L’eau est un corps chimique composé minéral des éléments oxygène et hydrogène, de formule chimique H2O très stable qui est parfois considéré comme ubiquitaire, sur la Terre et dans l'air humide qui peut l'environner. Elle est essentielle pour tous les organismes vivants connus. C'est un constituant biologique important. Sa présence jugée abondante a été aussi reconnue à l'état condensé sur pléthore d'objets célestes.

L'eau quasiment pure se trouve naturellement dans les trois états physiques : liquide, solide sous forme de glace, gazeux (c'est la vapeur présente dans l'atmosphère), minéral reconnu polymorphe dans l'univers. C'est un puissant solvant.

Compte-tenu de son caractère vital, de son importance dans l'économie, et de son inégale distribution sur la Terre, sa maitrise est l'objet de forts enjeux géopolitiques.

Généralités

L'eau en trois états : liquide, solide (glace) et gazeux (vapeur d'eau). Ce dernier état de l'eau, invisible, se trouve dans l'air. Les nuages, eux, sont des accumulations de gouttelettes d'eau dans l'air.

La formule chimique de l’eau pure est H2O. L’eau dite « courante » est une solution d'eau, de sels minéraux et d'autres impuretés. Pour cela, l’eau que l’on trouve sur Terre est rarement un composé chimique pur. Les chimistes utilisent de l'eau distillée pour leurs solutions, mais cette eau n'étant pure qu'à 99 %, il s'agit techniquement d'une solution aqueuse.

Majoritairement ou facilement observable sur Terre à l'état liquide, elle possède les propriétés d'un puissant solvant : elle dissout facilement et solubilise rapidement de nombreux corps sous forme d'ions, ainsi que de nombreuses autres molécules gazeuses, et par exemple les composants de l'air, en particulier l'oxygène ou le dioxyde de carbone. L'expression « solvant universel » est toutefois sujette à maintes précautions, beaucoup de matériaux naturels (roches, métaux, etc.) étant non solubles dans l'eau (dans la plupart des cas ou de manière infime).

71 % de la surface de la Terre est recouverte d’eau (97 % d’eau salée et 3 % d’eau douce dans différents réservoirs), sous forme liquide dans les océans. On la trouve aussi sous forme gazeuse (vapeur d'eau) dans l'air, ou solide (glace) dans la Banquise, par exemple. Ailleurs que dans les zones humides plus ou moins tourbeuses ou marécageuses, dans les mers et océans, l'eau est présente dans les lagunes, lacs, étangs, mares, fleuves, rivières, ruisseaux, canaux, réseaux de fossés, de watringues ou comme eau interstitielle du sol. L'humidité de l'air provient de l'évaporation des mers et eaux douces et de l'évapotranspiration des plantes.

La circulation de l’eau au sein des différents compartiments terrestres est décrite par le cycle de l'eau. En tant que composé essentiel à la vie, l’eau a une grande importance pour l'Homme mais aussi pour toutes les espèces végétales et animales. Source de vie et objet de culte depuis les origines de l'Homme, l'eau est conjointement, dans les sociétés d'abondance comme la France, un produit de l'économie et un élément majeur de l'environnement.

Le corps humain est composé à 65 % d’eau pour un adulte, à 75 % chez les nourrissons et à 94 % chez les embryons de trois jours. Les cellules, quant à elles, sont composées de 70% à 95% d'eau. Les animaux sont composés en moyenne de 60 % d'eau et les végétaux à 75 %. On retrouve néanmoins des extrêmes : la méduse (98 %) et la graine (10 %).

Étymologie et usage du mot

Le terme eau dérive du latin aqua via les langues d'oïl comme le mot ewes. Le terme aqua a été ensuite repris pour former quelques mots comme aquarium. Un mélange aqueux est un mélange dont le solvant est l'eau. Le préfixe hydro dérive quant à lui du grec ancien ὕδωρ (hudôr) et non pas de ὕδρος (hudros) lequel signifie « serpent à eau ».

Par eau, on comprend souvent liquide incolore constitué en majorité d'eau, mais pas uniquement d'eau pure. Suivant sa composition chimique qui induit son origine ou son usage, on précise :

eau minérale, eau de Seltz, eau de source, eau de mer, eau douce, eau potable, eau de pluie, eau du robinet, eau de table, eau gazeuse, eau plate, etc. ;

en chimie, on parle d'eau lourde, eau tritiée, eau dure, eau distillée ;

pour un usage plus ancien, on parle de l'eau-forte pour l’acide nitrique dilué, de l'eau régale pour un mélange d'acides qui dissout l'or mais aussi d'eau-de-vie, de l'éthanol dilué d'eau potable ;

une femme perd ses eaux avant l'accouchement ;

noces d'eau, 100 ans de mariage.

Géophysique : l'eau sur Terre et dans l'Univers

Cascades de Jonathan’s Run.

Bloc de glace sur une plage près de Jökulsárlón, en Islande.

L’eau joue un rôle majeur dans les cycles du dioxygène et du carbone, et le climat.

L'eau dans l'Univers

L'eau a été trouvée dans des nuages interstellaires dans notre galaxie, la Voie lactée. On pense que l'eau existe en abondance dans d'autres galaxies aussi, parce que ses composants, l'hydrogène et l'oxygène, sont parmi les plus abondants dans l'Univers.

Les nuages interstellaires se concentrent éventuellement dans des nébuleuses solaires et des systèmes stellaires tels que le nôtre. L'eau initiale peut alors être trouvée dans les comètes, les planètes, les planètes naines et leurs satellites.

La forme liquide de l'eau est seulement connue sur Terre, bien que des signes indiquent qu'elle soit (ou ait été) présente sous la surface d'un des satellites naturels de Saturne, Encelade, sur Europe et à la surface de Mars. Il semblerait qu'il y ait de l'eau sous forme de glace sur la Lune en certains endroits, mais cela reste à confirmer. La raison logique de cette assertion est que de nombreuses comètes y sont tombées et qu'elles contiennent de la glace, d'où la queue qu'on en voit (quand les vents solaires les touchent, laissant une traînée de vapeur). Si l'on découvre de l'eau en phase liquide sur une autre planète, la Terre ne serait alors peut être pas la seule planète que l'on connaît à abriter la vie.

Origine de l'eau sur Terre

Les avis divergent sur l'origine de l’eau sur la Terre.

Formes de l'eau sur Terre

Volume d'eau contenu dans les différents réservoirs Réservoirs Volume (10 km) Pourcentage du total Océans 1 320 97,25 Calottes glaciaires et glaciers 29 2,05 Eau souterraine 9,5 0,68 Lacs 0,125 0,01 Humidité des sols 0,065 0,005 Atmosphère 0,013 0,001 Fleuves et rivières 0,0017 0,0001 Biosphère 0,0006 0,00004

Le cycle de l'eau (connu scientifiquement sous le nom de cycle hydrologique) se rapporte à l'échange continu de l'eau entre l'hydrosphère, l'atmosphère, l'eau des sols, l'eau de surface, les nappes phréatiques et les plantes.

L'eau liquide est trouvée dans toutes sortes d'étendues d'eau, telles que les océans, les mers, les lacs, et de cours d'eau tel que les fleuves, les rivières, les torrents, les canaux ou les étangs. La majorité de l'eau sur Terre est de l'eau de mer. L'eau est également présente dans l'atmosphère en phase liquide et vapeur. Elle existe aussi dans les eaux souterraines (aquifères).

