• La Chimie de l'eau de mer

    Ici, nous abordons le côté plus technique de l'eau de mer. Même si ce sujet est des plus intéressants, nous ne pouvons détailler tous ce qu'il y a à savoir sur ce sujet et nous vous référons à d'autres sources couvrant ce sujet. Parmi elles, naturellement, l’œuvre monumentale de René Quinton: "L'eau de mer  - milieu organique" - (1912: Ed. Masson) Réimprimé: Ed. ENCRE 1995.
     

     
     
     

      
    Concentration des sels dans l'eau de mer
     
    Pour définir l'eau de mer, on utilise certains mots clef pour en déterminer les caractéristiques spécifiques.
    Par exemple :
       
    Isotonique:
    Le préfixe " iso " signifie égal. En médecine, un fluide est dit isotonique lorsqu'il a la même concentration moléculaire que le plasma sanguin.  Dans le cas d'une solution saline, cela équivaut à 9 parties par mille d'eau pure. Cette concentration isotonique ne contient donc qu'un tiers de la teneur en sel de l'eau des océans. Si vous avez 100cc d'une solution isotonique d'eau de mer, 9cc seraient des sels dissous et 91cc, de l'eau pure.
       
    Hypertonique: Quand cette concentration est plus élevée que 9/1000, elle est dite hypertonique. L'eau de mer à une concentration de 21/1000 est parfois désignée " Duplase " mais cette appellation n'est pas fréquemment employée. Elle contient approximativement 2/3 de la teneur en sels de l'eau de mer régulière.
    La salinité de l'océan est équivalente au poids des sels dissous et s'exprime en X parties par mille. La salinité normale de l'océan équivaut à 35 parties/mille. Donc, dans 1000 grammes d'eau de mer, on trouve 35 grammes de sels dissous et 965 grammes d'eau pure
     
    Si l'on injecte dans le corps humain une grande quantité de fluide à une concentration inférieure ou supérieure à la concentration isotonique de 9/1000, il en résulte des dommages aux cellules : soit elles s'effondrent sur elles-mêmes (> 9/1000 de sels en solution), soit elles gonflent jusqu'à s'éclater (< 9/1000 de sels en solution) Ceci ne s'applique pas lorsque l'eau est introduite dans le corps par voie orale
    Une solution saline médicale est une solution concentrée de 9/1000 parties de sel, le sel de table régulier, NaCl.
    La composition de l'eau de mer est plus que simplement de l'eau salée ordinaire. C'est une substance complexe et vivante que nous détaillerons plus loin.
     

       
    La Chimie de l'eau de mer


      
    1. La salinité est reliée à la concentration des sels dissous dans l'eau de mer
     
    Dans le passé, le taux de salinité était mesuré en évaporant de l'eau et en pesant le montant des sels restant. À cause de la difficulté et de l'inexactitude de cette approche, on utilise maintenant la conductivité électrique pour mesurer la salinité.
     
    • La conductivité augmente en proportion de l'augmentation des sels dans l'eau de mer.
    • La conductivité donne des résultats précis: 35.0000X.
    • La conductivité (ainsi que la température et la profondeur) sont mesurées par des instruments appelés: CTDs (Conductivity Temperature Depth). Ces instruments peuvent peuvent faire des milliers de mesures à l'heure.
    • La salinité, la température, et la profondeur (pression) peuvent être utilisées pour calculer la densité, facteur important pour comprendre la circulation verticale de l'eau de mer.
    • La salinité est plus élévée à la surface des eaux chaudes et tropicales, où il y a plus d'évaporation que de précipitation. Elle est la plus basse où il y a de grandes entrées d'eau douce des fleuves.
     
    Il n'y a pas d'unité de salinité. (Le PSU ou "practical salinity unit" est une appellation incorrecte bien que fréquemment utilisée.) 
     
