Conductivité, salinité et solides dissous totaux - Systèmes de mesure environnementale (2024)

Qu'est-ce que la conductivité ?

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La conductivité est une mesure de la capacité de l'eau à laisser passer le flux électrique. Cette capacité est directement liée à la concentration d'ions dans l'eau1. Ces ions conducteurs proviennent de sels dissous et de matériaux inorganiques tels que les alcalis, les chlorures, les sulfures et les composés carbonatés.3. Les composés qui se dissolvent en ions sont également appelés électrolytes40. Plus il y a d'ions présents, plus la conductivité de l'eau est élevée. De même, moins il y a d'ions dans l'eau, moins elle est conductrice. L'eau distillée ou déminéralisée peut jouer le rôle d'isolant en raison de sa valeur de conductivité très faible (voire négligeable)2. L'eau de mer, en revanche, a une conductivité très élevée.

Les ions conduisent l'électricité en raison de leurs charges positives et négatives1. Lorsque les électrolytes se dissolvent dans l'eau, ils se divisent en particules chargées positivement (cation) et chargées négativement (anion). Lorsque les substances dissoutes se séparent dans l'eau, les concentrations de chaque charge positive et négative restent égales. Cela signifie que même si la conductivité de l'eau augmente avec les ions ajoutés, elle reste électriquement neutre2.

Unités de conductivité

La conductivité est généralement mesurée en micro ou millisiemens par centimètre (uS/cm ou mS/cm). Il peut également être rapporté en micromhos ou millimhos/centimètre (umhos/cm ou mmhos/cm), bien que ces unités soient moins courantes. Un siemen est égal à un mho1. Le microsiemens par centimètre est l'unité standard pour les mesures d'eau douce. Les rapports sur la conductivité de l'eau de mer utilisent micro-, milli- et parfois même juste siemen/mho par centimètre, selon la publication.

Conductance spécifique

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La conductance spécifique est une mesure de conductivité effectuée ou corrigée à 25° C3. Il s'agit de la méthode normalisée de rapport de conductivité. Comme la température de l'eau affectera les lectures de conductivité, le rapport de conductivité à 25 ° C permet de comparer facilement les données3. La conductance spécifique est généralement exprimée en uS/cm à 25° C6.

Si une mesure de conductivité est effectuée à 25°C, elle peut simplement être rapportée comme la conductance spécifique. Si une mesure est faite à une température différente et corrigée à 25°C, alors le coefficient de température doit être pris en compte. Le coefficient de température de conductance spécifique peut varier en fonction de la température mesurée et de la composition ionique de l'eau32. Un coefficient de 0,0191-0,02 est couramment utilisé sur la base des normes KCl3,32. Les solutions à base de NaCl doivent avoir un coefficient de température de 0,02-0,021433.

Résistivité

Conductivité, salinité et solides dissous totaux - Systèmes de mesure environnementale (3)La conductivité est formellement définie comme l'inverse de la résistivité, ce qui mérite d'être développé sur3. La résistivité est une mesure de l'opposition de l'eau au flux d'un courant sur une distance. L'eau pure a une résistance de 18,2 Mohm*cm5. La résistivité diminue à mesure que la concentration ionique dans l'eau augmente. Une façon amusante de se rappeler que la résistivité et la conductivité sont réciproques (1/mesure) est dans le nom de l'unité - mho et ohm sont les mêmes lettres, à l'envers.

Conductance

La conductance fait partie de la conductivité, mais ce n'est pas une mesure spécifique en soi. La conductance électrique dépend de la longueur du conducteur, tout comme la résistance18. La conductance est mesurée en mhos ou siemens19. La conductivité est la conductance (S) mesurée sur une distance spécifiée (1 cm), qui est incorporée dans les unités (S/cm)19. Ainsi, la conductance de l'eau changera avec la distance spécifiée. Mais tant que la température et la composition restent les mêmes, la conductivité de l'eau ne changera pas.

Qu'est-ce que la salinité ?

La salinité est un terme ambigu. En tant que définition de base, la salinité est la concentration totale de tous les sels dissous dans l'eau4. Ces électrolytes forment des particules ioniques lorsqu'ils se dissolvent, chacun avec une charge positive et négative. En tant que telle, la salinité contribue fortement à la conductivité. Alors que la salinité peut être mesurée par une analyse chimique complète, cette méthode est difficile et prend du temps13. L'eau de mer ne peut pas simplement être évaporée en une mesure de masse de sel sec car les chlorures sont perdus au cours du processus26.

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Le plus souvent, la salinité n'est pas mesurée directement, mais plutôt dérivée de la mesure de la conductivité6. C'est ce qu'on appelle la salinité pratique. Ces dérivations comparent la conductance spécifique de l'échantillon à une norme de salinité telle que l'eau de mer6. Les mesures de salinité basées sur les valeurs de conductivité sont sans unité, mais sont souvent suivies de la notation des unités de salinité pratiques (psu)25.