Le volume approximatif de l'eau de la Terre (toutes les réserves d'eau du monde) est de 1 360 000 000 km. Dans ce volume :

1 320 000 000 km (97,2 %) se trouvent dans les océans ;

25 000 000 km (1,8 %) se trouvent dans les glaciers et les calottes glaciaires ;

13 000 000 km (0,9 %) sont des eaux souterraines ;

250 000 km (0,02 %) sous forme d'eau douce dans les lacs, les mers intérieures et les fleuves ;

l'équivalent de 13 000 km (0,001 %) d'eau liquide sous forme de vapeur d'eau atmosphérique à un moment donné.

Si la fraction d'eau sous forme gazeuse est marginale, la Terre a perdu au cours de son histoire un quart de son eau dans l'espace.

L'eau durant l'« Anthropocène »

Durant l'« Anthropocène », l'humanité a bouleversé le cycle de l'eau, par la surexploitation de certaines nappes, la déforestation, le dérèglement climatique, la canalisations de grands cours d'eau, les grands barrages, l'irrigation à grande échelle. Elle l'a fait à une vitesse et à une échelle qui ne sont pas comparables avec les événements historiques passés avec des effets qui dépassent ceux des grandes forces géologiques.

Propriétés

Propriétés physiques

Une main dans l'eau courante. La distorsion est due à la réfraction.

Générales

La température de vaporisation de l'eau dépend directement de la pression atmosphérique comme le montrent ces formules empiriques :

Pression normalisée dans la troposphère (0–11 km) :

${\displaystyle Pression[Pa]=101\,325\times \left({\frac {288,15-0,0065\times Altitude[m]}{288,15}}\right)^{5,255}}$

Point d'ébullition :

${\displaystyle Point~d'{\acute {e}}bullition[K]\approx 26,307\times \ln(Pression[Pa])+69,771}$

Son point d'ébullition est élevé par rapport à un liquide de poids moléculaire égal. Ceci est dû au fait qu'il faut rompre jusqu'à trois liaisons hydrogène avant que la molécule d'eau puisse s'évaporer. Par exemple, au sommet de l'Everest, l'eau bout à environ 68 °C, à comparer aux 100 °C au niveau de la mer. Réciproquement, les eaux profondes de l'océan près des courants géothermiques (volcans sous-marins par exemple) peuvent atteindre des températures de centaines de degrés et rester liquides.

L'eau est sensible aux fortes différences de potentiel électrique. Il est ainsi possible de créer un pont d'eau liquide de quelques centimètres entre deux béchers d'eau distillée soumis à une forte différence de potentiel.

Un nouvel « état quantique » de l’eau a été observé quand les molécules d’eau sont alignées dans un nanotube de carbone de 1,6 nanomètre de diamètre et exposée à une diffusion de neutrons. Les protons des atomes d’hydrogène et d’oxygène possèdent alors une énergie supérieure à celle de l’eau libre, en raison d’un état quantique singulier. Ceci pourrait expliquer le caractère exceptionnellement conducteur de l’eau au travers des membranes cellulaires biologiques.

Radioactivité : elle dépend des métaux et minéraux et de leurs isotopes présent dans l'eau, et peut avoir une origine naturelle ou artificielle (retombées des essais nucléaires, pollution radioactive, fuites, etc.). Elle est en France suivie par l'IRSN, y compris pour l'eau du robinet.

L'eau comme fluide thermodynamique

L'eau est un fluide thermodynamique d'usage courant, efficace et économique.

L'eau a une masse volumique maximale de 1 000 kg/m (soit 1 kg/l à l'origine la définition du kilogramme ; exactement 999,975 kg/m à 3,98 °C).

L'eau a la capacité thermique à pression constante la plus élevée de tous les liquides (75,711 J·mol·K soit 4,202 6 kJ·kg·K à 20 °C). Les océans sont de bons accumulateurs de la chaleur.

L'eau est stable en température jusqu'à une valeur élevée.

L'eau est stable sous rayonnement dont le rayonnement neutronique.

L'eau a la tension superficielle la plus élevée de tous les liquides (72 mN/m à 20 °C) à l'exception du mercure ; dans l'air humide, la formation des gouttelettes est facilitée ; dans un tube capillaire, l'eau monte ainsi que la sève dans les arbres.

L'eau a une chaleur spécifique élevée (1 cal/(g⋅K)), due à ses liaisons hydrogène qui se forment et se brisent constamment. C'est grâce à cette chaleur spécifique que les océans maintiennent une température stable.

L'eau a la chaleur latente d'évaporation la plus élevée de tous les liquides (44,22 kJ/mol soit 2 454,3 kJ/kg à 20 °C) ; donc l'effet réfrigérant de la transpiration est efficace.

L'eau a une chaleur latente de fusion élevée (6,00 kJ/mol soit 333,0 kJ/kg). L'eau a une très faible conductivité thermique (0,604 W/(m⋅K) à 20 °C).

L'eau et la glace ont une couleur bleutée sous forte épaisseur.

L'eau est transparente à la lumière visible, ainsi les organismes aquatiques peuvent vivre car la lumière du soleil peut les atteindre ; elle est cependant opaque au rayonnement infrarouge absorbé par l'hydrogène, l'oxygène et leur liaison.

La chaleur massique de l'eau est de 4 185 J·kg·K, à pression normale. Elle est largement constante aux basses températures.

La formule de Duperray fournit une bonne approximation dans la gamme de température entre 95 °C et 230 °C.

Radiolyse

La radiolyse de l'eau est la dissociation, par décomposition chimique de l'eau (H2O) (liquide ou de vapeur d'eau) en hydrogène et hydroxyle respectivement sous forme de radicaux H· et HO·, sous l'effet d'un rayonnement énergétique intense (rayonnement ionisant). Elle a été expérimentalement démontrée il y a environ un siècle. Elle se fait en passant par plusieurs stades physicochimiques et à des conditions particulières de température et de pression, de concentration du soluté, de pH, de débit de dose, de type et énergie du rayonnement, de présence d'oxygène, de nature de la phase de l'eau (liquide, vapeur, glace). C'est un phénomène encore incomplètement compris et décrit qui pourrait, dans le domaine du nucléaire, des voyages dans l'espace ou pour d'autres domaines, avoir dans le futur des applications techniques nouvelles, entre autres pour la production d'hydrogène.

Référence dans le système métrique

Référence massique

À l’origine, un décimètre cube (litre) d’eau définissait une masse de un kilogramme (kg). L’eau avait été choisie car elle est simple à trouver et à distiller. Dans notre système actuel de mesure – le système international d’unités (SI) – cette définition de la masse n’est plus valable depuis 1889, date à laquelle la première Conférence générale des poids et mesures définit le kilogramme comme la masse d’un prototype de platine iridié conservé à Sèvres. Aujourd’hui à 4 °C, la masse volumique est de 0,99995 kg/dm. Cette correspondance reste donc une excellente approximation pour tous les besoins de la vie courante.

Référence de température

Le système centigrade défini par Celsius (légèrement différent du degré Celsius actuel - voir ci-dessous) fixe le degré 0 sur la température de la glace fondante et définit comme degré 100 la température de l’eau en ébullition sous pression atmosphérique normale. L’échelle est ensuite graduée de 0° à 100°. C’est ainsi que la température normale du corps humain est en moyenne de 37 °C.

