Salinité,
température et densité de l'eau de mer
par A. NIEL (Aquarama - 1982)
Il y a deux points importants à noter sur les mesures de densité
au bord de la mer ou dans les estuaires. Le premier concerne la quantité
de matière organique dissoute dans l'eau de mer et qui peut être
importante dans certaines régions littorales. Elle influe directement
sur la densité et donc sur la " salinité " mais
ne correspond pas à des sels. Le deuxième concerne les observations
que l'aquariophile peut faire dans certains pays tropicaux. Dans ces pays,
il existe une mangrove ayant une eau saumâtre qui correspond généralement
à de l'eau de mer qui s'est bien mélangée avec de
l'eau douce. Qu'en est-il dans les zones où la rivière va
rencontrer la mer ? L'onde de marée remonte l'embouchure de la
rivière. II y a plusieurs types d'estuaires, selon leur géométrie
propre, le débit de la rivière et l'amplitude de l'onde
de marée. En dehors des crues exceptionnelles l'un des plus répandus
correspond au schéma à " coin d'eau salée ".
Selon la marée, le coin d'eau salée (plus dense) pénètre
plus ou moins profondément sous l'eau de la rivière (moins
dense). Dans les rivières à petit débit on peut ainsi
trouver dans la couche à ras du fond des poissons strictement marins.
Mais la plupart des poissons d'estuaires sont dits " euryhalins "
c'est-à-dire qu'ils supportent sans dommage des variations importantes
et rapides de la salinité. C'est le cas de beaucoup de juvéniles
de poissons marins tropicaux qui migrent ensuite vers des eaux à
salinité plus constante. Lorsqu'ils fuient les poissons suivent
toujours une trajectoire horizontale et, s'ils sont proches de la mer,
les poissons d'eau douce s'échappent en remontant la rivière.
Si vous observez un poisson dans le fond d'une telle rivière et
que vous mesuriez la densité en surface vous allez croire qu'il
vit en eau douce. Il n'en est rien. Ainsi certains ouvrages aquariophiles
parlent de poissons fluviatiles qui sont en réalité des
poissons de mer qui peuvent vivre dans une eau ayant une salinité
diminuée. Le mélange entre l'eau douce et l'eau de mer peut
se faire quelques fois assez loin des côtes si le débit de
la rivière est important. Dans les zones coralliennes, ce mélange
se réalise souvent au niveau des vagues. A titre indicatif voici
les salinités d'une baie proche de Nouméa où la faune
corallienne est installée et où s'écoule une rivière
:
|
S ‰
|
02 ml/l
|
NO3
|
NO2
|
Si02
|
T °C
|
|
|
0 m
|
30,6
|
4,64
|
0,44
|
0,08
|
26,2
|
27,85
|
|
- 10 m
|
34,8
|
4,70
|
0,09
|
0,05
|
6,4
|
26,27
|
|
- 20 m
|
35,5
|
4,69
|
0,10
|
0,04
|
3,2
|
25,20
|
| Les mesures de NO3, NO2 et Si02 sont en µmol/l. | ||||||
La lecture de la densité sur un aréomètre n'est pas
évidente. Il est souhaitable de prélever un peu d'eau dans
un bocal assez haut et d'y plonger l'appareil. Pour effectuer une lecture
précise, il faut mettre ses yeux à la hauteur de la surface
du liquide et lire la graduation qui correspond au bas du ménisque.
La tige graduée étant fine provoque une légère
remontée de l'eau autour de celle-ci. Il ne faut donc pas lire
la graduation touchée par la remontée de l'eau. L'erreur
commise lors de la lecture est non négligeable. Elle correspond
à environ ± 2% provoquant un écart sur la salinité
de ± 2,5 g/kg. Si vous avez un aquarium de 400 litres d'eau, cela
veut dire que vous ne connaissez pas, à un kilo de sel près,
la quantité des sels dissous.
