vignette|Représentation schématique du bilan évapotranspiration/alimentation de la nappe/ruissellement. À l'échelle mondiale, l'évapotranspiration potentielle ETp provient de différents flux d'eau retournant vers l'atmosphère sous forme de vapeur : transpiration (64 % de l'ETp), interception évaporée (27 %), évaporation des sols (6 %) et des étendues d'eau à l'intérieur des terres (3 %). vignette|Pluviométrie mondiale mensuelle. Dans les forêts tropicales humides, 90 % de la vapeur d'eau atmosphérique est générée de l'évapotranspiration, cette dernière contribuant de manière importante aux précipitations forestières (d'où le concept de bassin de précipitations, équivalent de bassin versant aérien)., et à la redistribution de flux de vapeur souvent comparés à une rivière volante (rivière aérienne exportant ces flux au-delà du bassin). L'évapotranspiration (ET) est le processus biophysique de transfert d'une quantité d'eau vers l'atmosphère, par l'évaporation au niveau du sol et par la transpiration des plantes. Composant essentiel du cycle hydrologique, ce processus peut comprendre, selon les modélisations hydrologiques, deux autres flux évaporatoires : l'eau stockée sous forme liquide (étendue d'eau à l'intérieur des terres : mare, lac, cours d'eau) ou solide (glace, neige, l’évapotranspiration totale sur des surfaces entièrement glacées ou neigeuses consistant uniquement en une sublimation qui contribue faiblement à ET), et l'eau interceptée par la végétation (principalement la canopée).
Les phénomènes d'évaporation et de transpiration étant indissociables au champ, ils ont conduit dans les années 1950 au concept d'évapotranspiration, à son évaluation en hauteur d'eau et à ses mesuresThornthwaite CW & Mather JR (1957) Instructions and tables for computing potential evapotranspiration and the water balance. ; il est important pour expliquer et quantifier les transferts d'eau dans les écosystèmes, pour calculer les besoins en eau des forêts, cultures agricolesTurc, L. (1961) Évaluation des besoins en eau d’irrigation, évapotranspiration potentielle. Ann. agron, 12(1), 13-49. et plus globalement pour la gestion de l'eau des espaces végétalisés naturels ou semi-naturels, ou encore pour estimer l'importance des îlots de chaleur urbainsTaha H (1997) Urban climates and heat islands: albedo, evapotranspiration, and anthropogenic heat. Energy and buildings, 25(2), 99-103., ou les conséquences d'un changement de végétation d'un milieu.
Le processus de l'évapotranspiration
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 d'eau 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 passe 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.
Interception des précipitations
L'interception des précipitations par la végétation désigne le processus par lequel les eaux météoriques sont captées et retenues par les feuilles et les branches, n'atteignant ainsi jamais la surface du sol. L’interception limite le rechargement de la ressource hydrique du sol, l’eau interceptée par les feuilles étant directement évaporée.
Difficile à évaluer, elle varie énormément dans l’espace, principalement en fonction des espèces végétales et des conditions météorologiques. Très nombreux, les principaux facteurs qui contrôlent la capacité du couvert végétal à intercepter et stocker de l’eau, concernent le feuillage (la forme, la taille, la rugosité, la turgidité, l’orientation, la caducité, l’âge, la densité, l'indice de surface foliaire…)..
Pour les couverts forestiers, le taux d'interception varie globalement de 15 à 35 % pour les feuillus et de 25 à 50 % pour les résineux (taux généralement plus important qui s'explique par leur feuillage persistant captant les précipitations d'automne-hiver).. Ce taux est moins bien quantifié pour les espèces de la strate herbacée. Leur surface foliaire totale inférieure explique des taux plus faibles que les couverts forestiers : la fougère-aigle intercepterait 12 % des pluies incidentes, le couvert de graminées 4 à 5 %R. Gobin, P. Balandier, N. Korboulewsky, Y. Dumas, V. Seigner, , « Une strate herbacée monopoliste: quelle concurrence vis-à-vis de l’eau pour le peuplement adulte ? », Rendez-vous Techniques, 2015, 48-49, p.18.