Le système Fahrenheit fixe originellement le point de solidification de l’eau à 32 °F et son point d’ébullition à 212 °F ; il est aujourd'hui aligné sur la température Celsius selon la formule T[°F] = 1,8 T[°C] + 32, la différence avec la première définition étant extrêmement faible.

Le système kelvin sert pour la mesure absolue de la température thermodynamique ; son unité est égale à 1/273,16 fois la température absolue du point triple de l’eau (laquelle vaut donc, par réciproque de la définition, 0,01 °C).

Le système Celsius est défini arbitrairement par une translation d'exactement 273,15 unités par rapport au kelvin, pour se rapprocher au plus près du degré centigrade.

Calcul de la température finale d'un mélange d'eaux

La formule donnant la température finale ${\displaystyle {\rm {T_{f}}}}$ d'un mélange de deux volumes d'eau liquide ${\displaystyle {\rm {V_{1}}}}$ et ${\displaystyle {\rm {V_{2}}}}$ différents ou de deux masses d'eau liquide ${\displaystyle {\rm {M_{1}}}}$ et ${\displaystyle {\rm {M_{2}}}}$ , ayant respectivement des températures différentes respectives ${\displaystyle {\rm {T_{1}}}}$ et ${\displaystyle {\rm {T_{2}}}}$ , est la suivante :

${\displaystyle {\rm {T_{f}={\frac {M_{1}T_{1}+M_{2}T_{2}}{M_{1}+M_{2}}}}}}$ en cas de mélange de masses d'eau (plus exact que de passer par les volumes) ou ${\displaystyle {\rm {T_{f}={\frac {V_{1}T_{1}+V_{2}T_{2}}{V_{1}+V_{2}}}}}}$ n'est alors qu'approximative du fait de la différence de densité : de 3 % entre 0 et 80 °C, de 6 % entre 0 et 110 °C.

Ces calculs restent valables pour tout liquide ou gaz avec la même réserve sur le volume.

Référence de densité

Propriétés chimiques

Forme

La molécule d'eau possède une forme coudée qui est due à ses orbitales non-liantes (doublets non-liants) qui créent des interactions avec les atomes d'hydrogène et les « poussent » vers le bas. Elle possède donc une structure tétraédrique (type AX2E2 en méthode VSEPR), l'angle H-O-H est de 104,5° et la distance interatomique dO-H = 95,7 pm soit 9,57×10 m.

Polarité

Modèles des liaisons hydrogène de l'eau

L'électronégativité de l'atome O étant plus haute que celle de H, il y a une polarisation de cette molécule, ce qui en fait un bon solvant. Elle possède un dipôle électrique permanent. La polarité de la molécule rend possible pour la molécule d'eau de réaliser des liaisons hydrogène intermoléculaires (+ 20-25 kJ/mol).

On observe donc 2 charges partielles négatives (δ), sur les doublets non liants de l'oxygène qui forment chacune une liaison hydrogène avec un atome d’hydrogène d'une autre molécule portant charge partielle positive (δ).

Et une charge partielle positive (δ), sur chaque atome d'hydrogène ce qui permet des liaisons hydrogène avec un oxygène d'une autre molécule portant une charge (δ).

Pour exemple les cristaux de glace ont cette forme à cause de cela. À quantité égale, la glace flotte sur l'eau (sa densité solide est plus faible que celle liquide) et c'est dû à ces liaisons hydrogène.

Exemples de type de cristaux de neige

Solvant

L'eau est un composé amphotère, c'est-à-dire qu'elle peut être une base ou un acide. L'eau peut être protonée, c'est-à-dire capter un ion H (autrement dit un proton, d'où le terme protonée) et devenir un ion H3O. À l'inverse, elle peut être déprotonée, c'est-à-dire qu'une autre molécule d'eau peut capter un ion H et la transformer en ion OH. Cependant, ces réactions se produisent très rapidement et sont minimes.

2H₂O → H₃O + OH

Les solvants protiques ou polaires y sont solubles (grâce aux liaisons hydrogène) et les solvants aprotiques ou non-polaires ne le sont pas.

Utilisation et consommation

En France, de 2008 à 2015 les distributeurs d'eau de France métropolitaine fournissent environ 5,5 milliards de mètres cubes d’eau potable par an, soit 85 m³ par habitant et par an, ou 234 litres d’eau par personne et par jour dont 1/3 vient des eaux de surface (20% de cette eau est perdue via les fuites du réseau de distribution) ; et au total « plusieurs dizaines de milliards de m3 d’eau sont prélevés chaque année » et utilisés comme eau potable (embouteillée ou non), mais aussi pour l'irrigation, l'industrie, l'énergie, les loisirs, le thermalisme, les canaux, l'entretien de voiries, la production de neige artificielle ou bien d'autres activités, mais c'est la production d'énergie qui en utilise le plus (59 % de la consommation totale) devant la consommation humaine (18 %), l'agriculture (irrigation) (12 %) et l'industrie (10 %). Une banque nationale des prélèvements sur l'eau (BNPE) est disponible en ligne pour le grand-public comme les experts depuis 2015. Elle doit permettre le suivi des prélèvements quantitatifs (par environ 85 000 ouvrages connus en 2015) et d'évaluer la pression sur la ressource en eau (métropole et outre-mer français), avec des données détaillées ou de synthèse téléchargeables (mais « encore à consolider » (en 2015).

D'un point de vue économique, le secteur de l'eau est généralement considéré comme partie prenante du secteur primaire car exploitant une ressource naturelle ; il est même parfois agrégé au secteur agricole.

Agriculture

Les moulins à vent à Zaanse Schans utilisaient par le passé la force de l'eau pour broyer les récoltes de blé en farine.

L’agriculture est le premier secteur de consommation d’eau, notamment pour l’irrigation.

En France, l’agriculture absorbe plus de 70 % de l’eau consommée, ce qui peut s’expliquer par différentes raisons :

l’élevage dont le régime alimentaire implique la mobilisation de grandes quantités d’énergie et d’eau par ration produite ;

l’irrigation massive dans le but d’assurer des rendements maximums pour des cultures nécessitant énormément d'eau;

l’accroissement de la population qui nécessite la production de plus grandes quantités de denrées alimentaires ;

des régimes alimentaires plus riches dus à une orientation croissante du mode de vie « à l’occidentale ».

De ce fait, au début des années 1960, les agriculteurs, pour accroître de manière conséquente leurs rendements, ont eu recours à l’agriculture intensive (utilisation d’engrais chimiques, de pesticides et de produits phytosanitaires). Cette agriculture intensive a eu pour conséquence de polluer les eaux des sols avec de fortes concentrations en azote, phosphore et molécules issues des produits phytosanitaires. Aujourd’hui, les traitements pour éliminer ces polluants sont complexes, onéreux et souvent difficiles à appliquer. Par conséquent, on s’oriente vers d’autres pratiques agricoles plus respectueuses de l’homme et de l’environnement comme l’agriculture « intégrée » ou « biologique ».

Industrie

L’eau est aussi utilisée dans beaucoup de processus industriels et de machines, tels que la turbine à vapeur ou l’échangeur de chaleur : on peut ajouter à cela son utilisation comme solvant chimique. Dans l’industrie, les rejets d’eau usée non traitée provoque des pollutions qui incluent les rejets de solutions (pollution chimique) et les rejets d’eau de refroidissement (pollution thermique). L’industrie a besoin d’eau pure pour de multiples applications, elle utilise une grande variété de techniques de purification à la fois pour l’apport et le rejet de l’eau.

