Eau de mer

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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 salée des mers et des océans de la Terre. On dit qu’elle est « salée » parce qu'elle contient des substances dissoutes, les sels, constitués d'ions principalement des ions halogénures comme l'ion chlorure et des ions alcalins comme l'ion sodium. On trouve 30 à 40 grammes de sels dissous pour un kilogramme d'eau de mer. L'eau salée s'oppose à l'eau douce, qui contient moins d'un gramme de sels dissous par kilogramme. La masse volumique de l'eau de mer à la surface est d'environ 1,025 g/ml, supérieure de 2,5 % à celle de l'eau douce (1 g/ml) à cause de la masse du sel et de l'électrostriction[2].

Volume[modifier | modifier le code]

Les océans et mers occupent un volume estimé à 1 340 millions de km³, ce qui représente 97,4 % des réserves d'eau présentes à la surface de la Terre. Ce volume n'inclut pas les eaux souterraines (aquifères), dont environ 85 % sont salées à différents degrés.

Origine du sel de l'eau de mer[modifier | modifier le code]

Les premières théories scientifiques sur l'origine du sel de la mer datent de Edmond Halley qui propose en 1715 que le sel et les autres minéraux y sont amenés par les rivières[3] : l'écoulement de l'eau en surface (eau de pluie) et dans les rivières « arrache » des ions par dissolution des roches. Les eaux douces souterraines et de surface sont donc très légèrement « salées » à cause de ces ions ; ces ions sont entraînés jusqu'à l'océan, où ils restent tandis que l'évaporation entraine leur concentration (voir le cycle de l'eau). Halley note que les quelques lacs qui ne débouchent pas sur un océan (comme la mer Morte et la mer Caspienne, voir Endoréisme) ont en général une salinité très élevée, ce qu'il appelle la « météorisation continentale » (continental weathering).

La théorie de Halley est en grande partie correcte. En plus du phénomène décrit ci-dessus, le sodium a été arraché au plancher océanique lors de la formation initiale des océans. La présence de l'autre ion dominant du sel, l'ion chlorure, provient du « dégazage » du chlorure d'hydrogène (sous la forme d'acide chlorhydrique) ainsi que d'autres gaz de l'intérieur 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 salinité moyenne des océans est stable depuis plusieurs milliards d'années, le plus probablement grâce à un processus tectonique et chimique qui enlève autant de sel qu'il en arrive par les rivières. Les ions chlorure et sodium sont ainsi enlevés par les dépôts d'évaporite (les « roches salines »), la « grésification » (le dépôt de sels dans l'eau interstitielle) et les réactions chimiques avec le basalte des fonds marins[4]. Depuis la création des océans, le sodium n'est plus arraché au fond des océans, mais capturé dans les couches de sédiments couvrant les fonds marins. D'autres théories affirment que la tectonique des plaques entraine une partie du sel sous les masses continentales, où il remonte lentement à la surface.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Composition[modifier | modifier le code]

Principaux sels dissous pour une eau de mer de salinité 35 g/L[5]
Anions g/kg mol/kg
Chlorure (Cl-) 19,3524 0,54586
Sulfate (SO42-) 2,7123 0,02824
Hydrogénocarbonate (HCO3-) 0,1080 0,001770
Bromure (Br-) 0,0673 0,000842
Carbonate (CO32-) 0,0156 0,000260
Fluorure (F-) 0,0013 6,84E-5
Hydroxyde (HO-) 0,0002 1,2E-5
Cations g/kg mol/kg
Ion sodium (Na+) 10,7837 0,46907
Ion magnésium (Mg2+) 1,2837 0,05282
Ion calcium (Ca2+) 0,4121 0,01028
Ion potassium (K+) 0,3991 0,01021
Ion strontium (Sr2+) 0,0079 9,02E-5
Ion lithium (Li+) 1,73E-4 2,49E-5
Ion rubidium (Rb+) 1,20E-4 1,404E-6
Ion baryum (Ba2+) 2,0E-5 1,46E-7
Ions polyatomiques
dont molybdène
1,0E-5 1,04E-7
Ions polyatomiques
dont uranium
3,3E-6 1,39E-8
Ions polyatomiques
dont vanadium
1,9E-6 3,73E-8
Ion fer (Fe2+;Fe3+) 1,3E-6 2,33E-8
Ions polyatomiques
dont titane
1,0E-6 2,09E-8
Ion aluminium (Al3+) 1,0E-6 3,71E-8
Autres molécules g/kg mol/kg
Eau (H2O) 965 53,57
Acide borique (B(OH)3) 0,0198 0,000320
Tetrahydroxyborate (B(OH)4-) 0,0079 0,000100
Dioxyde de carbone* 4,0E-4 9,09E-6

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 salinité est un des paramètres les plus importants de l'eau de mer, et désigne la teneur en sels dissous. La salinité moyenne des océans est de 35 g/l, et reste généralement comprise entre 30 g/l (Atlantique nord) et 40 g/l (mer Rouge)[6]. Les mers intérieures ou assimilées ont une salinité supérieure, parce que l'évaporation y concentre le sel. Les exceptions concernent donc des mers fermées ou semi-fermées, comme pour les valeurs extrêmes 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 salée est la mer Rouge.