Il existe de nombreux sels dissous différents qui contribuent à la salinité de l'eau. Les principaux ions de l'eau de mer (avec une salinité pratique de 35) sont : le chlorure, le sodium, le magnésium, le sulfate, le calcium, le potassium, le bicarbonate et le brome25. Beaucoup de ces ions sont également présents dans les sources d'eau douce, mais en quantités beaucoup plus faibles4. Les compositions ioniques des sources d'eau intérieures dépendent du milieu environnant. La plupart des lacs et des rivières contiennent des sels de métaux alcalins et alcalino-terreux, le calcium, le magnésium, le sodium, les carbonates et les chlorures constituant un pourcentage élevé de la composition ionique.4. L'eau douce a généralement un taux de bicarbonate plus élevé tandis que l'eau de mer a des concentrations plus élevées de sodium et de chlorure39.

Salinité absolue

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Alors que l'échelle de salinité pratique est acceptable dans la plupart des situations, une nouvelle méthode de mesure de la salinité a été adoptée en 2010. Cette méthode, appelée TEOS-10, détermine la salinité absolue par opposition à la salinité pratique dérivée de la conductivité. La salinité absolue fournit une représentation précise et cohérente de l'état thermodynamique du système24. La salinité absolue est à la fois plus exacte et plus précise que la salinité pratique et peut être utilisée pour estimer la salinité non seulement à travers l'océan, mais à des profondeurs et des plages de température plus importantes.24. TEOS-10 est dérivé d'une fonction de Gibbs, qui nécessite des calculs plus complexes, mais offre des informations plus utiles24.

Unités de salinité

Les unités utilisées pour mesurer la salinité fluctuent en fonction de la procédure d'application et de rapport. Parties pour mille ou grammes/kilogramme (1 ppt = 1 g/kg) étaient la norme22. Dans certaines sources d'eau douce, cela est indiqué en mg/L4, 37. Désormais, les valeurs de salinité sont rapportées sur la base de l'échelle de salinité pratique sans unité (parfois indiquée en unités de salinité pratiques comme psu)22. Depuis 2010, un calcul de la salinité absolue a été développé, mais n'est pas utilisé pour les archives de la base de données24. La salinité absolue est indiquée en g/kg et est désignée par le symbole SUN. TEOS-10 propose des équations préprogrammées pour calculer la salinité absolue.

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Les unités psu, ppt et SUNg/kg sont presque équivalents (et souvent interchangés)6. Les trois méthodes sont basées sur une valeur approximative de salinité de 35 dans l'eau de mer24. Cependant, certaines distinctions doivent être faites.

Les unités de salinité pratiques sont sans dimension et sont basées sur des études de conductivité de solutions de chlorure de potassium et d'eau de mer13. Ces études ont été réalisées avec une solution de KCL de 32,4356 g/kg et de « l'eau de Copenhague » qui a une chlorinité de 19,374 ppt25. Cette eau de mer de l'Atlantique nord a reçu une salinité pratique définie de 35 psu25. L'échelle pratique de salinité est considérée comme précise pour des valeurs comprises entre 2 et 42 psu26. Ce sont les unités les plus couramment utilisées, et la salinité pratique reste la valeur de salinité la plus courante stockée pour les archives de données24.

La définition historique de la salinité était basée sur la concentration de chlorure (qui pouvait être déterminée par titrage)28. Ce calcul a utilisé l'équation suivante :

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Cette méthode n'est acceptable que pour l'eau de mer, car elle est limitée dans les estuaires, les sources d'eau saumâtre et douce28. Alors que la salinité et la chlorinité sont proportionnelles dans l'eau de mer, les équations basées sur cela ne sont pas exactes dans l'eau douce ou lorsque les taux de chlorinité changent26.

La salinité absolue en g/kg est idéale pour les études nécessitant des données très précises. Il est cohérent avec les autres unités SI en tant que véritable fraction de masse et garantit que toutes les relations thermodynamiques (densité, son, vitesse et capacité thermique) restent cohérentes.24. Ces unités aident également à déterminer les contributions des ions spécifiques aux valeurs de salinité39. La salinité absolue offre également une plus grande plage et des valeurs plus précises que les autres méthodes de salinité lorsque la composition ionique est connue24.

Que sont les solides dissous totaux ?

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Les solides dissous totaux (TDS) combinent la somme de toutes les particules ioniques inférieures à 2 microns (0,0002 cm)11. Cela comprend tous les électrolytes dissociés qui composent les concentrations de salinité, ainsi que d'autres composés tels que la matière organique dissoute. Dans l'eau "propre", le TDS est approximativement égal à la salinité12. Dans les eaux usées ou les zones polluées, le TDS peut inclure des solutés organiques (tels que des hydrocarbures et de l'urée) en plus des ions de sel12.

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Alors que les mesures TDS sont dérivées de la conductivité, certains États, régions et agences fixent souvent un maximum TDS au lieu d'une limite de conductivité pour la qualité de l'eau37. Au plus, l'eau douce peut avoir 2000 mg/L de solides dissous totaux, et la plupart des sources devraient avoir beaucoup moins que cela13. Selon les propriétés ioniques, un excès de solides dissous totaux peut produire des effets toxiques sur les poissons et les œufs de poisson. Les salmonidés exposés à des niveaux supérieurs à la moyenne de CaSO4 à divers stades de leur vie ont connu des taux de survie et de reproduction réduits37. Lorsque les solides dissous totaux variaient au-dessus de 2 200 à 3 600 mg/L, les salmonidés, les perches et les brochets présentaient tous des taux d'éclosion et de survie des œufs réduits.37.

