Spécialité thème 1 : l`eau

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Thème 1 – L’EAU et l’environnement
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TP 1-5 OCÉANS ET MERS
Analyse et synthèse de documents
ACTIVITÉ N°1 : LA SALINITÉ DE LA MER MORTE
Les sels contenus dans l'eau des mers viennent des montagnes.
Les roches sont formées de multiples minéraux qui, érodés par les neiges et les pluies, sont
lentement dissous et transportés dans l'eau des rivières.
Images de la mer Morte
L’eau de la mer Morte est une solution de sels dont la concentration diffère grandement de la salinité
normale d’un océan . Située dans une zone géographique où les précipitations sont rares et l’évaporation
intense, la salinité de la mer Morte est 10 fois plus importante en ordre de grandeur que celle d’un
océan. Le chlorure de magnésium et le chlorure de sodium sont les principales espèces chimiques de
cette solution. Riches en minéraux, les eaux de la mer Morte sont réputées pour soigner le psoriasis et
les rhumatismes.
Problème : Quelle est la chlorinité de l’eau de la mer morte ?
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Thème 1 – L’EAU et l’environnement
Document 1 : Données sur la Mer Morte

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



Superficie
Longueur
Largeur
Altitude
Profondeur
Volume
810 km2
67 km
18 km
-422 m
Maximale 118 m 378 m
147 km3
Document 2 : Salinité ; chlorinité
Masses des principaux ions dissous dans un kilogramme d’eau de mer, exprimées en gramme par
kilogramme (g.kg-1) :
−
2−
Anions
Hydrogénocarbonate
Bromure
Chlorure Cl ( aq)
Sulfate SO 4( aq )
−1
18,98 g . kg
−1
2,65 g . kg
Br−(aq )
HCO−3(aq )
−1
0,14 g . kg
Cations
+
Sodium Na( aq )
−1
10,56 g . kg
Magnésium
2+
2+
Calcium Ca( aq)
−1
Mg (aq )
−1
1,27 g . kg
0,40 g . kg
−1
0,065 g . kg
Potassium
K +( aq )
−1
0,38 g . kg

La salinité (S) représente la masse de sels (composés ioniques) dissous dans un kilogramme
d'eau de mer. Elle s'exprime en gramme par kilogramme (g.kg-1).

La chlorinité (Ch) d’une eau se définit littéralement comme la masse en gramme de chlore
équivalente à la quantité totale d'halogènes (chlore, brome) dans un kilogramme d'eau de mer.
C'est donc la masse en gramme des ions chlorure contenus par un kilogramme d'eau de mer dans lequel
les ions bromure auraient été remplacés par un nombre égal d'ions chlorure. Elle s’exprime en gramme
par kilogramme (g.kg-1).

Dans l’eau de mer, les proportions des espèces dissoutes les plus importantes restent
constantes quelle que soit la salinité.
Ch/S= constante
Document 3 : Densité et salinité
L’eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre. « Salée » désigne le fait qu'elle
contient des substances dissoutes, les sels, constitués d'ions. L'eau salée s'oppose à l'eau douce, qui
contient moins d'un gramme de sels dissous par kilogramme.
La masse volumique de l'eau de mer à la surface est d'environ 1025 kg.m-3 (d eau de mer= 1,025),
supérieure de 2,5 % à celle de l'eau douce qui est de 1000 kg.m-3 ( deau douce = 1,000) à cause de la masse
du sel.
La masse volumique de l’eau de la mer Morte est de 1 240 kg.m-3 (dmer Morte = 1,240).
La densité de l’eau de la mer morte permet à un être humain de flotter.
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ACTIVITÉ N°2 : LES OCÉANS TÉMOINS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE
[...] Les océans sont l'un de nos meilleurs outils pour comprendre le climat actuel et ses changements
annoncés, mais aussi les climats passés et leur variabilité. En effet, ils réagissent finement aux
altérations de l'atmosphère, aux changements de température, de pH ou de salinité, et impriment en
retour leur marque sur le climat de la planète. De leur côté, les scientifiques sont aujourd'hui capables
d'observer les premiers effets du réchauffement global sur l'océan. À eux d'interpréter ces signes et
de prévoir ce qui pourrait nous arriver au cours de ce siècle.
