Dispose une lampe à incandescence au-dessus de l’une des faces d’une cuve longue remplie d’eau. On attend que l’eau se réchauffe du côté où est placée la lampe. ● On








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date de publication08.11.2016
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TS spé Thème Eau/Eau et environnement Courants océaniques, salinité d’une eau de mer

Les eaux profondes des océans, comme les eaux de surface, se déplacent et créent des courants marins. Quelles sont les causes de ces courants et quel est leur rôle dans la régulation du climat ?

Le XXe siècle a été marqué par une augmentation de la température moyenne à la surface terrestre de 0,8°C.

Quel est le rôle des océans dans le réchauffement climatique ?
Partie A. Courants océaniques.
1. Expériences préalables. Rôles de la température et de la salinité de l’eau.
Ces expériences sont réalisées au bureau.
Expérience 1.
● On dispose une lampe à incandescence au-dessus de l’une des faces d’une cuve longue remplie d’eau. On attend que l’eau se réchauffe du côté où est placée la lampe.

● On dépose, à la surface de l’eau et du côté opposé à la lampe, un ou plusieurs morceaux de glace de taille convenable.

● On verser une goutte d’encre dans l’eau à proximité de la glace.

● Faire un schéma et noter les observations.
1.1. Préciser dans quel sens s’établit la circulation d’eau (le courant) dans la cuve et comment ce sens est mis en évidence.
1.2. Préciser quelle est la grandeur physique caractéristique de l’eau qui varie en fonction de la température et en déduire une explication du courant s’établissant dans la cuve à l’opposé de la lampe.
Expérience 2
● Une solution d’eau salée est répartie en quantités équivalentes dans deux bechers hauts, numérotés 1 et 2. Une partie de cette eau salée, à laquelle a été ajouté un colorant alimentaire rouge, a été utilisée pour fabriquer des glaçons. On dispose donc de glaçons salés rouges.

● On dispose également de glaçons d’eau douce colorés en bleu.

● De la même eau douce est répartie en quantités équivalentes dans deux bechers hauts, numérotés 3 et 4.

● On dépose un glaçon d’eau douce colorée (bleue) dans le becher 1 et un glaçon d’eau douce colorée (bleue) dans le becher 3.

● On dépose un glaçon d’eau salée colorée (rouge) dans le becher 2 et un glaçon d’eau salée colorée (rouge) dans le becher 4.

● Attendre quelques minutes, faire un schéma annoté et noter les observations effectuées.

1.3. Préciser dans quel sens s’établit la circulation d’eau (le courant) dans chaque becher et comment ce sens est mis en évidence.
1.4. Sachant que l’eau froide est plus dense que l’eau chaude et l’eau salée plus dense que l’eau douce, trouver une explication du courant observé dans chaque becher.

2. Analyse et interprétation : la circulation thermohaline.
A l’aide des expériences précédentes et des documents 1 et 2 ci-après :
2.1. Identifier les causes de la ciculation thermohaline et expliquer la signification de l’adjectif « thermohaline ».
2.2. Justifier que la densité de l’eau augmente avec la salinité et que les eaux de surface sont très salées dans les régions polaires.
2.3. En déduire pourquoi les eaux de surface dans l’Atlantique Nord plongent en profondeur.
2.4. Expliquer pourquoi les océans participent très efficacement à une atténuation du déséquilibre thermique entre les différentes régions de la Terre.
2.5. Qu’est-ce que le Gulf Stream  et quelle est sa localisation?

2.6. Rechercher ce qu’est la force de Coriolis. Pour un observateur placé au pôle Nord, la Terre tourne dans le sens trigonométrique (c’est-à-dire d’ouest en est). Expliquer le mouvement vers l’est des eaux chaudes du Gulf Stream.



Partie B. Salinité d’une eau de mer.
1. Question scientifique à résoudre.
« Comment déterminer expérimentalement la salinité d’un échantillon d’eau de mer ? »
2. Appropriation de données.
2.1. La salinité.
La salinité S de l’eau de mer correspond à la masse totale de sels dissous dans un kilogramme d’eau de mer. Elle s’exprime en g.kg-1.
2.2. La chlorinité.
La chlorinité Ch de l’eau de mer correspond à la masse de chlore équivalente à la quantité totale d’ions halogénures (chlorure, bromure, iodure..) contenus dans un kilogramme d’eau de mer. Elle s’exprime en g.kg-1.