Les solides dissous sont également importants pour la vie aquatique en maintenant l'équilibre de la densité cellulaire11. Dans l'eau distillée ou déionisée, l'eau s'écoule dans les cellules d'un organisme, les faisant gonfler11. Dans l'eau avec une concentration très élevée de TDS, les cellules rétréciront. Ces changements peuvent affecter la capacité d'un organisme à se déplacer dans une colonne d'eau, le faisant flotter ou couler au-delà de sa plage normale.11.

Le TDS peut également affecter le goût de l'eau et indique souvent une alcalinité ou une dureté élevée12.

Unités TDS

Les solides dissous totaux sont indiqués en mg/L. Le TDS peut être mesuré par gravimétrie (avec une coupelle d'évaporation) ou calculé en multipliant une valeur de conductivité par un facteur empirique13. Bien que la détermination des TDS par évaporation prenne plus de temps, elle est utile lorsque la composition d'une source d'eau n'est pas connue. La dérivation du TDS à partir de la conductivité est plus rapide et adaptée aux mesures sur le terrain et à la surveillance continue42.

Lors du calcul des solides dissous totaux à partir d'une mesure de conductivité, un facteur TDS est utilisé. Cette constante TDS dépend du type de solides dissous dans l'eau et peut être modifiée en fonction de la source d'eau. La plupart des conductimètres et autres options de mesure utiliseront une constante approchée commune autour de 0,6532. Cependant, lors de la mesure d'eau mitigée ou d'eau salée (avec une valeur de conductivité supérieure à 5000 uS/cm), la constante TDS devrait être plus élevée : environ 0,735 et 0,8 respectivement20. De même, l'eau douce ou presque pure devrait avoir une constante TDS inférieure plus proche de 0,47-0,5036.

Les méthodes standard pour l'examen de l'eau et des eaux usées acceptent une constante TDS de 0,55 à 0,7, bien que si la source d'eau est connue pour être riche en calcium ou en ions sulfate, une constante de 0,8 peut être utilisée13. Plusieurs conductimètres accepteront une constante en dehors de cette plage, mais il est recommandé de réanalyser l'échantillon par évaporation pour confirmer ce rapport13.

Comme on le voit dans le tableau ci-dessous, des solutions ayant la même valeur de conductivité, mais des constitutions ioniques différentes (KCl vs NaCl vs 442) auront différentes concentrations totales de solides dissous. Cela est dû à la différence de poids moléculaire40. De plus, la composition ionique modifiera la constante TDS recommandée.

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Les trois étalons sont acceptables pour les étalonnages de conductivité. Cependant, la composition ionique doit être prise en compte lors du calcul des solides dissous totaux. Si un projet le permet, la constante TDS doit être déterminée pour chaque site spécifique en fonction des constituants ioniques connus dans l'eau6.

Pourquoi la conductivité est-elle importante ?

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La conductivité, en particulier la conductance spécifique, est l'un des paramètres de qualité de l'eau les plus utiles et les plus couramment mesurés.3. En plus d'être la base de la plupart des calculs de salinité et de solides dissous totaux, la conductivité est un indicateur précoce de changement dans un système d'eau. La plupart des masses d'eau maintiennent une conductivité assez constante qui peut être utilisée comme base de comparaison pour les mesures futures1. Des changements importants, qu'ils soient dus à des inondations naturelles, à l'évaporation ou à la pollution d'origine humaine, peuvent être très préjudiciables à la qualité de l'eau.

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La conductivité et la salinité ont une forte corrélation3. Comme la conductivité est plus facile à mesurer, elle est utilisée dans les algorithmes d'estimation de la salinité et du TDS, qui affectent tous deux la qualité de l'eau et la vie aquatique.

La salinité est particulièrement importante car elle affecte la solubilité de l'oxygène dissous3. Plus le niveau de salinité est élevé, plus la concentration en oxygène dissous est faible. L'oxygène est environ 20% moins soluble dans l'eau de mer que dans l'eau douce à la même température3. Cela signifie qu'en moyenne, l'eau de mer a une concentration en oxygène dissous inférieure à celle des sources d'eau douce. L'effet de la salinité sur la solubilité des gaz dissous est dû à la loi de Henry ; la constante utilisée changera en fonction des concentrations en ions de sel39.

Tolérance des organismes aquatiques

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La plupart des organismes aquatiques ne peuvent tolérer qu'une plage de salinité spécifique14. L'adaptation physiologique de chaque espèce est déterminée par la salinité de son milieu environnant. La plupart des espèces de poissons sont sténohalines, ou exclusivement d'eau douce ou exclusivement d'eau salée43. Cependant, il existe quelques organismes qui peuvent s'adapter à une gamme de salinités. Ces organismes euryhalins peuvent être anadromes, catadromes ou euryhalins vrais. Les organismes anadromes vivent en eau salée mais se reproduisent en eau douce. Les espèces catadromes sont à l'opposé - elles vivent en eau douce et migrent vers l'eau salée pour frayer43. Les véritables espèces euryhalines peuvent être trouvées en eau salée ou en eau douce à tout moment de leur cycle de vie43. Les organismes estuariens sont de véritables euryhalins.

