ – 10⁻⁷ |
| Limon | 10⁻⁷ – 10⁻⁵ |
| Sable fin | 10⁻⁵ – 10⁻⁴ |
| Sable grossier | 10⁻⁴ – 10⁻³ |
En sol non saturé, K dépend du potentiel matriciel et peut varier de plusieurs ordres de grandeur — c’est la conductivité hydraulique non saturée K(ψ), décrite par l’équation de Richards.
L’eau est le solvant universel des réactions biologiques. Sa constante diélectrique élevée (ε = 80) lui permet de séparer les ions et de solubiliser les molécules polaires.
La conductivité électrique (CE) de la solution du sol est une mesure directe de sa teneur en ions dissous (sels). Mesurée en mS/cm :
Effets du sel sur l’osmose racinaire : un excès de sels abaisse le potentiel osmotique de la solution du sol. Les racines doivent alors dépenser plus d’énergie pour absorber l’eau — dans les cas extrêmes, l’eau sort de la plante vers le sol (“sécheresse physiologique”).
| ← Précédent : Chimie du Sol | Suivant : Gestion de l’Eau → |