La salinité, définitions et méthodes de mesures
Par définition (1), la salinité désigne la masse totale de substances solides dissoutes (en grammes) par kilogramme d’eau de mer.
Les constituants de l’eau de mer sont en proportions, très sensiblement, constantes quelque soit l’endroit sur le globe et quelque soit la salinité. Les sels de la mer ont été bien mélangés sur tout le globe.
Un petit peu d’historique sur la définition de la salinité de l’eau de mer. Il est à remarqué que l’on est bien là dans le domaine des définitions pour permettre à tous de parler de la même chose et d’avoir des mesures reproductibles.
A – La valeur de la masse correspondant à la définition (1) est extrêmement difficile à déterminer. En 1900 un stock d’eau de mer dit ‘eau normal (standard seawater)’ est constitué, comme référence. Il est régulièrement renouvelé depuis (le premier stock étant épuisé depuis environ les années 30) à partir d’eau de mer de l’atlantique nord. Il sert pour les étalonnages de grande précision.
B – En 1902 un protocole opératoire est défini pour par une commission internationale pour en approcher la détermination.
La salinité absolue ‘SA’ est alors : ‘la masse en grammes de substances solides contenues dans un kilogramme d’eau de mer, les carbonates étant transformés en oxydes, les bromures et iodures remplacés par leur équivalent en chlorures, les matières organiques étant oxydées’.
Elle était exprimée 1902 en g/kg ou ‰.
C – De 1902 à 1978 et vu la difficulté à utiliser et la proportion des éléments constantes, la méthode utilisée est la mesure de la chlorinité. La chlorinité est définie comme étant ‘la masse (en g) des halogènes contenus dans un kilogramme d’eau de mer, les ions bromure et iodure étant remplacés par leurs équivalents en chlorure.’ Une formule de correspondance, modifiée trois fois, permet de passer de (3) à (1).
A partir de nombreuses mesures il a été défini :
- De 1902 jusqu’à 1962 : S = 0,03 + 1,805 0. Cl en ‰ où Cl = chlorinité.
- En 1962 cette relation a été modifiée à partir de travaux sur la chlorinité, le rapport de conductivité, la salinité et la masse volumique. De 1962 à 1969 : S = 1,806 55. Cl.
- De 1969 à 1978 : S = 1,806 55. 0,328 523.Ag en ‰ pour éliminer les ‘variations de chlorinité’ liées aux progrès dans la connaissance des masses atomiques de Cl et Ag.
D – Dans les années 1960 la mesure de conductivité commence à être utilisée. Le progrès des capteurs&électronique aidant, une nouvelle définition est adoptée en 1978 à partir de la conductivité.
La salinité, dite ‘Salinité pratique ou SP’ (qui est sans unité), d’un échantillon d’eau de mer est le rapport appelé K15 de la conductivité électrique de cet échantillon à la température de 15 °C et à la pression de 101325 Pa, sur celle d’une solution de chlorure de potassium (KCl) contenant 32,4356 g de KCl par kg de solution, sous les mêmes conditions de température et de pression.
Nota : le rapport à K15 est mentionné sur les ampoules de référence ‘d’eau normale’ pour l’étalonnage [6].
Il est a noté que les composés non électrolytique (Si(OH)4, NO3, CO2 …) ne sont pas ‘mesurés’. il a été estimé que pour S = 35, l’erreur SA – S = 0,16 ‰ (ou g/kg).
La conductivité électrique dépend à plus de 80 % de la température du milieu. La conductivité augmente d’environ 2% par °C.
Équation d’états
Il n’y a pas de manière simple pour passer d’une valeur de densité en fonction de la salinité et de la température. Pour cela on utilise l’équation internationale d’état d’eau de mer pour faire le calcul.
Cette équation donne une valeur approchée (mais d’une très grande précision pour l’aquariophilie et d’autres usage) qui de plus correspond à la ‘bonne pratique’ des années 1980 à ce jour.
Depuis plus de trente ans, et jusqu’aux années 2010, l’échelle de salinité pratique PSS-78 ainsi que l’Équation internationale d’état de l’eau de mer IES-80 [1][6] qui définit la densité de l’eau de mer en fonction de la salinité pratique, de la température et de la pression, ont pleinement donné satisfaction à la communauté océanographique et aquariophile (sans être connue, bien souvent).
L’Unesco à mis à l’ordre du jour de 2009 des considérations concernant l’adoption d’une nouvelle équation. Adoptée depuis, la TEOS-10 [2] utilise la salinité absolue qui est rigoureusement constante (exprimée en unités SI), contrairement à la salinité pratique utilisée dans l’IES-80. Les méthodes de calculs de conversions on aussi fortement évoluées.