Document 1 : augmentation du nombre de cyclones
Tempête de 1999, événements El Niño particulièrement
intenses, dévastation de la Nouvelle-Orléans par l'ouragan
Katrina : voici certainement les signes les plus frappants
d'un éventuel changement climatique en cours [...]. Prenons
le cas d'El Niño, une anomalie du climat qui survient tous les
trois à sept ans et qui entraîne un renversement des vents
et des courants de surface dans le Pacifique. Son apparition
de 1997, l'une des plus fortes jamais enregistrées, a été un
désastre : feux de forêt incontrôlables en Indonésie, pluies
meurtrières en Amérique centrale et du Sud, [...] etc.
Pourtant, pour Pascale Delecluse, chercheuse au LSCE, « il
J. Descloitres, MODIS R. - RESP. Team, NASA/GSFC
n'est pas du tout évident que le réchauffement climatique
Cyclones Olaf et Nancy, dans l'océan Pacifique en 2005.
ait un effet sur El Niño [...]». ….
Du côté des modélisations [...], aucune tendance réelle ne se dégage des différentes simulations. Les
mécanismes qui déclenchent El Niño sont trop mal connus et échappent encore à notre capacité de
modélisation. En revanche, du côté de l'Atlantique tropical et des Caraïbes, un résultat récent vient contrer
l'idée d'une multiplication des cyclones. « Nous avons fait des simulations en prenant en compte le
réchauffement global prévu pour le XXIe siècle, et nous ne voyons pas d'augmentation de leur fréquence,
affirme Jean-François Royer, chercheur à Météo France. La naissance des cyclones dépend de la différence
de températures entre la basse et la haute atmosphère. Le réchauffement futur ne devrait pas beaucoup
changer le gradient vertical de températures. » Toutefois, cette simulation prévoit que ces tourbillons
dévastateurs pourraient être plus puissants 1. Les terribles Katrina, Emily et Rita de la dernière saison
cyclonique sont-ils déjà des signes de ce renforcement ? Un article paru dans Science en septembre 2005
affirmait que le nombre de cyclones de catégorie 4 et 5 avait augmenté de 57 % entre 1970 et 2004. [...]
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Document 2 : l'inexorable montée des eaux
[...] Les habitants des îles Tuvalu sont inquiets : ils pensent que leur archipel ne va pas tarder à être englouti.
Pour Anny Cazenave, directrice adjointe du Laboratoire d'études en géophysique et océanographie spatiales
(Legos) 2, la réalité est plus complexe, mais pas moins préoccupante, pour ces atolls à fleur d'eau. « La
montée du niveau moyen de l'océan autour de cet archipel n'est que de quelques millimètres par an. En
revanche, certains phénomènes comme El Niño peuvent faire varier brusquement le niveau de 20 centimètres.
Je pense qu'à terme, ces îles ne pourront plus être habitées. »
Depuis cinquante ans, le niveau moyen de la mer monte de 1,8 mm par an, mais cette élévation s'est accélérée
pour atteindre 3 mm par an depuis une douzaine d'années. D'après les chercheurs, environ 60 % de cette
élévation est due à la dilatation thermique de l'océan qui, comme l'atmosphère, se réchauffe. Le reste
s'explique par la fonte des glaciers de montagne (0,8 mm par an) et la fonte des glaces du Groenland et, dans
une moindre mesure, de l'Antarctique (0,2 à 0,4 mm par an). « Cette élévation n'est pas homogène à travers
le globe car le réchauffement n'est pas uniforme. Celui-ci est fonction des transports de chaleur effectués
par la circulation océanique », explique Anny Cazenave. Les données qui ont permis d'arriver à ces résultats
sont d'abord les mesures par satellite (dont Jason-1, Envisat et bientôt Jason-2), une vraie révolution pour
l'étude des océans et des climats. [...]
