La salinité, outil de surveillance 
des océans

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.

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 °C et à la pression atmosphérique normale de 1,0 bar, possède une salinité S de 35 g · kg^–1.

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 · kg^–1 d’un échantillon d’eau de mer à partir de la formule suivante :

$S=\mathrm{0,00}\text{8}0-0,\text{1692}{K}^{\frac{1}{2}}+\text{25},\text{3853}K+\text{14}\mathrm{,0}\text{941}{K}^{\frac{3}{2}}-\text{7}\mathrm{,0}\text{261}{K}^{\text{2}}+\text{2},\text{7}0\text{81}{K}^{\frac{5}{2}}$

avec K défini comme le rapport entre la conductivité électrique de cet échantillon d’eau de mer (à 15 °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 × 10^–1 mol · L⁻¹ mesurée à la même température et à la même pression.

Données

Conductivité électrique d’une solution : $\sigma = {\displaystyle {\sum }_i{\lambda }_i}·[{\text{X}}_i]$ pour $[{\text{X}}_i]$ < 10 mol · m^–3.

Conductivité molaire ionique des ions chlorure à 15 °C : λ(Cl^–) = 6,10 × 10^–3 S · m² · mol⁻¹.

Conductivité molaire ionique des ions potassium à 15 °C : λ(K⁺) = 5,88 × 10^–3 S · m² · mol⁻¹.

Comparer ce résultat à la valeur calculée précédemment.

Proposer une explication à l’écart obtenu.

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

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.