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Variation de la teneur en oxygène de l'eau au proche voisinage des sédiments
Deep.Sea Research, 1954, Vol. 1, pp. 86 to 94. Pergamon Press Ltd., London
Paper read at Symposium o f the Joint Commission on Oceanography at Liverpool, 1-2 September 1953.
Variation de la teneur en Oxyg~ne de l'Eau au proche voisinage des s&liments JEAN BROUARDEL e t L o u I s FAGE
Au cours de 1'6t6 1952 un certain nombre d'op6rations de carottage avaient 6t6 faites en face de Monaco en vue d'6tudier la rgpartition du carbone organique dans les s6diments et la teneur en oxyg6ne de l'eau ~t leur contact. Le carottier utilis6 6tait un BUCHANAN. Celui-ci, tout en cuivre, comprend deux 6tages, le premier, carottier proprement dit, constitu6 par un tube destin6 ~ p6n6trer le s6diment, le second formant r6servoir s6par6 du premier par un clapet. A la descente de l'appareil, l'eau circule dans celui-ci; ~ la remontge, elle y reste emprisonn6e, sans subir d'6changes avec l'extgrieur, l'extr6mit6 inf6rieure de l'appareil 6tant bouch6e par la carotte, l'extr6mit6 supbrieure obtur6e par un clapet maintenu par une petite masse de plomb, lib6r6e par inertie de son tenant lorsque l'appareil touche le fond. La pression de l'eau, due h la vitesse de remont6e, s'ajoute ensuite l'action de ce plomb pour maintenir le r6servoir ferm6. Lors de quelques-uns des carottages nous avions fait, ~t chaque remont6e de l'appareil, deux d6terminations de l'oxyg&ne dissous, l'une dans l'eau recueillie imm6diatement au-dessus de la carotte, l'autre dans l'eau du r6servoir h une quarantaine de centim6tres du s&iiment. Les r6sultats relatifs aux stations pour lesquelles cette double d6termination a 6t6 faite figurent au tableau I. Tableau 1 Profondeur 220m. 350m. 316m. 491 m. 742m. 741m. 1081m. 675m. 900m. 667m.
Teneur e n O 2 d e l ' e a u au contact de lacarotte 6-67 6"45 6"25 6"05 5.90 5'70 5"55 5'54 5.53 5.48
Les teneurs
e n 0 2 sont
Teneur en 0 2 de l'eau dans rdservoir au-dessus de lacarotte Difference 6.90 + 0"23 6'57 +0.12 6"65 +0"40 6"02 -6'35 ~-0'45 5'98 +0"28 5"85 +0"30 5'97 + 0-43 5"62 + 0"09 5"77 +0.29
Moyenne exprim6es en milligramme par litre (mg/I).
+0.30
La teneur en oxyg6ne de l'eau au contact de la carotte 6tait donc plus faible que celle de l'eau situ6e au-dessus. Pour ces dix exp6riences elle 6tait en moyenne inf6rieure de 0.30 mg/l repr6sentant une diff6rence d ' e n v i r o n - 5%. II convenait alors de v6rifier par une m6thode plus rigoureuse l'existence de cette notable et rapide chute de la teneur en oxyg6ne de l'eau au proche voisinage du s6diment.
