Eau De Mer

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Eau De Mer

Eau de mer

Salinité moyenne des océans[1], exprimée en psu, c'est-à-dire en grammes de sel par kilogramme d'eau de mer.

L’eau de mer est l'eau salĂ©e des mers et des ocĂ©ans de la Terre. « SalĂ©e Â» dĂ©signe le fait qu'elle contient des substances dissoutes, les sels, principalement du chlore et du sodium. On trouve 30 Ă  40 grammes de sels dissous pour un kilogramme d'eau de mer. L'eau salĂ©e s'oppose Ă  l'eau douce, qui contient moins d'un gramme de matĂ©riaux dissous par kilogramme. La masse volumique de l'eau de mer Ă  la surface est d'environ 1,025 g/ml, supĂ©rieure de 2,5 % Ă  celle de l'eau douce(1 g/ml) Ă  cause de la masse du sel et de l'Ă©lectrostriction[2].

Les ocĂ©ans et mers occupent un volume estimĂ© Ă  1 340 millions de kmÂł, ce qui reprĂ©sente 96,4 % de la capacitĂ© des grands rĂ©servoirs d'eau Ă  la surface de la Terre. Ce volume n'inclut pas les eaux souterraines (aquifĂšres), dont 85 % en volume sont salĂ©es Ă  diffĂ©rents degrĂ©s[rĂ©f. nĂ©cessaire].

Sommaire

Origine du sel de l'eau de mer

Les premiĂšres thĂ©ories scientifiques sur l'origine du sel de la mer datent de Edmond Halley qui propose en 1715 que le sel et les autres minĂ©raux y sont amenĂ©s par les riviĂšres[3] : l'Ă©coulement de l'eau en surface (eau de pluie) et dans les riviĂšres « arrache Â» des ions par dissolution des roches. Les eaux douces souterraines et de surface sont donc trĂšs lĂ©gĂšrement « salĂ©es Â» Ă  cause de ces ions ; ces ions sont entrainĂ©s jusqu'Ă  l'ocĂ©an, oĂč ils restent tandis que l'Ă©vaporation entraine leur concentration (voir le cycle de l'eau). Halley note que les quelques lacs qui ne dĂ©bouchent pas sur un ocĂ©an (comme la mer Morte et la mer Caspienne, voir EndorĂ©isme) ont en gĂ©nĂ©ral une salinitĂ© trĂšs Ă©levĂ©e, ce qu'il appelle la « mĂ©tĂ©orisation continentale Â» (continental weathering).

La thĂ©orie de Halley est en grande partie correcte. En plus du phĂ©nomĂšne dĂ©crit ci-dessus, le sodium a Ă©tĂ© arrachĂ© au plancher ocĂ©anique lors de la formation initiale des ocĂ©ans. La prĂ©sence de l'autre ion dominant du sel, l'ion chlorure, provient du « dĂ©gazage Â» du chlorure d'hydrogĂšne (sous la forme d'acide chlorhydrique) ainsi que d'autres gaz de l'intĂ©rieur de la Terre, via les volcans et les monts hydrothermaux. Les ions sodium et chlorure sont ensuite devenus les constituants majeurs du sel de mer.

La salinitĂ© moyenne des ocĂ©ans est stable depuis plusieurs milliards d'annĂ©es, le plus probablement grĂące Ă  un processus tectonique et chimique qui enlĂšve autant de sel qu'il n'en arrive par les riviĂšres. Les ions chlorure et sodium sont ainsi enlevĂ©s par les dĂ©pĂŽts d'Ă©vaporite (les « roches salines Â»), la « grĂ©sification Â» (le dĂ©pĂŽt de sels dans l'eau interstitielle) et les rĂ©actions chimiques avec le basalte des fonds marins[4]. Depuis la crĂ©ation des ocĂ©ans, le sodium n'est plus arrachĂ© au fonds des ocĂ©ans, mais capturĂ© dans les couches de sĂ©diments couvrant les fonds marins. D'autres thĂ©ories affirment que la tectonique des plaques entraine une partie du sel sous les masses continentales, oĂč il remonte lentement Ă  la surface.