La grande particularité de l'eau de mer est que les proportions relatives de ses constituants sont sensiblement constantes (c'est-à-dire indépendantes de la salinité) ; cette propriété a été établie par le chimiste allemand William Dittmar, et permet de considérer l'eau de mer comme une solution de onze constituants majeurs dans de l'eau pure, à savoir, par ordre décroissant d'importance, le chlorure, l'ion sodium,le sulfate, l'ion magnésium, l'ion calcium, l'ion potassium, le bicarbonate, le bromure, l'acide borique, le carbonate et le fluorure. La loi de Dittmar permet ainsi de déterminer la salinité de l'eau de mer par une seule mesure : de la concentration d'un de ces constituants (par exemple, Cl-) ou d'une des propriétés physiques de l'eau de mer à une température donnée (comme la densité relative, l'indice de réfraction ou la conductivité).

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

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

« L'odeur de mer » est due, selon Andrew Johnston (University of East Anglia), au DMS[7].Il serait plus précis de dire que le DMS est un composant de l'odeur de la mer, un autre étant les phéromones (Dictyopterene (en)) de certaines algues.

Principaux composants de l'eau de mer
Composition de l'eau de mer
Pourcentage en masse des principaux éléments
Élément Masse Élément Masse
Oxygène (O) 85,84 Soufre (S) 0,0905
Hydrogène (H) 10,82 Calcium (Ca) 0,041
Chlore (Cl) 1,935 Potassium (K) 0,040
Sodium (Na) 1,078 Brome (Br) 0,0067
Magnésium (Mg) 0,1284 Carbone (C) 0,00245


Radioactivité - Anti-réactivité[modifier | modifier le code]

La radioactivité naturelle de l'eau de mer est d'environ 12,7 Bq/L, essentiellement due au potassium 40 (émetteur bêta, responsable de 99 % de la radioactivité naturelle totale) et au rubidium 87 (émetteur bêta pour environ 1%)[8].

L'eau de mer est anti-réactive principalement du fait du chlore 35 présent dans le chlore naturel avec une abondance de 75,53% qui est absorbant aux neutrons thermiques (section efficace = 44 barn). L'anti-réactivité apportée par l'eau de mer de salinité standard (35 g/L) supposée envahir le cœur d'un réacteur à eau en substitution de l'eau pure équivaut à celle de l'eau borée à une teneur en bore voisine de 260 ppm soit environ 3 800 pcm.

Indice de réfraction[modifier | modifier le code]

La densité et donc l'indice de réfraction de l'eau de mer, noté n(λ), dépendent de la salinité. Les fonds marins (< 3 000 m) sont à une température inférieures à 4 °C (environ 2 °C ou moins) car l'eau salée voit son maximum de densité à une température inférieure, et surtout cet extremum s'estompe en un plateau constant avant la congélation[9].

Le mouvement des masses océaniques profondes est dominé par la variation de leur salinité. Elles proviennent principalement de la saumure issue de la formation de la banquise (congélation de l'eau de mer) en hiver aux pôles, ainsi que du refroidissement des eaux de surfaces dans les mêmes conditions. Le tableau ci-dessous montre comment le n(λ) augmente avec la salinité pour les D-lignes de sodium (moyenne : 5 893 angstroms = 589,3 nm) à 18 °C.

Changements de l'indice de réfraction dû à la salinité[9]
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 réfraction est également une fonction de la pression de l'eau, mais la dépendance est tout à fait faible en raison de l'incompressibilité relative de l'eau (comme tous les liquides). En fait, sur les gammes normales des températures (0 - 30 °C), l'augmentation approximative du n(λ) est 0,0000165 quand la pression de l'eau augmente d'une atmosphère.

Les facteurs les plus significatifs affectant le n(λ) sont la longueur d'onde de la lumière et la salinité de l'eau. Néanmoins, le n(λ) excède de moins de 1 % la gamme indiquée des valeurs de ces variables[9].

Autres caractéristiques[modifier | modifier le code]

La masse volumique de l'eau de mer en surface varie de 1 020 à 1 029 kg/m³, selon la température et la salinité. En profondeur, dans les océans, la haute pression peut augmenter la masse volumique jusqu'à des valeurs de l'ordre de 1 050 kg/m³ (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 température de l'eau et la pression, elle est donc sensible aux thermoclines ; elle est de l'ordre de 1 500 m/s.