    • La salinité est approximativement égale au poids, en grammes, des sels dissous par 1000g d'eau de mer. Ce serait la concentration de sels en parties par mille (‰).
    • Les eaux des océans ont une salinité myenne de 35,0. Ceci signifie que 1000g d'eau de mer moyenne contiennent généralement 965g d'eau pure et 35g de sels.
       
         
    Salinité des Océans
    Salinité Mondiale
     
     

       
    2. Les sels sont des ions.
     
    Les cations ont une charge électrique positive et les anions ont une charge électrique négative. Les sels sont électriquement neutres parce que la charge des cations et anions est opposée et égale.
     
    Lorsque les sels sont dissous dans de l'eau, ils se décomposent en cations et anions. Voici deux exemples:
     
    • Le chlorure de sodium, NaCl, se décompose en Na+ et Cl-.
    • Le sulphate de magnésium, MgSO4, se décompose en Mg2+ et SO42-. 
       
       
    3. Six ions majeurs composent plus de 99% des sels dissous dans l'eau de mer.
     
    Ce sont les ions de sodium (Na+), de chlorure (Cl-), de sulphate (SO42-), de magnésium (Mg2+), de calcium  (Ca2+), et de potassium (K+).
     
       
    4. Tous les éléments de la nature (non produits par l'homme) se trouvent dans l'eau de mer.
     
    Certains, cependant s'y retrouvent en très faible concentration. Ex.
     
    • Fer, 0.06 parties par milliard (ppm)
    • Plomb, 0.002 ppm.
    • Or, 0.005 ppm.
    • Protactinium, 0.00000005 ppm.
       
    5. Les ions majeurs sont constants. Cela veut dire, qu'ils sont en proportion constante... les autres ions et  la salinité, dans la plupart des régions océaniques.
     
    Autrement dit, les sels de mer ont une composition constante. Ils sont presque toujours 55% d'ions de sodium, 31% d'ions de chlorure, 8% d'ions de sulfates, 4% d'ions de magnésium, 1% d'ions de calcium et 1% d'ions de potassium.
     
    L'exception majeure se présente lorsque l'eau douce et l'eau de mer se mélangent. L'eau des rivières a une composition différente de  l'eau de mer. Par exemple, elle contient plus d'ion de calcium.
      
    6. Les sels de mer proviennent principalement des roches: les cations de la surface des sols et les anions de l'intérieur des terres. 
     
    La décomposition atmosphérique des roches est un processus lent opéré par l'eau, sous l'effet du dioxyde de carbone, ce qui tend à augmenter l'acidité
     
    Il n'y a pas assez d'anions dans les roches volcaniques pour être une source de minéraux pour l'eau des océans. Les roches sédimentaires en fournissent. 
     
    • Les rivières transportents les ions dissous vers l'océan.
    • Malgré la probabilité que la décomposition atmosphérique ait été plus rapide à l'origine de la terre,  il faudrait aujourd'hui seulement 8 à 260 millions d'années pour remplacer tous les sels de mer par l'eau des rivières qui se jettent dans l'océan.
    • Le temps nécessaire pour remplacer totalement les ions dans l'eau de mer par des ions provenant des rivières s'appelle le 'temps de résidence'.
    • Ce temps de résidence étant plus court que la durée de la terre, il doit y avoir des processus qui diminuent les sels des océans pour empêcher qu'ils deviennent toujours plus salés.
       
    7. La composition et la concentration des sels des océans sont "constantes". Cela veut dire que les océans n'ont pas changé depuis des millénaires.
     
    Les évidences géologiques indiquent que la concentration et la composition des sels de mer sont demeurées les mêmes depuis au moins 1.5 milliard d'années.
    Le niveau de tolérance des bactéries  qui vivaient il y a 3.6 milliards d'années avant l'ère actuelle démontre que la concentration et la composition des sels de mers n'étaient pas très différentes même à cette époque.
     