Document 3 : l'eau douce et l'eau salée
[...] « Nous sommes aussi assez inquiets pour les glaces du Groenland, alerte Frédérique Rémy, chercheuse au
Legos. Alors que la couche de glace s'amenuise sur les bords de cette île, elle s'épaissit dans les régions
centrales à cause d'une augmentation des précipitations. Or si la pente augmente, les vitesses d'écoulement
augmentent aussi. Beaucoup de chercheurs pensent que le recul de ces glaces pourrait s'emballer. »
Une déstabilisation du système arctique aurait de fortes conséquences sur la salinité des eaux de surface de
l'Atlantique nord. « Pour l'instant, la fonte des glaces du Groenland ne représente pas un gros apport d'eau
douce par rapport aux fleuves sibériens », nuance Gilles Reverdin, chercheur au Locean. La salinité des eaux
de surface est un paramètre très étudié par les océanographes. Celle-ci dépend des précipitations, des
courants de surface et des échanges avec les couches d'eau profondes. Or, « sur le long terme, une variation
importante de la salinité dans l'Atlantique nord pourrait avoir un impact négatif sur l'ensemble de la
circulation thermohaline, comme le ralentissement du Gulf Stream », poursuit le chercheur. En effet, qui dit
baisse de salinité dit perte de densité. Or, c'est justement un gain de densité qui permet aux eaux du Gulf
Stream de plonger aux hautes latitudes.
Depuis les années soixante-dix, les chercheurs ont mesuré une réduction de la salinité dans l'Atlantique audessus des 45 degrés de latitude nord. Néanmoins, celle-ci semble remonter depuis cinq ou dix ans.
Variabilité naturelle ou premières observations d'un dérèglement climatique ? Dans un système qui fluctue
tout le temps, difficile de trancher. [...]
Document 4 : un océan plus corrosif
Autre phénomène observé par les chercheurs dans l'océan : l'acidification, conséquence directe de l'émission
de CO2 due à la frénétique activité humaine. Si l'influence de ce gaz sur le climat est encore difficile à
estimer, l'acidification de la mer ne laisse guère de place au doute. [...]. En 2005, une équipe internationale a
simulé la baisse de pH de l'océan au cours de ce siècle en fonction des scénarios d'émission de gaz
carbonique. Les résultats sont accablants : d'ici cinquante à cent ans, l'océan sera devenu corrosif pour de
nombreux organismes. L'aragonite, une forme de calcaire, sera soluble dans l'eau de mer, entraînant la
disparition d'animaux comme les ptéropodes, un groupe de mollusques planctoniques dont l'enveloppe est
faite de ce matériau. [...]. Pour la biodiversité, les conséquences sont incalculables. Ainsi, les ptéropodes sont
un élément fondamental de nombreuses chaînes alimentaires dans les hautes latitudes. [...].
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Document 5 : les témoins du passé
Ouragans, montée des eaux, fonte des glaces, acidification : si l'océan nous informe directement sur les
changements climatiques en cours, il est aussi un excellent outil pour connaître ce qui s'est passé avant. « Or,
dans la controverse pour savoir quelle est la part de l'homme dans le réchauffement climatique et quelles en
seront les conséquences, on a absolument besoin de connaître le passé », affirme Édouard Bard,
paléoclimatologue au Centre européen de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement
(Cerege) 3. Témoins de ces époques révolues, les coraux, coquillages, diatomées et coccolithophoridés
racontent les grands chamboulements climatiques du passé. Mais l'interprétation n'est pas simple : les
informations qu'ils donnent sont souvent parcellaires, parfois ambiguës et toujours extrêmement coûteuses à
extraire. Mais ils sont la seule mémoire à long terme de l'océan. Les reconstructions des paléoclimats qu'ils
permettent servent ensuite à tester des modèles climatiques, grâce auxquels on essaie de reproduire de
façon réaliste les bouleversements que le monde a connus. Une technique qui a le vent en poupe est
l'extraction de carottes dans les sédiments marins. Grâce à des carottes prélevées dans l'océan Indien et du
Pacifique est, Édouard Bard et son équipe ont ainsi pu montrer que lorsque la circulation atlantique profonde
était faible, il se produisait des changements majeurs de la salinité des eaux de surface et du taux
d'oxygénation à moyenne profondeur dans les océans tropicaux. Durant ces périodes, des perturbations
majeures de la pluviosité se faisaient sentir en Amérique centrale et au sud de l'Asie, avec notamment un
assèchement total du sous-continent indien.
