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Auteur(s)
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Gérard COPIN-MONTÉGUT : Docteur ès sciences - Observatoire océanologique de Villefranche-sur-mer - Maître de conférences à l’université Pierre-et-Marie-Curie
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L’océan mondial (encadré A) recouvre plus de 70% de la surface de la planète Terre et contient 97 % de ses réserves en eau (qui s’élèvent à environ 1 400 × 106 km3). Une douzaine d’espèces ioniques majeures sont présentes dans l’eau de mer. Leur masse totale peut varier d’une eau de mer à l’autre mais leurs proportions relatives restent constantes. On peut ainsi caractériser sans ambiguïté les eaux de mer par leur salinité. La salinité moyenne de l’océan mondial est voisine de 35 et sa température de 4 C.
Compte tenu de sa composition relative stable et du volume énorme qu’elle représente, l’eau de mer constitue une solution électrolytique originale et mériterait plus d’attention de la part des physico-chimistes. Ce n’est pas encore le cas, et les différents manuels de constantes (ou « handbooks ») fournissent peu de renseignements, voire aucun, se rapportant aux propriétés physiques de l’eau de mer ou aux équilibres thermodynamiques dans le milieu eau de mer.
L’eau de mer constitue un milieu physique parfaitement défini par trois variables d’état : salinité S, température t et pression p. Toutes ses propriétés physiques sont donc, en principe, dérivables à partir de S, t et p. Dans le domaine de la physico-chimie classique, on se réfère généralement à une température de 25 C, et à une pression normale de 101 325 Pa (ou de 100 kPa si l’on parle de pression standard). Dans le domaine océanographique, l’océan normal « the standard ocean » (encadré A) a une température de 0 C et une salinité de 35,000. Mais sa pression n’est pas normalisée car une masse d’eau peut être située aussi normalement à 10 000 m de profondeur qu’à la surface.
L’effet des hautes pressions sur les propriétés physiques des solides ou des liquides est difficile à étudier expérimentalement et est souvent mal documenté. Ce n’est pas le cas dans le domaine de l’océanographie où un effort particulier a été fait dans ce sens. La plupart des algorithmes océanographiques permettent de calculer de manière précise les propriétés hydrologiques des eaux de mer en fonction de S, t et p, pour des salinités allant de 0 à 42, des températures allant de –2 à 40 C et des pressions de 1 à 10 000 dbar. Toutefois, ces algorithmes ne sont pas utilisables pour les mers intérieures, telles que la mer Caspienne ou les lacs salés. Ces étendues d’eau ont un contenu salin différent de celui de l’eau de mer.
La dénomination et la définition de certaines propriétés décrites dans cet article sont familières à beaucoup. C’est le cas de la masse volumique ou de la vitesse du son. D’autres propriétés paraîtront plus mystérieuses pour des non- spécialistes, par exemple, l’anomalie thermostérique ou le taux de décroissance adiabatique. Il faut mentionner ces propriétés, car elles font partie des routines de traitement des données océanographiques.
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Équation d’état de l’eau de mer2. Données hydrologiques de base
Dans l’état actuel de la technique océanographique, les trois grandeurs physiques les plus faciles à mesurer, notamment avec les sondes in situ, sont la pression, la température et la conductivité électrique.
2.1 Pression
L’unité de pression du système international est le pascal (Pa), qui correspond à une force de 1 newton.m–2. En océanographie, on utilise toujours le bar, ou son sous-multiple le décibar (la pression atmosphérique vaut à peu près 1 bar, tandis que la pression hydrostatique d’une colonne de 1 m d’eau vaut à peu près 1 décibar).
1 bar = 105 Pa et 1 dbar = 104 Pa
Avant d’utiliser les algorithmes de calcul, il conviendra de vérifier l’unité dans laquelle les données de pression doivent être exprimées, notamment bar ou décibar. De plus, il faudra se rappeler que les océanographes ont l’habitude de mesurer des pressions hydrostatiques sensu stricto et prennent donc comme niveau de pression zéro le niveau de la mer. Ainsi la jauge de pression d’une sonde océanographique est en général calibrée pour afficher une valeur nulle lorsqu’elle est soumise à la seule pression atmosphérique. Si l’on doit calculer une donnée relative à une eau de mer située en surface, c’est la valeur p = 0 qu’il conviendra d’utiliser dans les algorithmes de calcul.Le domaine des pressions océanographiques s’étend de 0 à 10 000 dbar, pression correspondant à peu près à une hauteur d’eau de 10 000 m.
HAUT DE PAGE2.2 Température
La température est généralement exprimée en degrés Celsius (C). Certains logiciels de traitement des données océanographiques (notamment Seasoft de la firme Sea-bird) offrent le choix entre l’IPTS-68 (International Practical Temperature Scale 1968) ou l’ITS-90 (International Temperature Scale 1990). La différence entre ces deux échelles est minime. Entre 0 et 40 C, on peut utiliser la relation :
Toutefois, par cohérence...
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Données hydrologiques de base
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - WILSON (T. R. S.) - Salinity and the major elements of sea water. - Riley and Skirrow éd. Chemical Oceanography, 1, p. 365-413, Academic Press (1975).
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(2) - UNESCO - Tenth report of the joint panel on oceanographic tables and standards. - Unesco technical papers in Marine Sciences, 36, 36 p (1981).
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(3) - COPIN-MONTÉGUT (G.) - Chimie de l’eau de mer. - Éd. Institut océanographique (1996).
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(4) - MILLERO (F. J.), LEUNG (W.H.) - The thermodynamics of seawater at one atmosphere. - Amer. J. Sci., 276 , p. 1035-1077 ( 1976).
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(5) - WEISS (R. F.), PRICE (B. A.) - Nitrous oxide solubility in water and seawater - . Marine Chemistry, 8, p. 347-359 (1980).
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(6) - ASME - 1967 ASME steam tables - . American Society of Mechanical Engineers. Programme de calcul en ligne http://www.connel.com/
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