    Cette constance résulte du fait que le rythme de remplacement des sels est constant, la vitesse de réduction des sels augmentant avec leur concentration
     
    Les processus de réduction des sels comprennent:
     
    • la formation de sédiments (dépôts de sels qui se déposent lorsque l'eau de mer s'évapore
    • l'enterrement de l'eau des sédiments (l'eau entre les grains de sédiments)
    • les sédiments, spécialement les sédiments biologiques, pour Ca2+ (ions de calcium ion) comme le carbonate de calcium
    • de chlorites minérales dans les fentes et fissures des cheminées hydrothermiques, spécialement la formation cheminées. Ce processus enlève le Mg2+ (ion de magnésium).
      
    8. La plupart des autres substances (autres que les sels de mer) ne sont pas constantes. Leurs concentration peut varier selon la topologie et la profondeur, grâce principalement à l'absorption et aux rejests faits par des organismes.
       
    9. Plusieurs gaz importants ne sont pas constants, comme l'oxygène et le dioxide de carbonne.
     
    L'oxygène de l'atmosphère se dissout à la surface de l'eau de mer. La photosynthèse est aussi une source d'oxygène pour les eaux de surface des océans.
     
    L'oxygène est consommé par la respiration. Il est rare que les animaux et les bactéries utilisent tout l'oxygène sous les eaux de surface qui deviendraient anoxique. Ceci peut arriver seulement si les eaux sont isolées de l'atmosphère d'une manière ou l'autre.
     
    Le dioxide de carbone est consommé durant la photosynthèse et relâché durant la respiration. Il peut aussi être échangé avec l'atmosphère.
     
    Le dioxide de carbone peut réagir avec l'eau pour former des ions de bicarbonate et carbonate.
     
    CO2 + H2O –› HCO3- + H+ –› CO32- + 2H+
     
    Ces réactions contrôlent l'acidité  (pH) de l'eau de mer.
     
    Les organismes utilisent les ions de carbonate pour construire les coquilles de carbonate de calcium qui tombent après leur mort pour former des sédiments calcaires.
       
    10. Une autre groupe importante de substances non constantes dissoutes dans l'eau de mer sont les nutriments.
     
    Ce sont les fertilisants essentiels pour les plantes et les algues des eaux de mer.
     
    Les nutriments majeurs sont les nitrates, les phosphates, et les silicates (les derniers étant requis seulement par les organismes siliceux.)
     
    Les nutriments diminuent dans les eaux de surface, où il y a des plantes qui poussent, et se retrouvent en plus grande concentration dans les eaux profondes, C'est là où les déchets de décomposition des animaux et des plantes se retrouvent.
     
     

     
      Composition détaillée de l'eau de mer
    Salinité = 3.5%
     
    Pour un listing encore plus complèt des éléments dans l'eau de mer, veuillez consulter cette page
     
    Élement

     
    Hydrogène H2O
    Oxygène H2O
    Sodium NaCl
    Chlore NaCl
    Magnésium Mg
    Soufre S
    Potassium K
    Calcium Ca
    Brome Br
    Poids
    Atomique
     
    1.00797
    15.9994
    22.9898
    35.453
    24.312
    32.064
    39.102
    10.08 79.909
    ppm

     
    110,000
    883,000
      10,800
      19,400
        1,290
           904
               392             411         67.3
    Élement

     
    Molybdène Mo
    Ruthénium Ru
    Rhodium Rh
    Palladium Pd
    Argent Ag
    Cadmium Cd
    Indium In
    Étain Sn
    Antimoine Sb
    Poids
    Atomique
     
    0.09594
    101.07
    102.905
    106.4
    107.870
    112.4
    114.82
    118.69
    121.75
    ppm