Caractéristiques

Composition

Principaux sels dissous pour une eau de mer de salinitĂ© 35 g/L[5]
Anions g/kg mol/kg
Chlore (Cl-) 19,3524 0,54586
Sulfate (SO42-) 2,7123 0,02824
Bicarbonate (HCO3-) 0,1080 0,00177
Brome (Br-) 0,0673 0,00084
Carbonate (CO32-) 0,0156 0,00026
Fluor (F-) 0,0013 0,00007
Hydroxyde (OH-) 0,0002 0,00001
Cations g/kg mol/kg
Sodium (Na+) 10,7837 0,46906
Magnésium (Mg2+) 1,2837 0,05282
Calcium (Ca2+) 0,4121 0,01028
Potassium (K+) 0,3991 0,01021
Strontium (Sr2+) 0,0079 0,00009
Autres molécules g/kg mol/kg
Eau (H2O) 965 53,6
Acide borique (B(OH)3) 0,0198 0,00032
Tetrahydroxyborate (B(OH)4-) 0,0079 0,00010
CO2* 0,0004 0,00001

L'eau de mer est composée d'eau et de sels, ainsi que de diverses substances en faible quantité. Si plus des deux tiers des 94 éléments chimiques naturels sont présents dans l'eau de mer, la plupart le sont en faible quantité et difficilement décelables.

La salinitĂ© est un des paramĂštres les plus importants de l'eau de mer, et dĂ©signe la teneur en sels dissous. La salinitĂ© moyenne des ocĂ©ans est de 35 g/l, et reste gĂ©nĂ©ralement comprise entre 30 g/l (Atlantique nord) et 40 g/l (mer Rouge)[6]. Les mers intĂ©rieures ou assimilĂ©es ont une salinitĂ© supĂ©rieure, parce que l'Ă©vaporation y concentre le sel. Les exceptions concernent donc des mers fermĂ©es ou semi-fermĂ©es, comme pour les valeurs extrĂȘmes de 6 g/l dans les eaux de surface de la mer Baltique et 330 g/l dans la mer Morte. La mer ouverte la plus salĂ©e est la mer Rouge.

La grande particularitĂ© de l'eau de mer est que les proportions relatives de ses constituants sont sensiblement constantes (c'est-Ă -dire indĂ©pendantes de la salinitĂ©) ; cette propriĂ©tĂ© a Ă©tĂ© Ă©tablie par le chimiste Ă©cossais William Dittmar, et permet de considĂ©rer l'eau de mer comme une solution de onze constituants majeurs dans de l'eau pure, Ă  savoir, par ordre dĂ©croissant d'importance, le chlore, le sodium, le magnĂ©sium, le sulfate, le calcium, le potassium, le bicarbonate, le brome, l'acide borique, le carbonate et le fluor. La loi de Dittmar permet ainsi de dĂ©terminer la salinitĂ© de l'eau de mer par une seule mesure : de la concentration d'un de ces constituants (par exemple, Cl-) ou d'une des propriĂ©tĂ©s physiques de l'eau de mer Ă  une tempĂ©rature donnĂ©e (comme la densitĂ© relative, l'indice de rĂ©fraction ou la conductivitĂ©).

Les deux principaux sels sont Na+ et Cl-, qui en s'associant forment le chlorure de sodium ou « sel marin Â», que l'on extrait dans les marais salants pour obtenir du sel alimentaire.

Les gaz dissous comprennent principalement : 64% d'azote, 34% d'oxygĂšne, 1,8% de dioxyde de carbone (soit 60 fois la proportion de ce gaz dans l'atmosphĂšre terrestre).

Principaux composants de l'eau de mer
Composition de l'eau de mer
Pourcentage en masse des principaux éléments
ÉlĂ©ment Masse ÉlĂ©ment Masse
OxygĂšne (O) 85,84 Soufre (S) 0,091
HydrogĂšne (H) 10,82 Calcium (Ca) 0,04
Chlore (Cl) 1,94 Potassium (K) 0,04
Sodium (Na) 1,08 Brome (Br) 0,0067
Magnésium (Mg) 0,1292 Carbone (C) 0,0028


Indice de réfraction

La densitĂ© et donc l'indice de rĂ©fraction de l'eau de mer, notĂ© n(λ), dĂ©pendent de la salinitĂ©. Les fonds marins (< 3 000 m) sont Ă  une tempĂ©rature infĂ©rieures Ă  4 Â°C (environ 2 Â°C ou moins) car l'eau salĂ©e voit son maximum de densitĂ© Ă  une tempĂ©rature infĂ©rieure, et surtout cet extremum s'estompe en un plateau constant avant la congĂ©lation[7].

Le mouvement des masses ocĂ©aniques profondes est dominĂ© par la variation de leur salinitĂ©. Elles proviennent principalement de la saumure issue de la formation de la banquise (congĂ©lation de l'eau de mer) en hiver aux pĂŽles, ainsi que du refroidissement des eaux de surfaces dans les mĂȘmes conditions. Le tableau ci-dessous montre comment le n(λ) augmente avec la salinitĂ© pour les D-lignes de sodium (moyenne : 5 893 angstroms = 589,3 nm) Ă  18 Â°C.