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Variation de la teneur eta oxyg~ne de l'eau au proche voisinage des sbtiments
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Tout d'abord, le carottier BUCHANAN a subi les modifications suivantes: (a) La pattie du carottier destin~e ~t s'enfoncer dans la vase a 6t6 raccourcie et 61argie au diam/~tre du corps meme de l'appareil pour permettre une meilleure circulation de r e a u ~t la descente. (b) Le r~ervoir a 6t~ allong6 et partag~ en quatre ~tages superposes, s~par6s les uns des autres par des clapets de mSme type que celui du BUCHANAN primitif permettant ainsi d'avoir une succession de tranches d'eau superpos~es et isol6es les unes des autres ~t la remont6e. (c) Une masselotte de plomb a 6t~ fix6e au bout d'un levier sur la partie sup~rieure d u earottier permettant par inertie, lorsque le carottier est arrSt6 dans sa course par son choc sur le s~diment, de lib~rer, A coup sur, le plomb destin~ ~t maintenir l'obturation du clapet sup6rieur, cela quel que soit l'angle sous lequel l'appareil frappe le fond. (d) Tout l'ensemble de l'appareil a 6t~ recouvert ext6rieurement d'un revStement de mati~re plastique destin6 ~t ~viter le r~chauffement de l'eau au cours du passage de l'appareil, ~t sa remont6e, dans les couches plus chaudes de surface, et ~t sa sortie de l'eau, lors des pr61~vements. (e) Enfin, modification plus importante, toute la surface interne de l'appareil a 6t6 revStue d'une couche de silicone afin d'6viter tout ph~nom~ne d'oxydation du m&al. Avec ce nouvel appareil une nouvelle s~rie de carottages a ~t6 entreprise, mais, au bout de quelques-uns de ceux-ci il a &6 constat6 que, si le revStement de silicone tenait parfaitement sur toute la partie interne du corps en cuivre du carottier, il n'en 6tait pas de mSme ~ sa partie inf~rieure oh le choc sur le s6diment, puis le frottement de la carotte l'enlevaient rapidement. Cette partie ayant 6t6 r6alis~e en fer, on &ait en droit de se demander si, pendant le temps de remont6e de l'appareil et celui (d'ailleurs tr~s court) des pr61~vements, un phgnom~ne d'oxydation dfi au m6tal n'intervenait pas dans cette partie du carottier, ph6nom~ne capable de faire perdre toute signification aux r6sultats. La v6rification a 6t6 faite au laboratoire, de la faqon suivant: La partie inf6rieure de l'appareil maintenu vertical, 6tait raccord6e par un tube de caoutchouc ~t un robinet d'eau de mer provenant de la cuve d'alimentation de l'aquarium. Pendant quelques instants on laissait l'eau s'6couler, rgalisant ainsi une op6ration analogue ~t celle qui se produit lors de la descente du carottier dans la mer, puis l'arriv6e d'eau 6tait ferm6e et le plomb d'obturation du clapet sup~rieur d~lanch6. Au bout d'un certain temps, variant suivant les exp6riences de 1 15 minutes, correspondant ~ la dur6e de s6jour de l'ea'u dans l'appareil lorsqu'on le remonte de fonds de 120 ~t 1800 m., t nous dosions l'oxyg~ne de l'eau contenue dans les diff6rents 6tages. Le tableau 2 donne le r6sultat de ces exp6riences. On voit tout d'abord, pour les quatre &ages sup6rieurs, que les diff6rences de teneur en oxyg~ne dans chaque s6rie d'exp6rience n'exc~dent pas 0-15§ de l'ordre de grandeur de l'erreur analytique possible. Sur les moyennes, la diff6rence entre deux 6tages contigus ne porte que sur la seconde d6cimale. I1 y a done 6galit6 du taux f" La vitesse de remont6e est en effet de l'ordre de 120 m. par minute. § (I) Pour la premiere s~rie : 0-15. Pour la 2e : 0.10. La 3e: 0-05. La 4e: 0.05. La 5e : 0. La 6e: 0.05.