     
    0.01
    0.0000007
    .
    .
    0.00028
    0.00011
    .
    0.00081
    0.00033
    Hélium He
    Lithium Li
    Béryllium Be
    Bore B
    Carbone C
    Azote N
    Fluor F
    Néon Ne
    Aluminium Al
    Silicium Si
    Phosphore P
    Argon Ar
    Scandium Sc
    Titane Ti
    Vanadium V
    Chrome Cr
    Manganèse Mn
    Fer Fe
    Cobalt Co
    Nickel Ni
    4.0026
    6.939
    9.0133
    10.811
    12.011
    14.007
    18.998
    20.183
    26.982
    28.086
    30.974
    39.948
    44.956
    47.90
    50.942
    51.996
    54.938
    55.847
    58.933
    58.71
    0.0000072 0.170
    0.0000006
    4.450
    28.0
    15.5
    13
    0.00012
    0.001
    2.9
    0.088
    0.450
    <0.00000
    0.001
    0.0019
    0.0002
    0.0004
    0.0034
    0.00039
    0.0066
    Tellure Te
    Iode I
    Xenon Xe
    Césium Cs
    Baryum Ba
    Lanthane La
    Cérium Ce
    Praseodyme Pr
    Neodyme Nd
    Samarium Sm
    Europium Eu
    Gadolinium Gd
    Terbium Tb
    Dysprosium Dy
    Holmium Ho
    Erbium Er
    Thulium Tm
    Ytterbium Yb
    Lutécium Lu
    Hafnium Hf
    127.6
    166.904
    131.30
    132.905
    137.34
    138.91
    140.12
    140.907
    144.24
    150.35
    151.96
    157.25
    158.924
    162.50
    164.930
    167.26
    168.934
    173.04
    174.97
    178.49
    .
    0.064
    0.000047
    0.0003
    0.021
    0.0000029
    0.0000012
    0.00000064
    0.0000028
    0.00000045
    0.0000013
    0.0000007
    0.00000014
    0.00000091
    0.00000022
    0.00000087
    0.00000017
    0.00000082
    0.00000015
    <0.000008
    Cuivre Cu
    Zinc Zn
    Gallium Ga
    Germanium Ge
    Arsenic As
    Sélénium Se
    Krypton Kr
    Rubidium Rb
    Strontium Sr
    Yttrium Y
    Zirconium Zr
    Niobium Nb
    63.54
    65.37
    69.72
    72.59
    74.922
    78.96
    83.80
    85.47
    87.62
    88.905
    91.22
    92.906
    0.0009
    0.005
    0.00003
    0.00006
    0.0026
    0.0009
    0.00021
    0.120
    8.1
    0.000013
    0.000026
    0.000015
    Tantale Ta
    Tungstène W
    Rhénium Re
    Osmium Os
    Iridium Ir
    Platine Pt
    Or Au
    Mercure Hg
    Thallium Tl
    Plomb Pb
    Bismuth Bi
    Thorium Th
    Uranium U
    Plutonium Pu
    180.948
    183.85
    186.2
    190.2
    192.2
    195.09
    196.967
    200.59
    204.37
    207.19
    208.980
    232.04
    238.03
    (244)
    <0.0000025
    <0.000001
    0.0000084
    .
    .
    .
    0.000011
    0.00015
    .
    0.00003
    0.00002
    0.0000004
    0.0033
    .

    Note! ppm= parties par million = mg/litre = 0.001g/kg.
    Source: Karl K Turekian: Oceans. 1968. Prentice-Hall
     
    Important! Il faut se souvenir que les lois de l'osmose, diffusion et filtration sont au travail ici. Dans tous les cas, les forces osmotiques attirent l'eau dans la direction d'une concentration plus forte. Les substances dissoutes et les particules (nutriments etc.) se dirigent vers les régions de moindre concentration.
     
    Pour voir une bonne explication au sujet de l'OSMOSE, allez ici:
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose
     
    Cela veut dire qu'une solution plus forte n'est pas nécessairement meilleure parce qu'elle encourage la sortie de l'eau des cellules vers la direction extra-cellulaire.
    La solution isotonique a l'avantage de normaliser rapidement l'environnement intracellulaire.
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