Les espèces euryhalines vivent ou voyagent dans les estuaires, où la zonation saline est évidente. Les niveaux de salinité dans un estuaire peuvent varier de l'eau douce à l'eau de mer sur une courte distance21. Alors que les espèces euryhalines peuvent voyager confortablement à travers ces zones, les organismes sténohalins ne peuvent pas et ne seront trouvés qu'à une extrémité de l'estuaire ou à l'autre. Des espèces telles que les étoiles de mer et les concombres de mer ne peuvent tolérer de faibles niveaux de salinité et, bien qu'elles soient côtières, elles ne se trouvent pas dans de nombreux estuaires21. Certains organismes aquatiques peuvent même être sensibles à la composition ionique de l'eau. Un afflux d'un sel spécifique peut affecter négativement une espèce, que les niveaux de salinité restent dans une plage acceptable14.

Les tolérances à la salinité dépendent des processus osmotiques au sein d'un organisme. Les poissons et autres formes de vie aquatique qui vivent en eau douce (faible conductivité) sont hyperosmotiques15. L'hyperosmotique définit la capacité d'une cellule à éliminer l'eau et à retenir les ions. Ainsi, ces organismes maintiennent des concentrations ioniques internes plus élevées que l'eau environnante16. De l'autre côté du spectre, les organismes d'eau salée (haute conductivité) sont hypoosmotiques et maintiennent une concentration ionique interne inférieure à celle de l'eau de mer. Les organismes euryhalins sont capables d'adapter leur corps à l'évolution des niveaux de sel. Chaque groupe d'organismes s'est adapté aux concentrations ioniques de leurs environnements respectifs et absorbera ou excrétera des sels au besoin16. La modification de la conductivité de l'environnement en augmentant ou en diminuant les niveaux de sel affectera négativement les capacités métaboliques des organismes. Même la modification du type d'ion (comme le potassium pour le sodium) peut être préjudiciable à la vie aquatique si leurs processus biologiques ne peuvent pas traiter les différents ions14.

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Un changement de conductivité peut indiquer une pollution

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Une augmentation ou une diminution soudaine de la conductivité dans un plan d'eau peut indiquer une pollution. Le ruissellement agricole ou une fuite d'eaux usées augmentera la conductivité en raison des ions chlorure, phosphate et nitrate supplémentaires1. Un déversement de pétrole ou l'ajout d'autres composés organiques diminuerait la conductivité car ces éléments ne se décomposent pas en ions34. Dans les deux cas, les solides dissous supplémentaires auront un impact négatif sur la qualité de l'eau.

La salinité contribue à la convection océanique

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La salinité affecte la densité de l'eau. Plus la concentration en sel dissous est élevée, plus la densité de l'eau est élevée4. L'augmentation de la densité avec la salinité est l'un des moteurs de la circulation océanique22. Lorsque la glace de mer se forme près des régions polaires, elle n'inclut pas les ions sel. Au lieu de cela, les molécules d'eau gèlent, forçant le sel dans des poches d'eau saumâtre22. Cette saumure finit par s'écouler de la glace, laissant derrière elle une poche d'air et augmentant la salinité de l'eau entourant la glace. Comme cette eau salée est plus dense que l'eau environnante, elle coule, créant un schéma de convection qui peut influencer la circulation océanique sur des centaines de kilomètres.22.

D'où viennent le TDS et la salinité ?

La conductivité et la salinité varient considérablement entre les différents plans d'eau. La plupart des cours d'eau et des lacs d'eau douce ont de faibles valeurs de salinité et de conductivité. Les océans ont une conductivité et une salinité élevées en raison du nombre élevé de sels dissous présents.

Sources de conductivité d'eau douce

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Dans les ruisseaux et les rivières, les niveaux de conductivité normaux proviennent de la géologie environnante1. Les sols argileux contribueront à la conductivité, tandis que le substrat rocheux granitique ne le fera pas.1. Les minéraux de l'argile s'ioniseront en se dissolvant, tandis que le granit restera inerte. De même, les apports d'eau souterraine contribueront à la conductivité du ruisseau ou de la rivière en fonction de la géologie traversée par l'eau souterraine. Les eaux souterraines qui sont fortement ionisées à partir de minéraux dissous augmenteront la conductivité de l'eau dans laquelle elles s'écoulent.

Sources de conductivité d'eau salée

La majeure partie du sel dans l'océan provient du ruissellement, des sédiments et de l'activité tectonique17. La pluie contient de l'acide carbonique, qui peut contribuer à l'érosion des roches. Au fur et à mesure que la pluie coule sur les roches et le sol, les minéraux et les sels sont décomposés en ions et sont emportés, atteignant finalement l'océan17. Les évents hydrothermaux au fond de l'océan contribuent également aux minéraux dissous17. Lorsque l'eau chaude s'écoule des bouches d'aération, elle libère des minéraux avec elle. Les volcans sous-marins peuvent cracher des minéraux dissous et du dioxyde de carbone dans l'océan17. Le dioxyde de carbone dissous peut devenir de l'acide carbonique qui peut éroder les roches du fond marin environnant et augmenter la salinité. Au fur et à mesure que l'eau s'évapore à la surface de l'océan, les sels de ces sources s'accumulent pendant des millions d'années.27.