L’industrie est aussi grande consommatrice d’eau :

en Asie du Sud-Est et Pacifique, elle représente plus de 30 % des prélèvements d’eau. Dans ces régions l'industrie assure désormais 48 % du PIB total et cette proportion est en augmentation constante. La pollution et les déchets industriels mettent en danger les ressources en eau parce qu'ils dégradent et détruisent des écosystèmes à travers le monde. Ce phénomène menace la sécurité de l'eau ;

les industries extractives consomment de plus en plus d'eau, et en particulier l'industrie pétrolière et gazière qui l'utilisent pour augmenter la pression dans les puits afin d'extraire plus d'hydrocarbures et plus rapidement, notamment avec la fracturation hydraulique. Une étude publiée en 2016 ayant porté sur 129 pays a porté sur l'empreinte eau de notre consommation énergétique : elle a montré d'importantes différences (selon les pays et les secteurs) en termes de dépendance aux ressources internationales en eau douce. Par exemple, si l'industrie pétrolière a une ampleur comparable en Amérique du Nord et en Chine elle consomme en Amérique du Nord trois fois plus d'eau douce internationale. De même selon les données disponibles pour l'UE-28 avec, en moyenne, 86% de la consommation d'eau douce associée au secteur pétrolier se faisant hors du pays de consommation. Un pays comme la France ne menace pas ses propres ressources puisque son pétrole est importé. Il peut être tenté d'accorder moins d'importance à ce phénomène que la Chine où cette question relève de la sécurité intérieure. Les pressions exercées par des pays riches sur des pays pauvres peuvent conduire à aggraver ou créer des pénuries d'eau et déstabiliser certains équilibres géostratégiques, au détriment de la paix, de la sécurité de l'eau et de l'énergie. Les agrocarburants ne sont pas de ce point de vue une solution, car quand ils sont issus de plantes cultivées, ou de cultures artificielles d'algues, ils consomment aussi beaucoup d'eau. Le nucléaire consomme aussi de l'eau, qu'il réchauffe, ainsi en France, environ 60 % des prélèvements d’eau (industrie) servent au refroidissement des centrales nucléaires ;

en Suisse, la population s'est accrue depuis 1975, mais sa consommation totale d'eau a diminué : en 1981, 500 litres par habitant et par jour étaient consommés ; en 2011, cette consommation est de 350 litres environ. Cette baisse est due notamment aux efforts de l'industrie. Une bonne gestion de l’eau est donc possible avec une maîtrise des coûts. Cependant avec les canons à neige l'industrie des loisirs pour les sports d'hiver gaspille de plus en plus d'eau en la dégradant

Lutte contre les incendies

C’est parce que les combustibles se combinent avec l’oxygène de l’air qu’il brûlent et dégagent de la chaleur. L’eau ne peut pas brûler puisqu’elle est déjà le résultat de la réaction de l’hydrogène avec l’oxygène.

Elle aide à éteindre le feu pour deux raisons :

lorsqu’un objet est recouvert d’eau, l’oxygène de l’air ne peut pas parvenir jusqu’à lui et activer sa combustion ;

la seconde, est que l’eau peut absorber une grande quantité de chaleur lorsqu’elle se vaporise et de ce fait, abaisser la température de la matière en combustion au-dessous de son point d’ignition.

Alimentation humaine

L’eau est le principal constituant du corps humain. La quantité moyenne d’eau contenue dans un organisme adulte est d'environ 65 %, ce qui correspond à environ 45 litres d’eau pour une personne de 70 kilogrammes. Ce pourcentage peut néanmoins varier, plus une personne est maigre, plus la proportion d’eau de son organisme est importante. L'eau dépend également de l’âge : elle diminue avec les années, car plus les tissus vieillissent, plus ils se déshydratent, l’eau étant remplacée par de la graisse.

Dans l’organisme la concentration en eau varie d'un organe à l’autre et selon les cellules :

85 % dans le cerveau

80 % dans les poumons

80 % dans les reins

79 % dans le sang

77 % dans le cœur

73 % dans le foie

73 % dans les muscles

71 % dans la peau

22 % dans les os

10 % dans les dents

L'organisme humain a besoin d'environ 2,5 litres d'eau par jour (1,5 litre sous forme liquide et 1 litre acquis dans la nourriture absorbée), davantage en cas d'exercice physique ou de forte chaleur, et il ne faut pas attendre d'avoir soif pour en absorber, surtout pour les personnes âgées chez qui la sensation de soif est retardée. Sans eau, la mort survient après 2 à 5 jours, sans fournir aucun effort (40 jours sans nourriture en étant au repos).

Chaque jour l'organisme absorbe :

1,5 litres par l'eau de boisson

0,9 litre par l'eau contenue dans les aliments

0,6 litre par l'eau produite par la combustion des aliments

Chaque jour l'organisme rejette :

1,5 litres par l'urine

0,9 litre par la perspiration et la transpiration (plus en cas de transpiration due à la chaleur)

0,5 litre par la respiration

0,1 litre par les selles

Robinet d'eau public avec pompe manuelle

L’accès à l’eau est un besoin vital pour toutes les espèces connues, mais nombreux sont les animaux qui n’apprécient pas son contact direct. Ce qui explique que les fleuves aux berges artificielles et canaux soient des barrières écologiques importantes.

On distingue :

Eau potable

Eau du robinet

Eau en bouteille

Eau de source

Eau minérale

Eau gazeuse

Eau plate

Les contrôles de qualité y recherchent d'éventuels polluants et substances indésirables, dont depuis peu, des médicaments, résidus de médicaments ou perturbateurs endocriniens pour limiter les risques environnementaux et sanitaires des résidus de médicaments sur les milieux aquatiques.

Eau du robinet et eau en bouteille

La communication des acteurs de la chaîne de l'eau en France aborde souvent l'opposition entre consommation d'eau en bouteille ou du robinet, qui est source de quelques polémiques :

Corporation des officiers des eaux de Paris

les producteurs d'eau en bouteille mettent en avant la qualité gustative de cette eau (absence de nitrate, entre autres) et l'absence de métaux lourds (plomb, etc.) parfois retrouvés dans l'eau du robinet en présence de canalisations anciennes. Les enjeux économiques relatifs à la commercialisation de l'eau en bouteille ont parfois conduit à distinguer le calcaire et le carbonate de calcium CaCO3 en réalité identiques ; le calcaire étant aussi composé de carbonate de magnésium MgCO3, et tous deux indispensables à l'organisme ;

les distributeurs d'eau du robinet mettent en avant le mauvais écobilan des bouteilles en plastique (pollution à la production, libération de produits chimiques lors de périodes de chauffe) et de leur transport, etc., ainsi que le coût, plus élevé, de l'eau en bouteille. Une dizaine de polluants seulement sont surveillés sur plus de 20 000 substances chimiques présentes dans les eaux, selon les normes de potabilité.

En France, les deux types d'eau contiennent des polluants.

Par ailleurs, l'eau sert aussi à nettoyer la nourriture et les vêtements et à se laver, à remplir des piscines (et il faut 60 m d'eau pour remplir une piscine privée moyenne).

Politique et économie

Le réservoir d'Itzelberg, sur la rivière Brenz (Allemagne). Dans les zones où les nappes sont polluées, rares ou inexistantes, les retenues sur rivières ont été très utilisées, non sans contribuer à la fragmentation écologique des cours d'eau, quand des barrages sont infranchissables.

