Composants, méthodes et exemples potentiels de l'eau

Il Potentiel hydrique C'est une énergie libre ou capable d'effectuer un travail, qui a un volume d'eau donné. Ainsi, l'eau au sommet d'une cascade ou d'un saut d'eau a un potentiel d'eau élevé qui, par exemple, est capable de déplacer une turbine.

Le symbole utilisé pour désigner le potentiel d'eau est la lettre majuscule appelée psi, qui est écrite ψ. Le potentiel d'eau de tout système est mesuré en référence avec le potentiel d'eau de l'eau pure dans des conditions considérées comme standard (pression de 1 atmosphère et la même hauteur et la même température du système à étudier).

Potentiel osmotique. Source: Kade Knealand / CC By-S (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)

Les facteurs qui déterminent le potentiel d'eau sont la gravité, la température, la pression, l'hydratation et la concentration de solutés présents dans l'eau. Ces facteurs déterminent que les grades de potentiel d'eau sont formés et ces gradients entraînent la diffusion de l'eau.

De cette façon, l'eau se déplace d'un endroit avec un potentiel d'eau élevé à un autre avec un potentiel d'eau faible. Les composants du potentiel d'eau sont le potentiel osmotique (concentration de solutés dans l'eau), le potentiel mastérique (adhérence de l'eau aux matrices poreuses), le potentiel gravitationnel et le potentiel de pression.

La connaissance du potentiel d'eau est essentielle pour comprendre le fonctionnement de divers phénomènes hydrologiques et biologiques. Parmi ceux-ci l'absorption de l'eau et des nutriments par les plantes et l'écoulement de l'eau dans le sol.

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Composants potentiels

Le potentiel d'eau est formé par quatre composantes: potentiel osmotique, potentiel mastrique, potentiel gravitationnel et potentiel de pression. L'action de ces composants détermine l'existence de gradients de potentiel d'eau.

Potentiel osmotique (ψs)

Normalement, l'eau n'est pas dans son état le plus pur, car il a des solides dissous dedans (solutés), comme les sels minéraux. Le potentiel osmotique est donné par la concentration de solutés dans la solution.

Plus le nombre de solutés dissous il y a moins d'énergie sans eau, c'est-à-dire moins de potentiel d'eau. Par conséquent, l'eau essaie d'établir un équilibre provenant de solutions à faible concentration de solutés aux solutions à forte concentration de solutés.

Potentiel matrique ou matrial (ψm)

Dans ce cas, le facteur déterminant est la présence d'une matrice ou de la structure de matériau hydratable, c'est-à-dire qu'elle a une affinité pour l'eau. Cela est dû aux forces d'adhésion créées entre les molécules, en particulier les ponts d'hydrogène formés entre les molécules d'eau, les atomes d'oxygène et les groupes hydroxyles (OH).

Par exemple, l'adhésion à l'eau aux argiles du sol est un cas de potentiel d'eau basé sur le potentiel mastrique. Ces matrices lors de l'attraction de l'eau génèrent un potentiel d'eau positif, donc l'eau à l'extérieur de la matrice coule vers elle et a tendance à rester à l'intérieur comme cela se produit dans une éponge.

Potentiel gravitationnel ou de hauteur (ψg)

La force gravitationnelle de la Terre est dans ce cas celle qui établit le gradient potentiel, car l'eau aura tendance à tomber. L'eau située à une certaine hauteur a une énergie libre déterminée par l'attraction que la Terre exerce sur sa masse.

Il peut vous servir: pollution chimique: causes, conséquences, exemples Mouvement de l'eau de gravité. Source: Bilal Ahmad / CC By-S (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)

Par exemple, l'eau dans un réservoir d'eau haute tombe librement à travers le tuyau et se déplace avec cette énergie cinétique (mouvement) jusqu'à atteindre le robinet.

Potentiel de pression (ψp)

Dans ce cas, la pression sous pression a une plus grande énergie libre, c'est-à-dire un plus grand potentiel d'eau. Par conséquent, cette eau se déplacera à partir de l'endroit où elle est soumise à une pression là où il n'y a pas et par conséquent il y a moins d'énergie libre (moins de potentiel d'eau).