Les rejets tels que la pollution peuvent également contribuer à la salinité et au TDS, car les effluents d'eaux usées augmentent les ions de sel et un déversement de pétrole augmente le total des solides dissous1.

Quand la conductivité fluctue-t-elle ?

La conductivité dépend de la température et de la salinité/TDS de l'eau38. Les changements de débit et de niveau d'eau peuvent également contribuer à la conductivité par leur impact sur la salinité. La température de l'eau peut entraîner des fluctuations quotidiennes des niveaux de conductivité. En plus de son effet direct sur la conductivité, la température influence également la densité de l'eau, ce qui conduit à la stratification. L'eau stratifiée peut avoir différentes valeurs de conductivité à différentes profondeurs.

Le débit d'eau, qu'il provienne d'une source, d'une nappe phréatique, de la pluie, d'une confluence ou d'autres sources, peut affecter la salinité et la conductivité de l'eau. De même, les réductions du débit des barrages ou des dérivations de rivière peuvent également modifier les niveaux de conductivité29. Les changements de niveau d'eau, tels que les niveaux de marée et l'évaporation, entraîneront également des fluctuations des niveaux de salinité et de conductivité.

Conductivité et température

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Lorsque la température de l'eau augmente, la conductivité augmente également3. Pour chaque augmentation de 1 °C, les valeurs de conductivité peuvent augmenter de 2 à 4 %3. La température affecte la conductivité en augmentant la mobilité ionique ainsi que la solubilité de nombreux sels et minéraux30. Cela peut être observé dans les variations diurnes lorsqu'une masse d'eau se réchauffe en raison de la lumière du soleil (et que la conductivité augmente) puis se refroidit la nuit (diminution de la conductivité).

En raison de l'effet direct de la température, la conductivité est mesurée ou corrigée à une température normalisée (généralement 25 °C) à des fins de comparabilité. Cette méthode de rapport normalisée est appelée conductance spécifique1.

Les variations saisonnières de la conductivité, bien qu'affectées par les températures moyennes, sont également affectées par le débit d'eau. Dans certaines rivières, comme le printemps a souvent le débit le plus élevé, la conductivité peut être plus faible à ce moment-là qu'en hiver malgré les différences de température23. Dans l'eau avec peu ou pas d'afflux, les moyennes saisonnières dépendent davantage de la température et de l'évaporation.

Conductivité et débit d'eau

L'effet du débit d'eau sur les valeurs de conductivité et de salinité est assez basique. Si l'afflux est une source d'eau douce, cela diminuera les valeurs de salinité et de conductivité29. Les sources d'eau douce comprennent les sources, la fonte des neiges, les cours d'eau clairs et propres et les eaux souterraines fraîches21. De l'autre côté du spectre, les apports d'eaux souterraines hautement minéralisées augmenteront la conductivité et la salinité1. Le ruissellement agricole, en plus d'être riche en nutriments, a souvent une concentration plus élevée de solides dissous qui peuvent influencer la conductivité23. Pour l'eau douce et l'eau minéralisée, plus le volume d'écoulement est élevé, plus il affectera la salinité et la conductivité29.

La pluie elle-même peut avoir une conductivité plus élevée que l'eau pure en raison de l'incorporation de gaz et de particules de poussière23. Cependant, de fortes pluies peuvent diminuer la conductivité d'un plan d'eau car elles dilue la concentration actuelle de salinité29.

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Si de fortes pluies ou un autre événement météorologique majeur contribuent à l'inondation, l'effet sur la conductivité dépend de la masse d'eau et du sol environnant. Dans les zones avec des saisons sèches et humides, la conductivité chute généralement pendant la saison des pluies en raison de la dilution de la source d'eau44. Bien que la conductivité globale soit plus faible pour la saison, il y a souvent des pics de conductivité lorsque l'eau pénètre initialement dans une plaine inondable. Si une plaine inondable contient un sol riche en nutriments ou minéralisé, des ions de sel auparavant secs peuvent entrer en solution lorsqu'ils sont inondés, augmentant la conductivité de l'eau44.

Si les eaux côtières sont inondées, l'effet inverse peut se produire. Bien que la turbidité augmente, la conductivité de l'eau diminue souvent lors d'une inondation côtière45. L'eau de mer captera les solides en suspension et les nutriments du sol, mais peut également déposer ses sels sur terre, ce qui diminue la conductivité de l'eau.45.

Les barrages et les détournements de rivières affectent la conductivité en réduisant le volume naturel du débit d'eau dans une zone. Lorsque ce flux est dévié, l'effet de l'eau douce supplémentaire (diminution de la conductivité) est minimisé23. Les zones en aval d'un barrage ou d'un détournement de rivière auront une valeur de conductivité altérée en raison de la diminution du débit entrant23.

