Courants océaniques climat et traceurs chimiques

Terminale S -Physique Chimie –Enseignement de spécialité
LMD -Mme Blanc
Thème 1 : L’eau
Domaine d’étude : Eau et environnement
Mots-clés :
-Mers ; océans ; climat ; traceurs chimiques.
-Erosion ; dissolution ; concrétion.
-Surveillance et lutte physico-chimique contre les pollutions ; pluies acides.
Activité : Courants océaniques, climat et traceurs chimiques
Pour commencer, une animation flash pour se remémorer quelques notions sur le climat, l’effet de serre, circulations
des courants aériens et océaniques sur le site du CNRS (durée totale : environ 20 min) :
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim/
Document 1 : La circulation des eaux océaniques
La circulation des eaux des océans est due en particulier à leurs différences de densité et de température : c’est la
circulation thermohaline . L’eau froide est plus dense que l’eau chaude et l’eau salée est plus dense que l’eau douce.
Dans l’Arctique, les eaux non gelées, froides et salées, plongent et alimentent les courants profonds et sont entraînées
vers le sud. Sous les Tropiques, la température de ces eaux augmente et elles remontent à la surface. Cette
circulation thermohaline des océans participe à la régulation du climat en stockant et transportant de la chaleur des
zones équatoriales vers d’autres latitudes.
Questions :
1-Rechercher l’origine du mot « thermohaline »
2-Le Gulf Stream est l’un des courants océaniques participant à cette circulation : rechercher son origine, son
influence sur le climat des cotes américaines et européennes.
3-Quelle est la définition de la salinité d’une eau de mer ? Quelle en est la valeur moyenne ?
Document 2 : Réserves en eau de la planète Terre
Surface de la planète :
510 millions de km²
Surface occupée par les mers et océans :
360 millions de km²
Volume d’eau total (hydrosphère) quel que soit son état physique : 1409 millions de km3
-Mers et océans :
1370 millions de km3
-Calottes glaciaires et glaciers :
29 millions des km3
-Eaux souterraines :
9.5 millions de km3
-Eaux de surfaces :
0.13 millions de km3
-humidité des sols etc…
0.4 millions de km3.
Questions :
1-Comparer la surface occupée par les mers et océans à celle de la planète.
2-Sur un diagramme circulaire, représenter, en pourcentages, les volumes occupés par les mers et océans, les calottes
glaciaires et glaciers et le reste.
3-Rédiger un texte de quelques lignes expliquant le cycle de l’eau sur Terre.
Document 3 : Les traceurs chimiques
Dans le domaine de l’océanographie, les traceurs chimiques sont devenus ces dernières années des outils
incontournables pour étudier la circulation océanique. Notre équipe met en œuvre, en complément des traceurs
physiques classiques, deux séries de traceurs chimiques :
- les traceurs naturels (silicate, nitrate, phosphate) qui présentent dans l’océan profond sous certaines conditions des
variations conservatives. Ce sont des outils d’aide à l’identification des masses d’eau qui ne pourraient pas être
distinguées par les seuls traceurs physiques ;
- les traceurs transitoires (fréons, CCl4) qui sont des composés d’origine anthropique dont les teneurs ont largement
évoluées ces dernières décennies. Il s’agit à l’aide de ces traceurs, d’étudier les déplacements des masses d’eaux dans
l’océan profond et d’établir des échelles de temps dans les transports qui sont généralement difficiles à obtenir de
manière certaine par les moyens classiques de la physique, en raison de la lenteur de la circulation profonde.
Les travaux sont actuellement consacrés à la variabilité décennale de la circulation océanique dans l'Atlantique nord
en réponse au changement climatique. Les études menées permettront d'estimer les conséquences du changement
climatique sur la circulation océanique et le climat particulièrement influencé dans le cas de l'Europe du nord-ouest
par le Gulf Stream.
D’après CNRS/Station Biologique Roscoff
Questions:
1-L’un des gaz fréon utilisé est le trichlorofluorométhane (ou CFC-11) : donner la représentation de Lewis de ce
composé.
C : Z=6
Cl : Z=17
F : Z=9
2-Dans le texte, il est question de traceurs physiques ; parmi ceux-ci, on peut citer le tritium 31 H . Celui-ci, rejeté dans
l’atmosphère lors des essais nucléaires dans les années 60 est émetteur β  .
Ecrire son équation de désintégration et donner le nom de la particule émise.
Activité expérimentale :
On l’a vu, la salinité d’une eau de mer fait varier sa densité et participe ainsi aux courants océaniques. Dans l’eau de
mer, les proportions des espèces dissoutes restent constantes quelle que soit la salinité.
Ci-dessous un tableau donnant les masses en grammes des principaux ions dissous dans un kilogramme d’eau de mer
de salinité 35 g.kg 1 :
Anions
Cations
Chlorure

Cl(aq
)
Sulfate
SO42(aq)
Hydrogénocarbonate
HCO3( aq)

Bromure Br(aq
)
18,9799 g.kg 1
2,6486 g.kg 1
0,1397 g.kg 1
0,0646 g.kg 1

Sodium Na(aq
)
2
Magnésium Mg (aq
)
2
Calcium Ca(aq
)

Potassium K (aq
)
10,5561 g.kg 1
1,2720 g.kg 1
0,4001 g.kg 1
0,3800 g.kg 1
L’une des méthodes, pour déterminer la salinité (S) est de calculer la chlorinité (Ch) d’une eau : celle-ci est
exprimée en masse de chlore, en gramme, équivalente à la quantité totale d’ions halogénure dans 1 kg d’eau.
1) Questions préliminaires
1-Quel est le cation généralement utilisé pour caractériser des ions chlorure ?
2-L’ion bromure appartenant à la même famille d’éléments chimiques que l’ion chlorure, que peut-on en déduire sur
sa réactivité ?
3-Le protocole proposé suppose le dosage de 10,0 mL d’eau de mer et le calcul de la concentration massique en ions
halogénures. Compte tenu de son unité, quelle grandeur vous sera nécessaire pour déterminer la salinité ?
Proposer un protocole simple permettant de déterminer cette grandeur.
2) Protocole expérimental du dosage proposé
Par titrage direct, on dose les ions halogénures contenus dans 10,0 mL d’eau de mer par une solution aqueuse de
nitrate d’argent à la concentration C=0,020 mol/L, en présence de chromate de potassium (indicateur de fin de
dosage).
-Ecriture de l’équation de dosage et la relation à l’équivalence
-Détermination de la concentration molaire puis de la concentration massique en ions halogénures Cm.
-Utiliser le tableau de données pour montrer que : S  1,81 Ch et calculer S.
3) Remarque : Cette méthode, est abandonnée depuis 1981 et remplacée par des mesures conductimétriques.