Transpiration végétale vignette|gauche|Échanges au niveau d'une feuille : du gaz carbonique (CO2) est absorbé, de l'oxygène (O2) et de l'eau (H20) sont rejetés.
vignette|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 totale d'eau rejetée dans l'atmosphère par la transpiration des plantes est immense : les rivières volantes d'Amazonie ont un débit s'approchant de celui de l'Amazone. À titre d'illustration, un grand chêne peut évapotranspirer d'eau par jour (soit une tonne)., mais en moyenne, par journée ensoleillée, un bouleau évapore par jour d'eau, un hêtre , un tilleul .. Un hectare de hêtres rejette environ d'eau pendant la saison de végétation, et un hectare de forêt tropicale humide en évapotranspire bien plus encore ( sur certaines études en Guyane ± 7 % selon les bassins, en Guyane, sous une pluviométrie de selon la mesure faite par le bilan hydrologique.Roche MA (1982) Évapotranspiration réelle (ETR) de la forêt amazonienne en Guyane. Orstom Serie Hydrologie, 19, 37-44 (PDF, 8 pages).résultats proches de ceux de Madec obtenus avec la méthode de Thornthwaite en 1963 d'après 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.). Cela explique le rôle joué par les grandes formations végétales, notamment les forêts sur le cycle de l'eau, sur le climat régional et mondial, et leur action en tant que climatisation naturelle..
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 entrer 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'eauJung M, Reichstein M, Ciais P, Seneviratne SI, Sheffield J, Goulden ML,... & Zhang K (2010) Recent decline in the global land evapotranspiration trend due to limited moisture supply. Nature, 467(7318), 951-954., l'évapotranspiration est une donnée qui intéresse la prospective agricole et climatique, en Inde par exempleChattopadhyay N, & Hulme M (1997) Evaporation and potential evapotranspiration in India under conditions of recent and future climate change. Agricultural and Forest Meteorology, 87(1), 55-73 (résumé).); le taux de couverture végétale (ou paillage) du sol, la densité du feuillage, l'eau pluviale retenue sur le feuillage ; les radiations solairesJensen ME & Haise HR (1963) Estimating evapotranspiration from solar radiation. Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Journal of the Irrigation and Drainage Division, 89, 15-41., 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 vignette|À l'échelle mondiale, la différence entre l'évapotranspiration (0,84 % des flux d'eau) et les précipitations (1,2 %) est négative sur les terres émergées, positive sur les océans (5,1 versus 4,6 %). Cela implique un transfert d'eau des continents vers les océans, via le ruissellement. L'évapotranspiration dans le cycle de l'eau
L'évapotranspiration ne représente qu'une faible partie du cycle de l'eau (cette eau évaporée représente 0,04 % de l'eau de l'hydrosphère.) mais c'est elle qui assure le transfert d'eau du sol et de la végétation vers l'atmosphère. Si l'atmosphère est un réservoir d'eau minuscule au regard des océans, sa grande mobilité et ses échanges permanents avec les réservoirs océanique et terrestre, lui confèrent un rôle essentiel dans le cycle de l'eau..
L'évaporation à l'échelle terrestre est globalement cinq fois plus importante au-dessus des océans qu'au-dessus des continents (85 % de l'évaporation est océanique), les précipitations y sont trois fois plus importantes. Cf où l'énergie du rayonnement solaire transforme l'eau liquide en vapeur. Les océans évaporent plus d'eau qu'il n'en reçoivent sous forme de précipitations. Ce déficit d'environ 10 % se retrouve sur les continents, via la circulation de masses d'air transportant l'humidité atmosphérique (à l'état de vapeur d'eau dans l'air, de liquide ou de glace dans les nuages), sous forme d'un excès de précipitations par rapport à l'évaporation. La transpiration est de loin le plus grand flux d'eau issu de la biosphère terrestre (64 % de l'évapotranspiration terrestre, donnée moyenne avec une grande marge d'incertitude) devant l'interception des précipitations (27 %), l'évaporation des sols (6 %) et l'évaporation des étendues d'eau à l'intérieur des terres (3 % issus principalement des cours d'eau et des lacs)Calculs à partir des traces isotopiques distinctes de la transpiration et de l'évaporation. Cf .., ces données moyennes variant selon les climats.
Sur une majorité de bassins, les pertes d'eau par évapotranspiration représentent la partie la plus importante du bilan d'eau. Dans les espaces continentaux, plus de 60 % de l'apport pluviométrique serait ainsi dissipé par évapotranspirationLudovic Oudin, Recherche d'un modèle d'évapotranspiration potentielle pertinent comme entrée d'un modèle pluie-débit global, ENGREF, 2004 .
Évapotranspiration selon les écosystèmes vignette|Influence de l'évapotranspiration sur les écosystèmes. L'évapotranspiration potentielle et réelle varient considérablement selon les écosystèmes et parfois selon les saisons, dont en Milieu tempéré ; Milieu aride ; Milieu urbain ;