Calcul de la salinité à partir des macros éléments de l’eau

Posté le 3 mars 2017 par

Pour les curieux, je vais présenter succinctement une méthode pour calculer, avec une bonne approximation, la salinité de l’eau de mer (naturelle ou reconstituée) à partir des quantités de macros éléments de l’eau que l’on peut obtenir avec une analyse d’eau de nos aquariums de type ICP-OES (Triton lab, ATI, …). Un calculateur est proposé dans l’article pour la mise en pratique pour tous.

Les principaux éléments de l’eau de mer

L’eau de mer est constituée de nombreux éléments, mais seulement une dizaine d’entre eux ont un impact significatif sur la salinité quand à la précision qui nous intéresse. Les autres éléments ont une masse relative très faible et donc un impact négligeable sur la valeur de la salinité. Ces éléments sont mentionnés dans le tableau ci après.

Handbooks of methods for the analysis of the various parameters of the carbon dioxide system in sea water, US Department of Energy

 

Il est important de rappeler que les pourcentages relatifs de ces constituants sont constants dans l’eau de mer naturelle, quelques soit les mers, la salinité et la température.

Mais, pour ce qui est de nos aquariums, ces quantités et proportions sont plus ou moins approchées selon les fabricants de sels et les ajouts utilisés. Il en est de même pour les autres éléments non mentionnés ici et qui sont tout aussi importants pour la vie de nos aquariums. Ceci a un impact non négligeable sur la salinité. De plus, ces proportions étant susceptibles de changer dans l’eau synthétique, le résultat sera légèrement différent selon la méthode de mesure utilisée (réfractomètre, aéromètre, conductimètre, chlorinité), cette dernière favorisant plus ou moins la mise en avant d’une partie des constituants recherchés plus précisément par cette mesure.

Comment relier les analyses et la salinité ?

Les analyses ICP-OES fournissent des résultats pour les éléments chimiques de base (Na, Mg, Ca, S, K, P …) avec parfois quelques résultats complémentaires (dKH, PO4, Salinité …) selon les laboratoires. Elles ne donnent pas les valeurs pour les molécules ‘complexes’ des constituants qui nous importent (tableau ci-dessus).

Lorsque la salinité n’est pas fournie (ou même fournie, pour les plus curieux), à partir des seuls macros éléments mesurés (les autres ayant une masse négligeable), on peut reconstituer les éléments chimiques du tableau précédent.

Utilisons par exemple la mesure du souffre (S); on peut reconstituer la quantité et la masse de molécules de sulfate (So42-). Nous prenons ainsi tous les macros éléments mesurés un par un, et, en voyant leur provenance, nous reprenons le ‘chemin inverse’ pour calculer la masse des constituants d’origines auxquels ils appartiennent.

La mesure pour le Cl n’est pas toujours fournie. Dans le cas de Triton Lab, c’est la seule macro molécule manquante ayant un impact très important sur la salinité, mais, considérant que l’eau est équilibrée d’un point de vue ionique, on peut faire la différence entre les anions et cations pour estimer cette quantité manquante.

On peut aussi ajouter quelques autres éléments à partir de l’alcalinité, des gaz (quoi que presque négligeable), de constantes … Une fois que l’on a la masse par litre de chacun des éléments importants choisis, on additionne le tout.

Mais comme l’unité de la mesure est en g/l, nous devons encore faire une conversion en g/kg pour avoir la salinité (on parle ici de Salinité Pratique) en utilisant la masse volumique de l’eau.

Pour avoir ce lien entre la masse volumique et la Salinité Pratique nous utiliserons ici la méthode de conversion TEOS-10. Cette méthode, déjà présentée via un calculateur, est la plus précise à ce jour tout en étant complexe, mais les API (Application Programming Interface, pour les développeurs de programmes informatiques) de calculs sont fournies pour les conversions principales. Malheureusement il reste encore une dernière difficulté: nous ne connaissons pas la densité liée à la salinité puisque nous la cherchons. On peut dire que l‘on est dans le cas d’une référence circulaire ! Nous utiliserons donc un algorithme itératif pour obtenir le résultat final.

Le calculateur

Pour ceux qui veulent recalculer simplement la salinité de l’eau à partir de leur analyse, vous pouvez utiliser le calculateur proposé.

Saisissez les macros éléments de votre analyse pour avoir l’estimation de votre salinité.

Si vous avez une analyse Triton Lab, vous pouvez la télécharger sur le site Triton Lab sous le format de fichier .csv et ainsi le charger directement dans le calculateur. Cela vous évitera d’avoir à recopier manuellement les valeurs des macros éléments.

Le calculateur donne en retour :

  • La salinité calculée,
  • Les quantités de chacun des éléments pris en compte pour la salinité du bac,
  • Les quantités de chacun des éléments pris en compte si la salinité était à S=Sp=35 (normalisation) pour une comparaison plus simple avec l’eau de mer standard, divers références et sels …

Pour les hypothèses, ne rien toucher, sauf si vous savez pourquoi :). La température utilisée est celle de la mesure ICP-OES et non celle du bac.

Lien direct sur le calculateur.

Il est à noter que certains récifalistes pourront être surpris de trouver parfois une salinité plus basse, par exemple ≈ d’un point de moins, qu’ils ne le pensaient. Ceci est valable aussi bien pour la valeur fournie par ce calculateur que pour les salinités directement fournies sur les analyses qui la propose.

Bien que cela ne soit pas forcément la cause, pensez à étalonner vos appareils de mesures à des valeurs proches de l’eau de mer et de compenser en température avec les tables, quand elles sont fournies (malheureusement ce deuxième point est assez rare et pas facile d’usage).

Pour convertir ce résultat en ‘masse volumique’ (density) , ‘Masse volumique spécifique’ (SG) … en fonction de la température de votre eau du bac, vous pouvez utiliser le calculateur Sp ↔ ρ présenté dans un précédent article.

Version Anglaise.

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