J.M. Choisel (1978 - communication personnelle) a déterminé
une formule de salinité d'après les tables de Mohr-Knudsen
et qui donne une précision de l'ordre d'un dixième de gramme
par kilo pour les températures et les densités observables
dans un aquarium marin tropical.
|
S
= 0,413 T + 1,325 D - 6,26
|
S étant la salinité (gramme de sel par kilo d'eau de mer) T la température
(degré Celsius) D la densité correspondant à 20,0 si on lit 1,020 sur
le densimètre, 30,0 si on lit 1,030 sur le densimètre ; c'est le sigma-T
des océanographes. Pour un aquarium marin tropical, les densités acceptables
aux différentes températures sont les suivantes, pour correspondre à des
salinités entre 33‰ et 35‰ :
|
T
°C
|
densité
|
T °C
|
densité
|
|
23
|
1,0225-1,0239
|
26
|
1,0215-1,0230
|
|
23,5
|
1,0223-1,0238
|
26,5
|
1,0214-1,0229
|
|
24
|
1,0222-1,0237
|
27
|
1,0212-1,0227
|
|
24,5
|
1,0220-1,0235
|
27,5
|
1,0211-1,0226
|
|
25
|
1,0218-1,0233
|
28
|
1,0209-1,0224
|
|
25,5
|
1,0217-1,0232
|
28,5
|
1,0207-1,0222
|
Nous allons voir maintenant l'utilisation de la formule ci-dessus dans
des cas pratiques qui se posent à l'aquariophile lors des changements
d'eau.
Exemple 1
Pour une température de 25°C et une densité de 1,028
on obtient une salinité de :
S = 0,413 x 25 + 1,325 x 28 - 6,26 = 41,175 g/kg ou ‰.
On remarque alors que, dans ce cas, la salinité est trop élevée.
Il va falloir enlever de l'eau de mer et rajouter petit à petit
de l'eau douce. Combien d'eau de mer faut-il enlever si nous voulons obtenir
une salinité finale de 35 g/kg dans notre aquarium de 400 litres
ou de 400 x 1,028 = 411 kilogrammes d'eau.
L'excès de sel dans l'aquarium est de : (41,2 - 35) x 411 = 2 548
g.
Quand on retire 1 kg d'eau de mer on enlève 41,2 g de sel.
Le nombre de kg d'eau de mer à enlever est de : (41,2 - 35) x 411
: 41,2 = 61,8 kg
soit un volume de 61,8: 1,028 = 60 litres d'eau de mer à remplacer
par de l'eau douce. L'opération pourra s'effectuer en plusieurs
fois. On obtient des résultats à peu près identiques
(attention toutefois aux conséquences sur la faune) en procédant
en une ou plusieurs étapes.
Exemple 2
Avec une température de 28°C et une densité de 1,019
un aquarium de 400 litres (soit 400 x 1,019 = 408 kg) a donc une salinité
de :
S = 0,413 x 28 + 1,325 x 19 - 6,26 = 30,5 g/kg.
Si nous désirons obtenir une eau dans l'aquarium ayant une salinité
de 34 ‰, il va falloir soutirer de l'eau et rajouter de l'eau de
mer. Si cette dernière a été préparée
avec une salinité de 35‰, combien doit-on en rajouter ?
Quand on enlève 1 kg d'eau de l'aquarium, on retire aussi 30,5
g de sels, puis on remet 35 g de sels provenant de l'eau neuve.
Donc, en définitive, on en remet : 35 - 30,5 = 4,5 g par kg d'eau
de mer. La quantité d'eau à remplacer est : (34 - 30,5 x
408): (35 - 30,5) = 317 kg
soit un volume de 317: 1,019 = 311 litres d'eau de mer.
Compte tenu du volume de l'aquarium (400 I) on a intérêt,
dans ce cas, à vider complètement l'aquarium ou à
préparer une saumure.
