La salinité, outil de surveillance 
des océans

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : L'eau
Type : Exercice | Année : 2012 | Académie : Sujet zéro
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
La salinité, outil de surveillance
des océans
 
 

L’eau

Corrigé

44

Spécialité

pchT_1200_14_07C

 

Sujet zéro

Exercice 3 • 5 points

L’usage d’une calculatrice est autorisé.

L’eau des océans est en mouvement permanent. C’est un tapis roulant géant, à l’échelle du globe, d’eaux chaudes ou froides. On connaît une partie de ce tapis roulant : le Gulf Stream.

Les mesures des paramètres physico-chimiques de l’eau des océans alimentent les modèles représentatifs de la circulation océanique. En effet, les mouvements des masses d’eau sont régis par trois facteurs principaux :

  • les vents de surface pour les courants de surface (question non abordée dans l’exercice) 
  • la température : une masse d’eau chaude est moins dense qu’une masse d’eau froide, ce qui entraîne un mouvement ascendant de l’eau chaude et descendant de l’eau froide 
  • la salinité : plus une eau est salée plus elle est dense, ce qui entraîne un mouvement descendant de cette eau.

L’évolution de la circulation océanique est sûrement liée au réchauffement climatique et peut être étudiée grâce à des mesures de la salinité de l’eau. Les océans sont donc sous surveillance.

Par exemple, le programme ARGO est lancé depuis plus de 10 ans : plus de 3 000 bouées enregistrent quotidiennement température et salinité de l’eau de mer en surface, au gré de leur errance sur tous les océans. Régulièrement, les bouées émettent leurs données qui sont transmises par satellite. Chaque point sur le document ci-dessous correspond à la position d’une des bouées au 15 septembre 2011.


 

1. Comprendre la notion de salinité

L’eau de mer contient de nombreuses espèces dissoutes, la majorité d’entre elles sont des ions. Pour une quantité définie d’eau de mer, égale à un kilogramme, on peut déterminer la masse en grammes des espèces dissoutes contenues dans ce volume. L’eau de mer de référence appelée « eau de mer normale » à la température de 15 &deg C et à la pression atmosphérique normale de 1,0 bar, possède une salinité S de 35 g &middot  kg&ndash 1.

1 La densité de l’eau de mer normale d est égale à 1,02597. Quelle est la masse d’espèces dissoutes dans un m3 de cette eau de mer ?

2 Proposer un protocole simple permettant de mesurer la salinité d’une quantité d’eau de mer au laboratoire.

2. Mesurer la salinité des océans

Les espèces dissoutes dans l’eau de mer étant essentiellement ioniques, la mesure de la conductivité électrique de l’eau de mer s’est imposée pour en déduire la salinité. Dans les océans, les salinomètres, comme ceux présents sur les bouées du programme ARGO, mesurent simultanément la température, la pression atmosphérique et la conductivité de l’eau de mer. Elles peuvent réaliser jusqu’à huit mesures de conductivité par seconde, aboutissant à autant de valeurs de salinité.

Les mesures de conductivité permettent de calculer la salinité S en g &middot  kg&ndash 1 d’un échantillon d’eau de mer à partir de la formule suivante :

S=0,0080&minus 0,1692K12+25,3853K+14,0941K32&minus 7,0261K2+2,7081K52

avec K défini comme le rapport entre la conductivité électrique de cet échantillon d’eau de mer (à 15 &deg C et à la pression de 1,0 bar), et la conductivité électrique d’une solution de chlorure de potassium de référence de concentration molaire C= 4,48 &times  10&ndash 1 mol &middot  L&minus 1 mesurée à la même température et à la même pression.

Données

Conductivité électrique d’une solution : σ= &sum iλi&thinsp &middot &thinsp [Xi] pour [Xi] 10 mol &middot  m&ndash 3.

Conductivité molaire ionique des ions chlorure à 15 &deg C : λ(Cl&ndash ) = 6,10 &times  10&ndash 3 S &middot  m2 &middot  mol&minus 1.

Conductivité molaire ionique des ions potassium à 15 &deg C : λ(K+) = 5,88 &times  10&ndash 3 S &middot  m2 &middot  mol&minus 1.

1 En utilisant la relation donnant la conductivité électrique d’une solution, calculer la conductivité électrique de la solution de référence de chlorure de potassium. On mesure, à 15 &deg C, la valeur de cette conductivité électrique σmesurée= 4,2914 S&thinsp &middot &thinsp m&minus 1.

Comparer ce résultat à la valeur calculée précédemment.

Proposer une explication à l’écart obtenu.

2 Pour un échantillon de l’eau de l’océan arctique (à 15 &deg C et à la pression de 1,0 bar), on mesure la conductivité σarct= 3,9604 S&thinsp &middot &thinsp m&minus 1. Calculer la valeur de la salinité S d’une solution de cette eau de mer en donnant le résultat avec deux chiffres significatifs.

Comparer à la salinité de « l’eau de mer normale ».

3. La salinité des eaux de surface océaniques et le climat

Les mesures relevées par les bouées du programme ARGO, ont permis de relever différents paramètres en fonction de la latitude.

La salinité de l’océan est un paramètre clef pour étudier la circulation océanique des eaux de surface et comprendre le lien avec le changement climatique.


 

Figure 1. Évolution de la température et de la salinité des eaux de &shy surface en fonction de la latitude, à partir des relevés de balise ARGO


 

Figure 2. Précipitations annuelles en mm

1 À l’aide de la figure 1, proposer une explication à l’évolution de la salinité des eaux de surface pour les latitudes comprises entre 60&deg et 20&deg  sud.

2 À l’aide des figures 1 et 2, proposer une explication à l’évolution de la salinité des eaux de surface au voisinage de la latitude de 0&deg .

3 Proposer une explication aux écarts de salinité moyenne des zones B et C par rapport à l’eau de mer normale (zone Atlantique Nord).

 

Zone étudiée

Atlantique Nord

Zone A (zone arctique)

Zone B 
(mer Méditerranée)

Zone C (embouchure du fleuve Amazone)

Salinité moyenne (g &middot  kg&ndash 1)

35

32

39

31

 

4 Émettre une hypothèse sur l’évolution de la salinité dans la zone arctique compte tenu de l’augmentation de la température dans cette zone due au réchauffement climatique.

Notions et compétences en jeu

Extraire et exploiter l’information • Calculer, proposer une mise en œuvre d’une démarche expérimentale • Connaître les notions de salinité, de masse volumique, de densité, de dosage.

Les conseils du correcteur

S’appuyer sur tous les documents pour donner une réponse cohérente (quelle qu’elle soit) à la question posée.