La circulation thermo-haline

Quelques principes fondamentaux :

Masse volumique et densité :

La masse volumique (ρ) d’un corps est le rapport de sa masse par son volume, elle est exprimée en grammes par centimètre cube (1cm³ correspond à 1 mL) ou en kilogrammes par mètre cube : ρ=masse/volume.

La densité d’un corps (solide ou liquide) est le rapport de sa masse volumique par la masse volumique de l’eau (corps de référence).

La masse volumique de l’eau étant quasiment égale à 1 g.cm^-3 (soit 1000 kg.m^-3), la densité d’un objet et sa masse volumique ont la même valeur chiffrée, mais la masse volumique a une unité alors que la densité n’en a pas.

Principe d’Archimède :

Un corps flotte si sa masse volumique est plus faible que la masse volumique du liquide dans lequel il baigne.

Un corps coule si sa masse volumique est plus forte que la masse volumique du liquide dans lequel il baigne.

Exemples :

La masse volumique de l’eau PURE à 25°C est d’environ 997 kg.m^-3. Un corps flotte si sa masse volumique est inférieure à celle de l’eau (c’est-à-dire si sa densité est inférieure à 1) ; un corps coule si sa masse volumique est supérieure à celle de l’eau (c’est-à-dire si sa densité est supérieure à 1).

La masse volumique du fer est d’environ 8000 kg.m^-3 : il coule !

La masse volumique du chêne  est de 600 à 900 kg.m^-3 : il flotte !

Application à l’eau de mer :

La masse volumique de l’eau de mer dépend principalement de sa température qui varie d’environ 2°C à 30°C et de sa salinité (concentration en sel) qui varie environ de 0 kg.m^-3 à 40 kg.m^-3.

La loi de dépendance de la masse volumique de l’eau de mer en fonction de la température et de la salinité a été déterminée par des mesures. La formule est très complexe**, mais une formule (très) approximative est :

ρ = 1000 – 0,12 * T + 0,35 * S (en kg.m^-3) où ρ est la masse volumique, T la température, et S la salinité.

**NOTA : attention, la masse volumique de l’eau de mer dépend aussi de la pression, mais on calcule une masse volumique potentielle, ramenée à la pression atmosphérique (surface de la mer) pour éviter d’avoir à prendre en compte cette complication supplémentaire.

Calculer la gamme de masse volumique de l’eau de mer.

Que se passe-t-il si une eau de mer se réchauffe ? Si elle refroidit ?

Quid de la circulation thermo-haline :

On appelle circulation thermohaline de l’océan les courants qui se développent par une plongée ou une remontée des eaux, liée aux variations de température et de salinité.

Chaque bassin ou région de l’océan a des caractéristiques propres en température et salinité, qui sont déterminées par les caractéristiques de la zone (taux d’ensoleillement, de vent, apport des rivières, précipitation/évaporation). On appelle cela des « masses d’eau ». Quand ces masses d’eau se rencontrent, elles vont, en fonction de leur densité, couler ou flotter l’une par rapport à l’autre.

Illustrations simples sur la densité :

Montage réalisé à l’aide de matériel simple (bocaux et articles de pêche tels que du fil et un « buldo ») :

Illustrations de la circulation thermo-haline :

Accéder à la fiche d’illustrations

Activités sur la circulation thermo-haline :

Accéder à la fiche d’activités

Accéder à l’exercice: des U-Boot* en mer Méditerranée

Pour reproduire la circulation thermohaline à échelle réduite et comprendre son rôle dans le climat :

Revue La Météorologie

Auteur des données :

Yves Morel

https://exploreur.univ-toulouse.fr/swings-6-locean-le-climatiseur-planetaire