Pourquoi certaines mers et océans ne se mélangent pas ?

 Pourquoi observe t-on des barrières parfois spectaculaires entre les mers et océans ?

Vous êtes déjà sûrement tombés sur des images spectaculaires de deux océans qui ne se mélangent pas et forment une barrière. Comment cela est-il possible entre deux grandes masses de liquide qui a priori, sont relativement de même composition ?

Définissons d’abord ce que sont mers et océans Mers et océans sont tous deux de grandes étendues d’eau salées qui recouvrent pas moins de 70% du globe. Une mer est de volume faible à moyen et peut être fermée, tandis qu’un océan a lui un grand volume.

Les Océans sont au nombre de 5: l’Océan Pacifique, Atlantique, Indien, Antarctique et Arctique ;

les mers quant à elle sont beaucoup plus nombreuses, dans chaque océan il y en a plus ou moins une dizaine. Les océans sont composés d’une solution complexe qui est l’eau de mer, dans laquelle nous pouvons trouver tous les éléments chimiques connus ; au moins à l’état de traces.

La teneur en chlorure de sodium (sel), qui est l’élément majoritaire de cette solution est en moyenne de 35g/L. Notons que l’origine du sel de la mer provient en théorie des rivières et de la dissolution des roches, qui en se déversant dans la mer y a concentré ses sels grâce au mécanisme d’évaporation des eaux.

Cependant il y a bien des différences entre les océans, en effet, la salinité de l’eau n’est pas la même d’un point à l’autre du globe; ce qui entraîne une différence dans la densité de l’eau de mer, son indice de réfraction mais aussi sa biodiversité. Par exemple, certaines espèces sont dites « halophiles » ( aime le sel ), en plus de tolérer la forte concentration de sel dans l’eau, elles l’utilisent pour des réactions métaboliques et ne peuvent vivre dans des eaux moins salées.

A l’inverse, d’autres espèces n’arrivent pas à absorber l’eau si la concentration de sel y est trop importante. Voici une illustration sur les différences de la salinité des océans dans le monde en g de sel par Kg d’eau: salinité des oceans Par Plumbago de en.wikipedia.org, CC BY-SA 3.0

Le peu ou grand nombre de volcans sous marins et aérien influe aussi sur la biodiversité marine de par sa richesse en minéraux, mais aussi sur la température de l’eau à proximité, à laquelle les espèces y sont très sensibles. Voici une vue planétaire des volcans sous marin: volcans_carte Enfin, d’autres paramètres tels que la masse volumique ( qui varie de 1020 à 1029 kg/m³), le pH ( de 7.5 à 8.4), la profondeur sous-marine mais aussi l’exposition aux UV varient selon les océans

. [A noter que l’eau de mer peut remplacer une transfusion sanguine ! ]

Après avoir introduit les caractéristiques des mers et océans nous allons nous pencher un peu plus sur cette « barrière » qui les sépare, et donne lieu parfois à des phénomènes spectaculaires. Tout d’abord cette barrière a été baptisée front par les océanologues. Grâce à elle, l’eau de mer conserve les caractéristiques naturelles à laquelle est habituée la vie sous marine; pour qui un changement serait nuisible. De ce fait, aucune mer ni Océan n’impose ses caractéristiques à l’autre.

Comment à t-on découvert les front ?

En 1872 en Grande Bretagne, est lancé la plus grande campagne océanographique de l’époque, l’expédition du Challenger. Elle y a parcouru tous les Océans et a permis de définir que chaque océan avait ses propres caractéristiques (citées précédemment), et que malgré les courants et vents celles ci ne changeaient pas. Un rapport de 50 pages fut publié à la suite de cette expédition détaillant toutes ces découvertes.

En 1930, une autre expédition américaine dans le Golfe du Mexique démontre avec plus de précision et de moyens techniques, l’existence d’océans distinctements séparés; alors bien sûr il ne s’agit pas de barrière physique mais le fait qu’ils ne se mélangent pas donne l’effet d’une barrière. Parfois, la barrière ne se voit pas à l’œil nu mais à l’aide d’une caméra spéciale nous pouvons voir la démarcation. A noter que depuis, plusieurs autres études ont été faites, et ont permis de répertorier ces différentes caractéristiques.

Explication du phénomène… D’accord mais comment ce phénomène fonctionne t-il ? Eh bien d’après ce que j’ai compris, il y a deux mécanismes physiques qui entrent en jeu ici: la tension superficielle ou tension de surface et l’effet thermo-haline.

• La tension superficielle en gros, c’est la tension qui existe à la surface de séparation de deux milieux , elle s’exprime en Newton par mètres ou en Joules par mètres carré; c’est cette tension qui permet à certains insectes de marcher sur l’eau ou à l’eau et l’huile de ne pas se mélanger, elle est différente selon que nous soyons confrontés à des liquides des gaz ou des solides. Ici dans l’océan, nous somme dans le cas d’une interface liquide/liquide; deux liquides qui ne se mélangent pas sont non miscibles et forment deux phases. La non miscibilité des deux phases dépend entre autre de la différence de densité (donc de sa masse volumique qui je le rappelle diffère selon les océans et mers ). De plus chez les liquides, les molécules exercent entre elles différentes forces (attraction et répulsion ), des forces électrostatiques et des forces dites de Van Der Waals, dans le cas de deux liquides non miscibles A et B, l’attraction des molécules A se dirige vers l’intérieur de A idem pour l’attraction de B, tandis que la répulsion elle se fait entre A et B. Ce qui induit deux phases et donc une tension de surface. Pour résumer, leurs propriétés différentes créent donc une tension de surface qui fait apparaître deux phases.

• Ensuite, l’effet dit thermo-haline ( thermo = chaleur ; haline = salinité ) correspond à la circulation des liquides lié à la température et la salinité des masses liquides. Cet effet va induire une circulation des deux liquides en contact; avec le liquide à la densité la plus forte vers le bas jusqu’à ce que la séparation se stabilise . Pas clair ? rassurez vous je n’avais pas compris aussi jusqu’à avoir vu ce super schéma que j’ai trouvé sur un site qui illustre bien cet effet. effet thermohaline Ici, l’eau de la Méditerranée entre en contact et pénètre dans l’Atlantique au niveau du détroit de Gibraltar en conservant la température, la salinité et la densité plus élevée qui la caractérise, grâce à la barrière qui les distingue. Un autre exemple dans un estuaire (=embouchure d’un fleuve dans un océan ou une mer) ou l’eau salée ne déborde pas sur le fleuve et inversement, on observe une sorte de barrage ou l’eau se modifie petit à petit et les concentrations en sel grandissent progressivement. Comme un sorte de sas entre l’eau douce et l’eau salée. estuaire Ici la salinité est exprimée en fonction de chaque zone de séparation ou les concentrations sont différentes jusqu’à atteindre l’équilibre de la mer.

 Quelques exemples à travers le monde A l’extrémité nord du Danemark, se trouve la pointe de Grenen, point de rencontre entre la mer du Nord et la mer Baltique. On voit bien ici la séparation entre les deux mers. Pointe de grenen http://www.visitdenmark.fr Ici nous avons sur cette vidéo amateur, une très nette séparation au niveau du golfe d’Alaska, c’est assez impressionnant ! Bien sur il existe des tas d’autres séparations n’hésitez pas à aller chercher sur internet. Certaines sont magnifiques et d’autres ne se voient pas à l’œil nu, mais si l’on ajoutait un colorant ou si l’on observait avec une caméra thermique se verrai très nettement, de même que les analyses chimique le montrerai tout autant.