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GÉOCHIMIE MARINE
la diffusion est efficace sur les courtes distances, mais elle devient négligeable sur les
grandes distances. En remarquant que la distance moyenne parcourue par les molécules est
x = (x,-x.)/2, on trouve :
m
x 2
1 '
J
______
x = fWt
(6.14)
La distance moyenne parcourue est fonction de la racine carrée du temps de parcours.
Les molécules se déplaçant au hasard, il y a peu de chance qu’elles aillent toujours dans la
même direction, ce qui réduit considérablement la distance nette parcourue. Par exemple :
le coefficient de diffusion du saccharose dans l’eau à 25 °C est de 0,5 x 10'5 cm2.s1. Sur
une distance de 10 pm, vp = 50 pm.s'1 : l’équilibre est rapidement atteint. Sur une distance
de 10 cm, v = 5 x 10‘7 cm.s-1 : il faut 8 mois pour atteindre l’équilibre dans le verre... En
océanographie, la diffusion moléculaire joue un rôle majeur dans la limitation des échanges
de gaz entre l’océan et l’atmosphère et dans le fractionnement des isotopes du carbone lors
de l’assimilation du CO, dissous par le phytoplancton.
Cas de la diffusion des gaz à l’interface air-mer
Dans l’atmosphère et dans l’océan, les mouvements de matière sont dominés par la
turbulence. Cependant, il existe à l’interface océan-atmosphère une couche extrêmement fine
dans laquelle les transferts de matière se font par diffusion moléculaire. Bien que l’épaisseur
de cette couche ne soit que de l’ordre de quelques dizaines de micromètres, la lenteur de la
diffusion moléculaire limite les échanges entre l’océan et l’atmosphère. La modélisation des
échanges se fait en considérant que l’air et l’eau de mer sont séparés par un « film stagnant »
liquide à travers lequel les molécules de gaz diffusent. Il existe également un film stagnant
dans l’air au contact avec l’eau de mer, mais la diffusion étant beaucoup plus lente dans l’eau
que dans l’air, c’est le film stagnant dans l’eau qui limite les échanges et sur lequel on se
focalisera donc ici (Figure 6.4).
Couche mélangée
couche me Ungce
turbulence]
Figure 6.4. Transfert de gaz à la surface de l’océan.
À la base du film stagnant, la concentration en gaz est égale à celle de la couche mélangée.
Au sommet du film stagnant, la concentration est à l'équilibre avec l'atmosphère. Si ces
deux concentrations sont différentes, il y a un flux net de gaz par diffusion des molécules
à travers le film.
GÉOCHIMIE MARINE
la diffusion est efficace sur les courtes distances, mais elle devient négligeable sur les
grandes distances. En remarquant que la distance moyenne parcourue par les molécules est
x = (x,-x.)/2, on trouve :
m
x 2
1 '
J
______
x = fWt
(6.14)
La distance moyenne parcourue est fonction de la racine carrée du temps de parcours.
Les molécules se déplaçant au hasard, il y a peu de chance qu’elles aillent toujours dans la
même direction, ce qui réduit considérablement la distance nette parcourue. Par exemple :
le coefficient de diffusion du saccharose dans l’eau à 25 °C est de 0,5 x 10'5 cm2.s1. Sur
une distance de 10 pm, vp = 50 pm.s'1 : l’équilibre est rapidement atteint. Sur une distance
de 10 cm, v = 5 x 10‘7 cm.s-1 : il faut 8 mois pour atteindre l’équilibre dans le verre... En
océanographie, la diffusion moléculaire joue un rôle majeur dans la limitation des échanges
de gaz entre l’océan et l’atmosphère et dans le fractionnement des isotopes du carbone lors
de l’assimilation du CO, dissous par le phytoplancton.
Cas de la diffusion des gaz à l’interface air-mer
Dans l’atmosphère et dans l’océan, les mouvements de matière sont dominés par la
turbulence. Cependant, il existe à l’interface océan-atmosphère une couche extrêmement fine
dans laquelle les transferts de matière se font par diffusion moléculaire. Bien que l’épaisseur
de cette couche ne soit que de l’ordre de quelques dizaines de micromètres, la lenteur de la
diffusion moléculaire limite les échanges entre l’océan et l’atmosphère. La modélisation des
échanges se fait en considérant que l’air et l’eau de mer sont séparés par un « film stagnant »
liquide à travers lequel les molécules de gaz diffusent. Il existe également un film stagnant
dans l’air au contact avec l’eau de mer, mais la diffusion étant beaucoup plus lente dans l’eau
que dans l’air, c’est le film stagnant dans l’eau qui limite les échanges et sur lequel on se
focalisera donc ici (Figure 6.4).
Couche mélangée
couche me Ungce
turbulence]
Figure 6.4. Transfert de gaz à la surface de l’océan.
À la base du film stagnant, la concentration en gaz est égale à celle de la couche mélangée.
Au sommet du film stagnant, la concentration est à l'équilibre avec l'atmosphère. Si ces
deux concentrations sont différentes, il y a un flux net de gaz par diffusion des molécules
à travers le film.