Pourquoi l'eau de mer est-elle salée ?
― Le sel est apporté par des rivières qui, elles, n'ont pas ce goût
En nageant dans la mer, beaucoup d'entre nous ont eu la surprise d'avaler par mégarde une gorgée d'eau salée. Pourtant, si l'on goûte l'eau d'une rivière qui se jette dans cette même mer, elle n'a aucun goût de sel. Et si peu salée soit-elle, cette eau a beau s'y déverser sans cesse, la mer reste tout aussi salée. C'est dans cette contradiction apparente que se cache la réponse.
Un bord de mer, en été. Vous trébuchez dans les vagues et avalez une bonne gorgée d'eau de mer. Votre bouche reste salée un long moment, et le sable crisse même entre vos dents.
Sur le chemin du retour, vous faites une halte près d'une rivière de montagne et y trempez la main. L'eau est froide, limpide, et bien sûr, absolument pas salée.
Cette rivière coule pourtant droit vers la mer. De l'eau non salée s'y déverse chaque jour, sans interruption, et pourtant la mer ne se dilue jamais. Pourquoi donc ?
Il n'y a en réalité que deux raisons à cela
L'eau des rivières contient elle aussi des minéraux dissous, extraits de la roche, mais en quantité infime. Bien trop dilués pour être perçus par la langue, ils s'accumulent pourtant depuis des centaines de millions d'années.
Ce qui s'évapore à la surface de la mer, c'est de l'eau — les minéraux dissous, eux, restent sur place. L'eau peut retourner vers le ciel, mais pas le sel. C'est pourquoi il continue de s'accumuler dans la mer.
Autrement dit, la mer est « un récipient où entre de l'eau légèrement salée, et d'où ne ressort que de l'eau pure ». Si ce va-et-vient se poursuit assez longtemps, le contenu se concentre peu à peu. Voyons cela en détail.
1. Les rivières transportent un sel invisible
En tombant, la pluie dissout un peu de dioxyde de carbone présent dans l'air. L'eau de pluie est donc légèrement acide, ce qui lui donne un léger pouvoir de dissolution sur la roche. Une fois infiltrée dans le sol, cette eau dissout peu à peu, sur de très longues durées, les minéraux de la roche. On appelle ce phénomène l'altération.
Les minéraux ainsi dissous rejoignent les eaux souterraines, puis finissent en rivières qui se dirigent vers la mer. La quantité de minéraux dissous dans l'eau des rivières varie selon les lieux, mais elle avoisine souvent 0,1 gramme par litre d'eau. C'est environ cent fois moins que dans l'eau de mer, donc totalement imperceptible au goût.
Mais les rivières ne s'arrêtent jamais. Rien qu'au Japon, chaque pluie fait s'écouler vers la mer des quantités d'eau considérables. Partout dans le monde, les rivières transportent depuis des centaines de millions d'années ce « sel trop dilué pour être remarqué ». Regardez la figure 1 : ce flux à sens unique, de la terre vers la mer, est au cœur de cette histoire.
2. Ce qui quitte la mer, c'est uniquement de l'eau
De l'eau s'évapore en permanence à la surface de la mer. Seules les molécules d'eau s'élèvent alors dans les airs ; les minéraux dissous, eux, restent dans la mer. Le sel ne peut tout simplement pas franchir cette sortie qu'est l'évaporation.
Le même phénomène se produit dans une cuisine. Faites réduire une eau légèrement salée dans une casserole : la vapeur qui s'échappe est de l'eau pure, donc l'eau restante dans la casserole se concentre de plus en plus, jusqu'à laisser des cristaux blancs. C'est exactement ce qui se produit en mer, simplement à une tout autre échelle, en taille comme en durée.
Autre point essentiel : la mer est un « cul-de-sac ». Une rivière coule toujours vers le point le plus bas, et ce point le plus bas, c'est la mer. Aucune rivière ne repart de la mer. L'eau y entre, mais ne peut en ressortir que sous forme d'eau pure. Les minéraux dissous, eux, n'ont nulle part où aller : ils y restent.
Étonnamment, on pense que non. La salinité de la mer serait restée quasiment stable, du moins à l'échelle de centaines de millions d'années. Les minéraux dissous finissent en effet par quitter la mer peu à peu : incorporés dans la boue ou les coquilles d'organismes marins, piégés dans des couches de sel gemme lorsque de petites mers intérieures s'assèchent, ou infiltrés dans les fissures du fond marin où ils réagissent avec la roche. Selon cette vision, la quantité entrante et la quantité sortante s'équilibrent, à long terme.
Parmi les minéraux dissous dans l'eau de mer, le chlorure de sodium — le même composant que le sel de table — représenterait un peu moins de 80 %, le reste étant constitué de magnésium, de calcium, de composés sulfatés, etc. L'amertume du « nigari », ce résidu qui subsiste après extraction du sel de table de l'eau de mer, proviendrait principalement de ce magnésium. C'est pour cela que l'eau de mer n'est pas seulement salée : elle a aussi une pointe d'amertume.