Calculs
Ce calculateur utilisant les équations TEOS-10 (et IES-80) est aussi disponible sur la page du ‘Calculateur d’eau de mer’ (en exclusivité ‘mondiale’ !).
Pour l’aquariophile
| Lieu | Salinité moyenne |
|---|---|
| Mer rouge | 40 |
| Mer méditerranée | 39 |
| Moyenne de la mer | 35 |
| Atlantique nord | 35 |
| Mer tropicale | 30 à 35 |
| Zone arctique | 32 |
| Embouchure du fleuve amazone | 31 |
| Mer du nord | 20 à 34 |
| Mer Baltique | 10 |
Valeurs indicatives
| Cations | g.kg–1 |
|---|---|
| Ion sodium (Na+) | 10,78145 |
| Ion magnésium (Mg2+) | 1,28372 |
| Ion calcium (Ca2+) | 0,41208 |
| Ion potassium (K+) | 0,39910 |
| Ion strontium (Sr2+) | 0,00795 |
Quelques sels dissous pour une eau de mer de salinité S=35 [6]
La salinité via la mesure en aquariophilie
En aquariophilie nous avons diverses méthodes pour connaitre la salinité dans notre aquarium via la mesure de conductivité, densité, chlorinité ou la réfraction.
| Équipement / Usages | Conductimètre | Densimètre à aiguille | Densimètre flottant / aéromètre | Test chimique Chlorinité | Réfactomètre |
|---|---|---|---|---|---|
| Mesure | Conductivité | Masse volumique | Masse volumique | Chrlorinité | Indice de réfaction |
| Étalonnage/calibrage usine | Oui | Oui A une température de 20°C le plus souvent | Oui A une température de 20°C le plus souvent | Non | Oui A une température de 20°C le plus souvent |
| Étalonnage de maintenance | Oui Avec une solution d’étalonnage | Non | Non | Indirect Utiliser les bonne doses pour le test | Oui Avec de l’eau osmosée ou solution étalon |
| Influence de la température sur la mesure obtenue | Oui Compensée à 20°C pour la plupart des appareils | Oui | Oui | Non | Oui Compensée à 20°C pour la plupart des appareils. |
| Mesure permanente (pour aquarium) | Possible | Non | Non | Non | Non |
| Obtention de la Salinité (hors calculateur) | Échelle fournie ou via l’électronique directement | Graduations sur l’appareil + table de conversion | Graduations sur l’appareil + table de conversion | Échelle Chlrorinité Salinité | Graduations sur l’appareil + table de conversion |
Conseils
- Les étalonnages sont souvent négligés par les aquariophiles. L’étalonnage est une opération importante et qui doit être faite minutieusement.
- Pour les réfractomètres on peut considérer sans trop d’erreur qu’une eau osmosée de qualité à une salinité de 0. Mais étalonner avec une solution de valeur proche des valeurs à mesurer est bien mieux (S=35 ou ou C = 53 mS/cm selon la mesure).
- Avant mesures : bien rincer les appareils avec l’eau du bac pour réfractomètre, densimètre à aiguille …
- Après mesure : bien rincer à l’eau osmosée (indispensable pour densimètre à aiguille), égoutter.
- Pour un aéromètre suffisamment précis : avoir une longueur min. de 30 cm.
Remarques – la température
Lorsque la mesure permet d’obtenir une densité, celle-ci est fonction de la température (ou de la température de compensation quand cela existe, qui est généralement à 20 °C. Ceci est important de garder à l’esprit en particulier si vous changez de méthode de mesure. Utilisez un calculateur ou une table pour passer d’une méthode à l’autre ou changer un paramètre comme la température.
Passer par la salinité évite une partie de ces artifices ou les conversions.
Références
- [1] Background paper and supporting data on the international equation of state of the seawater 1980
- [2] Unesco – Considération concernant l’adoption éventuelle d’une nouvelle formulation de l’équation d’état de l’eau de mer
- [3] Densité & chlorinité
- [4] Unesco – The international thermodynamic equation of seawater – 2010 – TEOS-10
- [5] Unesco – IES 80 – Algorithms for computation of fundamental properties of seawater – 1983
- [6] The composition of Standard Seawater and the definition of the Reference-Composition Salinity Scale. Frank J. Milleroa, Rainer Feistelb, Daniel G. Wrightc, Trevor J. McDougalld
- Unesco – Tenth report of the joint panel on oceanographic tables and standards 1980
- Densité
- Coral shop – Cs test chlorinity
- Eau de mer
- Conductivité – théorie et pratique
- Le sel de la mer – Gerard Copain-montégut