Par exemple, lorsque nous dosez une dose à travers un compte-gouttes, lors du resserrement du bouton en caoutchouc, nous appliquons une pression qui confère de l'énergie à l'eau. En raison de cette énergie plus libre, l'eau se déplace vers l'extérieur où la pression est inférieure.

Méthodes pour déterminer le potentiel d'eau

Il existe une diversité de méthodes pour mesurer le potentiel d'eau, certaines adaptées au sol, d'autres pour les tissus, pour les systèmes hydrauliques mécaniques et autres. Le potentiel d'eau est équivalent aux unités de pression et est mesuré en atmosphères, barres, pascals ou psi (livres par pouce carré dans son acronyme en anglais).

Voici quelques-unes de ces méthodes:

Caméra de pression ou pompe Scholand

Si vous souhaitez mesurer le potentiel d'eau de la feuille d'une plante, vous pouvez utiliser une pression ou une pompe ou une pompe Scholand. Cela se compose d'une chambre hermétique où la feuille entière est placée (feuille avec son pétiole).

Mesure du potentiel d'eau d'une feuille avec une chambre de pression. Source: Bombe de pression.SVG: AibDescalzoDerivative Work: AibDescalzo / CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)

Ensuite, la pression augmente à l'intérieur de la chambre en introduisant un gaz sous pression, mesurant la pression réalisée par un matelard. La pression de gaz sur la feuille augmente, au point où l'eau contenait dans ces germes par le tissu vasculaire du pétiole.

La pression indiquée par le manomètre lorsque l'eau quitte la feuille correspond au potentiel d'eau de la même.

Sondes de pression

Il existe plusieurs alternatives pour mesurer le potentiel d'eau par le biais d'instruments spéciaux appelés sondes de pression. Il est conçu pour mesurer le potentiel d'eau du sol, basé principalement sur le potentiel mastrique.

Par exemple, il existe des sondes numériques qui fonctionnent sur la base de l'introduction dans le sol une matrice en céramique poreuse connectée à un capteur d'humidité. Ces céramiques sont hydratées avec de l'eau à l'intérieur du sol jusqu'à atteindre l'équilibre entre le potentiel d'eau dans la matrice de céramique et le potentiel d'eau du sol.

Par la suite, le capteur détermine la teneur en humidité de la céramique et estime le potentiel d'eau du sol.

Microcapillaire avec sonde de pression

Il existe également des sondes capables de mesurer le potentiel d'eau dans les tissus végétaux, comme une tige végétale. Un modèle se compose d'un tube très mince de pointe fine (tube micropillaire) qui est introduit dans le tissu.

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Lorsque le tissu vivant pénètre, la solution contenue dans les cellules suit un gradient potentiel défini par la pression contenue dans la tige et est introduite dans le micropilaire. Sur le fluide de tige dans le tube, il pousse une huile contenue qui active une pression ou un manomètre qui attribue une valeur correspondant au potentiel d'eau

Variations de poids ou de volume

Pour mesurer le potentiel d'eau en fonction du potentiel osmotique, les variations de poids d'un tissu immergées dans des solutions à différentes concentrations de soluté peuvent être déterminées. Pour cela, une série de tubes à essai est préparé, chacun avec une concentration croissante de soluté, par exemple le saccharose (sucre).

Autrement dit, si dans chaque 5 tubes, il y a 10 cc d'eau, il est ajouté dans le premier tube de 1 mg de saccharose, dans le deuxième 2 mg et donc jusqu'à 5 mg dans le dernier. Par conséquent, nous avons une batterie de liaison de concentrations de saccharose.

Ensuite, 5 sections de poids égal et connu du tissu sont coupées à laquelle le potentiel d'eau (par exemple des morceaux de pomme de terre) est voulu déterminer. Ensuite, une section est placée dans chaque tube à essai et au-delà des 2 heures, les sections de tissu sont extraites et pesées.

Résultats et interprétation attendus

Certaines pièces devraient perdre du poids pour la perte d'eau, d'autres l'auront augmentée car elles absorbent l'eau et d'autres garderont le poids.