Conductivité et niveau d'eau

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La conductivité de l'eau due aux fluctuations du niveau d'eau est souvent directement liée au débit d'eau. Les fluctuations de la conductivité et de la salinité dues aux variations du niveau de l'eau sont les plus notables dans les estuaires. À mesure que les marées montent, l'eau salée de l'océan est poussée dans un estuaire, augmentant les valeurs de salinité et de conductivité29. Lorsque la marée descend, l'eau salée est ramenée vers l'océan, ce qui réduit la conductivité et la salinité29.

L'évaporation peut entraîner une augmentation des concentrations de salinité. Au fur et à mesure que le niveau d'eau baisse, les ions présents se concentrent, contribuant à des niveaux de conductivité plus élevés34. C'est pourquoi les valeurs de conductivité et de salinité augmentent souvent en été en raison de la baisse du débit et de l'évaporation.21. De l'autre côté de l'échelle, la pluie peut augmenter le volume et le niveau de l'eau, abaissant la conductivité29.

Salinité et stratification

Les niveaux de température et de salinité modifient la densité de l'eau et contribuent ainsi à la stratification de la colonne d'eau21. Tout comme une diminution de la température augmente la densité de l'eau, une augmentation de la salinité produira le même résultat. En fait, le changement de densité de l'eau dû à une augmentation de la salinité de 1 PSU est équivalent au changement de densité dû à une baisse de température de 4°C28.

Conductivité, salinité et solides dissous totaux - Systèmes de mesure environnementale (21)

La stratification peut être verticale à travers la colonne d'eau (vue dans les lacs et les océans), ou horizontale, comme on le voit dans certains estuaires8. Ces strates sont séparées par une limite connue sous le nom d'halocline9. L'halocline divise les couches d'eau avec différents niveaux de salinité9. Lorsque les niveaux de salinité sont très différents (souvent dus à un apport particulièrement frais ou salin), une halocline se développe28. Une halocline coïncide souvent avec une thermocline (limite de température) et une pycnocline (limite de densité) (28. Ces clines marquent la profondeur à laquelle les propriétés de l'eau (telles que la salinité, la température et la densité) subissent un changement brutal.

Les estuaires sont uniques en ce sens qu'ils peuvent avoir des haloclines horizontales ou verticales. Des haloclines verticales sont présentes lorsque les niveaux de salinité diminuent à mesure que l'eau se déplace dans l'estuaire depuis l'océan ouvert8. Les haloclines verticales se produisent souvent lorsque les marées sont suffisamment fortes pour mélanger la colonne d'eau verticalement pour une salinité uniforme, mais les niveaux diffèrent entre les côtés eau douce et océanique de l'estuaire8.

Conductivité, salinité et solides dissous totaux - Systèmes de mesure environnementale (22)

La stratification horizontale est présente dans les estuaires où les marées sont faibles. L'eau douce entrante des rivières peut alors flotter au-dessus de l'eau de mer plus dense et peu de mélange se produit23. La stratification horizontale existe également en haute mer en raison des gradients de salinité et de température.

Conductivité, salinité et solides dissous totaux - Systèmes de mesure environnementale (23)

Les haloclines se développent dans les lacs qui ne connaissent pas de renouvellement complet. Ces lacs sont appelés lacs méromictiques et ne se mélangent pas complètement de haut en bas4. Au lieu de cela, ils ont des strates inférieures appelées monimolimnion. Le monimolimnion reste isolé du reste de la colonne d'eau (mixolimnion) du fait de l'halocline4. Les lacs méromictiques peuvent se développer lorsqu'un afflux salin (naturel ou artificiel) pénètre dans un lac d'eau douce, ou si un lac salé reçoit un afflux d'eau douce4. (stratification)

Comme l'eau salée ne peut pas contenir autant d'oxygène dissous que l'eau douce, la stratification due aux haloclines peut contribuer à des conditions hypoxiques et anoxiques au fond d'un plan d'eau.21.

Niveaux typiques de conductivité et de salinité

Bien que les sources d'eau douce aient une faible conductivité et que l'eau de mer ait une conductivité élevée, il n'y a pas de norme établie pour la conductivité de l'eau. Au lieu de cela, certaines organisations et régions ont fixé des limites sur les solides dissous totaux pour les plans d'eau14,37. En effet, la conductivité et la salinité peuvent différer non seulement entre les océans et l'eau douce, mais même entre les cours d'eau voisins. Si la géologie environnante est suffisamment différente, ou si une source a un apport séparé, les valeurs de conductivité des masses d'eau voisines ne seront pas les mêmes.

Malgré l'absence de normes et les effets du milieu environnant sur la conductivité, il existe des valeurs approximatives auxquelles on peut s'attendre en fonction de la source13,14:

Conductivité, salinité et solides dissous totaux - Systèmes de mesure environnementale (24)

L'eau douce a une large gamme de conductivité en raison des effets géologiques. L'eau douce qui traverse le substrat rocheux de granit aura une valeur de conductivité très faible34. Les sols argileux et calcaires peuvent contribuer à des valeurs de conductivité plus élevées en eau douce34. Certains lacs salins existent en raison d'un débit restreint4. La conductivité de ces lacs dépend de la composition ionique spécifique présente4.