DÉFINITIONS DE QUELQUES GRANDEURS PHYSIQUES RELATIVES A L'EAU
DE MER
Salinité: c'est essentiellement une grandeur " parlante "
puisqu'elle est trop compliquée à mesurer directement. Elle
se définit maintenant, non sans une certaine ambiguïté,
comme étant une fonction polynomiale de rapports de conductivité
d'un échantillon d'eau à tester à celui d'une eau
étalon ayant précisément une salinité de 35‰. Son symbole est S et
elle s'exprime en gramme par kilogramme ou pour mille (‰). L'ordre
de grandeur de la salinité de l'eau de mer est de 35‰. Caractéristiques
de salinité des eaux :
Caractéristiques de salinité des eaux :
- douce : 0 à 0,5 ‰
- méiomésohaline : 3 à 10 ‰
- polyhaline : 18 à 30 ‰
- oligohaline : 0,5 à 3 ‰
- pléiomésohaline : 10 à 18 ‰
- euhaline : 30 à 40 ‰
La salinité se déduit de la conductivité, de la résistivité,
de la chlorinité, de la chlorosité et, pour les amateurs,
de la densité et de la température de l'eau de mer.
Densité : (en anglais : specific gravity). Rapport de la
masse d'un certain volume d'eau de mer à celle d'un même
volume d'eau distillée à son maximum de densité (4°C)
et à la pression atmosphérique normale.
C'est un nombre pur, c'est-à-dire sans unité, qui équivaut
numériquement à la masse volumique si cette dernière
est exprimée en kilogramme par litre ou gramme par millilitre.
La densité de l'eau décroît lorsque la température
s'élève et augmente avec la salinité.
 |
| Lecture de la densité sur un aéromètre (densimètre). Photo et dessins A Niel |
 |
 |
| -
A droite : densimetre standàrd pour aquariophiles (longueur
20,6 cm). - Au centre : densimètre spécialement gradué pour aquarium et étalonné à 78 °F soit 25,5 °C (longueur 31,3 cm). Il est vendu avec un tube doseur en plastique (à gauche) et est commercialise par NEKTONICS R & D LTD BROOKLYN N.Y. 11210 USA Il existe un modèle avec thermomètre incorporé et un autre sans. Photo : A. Niel |
Pour les aquariums, la densité peut varier entre 1,021 et 1,024.
La densité se mesure avec un densimètre ou se déduit
par des tables hydrographiques de la chlorinité ou de la salinité,
et de la température.
Masse volumique ou masse spécifique: (en anglais density).
Masse de l'unité de volume de l'eau de mer. Elle s'exprime en gramme
par centimètre-cube dans le système C.G.S.
Poids volumique ou poids spécifique: poids de l'unité
de volume de l'eau de mer. Elle s'exprime en gramme-force par centimètre-cube
(gf/cm3). En pratique, ces expressions sont souvent utilisées dans
le sens de masse volumique.
Dans beaucoup d'ouvrages aquariophiles, et notamment ceux traduits de
l'anglais, " poids spécifique" est utilisé incorrectement
à la place de " densité ". Il faut dire que "
specific gravity " est mal traduit par beaucoup de dictionnaires
non techniques par " poids spécifique " ainsi que "
density " par " densité ".
Volume spécifique ou volume massique: c'est l'inverse de
la densité. Pour une température donnée, une densité
de 1,023 correspond à un volume spécifique de 1 : 1,023
= 0,9775.
Chlorinité: elle s'exprime en gramme par kilogramme. C'est
la valeur numérique qui correspond à la masse de nitrate
d'argent nécessaire pour précipiter les halogènes
(chlore et éléments chimiques de la même famille)
d'un échantillon d'eau de mer de 0,3285233 kg.
La chlorinité (Cl) est plus facile à mesurer à l'aide
d'appareils que la salinité (S). Celle-ci est alors obtenue à
l'aide de la relation : S ‰ = 1,80655 Cl ‰ (non valable en aquariophilie).
Chlorosité: signifie la même chose que la chlorinité
mais s'exprime en gramme par litre. La température utilisée
est de 20 °C.
REMERCIEMENTS: L'auteur remercie Messieurs J.P. BERTHET et Y. MAGNIER
pour l'aide apportée.
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