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JEAN BROUARDEL et Lotas FAGE
d'oxyg6ne dans les quatre 6tages sup6rieurs prot6g6s par la couche de silicone. Par contre, /t l'6tage inf6rieur apparait, au bout de quelques minutes, une diff6rence syst6matique correspondant ~ - 0.6 sur la moyenne des exp6riences, soit h environ 10%! I1 se produit donc h cet 6tage une oxydation qui ferait perdre toute signification aux exp6riences. Tableau 2 Durde de sdjour de reau dans rappareil: 5e 4e 3e 2e le
6tage (sup6rieur) 6tage &age 6tage 6tage (inf6rieur)
1'
5'
5'
10'
10'
15"
moyenne ~ 8"
6"20 6-25 6.35
6-45 6.50 6-45 6.50 6-20
6"55 6.60 6.65 6.65 6.90
6"65 6-60 6.65 6-70 5.90
6-75 6.75 6.75 6"30
6"50 6.65 6.60 6.60 5"75
6"49 6.56 6.57 6.64 6.06
6-35
I1 fallait donc apporter au carottier une nouvelle modification susceptible d'emp6cher ce ph6nom6ne. Pour cela toute la pattie inf6rieure a 6t6 chemis6e d'un tube en plexiglas. Dans la partie sup6rieure, le revStement de silicone rest6 intact a 6t6 conserv6. Apr~s cette nouvelle modification l'exp6rience pr6c6dente a 6t6 recommenc6e. Les r6sultats obtenus alors figurent au tableau 3 de mSme disposition que le tableau 2. Tableau 3 2'
2'
2'
2'
2"
5'
5"
5'
5'
10'
10'
Mo yenne ~ 4½'
6"85 6"89 6"87 6.90 6.90
6'86 6.84 6"90 6.81 6"83
6"78 6"78 6"84 6"70 6'70
6"80 6"79 6-82 6"77 6-70
6"72 6.80 6"80 6.77 6.81
6-30 6-42
6"72 6.60 6"60
6.64 6"75 6-60 6"64 6-66
6"72 6-71 6-67
6-41 6"36 6-45 6"47 6.36
6-45 6"42 6-52 6"52 6"50
6-66 6"67 6'66 6"67 6-67
6"43 6"45
6.68
6'77
Les diff6rences de teneur en oxyg6ne dans chaque s6rie n'exc&tent pas 0.15" comme dans l'exp6rience pr6c6dente, mais ici cette 6galit6 de teneur s'6tend/l l'6tage inf6rieur. Sur les moyennes, les diff6rences ne portent que sur une unit6 de la seconde d6cimale. I1 y a donc 6galit6 du taux d'oxyg6ne/t tousles 6tages. Les r6sultats de ces exp6riences doivent attirer l'attention de tous les chercheurs qui sont amen6s ~ faire des pr616vements d'eau aux fins d'analyse. I1 apparalt indispensable que les engins employ6s soient enti6rement construits en mat6daux inoxydables pour 6viter les causes d'erreur. Du 25 Juin au 6 Juillet 1953 nous avons alors fait avec notre nouvel appareil une s6rie de carottages dans les s&liments vaseux par des fonds de 70/t 500 m. sur une radiale partant du Mus6e Oc6.anographique de Monaco. Le tableau 4 donne les taux d'oxyg6ne obtenus/t ehaque station darts les 5 6tages du carottier. Ces r6sultats font apparaftre deux ph6nom6nes: * Pour la pnmai6re s6ri¢: 0-05. Pour la 2e: 0.09. La 3¢: 0.14. La 4e: 0.12. La 5e: 0.09.La6¢: 0.15. L a 7 e : O . l l . La8¢:0.15. La9e:O-05. LalO¢:0.11. L a l l e : O . l O . Surlesmoycnnes:O.Ol.
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Variation de la teneur en oxyg6ne de l'eau au proche voisinage des s&liments 1. VARIATION DE LA TENEUR EN OXYGENE AVEC LA PROFONDEUR DU SI~D1MENT
Si o n consid~re la m o y e n n e des teneurs en oxyg~ne obtenues dans les cinq 6tages du carottier h chaque station, c'est-~-dire le taux d'oxyg~ne d ' u n e large couche d ' e a u situ6e a u voisinage d u s6diment, o n volt q u ' a u fur et b. mesure que celui-ci est situ6 plus p r o f o n d 6 m e n t la teneur en oxyg~ne diminue. Tableau 4
70
70
80
I00
110 125 160 200 280 310 330 480
Moyenne 500 ~215
5e &age (sup.) 4e 6tage 3e 6tage 2e 6tage le 6tage (inf.)
