2.1. Célérité du son
dans l'eau de mer
2.1.1.
Paramètres influençant la
célérité
La
célérité
du son dans la colonne d’eau dépend de la masse
volumique du
milieu traversé et de son coefficient de
compressibilité.
C
= 1 / √(ρ.K)
C: Célérité
du son en m.s-1.
ρ: Masse
volumique du milieu traversé en kg.m-3.
K: Coefficient
de compressibilité du milieu (en bar-1).
Dans
le cas de l’eau de mer, les paramètres
influençant
principalement la célérité du son sont
la
température, la salinité et la pression. En
effet,
la masse volumique de l'eau de mer va dépendre de
la
température et de la salinité de l'eau, alors que
le
coefficient de compressibilité va être fonction de
la
pression.
a) La température
La
température
dans les océans mondiaux décroît
généralement lorsque l'on va de la surface vers
le fond.
Cependant les variations de température sont remarquables
uniquement dans les premières couches des océans.
Dans un
océan ouvert, la température aura une importante
variation jusqu'à environ 1000m, due au soleil, au brassage
des
vagues, aux courants, ou encore aux apports extérieurs. En
dessous de cette profondeur, la température ne varie
quasiment
plus. Il arrive que dans les mers fermées, la
température
n'est d'influence que jusqu'à 200m, mais le principe reste
le
même. La limite au-dessous de laquelle la
température
ne varie plus beaucoup est la thermocline permanente.
Il
existe une autre limite
de
température à prendre en compte, c'est la
thermocline saisonnière. Cette limite n'est
présente
qu'en été. La température va fortement
varier
autour
de cette limite, ce qui aura une influence sur la
célérité.
b) La
salinité
La
salinité
moyenne dans les océans mondiaux est d'environ 35
‰. Les
variations géographiques sont assez importantes. On peut
trouver
des valeurs de salinité de 38,5‰ en
Méditerranée, et des valeurs de
salinité de 14
‰ en mer Baltique. La salinité va avoir une
influence,
mais très légère, sur la
densité à
l'échelle d'un océan. Néanmoins les
variations de
salinité vont être remarquables dans certaines
situations
locales comme les estuaires ou les pôles (Fonte des glaces).
c) La
pression
Les
variations de
température et de salinité ont une influence qui
est
relativement faible par rapport à l'influence des variations
de
pression. Ainsi le facteur qu'il faudra majoritairement prendre en
compte pour étudier les variations de
célérité sera la pression. La pression
est de 1
bar en surface et elle augmente ensuite de 1 bar tous les 10m. La
pression aura une influence moindre dans les couches superficielles, et
un rôle plus important dans les couches profondes, par
rapport au
rôle de la température et de la
salinité.
2.1.2.
Variations de la célérité dans la
colonne d'eau
a) Influence des paramètres
La
célérité d'une onde dans l'eau de mer
est donc
directement fonction de la température, de la
salinité et
de la pression. En effet lorsque la température va
augmenter, la
densité de l'eau va diminuer, et donc la
célérité va augmenter (la
densité et la
célérité sont inversement
proportionnelles).
Lorsque la salinité ou la pression augmente, le coefficient
de
compressibilité diminue, et ceci entraîne une
augmentation de la célérité, car la
célérité est inversement
proportionnelle au
coefficient de compressibilité.
b) Variations
dans la colonne d'eau
Au dessus de la thermocline saisonnière, c'est la pression
(la
profondeur) qui aura le plus d'influence sur la
célérité, en effet la
température est assez
homogène dans cette zone. L'augmentation de la pression va
entraîner une augmentation de la
célérité dans
cette zone.
La célérité va ensuite diminuer entre
la
thermocline saisonnière et la thermocline permanente. Entre
ces
deux limites, la température va fortement diminuer, et donc
la
densité va augmenter. C'est cela qui va entraîner la
diminution
de célérité.
Lorsque l'on passera sous la thermocline permanente, la
température ne variera plus, ou très peu. Seule
la
pression va avoir une influence sur la
célérité:
l'augmentation de pression provoquera donc une augmentation de
célérité.
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