En résumé
Si la mer est salée, c'est l'accumulation d'une quantité infime de minéraux, apportés sans relâche par des rivières qui, elles, n'ont pas ce goût. L'eau peut s'évaporer et retourner vers le ciel, mais pas les minéraux dissous. La mer est le point d'arrivée du cycle de l'eau, celui qui reçoit depuis toujours ce que la terre lui cède, peu à peu, en se dissolvant.
La rivière apporte un sel dilué, le soleil n'emporte que l'eau.
Ce qui reste, c'est le goût de la mer d'aujourd'hui.
Même s'il s'agit toujours de l'eau de mer, la raison de sa couleur relève d'un mécanisme totalement différent. Voir aussi Pourquoi l'eau de mer est-elle bleue ? Pour comprendre comment le sel agit sur l'eau, Pourquoi mettre du sel sur la glace la rend-il plus froide que 0 °C ? est un article proche ; sur la façon dont l'eau de pluie dissout la roche, voir Pourquoi les stalactites des grottes mettent-elles des milliers d'années à s'allonger ? Le mécanisme par lequel la neige garde le sol au chaud est présenté dans Pourquoi fait-il 0 °C sous la neige même quand il fait -20 °C dehors ?
- Dissolvez environ une cuillère à café et demie de sel (environ 7 grammes) dans 200 millilitres d'eau, dans un verre. Vous obtenez une concentration proche de celle de l'eau de mer.
- Étalez une cuillère à café de cette eau salée sur une assiette de couleur sombre, et la même quantité d'eau du robinet sur une autre assiette. Laissez-les au soleil une demi-journée.
- Comparez une fois sec. L'assiette d'eau salée conserve des cristaux blancs bien visibles, tandis que l'assiette d'eau du robinet ne laisse qu'une trace à peine perceptible. Vous constaterez ainsi de vos propres yeux que seule l'eau s'est évaporée.
Ne goûtez pas les cristaux obtenus, jetez-les : ils sont mélangés aux salissures de l'assiette. Évitez aussi de boire l'eau salée préparée, pour ne pas consommer trop de sel.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les programmes scolairesDu collège jusqu'aux matières spécialisées universitaires, le niveau de chaque passage est indiqué
- CollègeNotions vues au collège en sciences
- LycéeNotions vues au lycée en « chimie de base / sciences de la Terre de base »
- Lycée+Contenu d'approfondissement lycée, ou traité en encadré dans les manuels
- UniversitéContenu non vu au lycée, relevant de matières spécialisées universitaires (géochimie, océanographie)
- RechercheContenu encore débattu par les chercheurs, non enseigné comme un fait établi même à l'université
CollègeVocabulaire : ce phénomène porte un nom
- Salinité : quantité de substances dissoutes dans 1 kilogramme d'eau de mer. La moyenne en haute mer avoisine 35 grammes, soit environ 3,5 % en proportion.
- Altération : phénomène par lequel la roche se désagrège peu à peu sous l'effet de l'eau, de l'air ou des variations de température, libérant ses minéraux.
- Temps de résidence : durée moyenne approximative pendant laquelle un minéral donné reste dans la mer, entre son entrée et sa sortie.
CollègeLycéeVérification par le calcul : combien de kilogrammes de sel dans une baignoire pleine d'eau de mer ?
Le chiffre de « 3,5 % » ne parle pas vraiment aux sens. Ramené à un objet familier, il devient beaucoup plus concret. Seules des multiplications et des divisions sont nécessaires.
| En notation symbolique | m = V × ρ × S |
| En clair | Poids du sel dissous = volume d'eau de mer × densité de l'eau de mer × salinité (poids de sel par kilogramme d'eau de mer) |
| D'où vient cette formule | La salinité se définit comme « poids du sel dissous ÷ poids total de l'eau de mer ». En multipliant le volume par la densité, on obtient le poids de l'eau de mer ; en le multipliant par la salinité, on retrouve le poids du sel. |
| Signification des symboles | m est le poids du sel (grammes), V le volume (litres), ρ la densité (kilogrammes/litre), S la salinité (grammes/kilogramme) |
| À propos des symboles et unités | Les poids sont en kilogrammes, la quantité de sel en grammes, les volumes en litres |
| Salinité dissoute dans 1 kg d'eau de mer | Environ 35 grammes |
| Poids d'1 litre d'eau de mer | Environ 1,03 kilogramme |
| Volume d'une baignoire domestique | Environ 200 litres en moyenne |
| Poids d'une baignoire remplie d'eau de mer (kilogrammes) | 200 × 1,03 = 206 |
| Sel dissous correspondant (grammes) | 206 × 35 = 7210 |
| Conversion en kilogrammes | 7210 ÷ 1000 = 7,21 |
Le calcul montre qu'une baignoire remplie d'eau de mer contient environ 7 kilogrammes de sel dissous.
Si un paquet de sel de table vendu en supermarché pèse 1 kilogramme, cela représente l'équivalent de 7 paquets dissous dans une seule baignoire. Un poids bien réel, si on devait le soulever. Même quand la mer paraît transparente, elle contient tout ce sel. Et il a fallu à la rivière plusieurs centaines de millions d'années pour transporter assez de sel pour atteindre cette concentration.