Potabilité[modifier | modifier le code]

L'eau de mer n'est pas potable, et en général ne doit pas être bue par les êtres humains. Le sel en est le responsable : si l'on boit de l'eau de mer, à long terme la quantité d'eau nécessaire pour éliminer ces sels (grâce aux reins) devient supérieure à la quantité d'eau gagnée par absorption d'eau de mer[10]. La non-potabilité de l'eau de mer explique que, sur un navire ou une île au milieu de l'océan, on puisse « manquer d'eau », comme le dit La Complainte du vieux marin :

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

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[11]. 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 généralement 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 %) accroît temporairement la concentration de sel dans le sang. Ce sel doit être éliminé, ce qui se fait en utilisant de l'eau provenant de cellules pour uriner. Les cellules finissent par mourir de déshydratation, suivies par les organes et finalement le corps entier.

L'effet de l'absorption d'eau de mer a été étudié sur rats en laboratoire[12], en faisant varier la concentration d'eau de mer dans leur eau de boisson. Au fur et à mesure que cette concentration augmentait, les rats devaient boire de plus en plus pour uriner davantage, jusqu'à une concentration de 50 %, tandis que leur soif déclinait après 50 %. Ces chercheurs recommandent ainsi de ne pas passer brutalement d'une consommation d'eau douce à une consommation d'eau de mer (pour des naufragés par exemple), mais plutôt d'augmenter progressivement la proportion d'eau de mer dans l'eau douce.

Les manuels de survie conseillent en général de ne pas boire d'eau de mer. Par exemple, le Medical Aspects of Harsh Environments (« Aspects médicaux des environnements hostiles »)[13] présente une analyse de 136 voyages en embarcation de sauvetage. Le risque de décès s'élevait à 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'à ce que la salinité soit acceptable ; on utilise cette technique en agriculture, pour l'irrigation. Les techniques plus complexes, mises en œuvre notamment sur les grands navires, incluent les évaporateurs à vide, les évaporateurs « flash » ou les membranes d'osmose inverse. La re-minéralisation de l'eau en fin de tels traitements, doit alors être prévue pour une consommation sur une longue durée.

Anecdotes[modifier | modifier le code]

  • René Quinton, un scientifique autodidacte, découvrit la similitude de notre milieu intérieur et de l'eau de mer. Il acquit en 1906 une célébrité mondiale en sauvant, par l'injection d'eau de mer isotonique, des milliers d'enfants atteints du choléra et il montra que la transfusion d'eau de mer pouvait remplacer la transfusion sanguine[réf. nécessaire].

Citations[modifier | modifier le code]

« La mer est salée parce qu'il y a des morues dedans. Et si elle ne déborde pas, c'est parce que la providence, dans sa sagesse, y a placé aussi des éponges »Alphonse Allais (Citation humoristique)

Sources[modifier | modifier le code]

Références générales[modifier | modifier le code]

  • (en) L. W. Tilton et J. K. Taylor, « Refractive index and dispersion of distilled water for visible radiation, at temperatures 0 to 60 °C », J. Res. Nat. Bur. Stand., vol. 20,‎ 1938, p. 419 (RP1085) (ISSN 0091-0635)
  • E. Dorsey, Properties of Ordinary Water Substance in all of its Phases: Water-vapor, Water, and all the Ices, Reinhold Publishing, 1940.

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Données du World Ocean Atlas, 2001 [lire en ligne].
  2. Iver Duedall, Notes de cours - Océanographie, Florida Institute of Technology [lire en ligne].
  3. (en) 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 », Phil. Trans., vol. 29,‎ 1715, p. 296-300
  4. Paul R. Pinet, Invitation to Oceanography, St. Paul: West Publishing Company, 1996 (ISBN 978-0763740795), p. 133.
  5. UNESCO, Tables océanographiques internationales, citées par Andrew W.Dickson et Catherine Goyet (éds.), 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 », p. V-10 [lire en ligne]
  6. La salinité de l'océan
  7. Alice Bomboy, « L'odeur rafraîchissante de l'océan »,‎ juin 2008 (consulté le 17 juin 2010)
  8. La radioactivité naturelle en 10 épisodes, texte illustré publié par l'association Société française de radioprotection ; voir chap 5 : Radioactivité en milieu marin ; p. 13/24 du pdf
  9. 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.
  10. Ask A Scientist - Biology Archive lien
  11. (de) Von Ulli Kulke, « Durst löschen mit Salzwasser », dans Der Spiegel, 14 avril 2006 [lire en ligne (page consultée le 22 décembre 2010)]
  12. (en) Z. Etzion et R. Yagil, « Metabolic effects in rats drinking increasing concentrations of sea-water », Comp. Biochem. Physiol. A, vol. 86, no 1,‎ 1987, p. 49-55 (ISSN 0300-9629, DOI 10.1016/0300-9629(87)90275-1)
  13. Medical Aspects of Harsh Environments, chapitre 29 « Shipboard Medicine » [lire en ligne]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]