La conductivité des estuaires a tendance à être la plus variable car ils sont constamment influencés par les flux d'eau douce et d'eau salée. La conductivité de l'eau de mer dépend de la salinité et de la température de l'eau38. Les mesures varieront entre l'équateur et les pôles ainsi qu'avec la profondeur en raison de la dépendance de la conductivité à la température38.

Comme pour la conductivité, la salinité attendue d'une masse d'eau ne peut être qu'estimée. Les valeurs de salinité des océans peuvent varier entre 30 et 37 PSU22. Malgré les différences de salinité, la composition ionique de l'eau de mer reste remarquablement constante à travers le monde3. La salinité de surface de l'océan dépend des précipitations. Dans les zones autour de l'équateur et de la côte où les précipitations sont élevées, les valeurs de salinité de surface sont inférieures à la moyenne28. Ces différentes valeurs de salinité contribuent à la circulation océanique et aux cycles climatiques mondiaux31.

Le tableau suivant offre des valeurs approximatives de salinité en ppt (parties par mille)27:

Conductivité, salinité et solides dissous totaux - Systèmes de mesure environnementale (25)

Une fois qu'un historique des mesures de conductivité a été effectué, il est facile de voir une plage établie pour un plan d'eau particulier1. Cette plage peut être utilisée comme référence pour évaluer les mesures en tant que valeurs attendues (et inattendues)1.

Eau déminéralisée

Il est important de souligner que ce n'est pas parce que l'eau déionisée ou l'eau ultra-pure n'a pas d'ions étrangers qu'elle a une conductivité de 0 uS/cm45. La valeur de conductivité sera très faible et, dans la plupart des situations, négligeable, mais même l'eau déminéralisée contient des ions H+ et OH-. À température ambiante, la concentration des ions H+ et des ions OH- est de 10⁻⁷ M (pensez que le pH - l'eau déminéralisée aura un pH neutre de 7 sans contact atmosphérique) créant une très petite valeur de conductivité46. Malgré cette faible valeur de conductivité, l'eau désionisée aura toujours une salinité de zéro ; il n'y a pas d'ions sel présents, seulement H+ et OH-, qui existent naturellement dans l'eau pure.

Tant qu'elle n'a pas eu de contact avec l'air (en particulier le CO2), l'eau déionisée doit avoir une conductivité de 0,055 uS/cm, soit une résistivité de 18 mégohms à 25 °C5,47. Si l'eau déionisée s'est équilibrée avec l'air, la conductivité sera plus proche de 1 uS/cm (1 mégohm) à 25 °C (et elle aura un pH de 5,56). La plupart des normes autorisent une plage de conductivité de 0,5 à 3 uS/cm à 25 °C pour l'eau distillée, en fonction de la durée d'exposition à l'air13,14.

Les changements de température auront un effet plus important sur la conductivité de l'eau désionisée (ou de toute eau presque pure), en raison de la conductivité équivalente molaire de H+ et OH- en l'absence d'autres ions3. Au lieu d'augmenter la conductivité de 2 à 3 % par degré Celsius, elle peut augmenter d'environ 5 % par degré Celsius3.

Conséquences de niveaux inhabituels

Des niveaux inhabituels de conductivité et de salinité indiquent généralement une pollution1. Dans certains cas, comme les précipitations excessives ou la sécheresse, ils peuvent être liés à des causes naturelles extrêmes. Que le résultat ait été causé par des sources artificielles ou naturelles, les changements de conductivité, de salinité et de TDS peuvent avoir un impact sur la vie aquatique et la qualité de l'eau.

La plupart des espèces aquatiques se sont adaptées à des niveaux de salinité spécifiques4. Les valeurs de salinité en dehors d'une plage normale peuvent entraîner la mort de poissons en raison de changements dans les concentrations d'oxygène dissous, la régulation de l'osmose et la toxicité du TDS4,21,37.

Lorsque les valeurs de conductivité et de salinité s'éloignent trop de leur plage habituelle, cela peut nuire à la vie aquatique résidant dans un plan d'eau. C'est pourquoi moins d'espèces, mais peut-être plus résistantes, se sont adaptées à la vie dans les estuaires, où la salinité est en constante évolution. La vie estuarienne peut mieux tolérer les changements rapides des niveaux de salinité que leurs homologues d'eau douce et marins4. Mais même ces espèces d'eau saumâtre peuvent souffrir si les changements de salinité deviennent trop extrêmes.

Citer ce travail

Fondriest Environmental, Inc. "Conductivité, salinité et solides dissous totaux." Principes fondamentaux des mesures environnementales. 3 mars 2014. Internet. < https://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/water-quality/conductivity-salinity-tds/ >.

Informations Complémentaires

  • Méthodes de mesure de la conductivité
  • Électrodes de conductivité
  • Conductimètres
  • Applications
  • Les références
Conductivité, salinité et solides dissous totaux - Systèmes de mesure environnementale (2024)

FAQs

Comment mesurer la salinité par la conductivité ? ›

La salinité est mesurée en lisant la conductivité électrique de l'eau. Plus le niveau de sel est élevé, plus la conductivité est élevée. Les mesures de la salinité de l'eau sont exprimées en «milisiemens par centimètre» (mS / cm) ou parfois en «microsiemens par centimètre» (µS / cm).