Documents extraits de : Le climat change et les océans en témoignent - Le journal du CNRS
Questions de compréhension et de synthèse :
1. Pourquoi les océans sont-ils surveillés d'aussi près ?
2. Quel sont les outils qui permettent aux scientifiques de surveiller les océans ?
3. Pour l'opinion publique, les phénomènes extrêmes comme la tempête de 1999 sont souvent des
preuves que le dérèglement du climat nous frappe déjà. Cette opinion est-elle vérifiée ?
4. Peut-on prétendre que le nombre de cyclones augmente depuis les années 1970 ?
5. Comment peut-on cartographier le niveau des océans ?
6. La mesure de la hauteur des marées est-elle connue partout ?
7. Quels sont les facteurs responsables de la montée des eaux ?
8. L'augmentation de l'effet de serre contribue-t-elle à l'accélération de la montée des eaux ?
9. Qu'est-ce que le Gulf Stream ?
10. Quelles peuvent être les conséquences de la fonte des glaces du Groenland ?
11. Pourquoi la dissolution du CO2 rend-elle l'eau plus acide ?
12. Quels organismes, souvent citées dans les médias, sont menacés par l'influence du CO2 ?
13. Comment les coraux, les coquillages, les diatomées et coccolithophoridés, nous renseignent-ils sur le
passé du climat ?
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ACTIVITÉ N°3 – Exercice de révision sur l'eau (TP 1-3 et 1-4)
On rappelle que le degré hydrotimétrique français °TH (donnant la dureté d'une eau) peut être défini
par : D(°TH) = 10 x { [Ca2+]+[Mg2+] }, où les concentrations des ions sont exprimées en mmol/L.
On prendra les masses molaires dans le tableau périodique joint.
Exercice n°1 : Analyse de l'eau de Saint-Yorre
Sur l'étiquette de l'eau « Vichy Saint-Yorre », on peut lire la composition :
calcium
Ca2+
0,070 g/L
magnésium
Mg2+
0,009 g/L
chlorure
-
0,329 g/L
sulfate
SO42-
0,182 g/L
bicarbonate
-
4,263 g/L
1.1. Quels sont les ions responsables de la dureté d'une eau ?
1.2. Calculez la dureté de l'eau de St-Yorre. Est-elle de 17,5 ? 3,5 ? 28,2 ? 21,2 ? 2,2 ? autre ?
1.3. On peut doser les ions chlorure par le nitrate d'argent AgNO3 .
1.3.1. Écrire l'équation de réaction entre l'ion argent Ag+ et l'ion chlorure dont on précisera la
formule.
1.3.2. Qu'observe-t-on lorsque l'on met ces ions en présence ?
1.4. Dosage de l'ion chlorure par l'ion argent (méthode de Mohr) : On prélève un volume V2 = 20 mL
de St Yorre diluée au dixième, que l'on souhaite doser par une solution de nitrate d'argent.
1.4.1. Calculez la concentration C1 de cette solution pour que le volume à l'équivalence soit égal à
V1 = 13 mL.
1.4.2. Faire un dessin du dispositif expérimental nécessaire à ce dosage.
1.5. Le bicarbonate est un ion obtenu à partir de l'hydrogénocarbonate de sodium NaHCO3 (vu en
seconde en TP), plus connu sous le nom de « bicarbonate de soude » dans le commerce ; il sert à faire
gonfler les gâteaux, blanchir les dents, supprimer les mauvaises odeurs du frigo, etc.
Quelle est la fomule de l'ion « bicarbonate » indiqué sur la bouteille de St-Yorre ?
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