LycéeLycée+Ce qui est dissous, ce ne sont pas des « grains de sel » mais des ions séparés
LycéeLorsque le sel de table se dissout dans l'eau, il se sépare en ions sodium et en ions chlorure, chacun entouré de molécules d'eau. Il n'y a donc pas de « grains de sel » en suspension dans l'eau de mer. Quand l'eau de mer s'évapore et que son volume diminue, les ions finissent par se retrouver à une concentration suffisante pour se recombiner et former des cristaux. C'est ce qui se produit dans les marais salants ou les lacs salés asséchés.
Lycée+Si seule l'eau peut s'échapper par évaporation, c'est parce que les ions sont fortement liés aux molécules d'eau et ne peuvent pas, comme une simple molécule d'eau isolée, s'échapper à l'état gazeux. Transformer un ion en gaz demanderait une énergie considérablement plus élevée. C'est pourquoi la vaste sortie que constitue la surface de la mer n'est ouverte qu'à l'eau.
UniversitéC'est le bilan, et non l'apport seul, qui détermine la salinité de la mer
En géochimie, on considère la mer comme un réservoir unique et on comptabilise, pour chaque minéral, ce qui entre et ce qui sort. Cette approche s'appelle le bilan de matière. Des éléments comme le sodium, difficiles à extraire de l'eau de mer, ont un temps de résidence extrêmement long, souvent estimé entre plusieurs dizaines de millions et une centaine de millions d'années. À l'inverse, des éléments comme l'aluminium, qui sédimentent rapidement, ont un temps de résidence très court. Si la composition de l'eau de mer est quasiment identique partout, c'est parce que le temps de résidence de ces éléments est bien plus long que le temps nécessaire pour que l'ensemble de la mer soit brassé. Le temps de résidence se définit par la formule « quantité présente dans la mer ÷ quantité échangée par an ».
📖 Pour aller plus loin : Eau de mer (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qui reste encore mal connu
- Quel était le degré de salinité des mers anciennes ? Selon certaines hypothèses, la mer, à ses tout débuts, aurait été nettement plus salée qu'aujourd'hui, mais les estimations varient beaucoup d'un chercheur à l'autre. Comme l'eau de mer de cette époque n'a pas été conservée, on ne peut l'estimer qu'indirectement, à partir par exemple de liquides emprisonnés dans la roche.
- Quelle quantité de sel s'échange dans les fissures du fond marin ? Le processus par lequel l'eau de mer circule dans les fissures des roches du fond marin est difficile à mesurer de l'extérieur, et une incertitude importante subsisterait dans les estimations du bilan.
- Comment les variations de salinité se répercutent-elles sur le climat ? La salinité influe sur le poids de l'eau de mer et constitue l'un des moteurs des courants marins profonds. Lorsque la fonte des glaces dilue la salinité, la manière dont ces courants se modifient est un sujet activement étudié aujourd'hui.
Autrement dit, le contenu de cet article n'est lui aussi qu'« une explication dans les limites de ce qui est connu aujourd'hui ». Derrière ce sujet familier qu'est le goût de la mer se cachent des échanges à l'échelle planétaire, qu'on ne sait pas encore mesurer entièrement.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / Chapitre | Passage de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences · Solutions aqueuses / Équilibres naturels | Explication initiale : seule l'eau s'évapore |
| Lycée | Chimie de base · Sciences de la Terre de base (dissolution et ions, cycle de l'eau) | Section sur la dissolution sous forme d'ions |
| Lycée+ | Chimie (propriétés de la vapeur et des solutions) | Explication de pourquoi les ions ne peuvent pas devenir gazeux |
| Université | Géochimie · Océanographie (bilan de matière et temps de résidence) | Mécanisme maintenant la salinité constante |
| Recherche | Paléocéanographie · Recherche sur la circulation océanique | Salinité ancienne et lien avec le climat |
| ― | Liens avec la vie quotidienne | Nigari et tofu, production de sel en marais salant, corrosion rapide des métaux au bord de mer |
- Agence météorologique japonaise (気象庁), « Informations d'observation et de diagnostic de l'océan » (pages explicatives sur la température de surface et la salinité de la mer)
- Société chimique du Japon (日本化学会) (dir.), Chemical Handbook, Basic Edition (化学便覧 基礎編), Maruzen Publishing (丸善出版) — sur la composition des principaux éléments de l'eau de mer
- W. S. Broecker and T.-H. Peng, "Tracers in the Sea", Lamont-Doherty Geological Observatory, 1982.
- J. I. Drever, "The Geochemistry of Natural Waters", Prentice Hall.
※ Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Les valeurs indiquées sont des repères et des approximations destinés à faciliter la compréhension des mécanismes. La salinité de l'eau de mer varie selon le lieu et la saison. Lors de toute activité au bord de mer, suivez les indications locales ainsi que les consignes des pompiers ou des autorités locales.