Ceux qui perdent de l'eau étaient dans une solution où la concentration de saccharose était supérieure à la concentration de solutés dans le tissu. Par conséquent, l'eau coulait selon le gradient potentiel osmotique de la plus grande concentration à l'enfant, et les tissus ont perdu de l'eau et du poids.

Au contraire, le tissu qui a gagné de l'eau et du poids était dans une solution avec une concentration plus faible de saccharose que la concentration de solutés dans le tissu. Dans ce cas, le gradient potentiel osmotique a favorisé l'entrée de l'eau dans le tissu.

Enfin, dans ce cas où le tissu a maintenu son poids d'origine, il est en déduit que la concentration dans laquelle il était connu une concentration de soluté égale. Par conséquent, cette concentration correspondra au potentiel d'eau des tissus étudiés.

Exemples

Absorption d'eau par les plantes

Un arbre de 30 m de haut doit transporter l'eau du sol à la dernière feuille, ce qui se fait via son système vasculaire. Ce système est un tissu spécialisé formé par des cellules mortes et similaires aux tubes très minces.

Mouvement de l'eau dans les plantes. Source: Laurel Jules / CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)

Le transport est possible grâce aux différences de potentiel d'eau qui sont générées entre l'atmosphère et la feuille, qui à son tour est transmise au système vasculaire. La feuille perd de l'eau dans un état gazeux en raison de la plus grande concentration de vapeur d'eau (potentiel d'eau majeur) par rapport à l'environnement (potentiel d'eau mineur).

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La perte de vapeur génère une pression ou une aspiration négative qui entraîne l'eau des navires du système vasculaire à la feuille de la feuille. Cette aspiration est transmise du verre à un verre jusqu'à ce qu'elle atteigne la racine, où les cellules et les espaces intercellulaires sont intégrés à partir de l'eau absorbée par le sol.

L'eau du sol pénètre la racine en raison d'une différence de potentiel osmotique entre l'eau de la racine et les cellules de l'épiderme du sol. Cela se produit parce que les cellules racinaires ont des solutés à une concentration plus élevée que l'eau du sol.

Les mucilages

De nombreux environnements secs conservent des mucilations productrices d'eau (substance visqueuse) qui sont stockées dans leurs vacuolas. Ces molécules retiennent l'eau en réduisant leur énergie libre (sous le potentiel d'eau), étant dans ce cas la composante missionnaire du potentiel d'eau.

Un réservoir d'eau haute

Dans le cas d'un système d'approvisionnement en eau basé sur un réservoir élevé, il est rempli d'eau en raison de l'effet du potentiel de pression. L'entreprise qui fournit le service de l'eau, la soumet par pression par des pompes hydrauliques et expire ainsi la force de gravité pour atteindre le réservoir.

Une fois le réservoir rempli, l'eau est distribuée à partir du même grâce à une différence de potentiel entre l'eau stockée dans le réservoir et les sorties d'eau dans la maison. Lors de l'ouverture d'un robinet, un gradient de potentiel gravitationnel entre l'eau dans la bouche du réservoir et le réservoir est établi.

Par conséquent, l'eau du réservoir a une plus grande énergie libre (plus grand potentiel d'eau) et tombe principalement en raison de la force de gravité.

Diffusion de l'eau au sol

Le composant principal du potentiel d'eau du sol est le potentiel mastrique, étant donné la force d'adhésion établie entre les argiles et l'eau. D'un autre côté, le potentiel de gravité affecte le gradient de déplacement vertical de l'eau dans le sol.

Sur l'énergie libre de l'eau contenue dans le sol, c'est-à-dire son potentiel d'eau, de nombreux processus qui se produisent dans le même. Parmi ces processus figurent la nutrition et la transpiration des plantes, l'infiltration de l'eau de pluie et l'évaporation de l'eau du sol.

Dans l'agriculture, il est important de déterminer le potentiel d'eau du sol pour appliquer correctement l'irrigation et la fertilisation. Si le potentiel martrique du sol est très élevé, l'eau restera attachée aux argiles et ne sera pas disponible pour l'absorption par les plantes.

Les références

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