Comment interpréter la conductivité ? ›

Ces ions peuvent être chargés positivement ou négativement. Plus il y a d'ions, plus la conductivité est élevée ; moins il y a d'ions, plus la conductivité est faible. La conductivité électrique est généralement exprimée en milliSiemens par centimètre (mS/cm).

Comment on mesure la conductivité ? ›

Un conductimètre est un appareil électronique permettant de mesurer la conductivité d'une solution, c'est-à- dire sa capacité à conduire le courant. Cette conductivité, notée σ et exprimée en siemens par mètre (S.m-1), donne des informations importantes sur la minéralisation de l'eau.

Pourquoi on mesure la conductivité ? ›

La conductivité permet de déterminer la présence des minéraux, mais aussi de tous les autres ions plus ou moins néfastes dans l'eau : l'eau douce, pauvre en minéraux, a une conductivité faible, tandis que l'eau dure, riche en minéraux, présente une conductivité élevée.

Quel appareil mesure la conductivité ? ›

Comment fonctionne un conductimètre ? Un conductimètre est un appareil permettant de mesurer la conductivité d'une solution. Il est constitué de deux parties : un boîtier électronique qui affiche la valeur de la conductivité et d'une cellule qui mesure cette valeur.

Comment on mesure la salinité ? ›

Vous pouvez choisir entre différents types de mesureurs de salinité selon la méthode directe avec les réfractomètres optiques ou déterminer le contenu en sel avec la méthode indirecte à l´aide des conductimètres.

Quels sont les facteurs qui influencent la conductivité ? ›

Quels facteurs influencent la conductivité électrique ?
  • la température. Ce facteur influence grandement la conductivité, et de manière différente selon les cas. ...
  • la pureté de la substance utilisée, particulièrement pour les métaux. ...
  • les champs électromagnétiques présents. ...
  • la fréquence du courant.
Jan 2, 2021

Qu'est-ce qui augmente la conductivité de l'eau ? ›

La conductivité fluctue souvent de façon saisonnière. Lorsque l'eau se réchauffe, la conductivité augmente. De plus, si les lacs ne reçoivent pas assez de pluie ou d'eau de ruisseau, la conductivité augmente.

Qu'est-ce qui influence la conductivité de l'eau ? ›

La température influence grandement la conductivité de l'eau. Pour comparer les valeurs de conductivité d'une saison à l'autre et d'un plan d'eau à l'autre, il faut qu'elles soient calibrées en fonction d'une température de l'eau de 25ºC. Une fois ajustées, elles deviennent des données de conductivité spécifique.

Quel est l'unité de la conductivité ? ›

Grandeur physique σ, caractérisant la capacité de conduction d'une substance, égale au rapport de la densité de courant électrique j traversant la substance au champ électrique appliqué E (j = σE). [L'unité SI de conductivité électrique est l'ohm1. mètre11.

Comment interpréter la conductivité de l'eau ? ›

Pour les eaux, la limite de détection rapportée est de 1 µS/cm et le domaine d'application se situe entre 1 µS/cm et 500 000 µS/cm. Pour les solides, la conductivité peut être rapportée en mS/cm ou en salinité. La limite de détection rapportée est de 0,005 mS/cm et le domaine d'application est entre 0,005 et 500 mS/cm.

Quelle est la conductivité de l'eau ? ›

La capacité de l'eau à conduire un courant électrique. L'eau potable a généralement une conductivité d'environ 500 µS/cm, mais elle varie considérablement. Le perméat RO a généralement une conductivité inférieure à 20 µS/cm.

Quand la conductivité augmente ? ›

Du fait que le courant électrique est transporté par les ions de la solution, la conductivité augmente lorsque la concentration des ions augmente.

Quelle est la définition de la conductivité ? ›

grandeur physique σ, caractérisant la capacité de conduction d'une substance, égale au rapport de la densité de courant électrique j traversant la substance au champ électrique appliqué E (j = σE). [L'unité SI de conductivité électrique est l'ohm1.

C'est quoi la salinité de l'eau ? ›

Qu'est-ce que la salinité de l'eau ? La salinité de l'eau correspond à sa teneur en sel dissous dans un volume donné. C'est en mesurant cette concentration que l'on peut classifier les eaux entre : douce, saumâtre et salée.

Comment connaître la salinité de l'eau ? ›

Vous pouvez mesurer rapidement et facilement la teneur en sel avec un testeur EC/TDS HI983124 ou HI981304. La teneur en sel ou la valeur TDS est exprimée en g/L ou ppt.

Comment déterminer la salinité de l'eau de mer ? ›

La salinité est la masse de sels contenue dans 1 kg d'eau de mer. On l'évalue maintenant en mesurant la conductivité et on l'exprime en ups : unité pratique de salinité, qui équivaut approximativement à 1mg/g de sels. La salinité de l'eau de mer est en moyenne de 35 ups, soit 35 g/kg.

Quelle conductivité eau piscine au sel ? ›

Piscine au sel : une valeur située entre 3 000 et 5 000 ppm (ou 3 à 5g/l) est idéale.

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