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.