8"14 8"03 8"03 8"07 7"79
7'81 8"05 8"15 8"21 7'63
8'31 7"88 8"02 7-74 7"57
7-85 7"91 7-81 7-64 7"45
7"68 7"75 7-73 7"51 7"18
6"57 6'45 6"47 6"34 5"76
Moyenne
8.01 7.97 7.90 7.73 7.57 7.49 7.37 7.33 7.10 6.93 6.88 6.56 6.32 7-32
Profondeur en m.
70-
7-61 7"71 7"52 7-43 7"11
7"24 7"21 7"27 7'03 6"77
7"06 7-08 7"04 6"91 6"56
7 7 6'94 6"8t 6"66
6"58 6'62 6"53 6"59 6"47
7"45 7.43 7.41 7.31 7.01
oOe/e
130
o/ •
160
/
IgO
O
/o
220 r-
5 bme d/age
250 L E
7-41 7'46 7"39 7"24 7"15
,,,a"
I00
Z
7-52 7"41 7"41 7'46 7-05
280
A
4e
310 3e
340 370
ge
4OO 43O
le
..j/
I /
460 49O
l,l ,1 ,l, { , ,l ,l,l, l 6"3
6"7
7-1
7"5
7'9
02 mg/i Fig 1. Variation de la teneur en 02 dans l'eau au voisinage du s6diment.
I I I I I I 7 ~.l 7.2 7-3 ~.4 7.5 0 2 mg/I
Fig. 2. Variation de ia tcneur en 02 dans les 5 6tages du r6servoir.
L ' a l l u r e de cette variation est repr~sent~e par la c o u r b e fig. 1 o b t e n u e en p o r t a n t e n o r d o n n 6 e s les p r o f o n d e u r s , en abcisses les teneurs en oxyg/me. Cette variation semble d o n e sensiblement !in6aire, tout a u m o i n s / t partir d ' u n e centaine de m/~tres de p r o f o n d e u r et de l ' o r d r e de i / 10 de m i l l i g r a m m e p o u r u n e diff6rence de p r o f o n d e u r d u s&liment de 35 m/~tres.
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JEAN BROUARDELet Louxs FAGE 2.
VARIATION AU VOISINAGE DU FOND
Si on consid6re maintenant la teneur en oxyg6ne de reau de chaeun des 6tages successifs du carottier on voit que celle-ci s'abaisse rapidement au fur et ~ mesure que l'on se rapproche de la carotte. Sur les moyennes, cette diff6rence, pratiquement nulle entre les trois 6tages sup6rieurs, apparait entre le 3e et le 2e 6tage (-- 0.1) et devient tr6s nette entre le 2e et le ler 6tage pour lesquels on observe une chute de teneur de -- 0-3. Sur la fig. 2 nous avons'repr6sent6 cette variation moyenne. Enfin, si on consid6re sur les 13 s6ries de d6terminations, les 4 s6ries ayant trait aux profondeurs de 70 /t 110 m., puis les 4 se rapportant aux profondeurs de 125/t 280 m. et enfin celles de 310/t 500 m. on voit que pour ces trois groupes, les diff6rences de teneur en oxyg6ne de reau des 2e et 3e 6tages du carottier sont: -- 0.10, -- 0.10, -- 0.08, et pour le ler et le 2e 6tage: --0.31, --0-27, --0.30. La chute de teneur en oxyg6ne observ6e serait done de m6me grandeur, quelle que soit la profondeur. Tout ph6nom6ne d'oxydation accidentel dfi /t l'appareil lui-mSme ne pouvant intervenir ici en raison des pr6cautions indiqu6es pr6c6demment, il y a de fortes pr6somptions pour que cette chute du taux d'oxyg6ne corresponde bien/t un ph6nom6ne r6el. Cependant si les diff&ents 6tages du carottier sont effectivement situ6s/t 14 cm. les uns des autres, l'eau qu'ils emprisonnent n'est pas celle de ces divers niveaux dans l a m e r , / t partir du s6diment. En effet, la circulation de l'eau dans le earottier ne se fait pas librement mais est frein6e, dans une proportion que nous ne pouvons 6valuer, par les clapets en caoutchouc. L'eau contenue dans les diffgrents 6tages provient done, non pas de couches distantes de 14 cm. les unes des autres mais de bien davantage. On sait que la teneur en oxyg6ne de l'eau d6crolt avec la profondeur; on pouvait done se demander si le ph6nom6ne