Changements de l'indice de réfraction dû à la salinité[7]
salinité (g/kg) variation de n(λ) Emplacement
5 0,00097 Mers baltiques nordiques
10 0,00194  
15 0,00290
20 0,00386 Enfoncements du Biafra
25 0,00482
30 0,00577  
35 0,00673 Surface de l'océan Atlantique
40 0,00769 Mers rouges nordiques

L'indice de rĂ©fraction est Ă©galement une fonction de la pression de l'eau, mais la dĂ©pendance est tout Ă  fait faible en raison de l'incompressibilitĂ© relative de l'eau (comme tous les liquides). En fait, sur les gammes normales des tempĂ©ratures (0 - 30 Â°C), l'augmentation approximative du n(λ) est 0,000016 quand la pression de l'eau augmente d'une atmosphĂšre.

Les facteurs les plus significatifs affectant le n(λ) sont la longueur d'onde de la lumiĂšre et la salinitĂ© de l'eau. NĂ©anmoins, le n(λ) excĂšde de moins de 1 % la gamme indiquĂ©e des valeurs de ces variables[7].

Autres caractéristiques

La masse volumique de l'eau de mer en surface varie de 1 020 Ă  1 029 kg/mÂł, selon la tempĂ©rature et la salinitĂ©. En profondeur, dans les ocĂ©ans, la haute pression peut augmenter la masse volumique jusqu'Ă  des valeurs de l'ordre de 1 050 kg/mÂł (l'eau de mer, comme la plupart des liquides, est quasiment incompressible). Le pH varie entre 7,5 et 8,4, pour une moyenne de l'ordre de 8,2.

La vitesse du son dans l'eau varie avec la tempĂ©rature de l'eau et la pression, elle est donc sensible aux thermoclines ; elle est de l'ordre de 1 500 m/s.

Potabilité

L'eau de mer n'est pas potable, et en gĂ©nĂ©ral ne doit pas ĂȘtre bue par les ĂȘtres humains. Le sel en est le responsable : si l'on boit de l'eau de mer, Ă  long terme la quantitĂ© d'eau nĂ©cessaire pour Ă©liminer ces sels (grĂące aux reins) devient supĂ©rieure Ă  la quantitĂ© d'eau gagnĂ©e par absorption d'eau de mer[8]. La non-potabilitĂ© de l'eau de mer explique que, sur un navire ou une Ăźle au milieu de l'ocĂ©an, on puisse « manquer d'eau Â», comme le dit La Complainte du vieux marin :

« L’eau, l’eau partout,
Et pas une goutte Ă  boire. Â»

Si la consommation accidentelle de petites quantités d'eau de mer n'est pas dommageable pour le corps humain, il n'est pas possible de survivre à long terme en buvant uniquement de l'eau de mer. Cette croyance a pour origine la traversée de l'Atlantique d'Alain Bombard, mais qui utilisait aussi la chair des poissons et l'eau de pluie. Ainsi, le médecin allemand Hannes Lindemann qui avait voulu réitérer le voyage de Bombard avait montré qu'il n'était pas possible de se passer d'eau douce additionnelle[9]. L'OMS a utilisé ses travaux pour ses recommandations.

Le taux de chlorure de sodium dans le sang humain et dans l'urine se situe gĂ©nĂ©ralement autour de neuf grammes par litre (0,9 % en masse), un taux qui varie peu. Boire de l'eau de mer (dont le taux de sel est de 3,5 %) accroit temporairement la concentration de sel dans le sang. Ce sel doit ĂȘtre Ă©liminĂ©, ce qui se fait en utilisant de l'eau provenant de cellules pour uriner. Les cellules finissent par mourir de dĂ©shydratation, suivies par les organes et finalement le corps entier.

L'effet de l'absorption d'eau de mer a Ă©tĂ© Ă©tudiĂ©e sur rats en laboratoire[10], en faisant varier la concentration d'eau de mer dans leur eau de boisson. Au fur et Ă  mesure que cette concentration augmentait, les rats devaient boire de plus en plus pour uriner davantage, jusqu'Ă  une concentration de 50 %, tandis que leur soif dĂ©clinait aprĂšs 50 %. Ces chercheurs recommandent ainsi de ne pas passer brutalement d'une consommation d'eau douce Ă  une consommation d'eau de mer (pour des naufragĂ©s par exemple), mais plutĂŽt d'augmenter progressivement la proportion d'eau de mer dans l'eau douce.

