Environ 96,5 % de la mer est
constituée d’eau: les 3,5 % restant sont constitués de matière dissoute, essentiellement sous forme d’ions
([65 ]). En effet, la constante diélectrique élevée de l’eau (81 fois celle du vide) rend facile la formation des
ions et difficile la recombinaison de ces derniers en molécules. C’est cette matière dissoute qui constitue le
sel. La salinité est définie comme le rapport entre la masse de sel et la masse d’eau de mer, en gramme
de sel par kilogramme d’eau de mer (partie par millier, ou practical salinity unit (psu) qui
équivaut à la partie par millier, voir section 1.2). Parmi les ions contenus dans l’eau de mer,
ceux issus de la molécule NaCl sont de loin les plus nombreux en constituant les trois quarts
de la masse totale de sel (voir table 1.1). La répartition relative entre les différents sels est
sensiblement constante dans la majeure partie des océans ([22]) ; on peut donc déterminer la
concentration de tous les constituants (et donc la salinité) à partir de la mesure d’un seul
constituant. Ainsi, on a déterminé pendant longtemps la salinité à partir de la seule mesure de
chlorinité.
sel | masse (% masse totale de sel) |
|
| NaCl | 77.9 |
MgCl2 | 10.6 |
MgSO4 | 4.9 |
CaSO4 | 3.6 |
K2SO4 | 2.3 |
CaCO3 | < 1 |
KBr | < 1 |
SrSO4 | < 1 |
H2 BO3 | < 1 |
|
| |
TAB. 1.1: | Représentation relative des différents sels dans l’eau de mer |
|
La salinité détermine, avec la température, la densité des masses d’eau qui est un paramètre clé de la
circulation océanique ([70]). L’importance de la salinité pour l’océanographie physique, ainsi que son
application à l’identification des fronts entre différentes masses d’eau, seront détaillées dans la section 1.1
.
Au large, la salinité de surface des océans (SSS pour Sea Surface Salinity) est comprise entre 30 et 40
psu (voir la figure 1.1, bas). Près des côtes ou dans certaines mers fermées à forte décharge de fleuves (en
Mer Noire par exemple), elle peut être beaucoup plus basse (voir figure 1.1, haut). Elle est en moyenne de
34.7 psu et environ 75% de la surface océanique mondiale a une salinité comprise entre 34 et 36 psu (voir
la figure 1.2 obtenue à partir de la climatologie Levitus, [7]). La figure 1.3 illustre les valeurs de la
température de surface (SST pour Sea Surface Temperature) et SSS pour chaque 1o carré de la surface
océanique mondiale: on note que les eaux très froides, qui sont situées dans les zones arctiques et
antarctiques, ont des SSS toujours inférieurs à 35 psu et que les très fortes salinités (où la SSS est
supérieures à 37 psu) sont situées principalement dans les mers chaudes (où la SST est supérieure à
20o C).
La SSS varie moins rapidement que la SST, car elle est moins sensible aux conditions météorologiques.
Les variations de SSS d’une masse d’eau sont principalement gouvernées par les processus d’évaporation -
précipitations (voir la figure 1.4), sauf près des côtes ou dans les mers fermées où la décharge en eau douce
des fleuves est très importante. Au large, une variation de 1 psu est exceptionnelle car elle nécessite des
précipitations violentes qui sont peu courantes. La SSS est donc un bon traceur des différentes
masses d’eau océaniques (voir section 1.1). En revanche, à la frontière entre deux masses d’eau,
on peut observer des différences atteignant 1 psu (voir la figure 1.6). À moyenne et basse
latitude, l’évaporation dans les régions chaudes, en l’absence de pluie, crée un maximum de
salinité en surface (cf. mer méditerranée, mer rouge qui constituent des bassins d’évaporation).
En cas de précipitations violentes, comme cela arrive par exemple dans les tropiques (dans
la zone de convergence inter-tropicale), la salinité de surface diminue. La figure 1.4 illustre
la bonne corrélation entre la salinité et les flux d’évaporation - précipitations en fonction
de la latitude, sauf aux hautes latitudes nord. Dans le bassin arctique en effet, la SSS est
modifiée par la fonte des glaces et par une forte décharge de fleuves qui apportent de l’eau
douce. Ainsi, plus on va vers le nord, plus la salinité est basse, bien que le bilan hydrologique
(évaporation-précipitations) soit à peu près constant. Le bassin arctique constitue ainsi un
bassin de dilution. Au contraire, l’océan antarctique ne subit pas de décharge de fleuves et est
beaucoup plus grand et ouvert: on n’observe donc pas la même diminution de SSS qu’en
arctique.
Le but de la mission SMOS est de mesurer la salinité de surface des océans et l’humidité des sols sur
les terres émergées, ce dernier objectif n’étant pas traité dans cette thèse. En réalité, l’instrument mesure
les caractéristiques de l’eau de mer intégrées sur une profondeur, l’épaisseur de peau, qui est de
l’ordre du centimètre (voir l’annexe E) à la fréquence de SMOS (i.e. 1.4 GHz, voir section
2.2). Il convient donc d’examiner la variation de la salinité avec la profondeur pour savoir
de quelle couche superficielle de l’océan la mesure sera caractéristique. Le profil vertical de
la salinité dans l’océan est variable selon les régions (voir fig. 1.7) à cause des conditions
physiques très différentes qui règnent aux diverses latitudes. Schématiquement, la salinité est
homogène dans une couche de surface en dessous de laquelle elle subit un gradient (dans
la couche appelée la halocline). L’épaisseur de la couche de surface homogène en densité,
appelée la couche de mélange, dépend du mélange vertical entre les eaux de surface et les eaux
plus profondes: ce mélange est contrôlé par la turbulence induite par le vent de surface, et
par le rapport entre la densité de l’eau de surface et la densité de l’eau sous-jacente. Aux
moyennes latitudes, l’épaisseur de la couche de mélange varie de 50 à 200 mètres. La variation de
la salinité dans les premiers mètres est toujours extrêmement faible (inférieure à 0.1 psu)
(voir figure 1.8) sauf en cas de fortes précipitations par vents très faibles où une pellicule
d’eau douce peut se former à la surface, et dans les panaches des grands fleuves. Une forte
évaporation, par vent très faible, peut entraîner une augmentation sensible de la salinité près de
la surface, comme on peut le voir sur la figure 1.8 en milieu de journée (profils entre 11h
et 15h). Cependant, à l’heure locale de passage de SMOS pour l’orbite du soir (i.e. 18h),
l’effet de l’évaporation sur le profil de salinité a disparu. Il faut aussi noter que ces profils ont
été mesurés dans une zone dans laquelle les vents sont généralement faibles, ce qui limite
le mélange des eaux de surface et qui favorise la formation de gradient vericaux de SSS et
SST.