observ6 ici ne faisait que traduire, h une 6chelle diff6rente, d6formge par la r6sistanee int6rieure de l'appareil, cette d6croissance classique. La d6croissance du taux d'oxyg~ne en fonction de la profondeur 6tant de l'ordre du 1/10 de mg pour une diffgrence de niveau du s6diment de 35 m la diff6rence de -- 0-4 mg observ6e ici entre les deux 6tages extremes du carottier correspondrait/t des niveaux distants d'environ 150 m. I1 faudrait admettre alors que l'eau contenue dans l'6tage sup6rieur du carottier proviendrait de couches situ6es/t plus de 150 m du fond, ce qui semble peu vraisemblable. Si les diffgrences du taux d'oxyg~ne observ6es dans les divers 6tages du carottier traduisent bien des diff6rences /L proximit6 du fond il est cependant impossible de savoir/t quels niveaux au-dessus de celui-ci elles correspondent. Cela d'autant plus que les clapets, rappelons-le, en caoutchouc doivent se d6former diff6remment suivant leur 6tat, la temp6rature et surtout la pression d u e / t la profondeur, ce qui modifie la r6sistance offerte au passage du liquide. Pour rgpondre/t ces objections nous avons modifi6 une fois encore le carottier. Dans ce nouvel appareil on s'est efforc6 non seulement d'gviter tout ph6nom~ne d'oxydation mais encore de modifier les clapets de faqon qu'ils pr6sentent un plus libre passage/t l'eau lots de la descente, tout en assurant une parfaite obturation la remont6e. De plus, ces clapets devaient ~tre ind6formables quelle que soit la pression due /t la profondeur.
Variation de la teneur en oxyg6ne de l'eau au proche voisinage des s6diments
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Pour assurer ces conditions, l'appareil a 6t6 r6alis6 en mati6re plastique (Afcodur. Chlorure de polyvinyle rigide). Fig. 3. La partie proprement dite du carottier se compose d'un tube de cuivre enti6rement enrob6 de mati6re plastique, se terminant/t son extr~mit6 inf6rieure par un embout d'acier inoxydable destin6 /t p~n6trer le s6diment, /t son extr8mit6 sup6rieure par une bague de mSme acier le reliant aux 6tages successifs. .A 1 ,u,
COUPE
1
o C¢7
a. b c Fig. 3. (a) Coupe de la partie inf6rieurc de l'apparcil, ba, bague et son lest, reliant lc carottier au r6servoir. (b) Coupe de la partie sup~rieure; cl, un des clapets s~parant les diff~rents 6tages du r6servoir, vu en plan. (c) Ensemble de l'appareil; ca, carottier proprement dit; 1, 2, 3, 4 et 5 6rages successifs du r~servoir s~par~s les uns des autres par des clapets.
Ces 6tagcs, y compris_les clapcts, leurs t6tons de but6e et les robinets de pr616vements sont enti6rement en mati6re plastique. Enfin, /t la partie sup6rieure, le principe d'obturation de l'appareil primitif a 6t6 conserv6. A l'cxt6rieur de ce carottier trois tigcs d'acier sont dcstin6es A assurer/, 1'ensemble uric grande sofidit6. Avec cc nouvel apparcil nous avons entrepris lc 21 et le 23 Juillet de nouvelles s6ries de pr616vements sur la meme radiale que pr6c&lemment. Malheureusement
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J~AN BROUARDELet Louis FAGE
au bout du septi~me carottage le filin du treuil s'est rompu et nous perdions notre appareil par 200 m. de fond. Tableau 5 I00
100
145
180
210
245
270
Moyenne ~ 180
5e 6tage (sup.) 4¢ 6tage 3e 6tage 2e 6tage ler 6tage (inf.)