Aux Pays-Bas, l'eau est un élément essentiel du paysage naturel. Les Hommes ont appris à vivre avec cet élément, après l'avoir combattu durant des siècles.

La protection de ce bien commun qu'est la ressource en eau a motivé la création d'un programme de l'ONU (UN-Water), et d'une évaluation annuelle Global Annual Assessment of Sanitation and Drinking-Water (GLAAS), coordonné par l'OMS.

La multiplicité de ses usages fait de l'eau une ressource fondamentale des activités humaines. Sa gestion fait l’objet d'une surveillance permanente et affecte les relations entre les États.

Pour faire face à ces questions, un conseil mondial de l'eau, dont le siège est à Marseille, a été fondé en 1996, réunissant des ONG, des gouvernements et des organisations internationales. De manière régulière, un forum mondial de l'eau est organisé pour débattre de ces sujets, mais pas toujours dans la même ville. En parallèle au forum mondial de l'eau, un forum alternatif mondial de l'eau est organisé par des mouvements alternatifs.

En France, les nombreux acteurs de l'eau et leurs missions diffèrent selon les départements et les territoires. Il existait cinq polices de l'eau aujourd'hui coordonnées par les Missions interservice de l'eau (MISE). Les Agences de l'eau sont des établissements publics percevant des redevances qui financent des actions de collectivités publiques, d'industriels, d'agriculteurs ou d'autres acteurs pour épurer ou protéger la ressource en eau. La distribution d'eau potable est un service public gérée au niveau communal ou EPCI, soit directement en régie, soit déléguée à une société privée (affermage, concession). L'ONEMA remplace le conseil supérieur de la pêche, avec des missions étendues. La nouvelle « loi sur l'eau et les milieux aquatiques » (LEMA) de 2007 modifie en profondeur la précédente loi et traduit dans la législation française la « directive-cadre de l'eau » (DCE) européenne.

La gestion de l’eau couvre de nombreuses activités :

la production agricole (irrigation et drainage) ;

la production d'eau potable ;

l'assainissement (ou épuration) ;

la production d'énergie et le transport ;

la restauration, protection et gestion des milieux naturels et forestiers (zones humides et milieux aquatiques).

La France est le pays des grandes entreprises de l'eau (Suez, Veolia, etc.). Celles-ci prennent une importance mondiale depuis les années 1990. Mais avec le Grenelle de l'Environnement et du grenelle de la mer, et sous l'égide de personnalités telles que Riccardo Petrella, la question de l'eau comme bien public reste posée.

En 2009, un colloque a porté sur la régulation et une plus grande transparence des services d'eau en France.

Production d'eau potable

De l'eau relativement pure ou potable est nécessaire à beaucoup d’applications industrielles et à la consommation humaine.

Épuration, assainissement

L'assainissement et l'épuration sont les activités de collecte et traitement des eaux usées (industrielles, domestiques, ou autres) avant leur rejet dans la nature, afin d’éviter la pollution et les nuisances sur l’environnement. L'eau après un premier traitement souvent est désinfectée par ozonation, chloration ou traitement UV, ou encore par microfiltration (sans ajout de produit chimique dans ces derniers cas).

Problématique de l'eau en montagne

Les montagnes couvrent une part importante de la Terre. En Europe (35,5 % du territoire en Europe, 90 % en Suisse et en Norvège) et plus de 95 millions d’Européens y vivaient en 2006. Elles sont de véritables châteaux d’eau et jouent un rôle capital dans la gestion des ressources aquifères car elles concentrent une part importante des précipitations et tous les grands fleuves et leurs principaux affluents y prennent leur source.

En montagne, l'eau est une richesse écologique mais aussi source d'hydroélectricité et de commerce (mise en bouteille d’eau minérale), et le support de sports et loisirs en eaux vives. En Europe, 37 grandes centrales hydrauliques sont implantées en montagne (sur 50, soit 74 %) auxquelles s’ajoutent 59 autres grandes centrales sur 312 (18,9 %).

Les montagnes présentent des situations particulières, car elles sont tout d’abord des zones de risques :

avec la pente et le relief, conjugués à une végétation souvent rase et fragile du fait d’un climat plus rude, elles sont des zones d’intenses érosions et de concentration rapide des eaux qui forment les crues et les inondations qui peuvent être ravageuses pour les parties basses des bassins et des plaines. Le phénomène est accentué par le surpâturage et la déforestation, par l’imperméabilisation du sol par les constructions, les aires de stationnement et les routes, en particulier dans les zones de fort développement urbain et touristique ;

à l’inverse, l’abandon des secteurs les plus difficiles par les populations qui pratiquent des activités économiques traditionnelles comme le pastoralisme, a pour conséquences l’arrêt de l’entretien et la destruction des ouvrages collectifs, des zones de terrasses et des systèmes de drainage.

Mais l’eau en montagne, est surtout une source de richesse et de développement. Une meilleure valorisation de ce potentiel par l’aménagement du territoire peut être la source de nouvelles richesses pour l’économie des zones de montagne, mais dans le cadre d’un comportement économe et responsable. Avec le réchauffement climatique, les situations d’évènements extrêmes comme les sécheresses, les inondations et l’érosion accélérée, risquent de se multiplier et d’être, avec la pollution et le gaspillage, d’ici une génération un des principaux facteurs limitant le développement économique et social dans la plupart des pays du monde.

Selon les experts réunis à Megève en mars 2007 dans le cadre de l’« Année internationale de la montagne » avec la participation de la FAO, de l’UNESCO, du Partenariat mondial de l'eau et du Réseau international des organismes de bassin, afin de tirer un diagnostic et de formuler les propositions présentées au forum mondial de l'eau de Kyoto (mars 2003) : « La « solidarité amont-aval » reste trop faible : il vaut mieux aider les montagnes dans le cadre de politiques intégrées de bassins, pour qu’ils assurent la gestion et l’équipement nécessaires des hauts bassins versants. […] Il est impératif en effet de conduire en montagne des actions particulières renforcées d’aménagement et de gestion pour mieux se protéger contre les inondations et l’érosion, lutter contre les pollutions et optimiser les ressources en eau disponibles pour les partager entre les usagers, tant en amont que dans les plaines en aval. »

Problématique de l'eau et l'urbanisme

Certains territoires connaissent un développement important induit par la mise en service d’infrastructures routières nouvelles, et un certain niveau de dynamisme économique. En France, les documents d’urbanisme sont révisés fréquemment pour permettre la construction d’espaces nouveaux. Or, l'extension des territoires urbanisés génère des impacts sur l’environnement : accroissement des prélèvements pour l’alimentation des populations en eau potable, augmentation des rejets (eaux pluviales et eaux usées), fragmentation des milieux naturels, etc. Ceux-ci ne sont pas toujours correctement appréhendés au niveau des documents d'urbanisme, qui structurent et planifient l'espace. Ces réflexions ont été au cœur du Grenelle de l’Environnement. Ces impacts doivent être pris en compte en amont, dès la définition des projets structurants à l’échelle d’un territoire. Aussi convient-il de les intégrer dans l’élaboration des documents de planification urbaine (plans locaux d’urbanisme, cartes communales, etc.). De nombreuses publications (articles, guides, etc.) existent sur le sujet.