2.3. Chlorinité et salinité.
Dans l’eau de mer, les proportions relatives des espèces dissoutes restent quasiment constantes quelle que soit la salinité. Dans le tableau ci-dessous, on donne la masse des principaux ions dissous en g par kg d’eau, dans une eau de mer de salinité 35 g.kg-1.



« Comment une mesure de la chlorinité d’une eau de mer peut-elle permettre de déterminer sa salinité ? »
Comme les proportions relatives des espèces dissoutes restent quasiment constantes quelle que soit la salinité, on peut montrer que la salinité peut être déduite de la chlorinité grâce à la relation S = 1,806 55 Ch

2.4. Conductivité d’une solution ionique.
La conductivité  (prononcer « sigma ») d’une solution traduit l’aptitude de cette solution à conduire le courant électrique, c’est une grandeur caractéristique de la solution et indépendante des cellules de mesure.
Elle dépend de la nature et de la concentration molaire des ions présents en solution et elle s’exprime en S.m-1 ou en sous- multiples de cette unité (µS.cm-1, par exemple).
Pour une solution ionique contenant des espèces ioniques (cations et anions) notées Xi, de concentration molaire pour chacune d’entre elles, la relation de définition de la conductivité de cette solution est donnée par l’expression

, dans laquelle représente la conductivité molaire ionique de l’espèce Xi, exprimée en S.m2.mol-1, grandeur dépendant de la nature de l’espèce ionique et de la température de la solution et dont la valeur numérique est fournie dans des tables, telles que celle-ci-dessous :

La conductivité d'une solution ionique se mesureà l'aide d'un conductimètre.

3. Etude expérimentale et analyse.
3.1. Protocole.
● Mettre le conductimètre sous tension et régler la température à celle de la salle de classe.

● Rincer la sonde à l’eau distillée et la sécher à l’aide de papier Joseph

● Dans un becher haut, mettre de l’eau distillée ainsi qu’un barreau aimanté et le placer sur l’agitateur magnétique.

● Immerger la sonde dans l’eau distillée jusqu’au trait. Mettre l’agitation en route, en veillant à ce que le barreau aimanté ne cogne pas dans la sonde.

● Mesurer la conductivité de l’eau distillée après coupure de l’agitation et la noter (choisir le calibre adapté)

● Ajouter environ 1 mL de l’échantillon d’eau de mer à disposition, agiter puis couper l’agitation avant de relever la valeur stabilisée de la conductivité de la solution (choisir le calibre adapté).

● Ajouter dans le becher quelques gouttes de la solution de nitrate d’argent à disposition, observer la solution, agiter puis couper l’agitation avant de relever la valeur stabilisée de la conductivité de la solution, noter son évolution.

● Continuer d’ajouter de la solution de nitrate d’argent, observer la solution, agiter puis couper l’agitation avant de relever la valeur stabilisée de la conductivité de la solution, noter son évolution.

3.2. Analyse et interprétation.
Il peut être judicieux d’utiliser les tableaux des paragraphes 2.3. et 2.4. et les acquis du dosage colorimétrique des ions chlorure pour analyser et interpréter les expériences réalisées précédemment.
3.2.1. Pourquoi la conductivité de l’eau distillée est-elle très faible ?
3.2.2. Pourquoi la conductivité de la solution augmente-t-elle après ajout de l’eau de mer ?
3.2.3. Quels sont les ions ajoutés dans le becher lorsqu’on y ajoute quelques gouttes de solution de nitrate d’argent ?

Avec quels ions de l’eau de mer sont-ils susceptibles de réagir et quels sont les formules et noms des précipités formés ?
3.2.4. Pourquoi la conductivité de la solution diminue-t-elle ?
3.2.5. Justifier que la conductivité de la solution, lors d’ajout de solution de nitrate d’argent, va continuer de diminuer tant qu’il y reste des ions halogénures.
3.2.6. Justifier que la conductivité de la solution, lors d’ajout de solution de nitrate d’argent, va cesser de diminuer quand il n’y restera plus d’ions halogénures, puis va augmenter quand on continuera d’y ajouter de la solution de nitrate d’argent.
3.2.7. En déduire quelle sera l’allure de la courbe fV), V étant le volume de la solution de nitrate d’argent ajouté. Justifier que le point le plus bas de cette courbe a pour abscisse le volume équivalent du titrage, noté VE.
4. Elaboration d’un protocole de titrage des ions halogénures d’une eau de mer.
4.1. Solutions à disposition.

