Chapitre 3: La singularité vitale de l’eau

Le refroidissement par vaporisation, une innovation évolutive pour avoir moins chaud.

Un être vivant peut tenir plusieurs semaines sans manger; sans boire, il ne tiendra que deux ou trois jours…

Comment peut-on expliquer que l’eau soit si indispensable à la vie des êtres vivants de cette planète?

Notions essentielles:

Les êtres vivants sont formés à 80% d’eau en moyenne : cette omniprésence de la molécule d’eau chez les vivants doit bien être liée à des propriétés singulières. 

Les liaisons covalentes polaires dans les molécules d’eau entrainent des liaisons hydrogène.

• L’eau est une molécule polaire : l’atome d’oxygène est de charge partielle négative et les atomes d’hydrogène sont de charges partielles positives.
• Il se forme une liaison hydrogène entre molécules d’eau voisines quand l’atome d’oxygène, de charge partielle négative, subit l’attraction d’un des atomes d’hydrogène, de charge partielle positive, d’une molécule voisine.
• L’eau tient ses propriétés des liaisons hydrogène qui s’établissent entre ses molécules.

Quatre propriétés émergentes de l’eau contribuent à maintenir l’environnement terrestre propice à la vie.

• Une cohésion exceptionnelle des molécules d’eau liquide :

Les molécules d’eau sont maintenues ensemble grâce à des liaisons hydrogène. Cette cohésion permet à l’eau de monter dans les cellules conductrices des plantes. Les liaisons hydrogène expliquent également le fait que l’eau ait une tension superficielle élevée : l’araignée d’eau peut marcher sur l’eau.

• L’eau a une chaleur spécifique particulièrement élevée :

Elle absorbe de la chaleur lorsque les liaisons hydrogène se brisent, et en libère lorsqu’elles se forment. Ce phénomène maintient les températures relativement stables, dans des limites compatibles avec la vie. Le refroidissement par évaporation se fait grâce à la chaleur d’évaporation élevée de l’eau. La perte d’énergie liée à l’évaporation des molécules d’eau refroidit la surface où se déroule le phénomène. (Les hommes suent pour se refroidir, les chiens sortent la langue)

• La flottabilité de la glace :

La glace flotte parce que sa masse volumique est inférieure à celle de l’eau liquide, ce qui n’est pas commun (le beurre solide possède une masse volumique plus élevée que le beurre liquide). La flottabilité de la glace permet à la vie d’exister sous les surfaces gelées des lacs et des eaux polaires.

• L’eau est un solvant polyvalent :

Les molécules polaires subissent l’attraction des substances chargées ou polaires, capables de former des liaisons hydrogène. Les substances hydrophiles attirent l’eau, alors que les substances hydrophobes la repoussent. On utilise habituellement la concentration molaire volumique, soit le nombre de moles de soluté par litre de solution, comme mesure de concentration. Une mole correspond à un nombre constant de molécules, quelle que soit la nature de la molécule. La masse d’une mole d’une substance en grammes est la même que sa masse moléculaire en unités de masse atomique (daltons).

Les propriétés émergentes de l’eau permettent la vie sur la Terre et pourraient rendre possibles d’éventuelles formes de vie sur d’autres planètes.

Les conditions acides ou basiques influent sur les organismes vivants.

Une molécule d’eau peut transférer un hydrogène, H⁺ à une autre molécule d’eau pour former l’ion hydronium, H₃O⁺ (symbolisé simplement par H⁺ même si cette entité n’existe pas réellement) et l’ion hydroxyde, OH^–.

Le pH exprime la concentration en H⁺ : pH= -log [H⁺].

Les solutions tampons permettent aux liquides biologiques de résister aux variations de pH. Une solution tampon est constituée d’une paire acide-base qui se combine de façon réversible avec les protons H⁺. L’acide carbonique qui se forme par liaison de CO2 et d’H2O donnant H2CO3 est en équilibre avec un ion hydrogénocarbonate, HCO3^– et H⁺. Dans le sang, ce tampon est très efficace, le pH du sang variant très peu autour de la valeur de 7,4.

L’utilisation des combustibles fossiles augmente la quantité de CO2 dans l’atmosphère.

Une partie du CO2 se dissout dans les océans, ce qui provoque l’acidification des océans, laquelle risque d’endommager gravement les récifs coralliens. La combustion du pétrole et de ses dérivés libère également des oxydes de soufre et des oxydes d’azote, causant les précipitations acides.

 Bilan :

L’eau est une molécule aux propriétés extraordinaires qu’elle doit à sa polarité. Ces propriétés ont été favorables au développement de la vie sur Terre, raison pour laquelle les êtres vivants sont constitués en majorité d’eau. L’eau produite par dégazage lors de la formation de la Terre a pu rester sur Terre grâce à une force de pesanteur suffisamment pour éviter que les molécules ne s’échappent dans l’Univers : un sacré coup de chance pour le développement de la vie Terre