Géopolitique : la « guerre de l'eau »

Inégalité d'accès à l'eau potable

Part de la population ayant accès à l'eau potable en 2005.

L'ONU estime qu'en 2025, 25 pays africains devraient souffrir de pénurie d'eau ou de stress hydrique

La Terre est à 71 % recouverte d'eau. 97 % de cette eau est salée, et 2 % emprisonnée dans les glaces. Il n'en reste qu'un petit pourcent pour irriguer les cultures et étancher la soif de l'humanité tout entière. L'eau et l'eau potable sont inégalement réparties sur la planète et les barrages et pompages d'eau faits pour les besoins humains peuvent localement entrer en conflit avec les besoins agricoles et ceux des écosystèmes.

En 2006, sur 6,4 milliards d'êtres humains, plus d'un milliard n'a pas du tout accès à l'eau potable et plus de 2,5 milliards ne disposent pas de système d'assainissement d'eau. Aujourd'hui, dans le monde, 2 milliards d'êtres humains dépendent de l'accès à un puits. Il faudrait mobiliser 30 milliards de dollars par an pour répondre au défi de l'eau potable pour tous, quand l'aide internationale est à peine de 3 milliards.

Selon l'ONG Transparency International, la corruption grève les contrats de l'eau dans de nombreux pays entraînant des gaspillages et des coûts excessifs pour les plus pauvres.

Selon l'ONU, à cause de la surexploitation des nappes et de l'augmentation des besoins, en 2025, 25 pays africains seront en état de pénurie d'eau (moins de 1 000 m/hab. par an) ou de stress hydrique (1 000 à 1 700 m·/hab. par an).

Conséquences sanitaires du manque d'eau potable

L'impossibilité d'accès à l'eau potable d'une grande partie de la population mondiale a des conséquences sanitaires graves. Ainsi, un enfant meurt toutes les cinq secondes ; des millions de femmes s'épuisent en corvées d’eau ; entre 40 et 80 millions de personnes ont été déplacées à cause des 47 455 barrages construits dans le monde, dont 22 000 en Chine. En 2009, l'OCDE recensait plus de 4 000 enfants de moins de cinq ans mourant chaque jour de diarrhées liées à l’absence d’assainissement et d’un manque d’hygiène. Toutes causes confondues (diarrhées, choléra, gastro-entérites infectieuses aigües et autres infections), ces maladies hydriques représentent selon l'Unicef 1,8 million de victimes chez les moins de cinq ans. Chaque année, 443 millions de jours de scolarité sont perdus à cause d'infections transmises par l'eau insalubre.

Inégalité de consommation d'eau dans le monde

File d'attente devant une citerne d'eau.

La consommation d'eau est très inégale selon les niveaux de développement des pays :

9 985 m⋅/hab. par an aux États-Unis ;

3 000 m⋅/hab. par an dans les pays européens ;

200 m⋅/hab. par an dans des pays en développement comme l'Angola ou l'Éthiopie ;

7,3 m⋅/hab. par an soit 20 litres/hab. par jour au Mali ou à Haïti.

Les associations humanitaires pointent du doigt ces disparités. Un Américain utilise 600 litres d'eau par jour et un Européen 200, quand un Africain doit survivre avec moins de 30 litres.

Consommation d'eau par l'agriculture

L'agriculture des pays développés est mise en cause pour sa consommation intensive d'eau :

au début du XXI siècle, 70 % des prélèvements d'eau effectués sont destinés à l'agriculture vivrière ou d'exportation pour le marché mondial ;

il faut 13 000 litres d'eau pour produire un kilogramme de bœuf.

Solutions envisagées

Elles sont quantitative (économies, récupération de l'eau, réutilisation d'eaux grises ou usées) et qualitative (meilleure épuration). Certains auteurs imaginaient déjà dans les années 1970 un traitement complet et la récupération et le traitement de toutes les eaux usées de manière à ce que seules des eaux propres soient rejetées en rivière, en mer ou utilisées pour l'irrigation agricole. Des solutions individuelles et collectives existent pour économiser l'eau, même en menant le mode de vie d'un habitant d'un pays développé. Ainsi, 57 litres par jour et par personne suffiraient à deux retraités vivant dans leur écovillage du Queensland (Australie). Leur maison ne fonctionne qu'à l'eau de pluie (lessive, arrosage, toilette, etc.).

Symbolique

Pavillon islandais de l’Expo 2000 de Hanovre.

L’eau est un des quatre éléments classiques mythiques avec le feu, la terre et l’air, et était vue par Empédocle comme l’élément de base de l’univers. Les caractéristiques de l’eau dans ce système sont le froid et l’humidité.

Dans la théorie des humeurs corporelles, l’eau était associée au flegme, aussi dénommée pituite en physiologie antique.

Dans la symbolique occidentale, l’eau symbolise la purification, le renouveau : par exemple, l’eau coulante d’un fleuve.

C’est aussi l’un des cinq éléments chinois avec la terre, le feu, le bois et le métal, associé au Nord et à la couleur noire, et l’un des cinq éléments japonais.

L'eau est aussi un symbole de la tradition française dans la célébration des 100 ans de mariage (même si à ce jour aucun couple n'a été recensé comme ayant atteint ce stade)

L’eau a longtemps revêtu plusieurs aspects dans les croyances et les religions des peuples. Ainsi, de la mythologie gréco-romaine aux religions actuelles, l’eau est toujours présente sous différents aspects : destructrice, purificatrice, source de vie, guérisseuse, protectrice ou régénératrice.

L'eau destructrice

L’eau revêt cet aspect-là notamment lorsqu’on parle de fin du monde ou de genèse. Mais cela ne se limite pas aux religions monothéistes. Ainsi, dans l’épopée de Gilgamesh, une tempête qui dura six jours et sept nuits était à l’origine des inondations et de la destruction de l’humanité. Les Aztèques ont eux aussi cette représentation de l’eau puisque le monde du Soleil d’Eau placé sous le signe de l’épouse de Tlaloc est détruit par un déluge qui rasera même jusqu’aux montagnes. « Et l’Éternel dit : J’exterminerai de la face de la terre l’homme que j’ai créé, depuis l’homme jusqu’au bétail, aux reptiles, et aux oiseaux du ciel ; car je me repens de les avoir faits. » : c’est par cela qu’est désignée la fin du monde dans la genèse judéo-chrétienne, et d’ajouter : « Les eaux grossirent de plus en plus, et toutes les hautes montagnes qui sont sous le ciel entier furent couvertes. ». Le mythe des aborigènes d’Australie est, quant à lui, attaché à l’idée de punition et non pas de destruction, puisqu’une grenouille géante aurait absorbé toute l’eau et asséché la terre mais aurait tout recraché en rigolant aux contorsions d’une anguille. Les marées contribuent lentement aux phénomènes d'érosion et d'engraissement sur les littoraux mais ce sont les grandes inondations et tsunamis qui marquent périodiquement les esprits. Depuis l'ère industrielle, de nombreuses usines et autres facteurs de risques ont été concentrés dans les vallées et sur les littoraux, faisant que le risque technologique peut se combiner avec les risques liés aux manques ou excès d'eau. Le Genpatsu shinsai est par exemple au Japon l'association du risque nucléaire au risque de tsunami, l'occurrence simultanée de deux événements de ce type aggravant fortement leurs conséquences respectives.