Les manuels de survie conseillent en gĂ©nĂ©ral de ne pas boire d'eau de mer. Par exemple, le Medical Aspects of Harsh Environments (« Aspects mĂ©dicaux des environnements hostiles Â»)[11] prĂ©sente une analyse de 136 voyages en embarcation de sauvetage. Le risque de dĂ©cĂšs s'Ă©levait Ă  39 % pour ceux qui buvaient de l'eau de mer, contre 3 % pour ceux qui n'en buvaient pas.

Pour rendre l'eau de mer potable (processus de dessalement), plusieurs techniques existent. La plus simple est de la diluer avec de l'eau potable jusqu'Ă  ce que la salinitĂ© soit acceptable ; on utilise cette technique en agriculture, pour l'irrigation. Les techniques plus complexes, mises en Ɠuvre notamment sur les grands navires, incluent les Ă©vaporateurs Ă  vide, les Ă©vaporateurs « flash Â» ou l'osmose inverse.

Anecdotes

  • À Hong Kong, plus de 90 % de l'eau pour les toilettes provient de la mer, ce qui l'oblige Ă  un traitement diffĂ©rent[rĂ©f. nĂ©cessaire].
  • RenĂ© Quinton, un scientifique autodidacte, dĂ©couvrit la similitude de notre milieu intĂ©rieur et de l'eau de mer. Il acquit en 1906 une cĂ©lĂ©britĂ© mondiale en sauvant, par l'injection d'eau de mer isotonique, des milliers d'enfants atteints du cholĂ©ra et il montra que la transfusion d'eau de mer pouvait remplacer la transfusion sanguine[rĂ©f. nĂ©cessaire].

Citations

« La mer est salĂ©e parce qu'il y a des morues dedans. Et si elle ne dĂ©borde pas, c'est parce que la providence, dans sa sagesse, y a placĂ© aussi des Ă©ponges Â» — Alphonse Allais (Citation humoristique)

Sources

Références générales

  • L. W. Tilton et J. K. Taylor, « Refractive index and dispersion of distilled water for visible radiation, at temperatures 0 to 60 Â°C Â», dans J. Res. Nat. Bur. Stand., Vol. 20, p. 419 (RP1085) 1938.
  • E. Dorsey, Properties of Ordinary Water Substance in all of its Phases: Water-vapor, Water, and all the Ices, Reinhold Publishing, 1940.
  • (en) Cet article est partiellement ou en totalitĂ© issu d’une traduction de l’article de WikipĂ©dia en anglais intitulĂ© « Seawater Â».

Notes

  1. ↑ DonnĂ©es du World Ocean Atlas, 2001 [lire en ligne].
  2. ↑ Iver Duedall, Notes de cours - OcĂ©anographie, Florida Institute of Technology [lire en ligne].
  3. ↑ E. Halley, A short account of the cause of the saltiness of the ocean, and of the several lakes that emit no rivers; with a proposal, by help thereof, to discover the age of the world, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 29:296—300, 1715.
  4. ↑ Paul R. Pinet, Invitation to Oceanography, St. Paul: West Publishing Company, 1996 (ISBN 978-0763740795), p. 133.
  5. ↑ UNESCO, Tables ocĂ©anographiques internationales, citĂ©es par Andrew W.Dickson et Catherine Goyet (Ă©ds.), Handbooks of methods for the analysis of the various parameters of the carbon dioxide system in sea water, US Department of Energy, version 2, septembre 1994, ORNL/CDIAC-74, chapitre 5, partie 6.1 « The major ion composition of seawater Â», p. V-10 [lire en ligne]
  6. ↑ La salinitĂ© de l'ocĂ©an
  7. ↑ a , b  et c  E. Dorsey, Properties of Ordinary Water Substance in all of its Phases: Water-vapor, Water, and all the Ices, Reinhold Publishing, 1940.
  8. ↑ Ask A Scientist - Biology Archive lien
  9. ↑ Von Ulli Kulke, Durst löschen mit Salzwasser, Spiegel, 16 fĂ©vrier 2006 [lire en ligne]
  10. ↑ Z. Etzion et R. Yagil, Metabolic effects in rats drinking increasing concentrations of sea-water, Comp Biochem Physiol A. 1987;86(1):49-55 [lire en ligne]
  11. ↑ Medical Aspects of Harsh Environments, chapitre 29 « Shipboard Medicine Â» [lire en ligne]

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

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