L'eau des océans et des mers

Introduction.
Ces eaux sont constituées de 96,5% d'eau pure et de 3,5% d'autres substances :

• sels,
• gaz dissous,
• substances organiques,
• particules solides.

Les propriétés physiques sont principalement dues à l'eau pure.
Par ailleurs, les océans sont stratifiés, c'est-à-dire constitués de couches horizontales successives de caractéristiques différentes.
La salinité totale [S] est la caractèristique essentielle de l'eau de mer.
Les océans contiennent, en moyenne, 34,7 grammes de sel dissous par kilogramme d'eau, soit environ 35,7 g/litre (pour 1027,7 kg/m3 de masse volumique).
Si on considère le volume total des océans à 1320 millions de km3, nous avons environ 47,5 millions de milliards de tonnes (47,5.10¹⁵ t) de sel,.
Pour les mers les écarts peuvent être importants : de 7 à 39 g/kg.
La présence de sel dans l'eau modifie certaines propriétés de l'eau pure (densité, compressibilité, point de congélation, température du maximum de densité).

D'autres, telles que la viscosité ou l'absorption de la lumière, ne sont pas influencées de manière significative.
Enfin certaines sont directement déterminées par la quantité de sel dans l'eau : conductivité et pression osmotique.
Les mécanismes qui modifient la température [T] ou la salinité [S] de l'eau en un lieu sont :

• le rayonnement solaire,
• l'évaporation et les précipitations (et très localement l'apport des fleuves),
• les mouvements d'eau.

Les deux premiers phénomènes n'agissent qu'a la surface des océans, seuls les mouvements d'eau influent sur les caractéristiques de l'eau en profondeur.
Les variations horizontales (fonction de la latitude donc zonales) des propriétés de l'eau sont beaucoup plus faibles que les variations verticales.
Exemple : à l'équateur, la température de surface est de 25°C, et -1000 m elle est de 5°C

La température moyenne des océans est de 3,5°C.
Pour observer une variation horizontale de température équivalente à partir de l'équateur, il faut se déplacer vers le nord ou vers le sud de 5000 km.
Pour 75% du volume des océans : et g/kg,
Pour 50% du volume des océans : et g/kg.
Les valeurs de température et de salinité qui s'écartent le plus des moyennes sont obtenues en surface.
Quelques valeurs de salinité totale moyenne selon les mers et océans :

Propriétés physiques.
Masse voulumique.
Il en est autrement que pour l'eau douce.
La masse volumiquede r de l'eau de mer dépend, de la salinité S, de la température T et de la pression p. La relation r = r (S,T,p) est l'équation d'état de l'eau de mer. Cette relation empirique est le résultat de nombreuses études en laboratoire. La première équation établie en 1902 par Knundsen et Ekman est aujourd'hui remplacée par "l'Equation d'Etat Internationale (1980)" :

Exemples (calculs à partir de l'équation d'état):
Variation de la masse volumique de l'eau de mer, en fonction de la profondeur,
(salanité = 36 g/L, température constante de 8°C)





Variation de la masse volumique de l'eau de mer, en fonction de la température et de la salinité (pression atmosphérique) :








Calcul de la masse volumique de l'eau de mer, en fonction de la température et de la salinité, (calculée à partir de l'équation d'état) :

Salinité (g/kg)	Température (°C)	Pression (bar)	(après intro des valeurs, appuyer sur le bouton)	Masse vol. (kg/m3)

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Par ailleurs, en océanographie, par commodité on choisit comme notation :

kg/m3

(et on l'appelle "densité").
Exemple : .

La comparaison des densités de deux masses d'eau n'a de sens que si on considère ces deux masses d'eau à la même profondeur (et donc à la même pression). On utilise donc fréquemment la densité à la pression atmosphérique . Cela ne signifie pas que les effets de la pression sur la densité soient négligeables.
La densité augmente avec la profondeur, les eaux les plus denses se trouvant naturellement au fond des océans. L'évolution de la densité avec la profondeur n'est toutefois pas uniforme.
Dans les régions équatoriales et tropicales, il existe une couche d'eau près de la surface de densité presque constante, puis une couche dans laquelle la densité croit très rapidement avec la profondeur. Cette couche dite pycnocline correspond en général à la thermocline (couche d'eau dont la température baisse sensiblement lorsqu'on descend plus profondément).

Aux profondeurs plus importantes la densité potentielle évolue lentement pour atteindre une valeur voisine de 27,9 au fond des océans, quelque soit la latitude.
Aux grandes latitudes la densité de surface dépasse 27, l'évolution verticale est donc faible et la pycnocline est moins facile à distinguer.

La température pour la densité maximum de l’eau décroît régulièrement avec la teneur en sels dissous pour finalement égaler sa température de solidification aux alentours d’une concentration de 25 g/litre.

Dans les océans (en moyenne 35 g de sel par litre), l’eau la plus dense est aussi la plus froide.

Point de fusion.
Il s'abaisse avec la salinité :

(exemple : -1,9°C (271,25 K) à S=35 g/l )


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Notons que les propriétés physiques de l'eau de mer, à l'opposé de la plupart des liquides qui varient uniformément avec la température, présentent un minimum à une température donnée (sauf la célérité du son qui passe par un maximum à 74°C).

Quelques exemples de températures correspondant au minimum des valeurs :

Propriété	Température
volume spécifique	4°C
compressibilité	44°C
chaleur spécifique	34°C
solubilité de l'oxygène	80°C
solubilité de l'hydrogène	37°C
vitesse de la lumière	-1°C

(Autres propriétés)

Autres propriétés : Son & lumière.
Le son et la lumière ont des comportements très différents, bien que tout deux ont une nature ondulatoire. Son.
Il se propage très bien sous l'eau, l'atténuation due à l'absorption et à la diffusion est beaucoup plus faible que pour les ondes électromagnétiques. Les ondes acoustiques constituent le meilleur moyen de transmission sous l'eau.
La vitesse du son dans l'eau est d'approximativement égale à 1500 m.s, donc des fréquences de 30 Hz à 1500 khz (limite audible del'homme : 20 khz).
La vitesse du son (c) peut être à titre d'exemple par la formule suivante (source ISTV) :

avec, c vitesse du son en m.s^-1, T température en °C, S salinité et z la profondeur en m,
(on considère que la pression est hydrostatique).
Par exemmple, à T = 3 °C, S = 35 , z = 0, on trouve c = 1462,5 m.s^-1.

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Fin du chapitre Eau de mer

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