L'eau dans les cultures, mythes et religions

Les sciences laissent penser que l’eau est indispensable à la vie. La mythologie et certaines religions ont lié l'eau à la naissance, à la fécondité, à la pureté ou à la purification.

Plusieurs dieux et déesses romains et grecs sont issus des eaux : ainsi Océan, un Titan, le fleuve qui entoure le monde et son épouse Téthys, une titanide, tous deux issus de l’eau, donnèrent naissance aux dieux fleuves et à plus de trois mille Océanides, leurs filles. D’autres plus célèbres ont leur vie liée à l’eau, tels Vénus (« celle qui sort de la mer ») issue de la mythologie romaine et Amphitrite (déesse de la mer), Poséidon ou Nérée (divinité marine), tous issus de la mythologie grecque.

L’eau est un des quatre éléments avec le feu, la terre et l’air qui étaient vus par Bouddha comme les éléments de base de l’univers. Les caractéristiques de l’eau dans ce système sont le lien, le transport, la transmission, la communication, la synthèse. Les molécules d'eau s'allient et se délient des milliards de fois à chaque seconde. Du point de vue de l'unité dans l'approche symbolique, les quatre éléments forment une unité, 1, qui peut être perçue comme la quintessence des quatre éléments. Dans cette perception, la symbolique de la terre (le solide, la structure), du feu (la température) et de l'air (le mouvement) peuvent être vus dans l'eau.

L'eau purificatrice

À proximité du tombeau de Daniel en Ouzbékistan, de l'eau de source est bue et emportée par les pèlerins.

Cet aspect donne à l’eau un caractère presque sacré dans certaines croyances. En effet, outre la purification extérieure que confère l’eau, il y a aussi cette faculté d’effacer les difficultés et les péchés des croyants à son contact et de laver le croyant de toute souillure. Les exemples sont nombreux, allant de la purification dans le Gange dans l’hindouisme (où beaucoup de rituels sont exécutés au bord de l’eau tels que les funérailles) ou les ablutions à l’eau dans l’Islam jusqu’au baptême dans le christianisme ou l’initiation des prêtres shintoïstes.

L'eau guérisseuse et protectrice

Outre l’aspect purificateur, l’eau s’est étoffée au cours des siècles et des croyances d’une faculté de guérison. Plusieurs signes de culte et d’adoration datant du Néolithique ont été retrouvés près de sources d’eau en Europe. Longtemps, des amulettes d’eau bénite ont été accrochées à l’entrée des maisons pour protéger ses occupants du Mal. On considère que le contact avec certaines eaux peut aller jusqu’à guérir de certaines maladies. L’exemple le plus proche est celui du pèlerinage à Lourdes en France où chaque année des milliers de gens se rendent pour se baigner dans sa source. Parmi les cas de guérison par l’eau de Lourdes, 67 ont été reconnus par l’Église catholique. Du point de vue de la science, les propriétés curatives ont été démontrées car aujourd’hui l’hydrothérapie est courante dans les soins de certaines maladies. Les rituels thérapeutiques christianisés des bonnes fontaines en constituent une autre illustration.

Symbolique de l'eau à l'époque moderne

Contrairement à une représentation couramment admise aujourd'hui, l'eau considérée comme une ressource naturelle n'est pas une idée objective. C'est au contraire une orientation idéologique qui consiste à objectiver la nature et à l'apprécier uniquement au regard des besoins de l'humanité. Pour Jamie Linton, c'est à partir de la fin du XIX siècle que l'eau est devenue une ressource. Les progrès scientifiques et techniques ont ensuite permis d'améliorer les instruments pour en mesurer les quantités disponibles et pour l'exploiter à des échelles de plus en plus grandes. Avec le temps, cette séparation entre nature et culture engendra une inversion paradigmatique. De maître des éléments ayant le pouvoir de modifier son environnement, l'homme a été perçu à partir des années 1960 comme un pertubateur du cycle naturel de l'eau. Cette tension entre d'une part des besoins croissants et d'autre part une attitude culpabilisante d'une humanité qui considère la nature comme un objet, à exploiter ou à protéger, est au cœur des enjeux de la perception moderne de l'eau.

水（化学式：H2O）是由氢、氧两种元素组成的无机物，在常温常压下为无色无味的透明液体。水是地球上最常见的物质之一，是包括人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。人类很早就开始对水产生了认识，东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种基本的组成元素，水是中国古代五行之一；西方古代的四元素说中也有水。

种类

根据水质的不同，可以分为： 软水：含钠离子、钾离子(碱金属)，硬度低于8度的水为软水。 硬水：含镁离子、钙离子(碱土金属)，硬度高于8度的水为硬水。硬水会影响洗涤剂的效果，硬水加热会有较多的水垢。

软水：含钠离子、钾离子(碱金属)，硬度低于8度的水为软水。

硬水：含镁离子、钙离子(碱土金属)，硬度高于8度的水为硬水。硬水会影响洗涤剂的效果，硬水加热会有较多的水垢。

根据氯化钠的含量，可以分为： 淡水 咸水

淡水

咸水

生物水：在各种生命体系中存在的不同状态的水

天然水：

土壤水：贮存于土壤内的水

地下水：贮存于地下的水

超纯水：纯度极高的水，多用于集成电路工业

结晶水：又称水合水。在结晶物质中，以化学键力与离子或分子相结合的、数量一定的水分子。

重水的化学分子式为D2O，每个重水分子由两个氘原子和一个氧原子构成。重水在天然水中占不到万分之二，通过电解水得到的重水比黄金还昂贵。重水可以用来做原子反应堆的减速剂和载热剂。

超重水的化学分子式为T2O，每个重水分子由两个氚原子和一个氧原子构成。超重水在天然水中极其稀少，其比例不到十亿分之一。超重水的制取成本比重水高上万倍。

半重水的化学分子式为HDO，每个分子中含一个氢原子、一个氘原子和一个氧原子。

物理与化学性质

水在常温常压下为无色无味的透明液体。在自然界，纯水是罕见的，水通常多是含有酸、碱、盐等物质的溶液，习惯上仍然把这种水溶液称为水。纯水可以通过蒸馏作用取得，当然，这也是相对意义上纯水，不可能绝对没有杂质。水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的物质。 在20℃时，水的热导率为0.006 J/s·cm·K，冰的热导率为0.023 J/s·cm·K，在雪的密度为0.1×10 kg/m时，雪的热导率为0.00029 J/s·cm·K。水的密度在3.98℃时最大，为1×10kg/m，温度高于3.98℃时，水的密度随温度升高而减小，在0～3.98℃时，水不服从热胀冷缩的规律，密度随温度的升高而增加。水在0℃时，密度为0.99987×10 kg/m，冰在0℃时，密度为0.9167×10 kg/m。因此冰可以浮在水面上。 水的热稳定性很强，当水蒸气加热到2000K以上时，也只有极少量的水离解为氢和氧，但水在通电的条件下（电解）会离解为氢和氧。具有很大的内聚力和表面张力，除汞以外，水的表面张力最大，并能产生较明显的毛细现象和吸附现象。纯水有极微弱的导电能力，但普通的水因含有少量电解质（如矿物质、溶解大气中二氧化碳形成的碳酸）而有较强的导电能力。 水的三相点是273.16K（611.73Pa下），临界点是**7K（22.0** MPa下）。在临界点之上水无法存在液相及固相，而在临界点之下水蒸汽容易结成液相。 水溶液 水溶剂 水可以用来溶解很多种物质，是很好的无机溶剂，用水作溶剂的溶液，即称为水溶液。用“aq”作为记号，如“HCl(aq)”。 当物质溶解于水时，离子化合物在水中发生电离，以离子态存在，这样的溶液一般是透明的。当分子溶于水时，有些可以与水发生反应，形成新物质，这些新物质溶解于水中，或者这些分子直接填补水分子间的空隙。这些分子、离子等都是溶质。特别需要注意的是，如果不作特殊说明，“xx溶液”，指的就是"xx"的水溶液。任何含有水的溶液，都必须称为“xx的水溶液”，即不管溶质于水的比例，只要有水存在，都应该把水当作溶剂。 对于大部分物质，它们能在水中溶解的质量是有限度的。这种限度叫做溶解度。有些物质可以和水以任意比例互溶，如乙醇，但绝大多数物质在达到溶解度时，就不再溶解。会形成沉淀或者放出气体，这种现象叫做析出。 还有一种特殊的状态，叫做胶体。胶体中，粒子的大小在100nm左右，由于电荷的作用不沉淀，悬浮在溶液中。牛奶是一种常见的胶体。 由于被溶解物质（称作溶质）的颗粒大小和溶解度不同，水溶液的透明度会有所不同，较透明的称作真溶液，较混浊的称作胶态溶液（又称假溶液），有些胶态溶液还会进一步在底部形成沉淀，成为沉淀胶态溶液。

