Généralités
I.
Généralités
1.
Les propriétés optiques des Constituants Optiquement Significatifs de l’eau de mer
L’eau possède des propriétés électriques, thermodynamiques et optiques uniques. Les Constituants de
l’eau de mer qui interagissent avec la lumière sont Optiquement Significatifs (COS), l’eau de mer étant
composée de molécules d’eau, de sels dissous, de matière particulaire et dissoute d’origine organique
ou inorganique, vivante ou non-vivante.
Une fois que le rayonnement électromagnétique émis par le soleil pénètre dans l’océan, il subit deux
types de modifications (Preisendorfer, 1965 ; Froidefond, 2004 ; Mobley, 2010):
1. Apparentes, se sont les modifications de la trajectoire du rayonnement par réflexion et
réfraction.
2. Inhérentes, se sont les pertes de l’énergie du photon
1
par les phénomènes d’absorption
2
et de
diffusion.
1.1. L’eau de mer pure
La molécule de l’eau de mer pure est composée de deux atomes d’hydrogène et
d’un atome d’oxygène. Cette composition moléculaire forme 96,5 % de sa
masse. L’eau de mer contient de nombreuses espèces chimiques minérales
dissoutes constitutives, auxquelles se rajoute une fraction organique dissoute et
particulaire issue du métabolisme des organismes vivants. À cela s’ajoute la
fraction minérale représentée par des éléments majeurs et mineurs de l’eau de
mer. Parmi les 9 éléments majeurs, les ions chlorure Cl
–
et sodium Na
+
sont peu utilisés dans les
processus biologiques. Les organismes planctoniques puisent surtout d’autres éléments minéraux
moins abondants (constituants mineurs), en particulier les phosphates, les nitrates et la silice qui, au
regard de leurs faibles concentrations, peuvent être des facteurs limitants pour le développement du
plancton (d’Elbée, 2016). En conclusion, l’eau de mer pure est constituée de la molécule d’eau (Figure
1) et d’ions divers (Na
+
, Cl
-
, SO4
2…).
Le rayonnement électromagnétique émis par le soleil subit une perte d’énergie par absorption et
diffusion dans l’eau. Seuls ces 2 derniers phénomènes physiques sont dépendants de la composition
chimique dissoute et particulaire de l’eau de mer. Les molécules d’eau sont les premières responsables
de cette absorption, particulièrement marquée dans l’ultraviolet et l’infrarouge (Figure 2). Dans le
visible, l’absorption de l’eau de mer pure diffère un petit peu de celle de l’eau pure normale (d’Elbée,
1 Photon : particule élémentaire (quantum) de la lumière. Sans masse, il se déplace à la plus grande vitesse possible.
2 Absorption : certaines molécules et certains atomes captent une partie du rayonnement électromagnétique. Atomes et molécules
absorbantes émettent à leur tour du rayonnement ; ce rayonnement n’a pas la même longueur d’onde que le rayonnement absorbé.
26
Figure 1: Molécule
d’eau, en bleu ‘O2’, en
gris ‘H’.
I.
Généralités
1.
Les propriétés optiques des Constituants Optiquement Significatifs de l’eau de mer
L’eau possède des propriétés électriques, thermodynamiques et optiques uniques. Les Constituants de
l’eau de mer qui interagissent avec la lumière sont Optiquement Significatifs (COS), l’eau de mer étant
composée de molécules d’eau, de sels dissous, de matière particulaire et dissoute d’origine organique
ou inorganique, vivante ou non-vivante.
Une fois que le rayonnement électromagnétique émis par le soleil pénètre dans l’océan, il subit deux
types de modifications (Preisendorfer, 1965 ; Froidefond, 2004 ; Mobley, 2010):
1. Apparentes, se sont les modifications de la trajectoire du rayonnement par réflexion et
réfraction.
2. Inhérentes, se sont les pertes de l’énergie du photon
1
par les phénomènes d’absorption
2
et de
diffusion.
1.1. L’eau de mer pure
La molécule de l’eau de mer pure est composée de deux atomes d’hydrogène et
d’un atome d’oxygène. Cette composition moléculaire forme 96,5 % de sa
masse. L’eau de mer contient de nombreuses espèces chimiques minérales
dissoutes constitutives, auxquelles se rajoute une fraction organique dissoute et
particulaire issue du métabolisme des organismes vivants. À cela s’ajoute la
fraction minérale représentée par des éléments majeurs et mineurs de l’eau de
mer. Parmi les 9 éléments majeurs, les ions chlorure Cl
–
et sodium Na
+
sont peu utilisés dans les
processus biologiques. Les organismes planctoniques puisent surtout d’autres éléments minéraux
moins abondants (constituants mineurs), en particulier les phosphates, les nitrates et la silice qui, au
regard de leurs faibles concentrations, peuvent être des facteurs limitants pour le développement du
plancton (d’Elbée, 2016). En conclusion, l’eau de mer pure est constituée de la molécule d’eau (Figure
1) et d’ions divers (Na
+
, Cl
-
, SO4
2…).
Le rayonnement électromagnétique émis par le soleil subit une perte d’énergie par absorption et
diffusion dans l’eau. Seuls ces 2 derniers phénomènes physiques sont dépendants de la composition
chimique dissoute et particulaire de l’eau de mer. Les molécules d’eau sont les premières responsables
de cette absorption, particulièrement marquée dans l’ultraviolet et l’infrarouge (Figure 2). Dans le
visible, l’absorption de l’eau de mer pure diffère un petit peu de celle de l’eau pure normale (d’Elbée,
1 Photon : particule élémentaire (quantum) de la lumière. Sans masse, il se déplace à la plus grande vitesse possible.
2 Absorption : certaines molécules et certains atomes captent une partie du rayonnement électromagnétique. Atomes et molécules
absorbantes émettent à leur tour du rayonnement ; ce rayonnement n’a pas la même longueur d’onde que le rayonnement absorbé.
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Figure 1: Molécule
d’eau, en bleu ‘O2’, en
gris ‘H’.