● On dispose d’une solution aqueuse de nitrate d’argent de concentration molaire c = 0,025 mol.L-1

● On dispose d’une eau de mer prélevée en Méditerranée (par les bons soins de mon collègue Mr Scheffler, merci à lui!), notée S0

● Cette eau de mer étant trop concentrée pour des mesures conductimétriques, on a fabriqué une solution diluée 100 fois à partir de la solution mère, elle est notée S1.
4.2. Matériel à disposition.
● burette graduée 25 mL éprouvette graduée 50 mL et 100 mL

● erlenmeyer 250 mL becher 100 mL

● fioles jaugées 50 mL et 100 mL pipette graduée et pipette jaugée de 10 mL + propipette

● pipette jaugée 25 mL compte-gouttes

● bechers de prélèvement agitateur magnétique et barreau aimanté

● conductimètre
4.3. Protocole du titrage conductimétrique de la solution diluée d’eau de mer.
A l’aide de l’étude expérimentale précédente et de son analyse, proposer par écrit une liste de matériel à utiliser ainsi que le protocole expérimental permettant, à partir du matériel disponible et d’une prise d’essai de volume

V = 25,0 mL de solution S1 d’eau de mer, de déterminer  la chlorinité Ch ainsi que la salinité S de la solution S0 d’eau de mer.

Préciser explicitement comment l’équivalence de ce titrage est détectée à partir du tracé de la courbe fV)
4.4. Validation et mise en œuvre du protocole expérimental.
Soumettre le protocole au professeur et le mettre en œuvre après validation, sinon le corriger et le faire valider.
5. Résultats et exploitation.


  • Noter la valeur du volume versé à l’équivalence, appelé volume équivalent et noté VE.

  • En déduire la quantité de matière d’ions halogénures présents dans le prélèvement titré.

  • En déduire la la chlorinité Ch ainsi que la salinité S de la solution S0 d’eau de mer. Vérifier que la salinité de cette eau est bien comprise dans la fourchette de valeurs [31 g.kg-1 , 38 g.kg-1 ]

Donnée : M (Cl) = 35 ,5 g.mol-1.

  • Etablir le protocole permettant d’obtenir la solution S1 à partir de la solution mère S0.




TS spé Thème Eau/Eau et environnement Courants océaniques, salinité d’une eau de mer
FICHE MATERIEL ET PRODUITS
Séance 1 prévoir 10 postes
Par poste :
● becher haut (pour sonde conductimètre)

● conductimètre + sonde

● agitateur magnétique et barreau aimanté
Au bureau :
Matériel :
● cuve parallélépipédique lampe (lampe de bureau)

● cartouches d’encre bleue glace

● 4 bechers hauts identiques ( 250 ou 500 mL) eau salée (≈ 1L)

● glace d’eau salée colorée (rouge)glace d’eau douce colorée (bleue)

● webcam + support + pince
Produits :
● solution de nitrate d’argent à environ 0,025 mol.L-1 pour des expériences qualitatives (≈ 250 mL)

● eau de mer
Séance 2 prévoir 10 postes dans une salle équipée d’ordis (tracé de courbes)
Par poste : le matériel est à ranger sur le côté, les élèves devant le choisir

● burette graduée 25 mL

● becher haut (pour sonde conductimètre)

● conductimètre + sonde

● fiole jaugée 100 mL

● agitateur magnétique et barreau aimanté
Au bureau :
Matériel :
● pipettes graduées et jaugées de 10 mL + propipettes

● pipettes jaugées de 25 mL

● compte-gouttes

● becher 250 mL (×5)

● éprouvettes graduées 50 mL et 100 mL

● montage de chauffage à reflux ou gros becher + agitateur magnétique pour le dégazage du CO2
Produits :
● solution de nitrate d’argent à 0,025 mol.L-1 (1 L) (à l’abri de la lumière) (4,25 g dans 1 L)

● solution de chlorure de sodium à 0,050 mol.L-1 (500 mL) (1,46 g dans 500 mL) pour étalonnage

● Eau de mer (solution S0)

● solution d’eau de mer diluée 100 fois (solution S1) ( 1L)

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