来源

地球是太阳系八大行星之中唯一被液态水所覆盖的星球。地球上水的起源在学术上存在很大的分歧，目前有几十种不同的水形成学说。有观点认为在地球形成初期，原始大气中的氢、氧化合成水，水蒸气逐步凝结下来并形成海洋；也有观点认为，形成地球的星云物质中原先就存在水的成分。另外的观点认为，原始地壳中硅酸盐等物质受火山影响而发生反应、析出水分。也有观点认为，被地球吸引的彗星和陨石是地球上水的主要来源，甚至现在地球上的水还在不停增加。 自然界中水的来源： 一类是可生成水的化学反应，另一类是否可以在放射性物质作用下生成呢？某些放射性物质释放的具有某种状态的氢原子是否能和游离的单质氧分子或一些含有氧元素的物质，其他含有氧原子的物质，夺取其中的氧原子，作用生成水分子呢？

在地球上的分布

海洋占13,2000,0000立方公里（即或97.1%）；

冰川和冰盖占2500,0000立方公里（即1.8%）；

地下水占1300,0000立方公里（即1.0%）；

河流、湖泊以及内陆海里的淡水占25,0000立方公里（即0.0018%）；

大气中的水蒸气在任何已知的时候都占13000立方公里（即0.0001%）。

意义与影响

对气候 水对气候具有调节作用。大气中的水汽能阻挡地球辐射量的60%，保护地球不致冷却。海洋和陆地水体在夏季能吸收和积累热量，使气温不致过高；在冬季则能缓慢地释放热量，使气温不致过低。 海洋和地表中的水蒸发到天空中形成了云，云中的水通过降水落下来变成雨，零度以下则变成雪。落于地表上的水渗入地下形成地下水；地下水又从地层里冒出来，形成泉水，经过小溪、江河汇入大海。形成一个水循环。 雨雪等降水活动对气候形成重要的影响。在温带季风性气候中，季风带来了丰富的水气，形成明显的干湿两季。 此外，在自然界中，由于不同的气候条件，水还会以冰雹、雾、露水、霜等形态出现并影响气候和人类的活动。 对地貌 地球表面有71%被水覆盖，从空中来看，地球是个蓝色的星球。水侵蚀岩石土壤，冲淤河道，夹带泥沙，营造平原，改变地表形态。 对生物 有学说认为，地球上的生命最初是在水中出现的。水是所有生物体的重要组成部分。人体中水占70%；而水母中98%都是水。水中生活着大量的水生植被等水生生物。 水有利于部分生物化学反应的进行，如动物的消化作用及植物的光合作用。在生物体内还起到运输物质的作用，如血液中的血浆绝大部分都是水，有助于体内营养及氧的传输。由于水可以透过蒸发而降低温度，因此水对于维持生物体温度的稳定起很大作用，如动物的汗液及植物的蒸腾作用。 水的氢键使水成为特优的吸热能力，水将大部份所吸收的热，用来打断氢键，因此不会增加液体的温度，而水的比热容在25℃时，大约是4200J kg K，比其它液体普遍较高。因为有此项特质，生活在水中的有机体能得到水的保护，而不会因空气中温度的急遽变化而有致命的危险。 对人类社会 水是人类生活的重要资源，一天必需摄取2~3公升的水，并提供人们日常生活用水和工农业生产用水，特别是农业需要大量水进行灌溉。人类文明的起源大多都在大河流域，早期城市一般都在水边创建，以解决灌溉、饮用和排污问题。在人类日常生活中，水对于人类各方面的作用不可或缺。 随着科学技术的发展，人们兴修水利，与水涝害和洪水等自然灾害作斗争。因此形成了一些专门与水有关的研究领域，如水力学，水文科学，水处理等，甚而产生了以水为生的产业水产业。

水资源

农业用水：各种灌溉用水，动、植物用水。

工业用水：轻工业、重工业、机械工程、土木工程建筑工程、高科技产业、能源产业皆须使用水资源。

都市用水：村落用水，生物都需要水分，人类的生活亦须使用水。

观光用水：美丽的风景和观光区，皆需要使用水分。

沙漠灌溉用水：沙漠化是全球重要且困难的议题，沙漠化的原因在于水分的流失或缺少，因此要解决沙漠化问题，必须要有相当充足的水分灌溉并维持住水分。

河水：用建在河流与湖泊中的水库保存。

污水：回收净化后保存。

雨水：收集保存。

海水：淡化后保存。

生物的生活与水资源息息相关，然而在水资源的节约上，有很多的议题，例如废水的回收与再使用（中水）、都市污水处理系统、雨水收集使用、各式省水器具(省水马桶等)、大力推广农业滴灌种植技术。

水资源对于生物如此重要，水资源的节约是全球相当重要性的议题。

水文化

水在科学、哲学、宗教、文学、美术、体育、神话等中都有所体现。 古代世界观中的水 在文明的早期，人们开始探讨世界各种事物的组成或者分类，水在其中扮演了重要角色。古代西方提出的四元素说中就有水；佛教中的四大种也有水；中国古代的五行学说中水代表了所有的液体，以及具有流动、润湿、阴柔性质的事物。 老子认为，如果在世界上找一样事物来描写「道」，最适合的就是「水」。因此，在《老子》第八章：「上善若水。水善利万物而不争，处众人之所恶，故几于道。」水滋润大地万物，却不争夺显赫的位置，处于大众讨厌的位置，去充满低洼之地，所以就接近于道了。第七十八章又说：「天下柔弱莫过于水，而攻坚强者莫之能胜，以其无以易之。」指出柔弱胜刚强的道理。 水崇拜 在从前，古人对于水兼有养育与毁灭能力、不可捉摸的性情，产生了又爱又怕的感情，而导致了水崇拜的出现。通过赋予水以神的灵性，祈祷水给人类带来丰收和幸福。 中国传统上的龙王就是对水的神格化。凡有水域水源处皆有龙王，龙王庙、堂遍及全国各地。祭龙王祈雨是中国传统的信仰习俗。