7"52 7.50 7.52 7"48 7.29
7;76 7.45 7.44 7-58 7"53
7.29 7.39 7.34 7.25 7.05
7.83 7.66 7.47 7.34 7.20
7.24 7.36 7.28 7.26 7.09
7.36 _7.37 7.33 7-22 7.04
7'09 7-17 7.11 7.09 7
7-44 7.41 7-35 7.31 7.17
Moyennes
7.46
7.55
7.26
7.50
7.24
7-26
7.09
7.34
Profondeur
Le tableau 5 donne les taux d'oxyg6ne trouv6s sbme 4 dans les cinq 6tages du carottier pour chacune de d/age ces sept stations. Ces r6sultats, malheureusement trop peu nora- 4e breux, apportent cependant une confirmation aux observations pr6c&lentes. D'une part, sur les moyennes, ~ chaque station, 3e on observe la d6eroissance du taux d'oxyg6ne avec la profondeur du s&liment (les points obtenus ici ze sent marqu6s O sur la eourbe fig. 1; d'autre part, sur les moyennes des teneurs en oxyg6ne ~ chaque lee &age du carottier, pour l'ensemble des stations, on retrouve la d6erotssance de eette teneur mais ici cependant elle semble moins rapide (fig. 4). Tous ees r6sultats concordants semblent done I l I I I I bien confirmer le fait que, dans la couche explor6e, 7 71 7'2 7-3 7"4 7'5 la diminution du taux d'oxyg~ne, lente avec la 02 mg/I profondeur, devient plus rapide au voisinage du Fig. 4. Variation de la teneur en s6diment. 02 dans les 5 6rages du r6servoir.
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Di~TERMINATION " A P P R O X I M A T I V E " D E L'I~PAISSEUR RI~ELLE DE LA C O U C H E D ' E A U PRI~LEVI~E PAR LE CAROTTIER
Nous avons essay6 de pr6ciser l'6paisseur de la couche explor6e en cherchant avoir au moins une approximation des hauteurs au-dessus du s6diment auxquelles pouvait effectivement eorrespondre l'eau contenue dans les divers 6tages de notre nouveau module de carottier. La vitesse de deseente (2 m/s.) du carottier engendre ~ sa partie inf~rieure une =v2 pression dynamique H = - ~ - - qui a pour cons6quence de soulever les 5 clapets sueeessifs et de eompenser la perte de charge r6sultant d e la circulation de l'eau dans l'appareil. La pression dynamique correspondant ~t 2 m/s. (avec d:~ I) est de 0.200 m de eolonne d'eau en ehiffres rends.
Variation de la teneur en oxyg~ne de r e a u au proche voisinage des sb,dimenta
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Pour d~terminer la vitesse V~ de l'eau dans l'appareil on calcule la perte de charge pour une vitesse quelconque, soit par exemple Im/s. La perte de charge comprend: le frottement dans le tube, suppos6 lisse, de 1 m 20 de long et de 52 ram de diam~tre et la chute de pression a travers les clapets. II a 6t~ suppos6 que chaque clapet du type employ6 peut-etre assimil6 ~ un clapet de retenue industriel. Un tel clapet peut ~tre remplac~ par une longueur fictive de tuyauterie 6gale ~ 6 m. La longeur fictive entrant en ligne de compte pour le calcul de la perte de charge, dans les conditions suppos~es, comprend d'une part la longueur r~elle soit 1 m 20, d'autre part, la longueur fictive remplagant les 5 clapets: 30 m, soit au total: 31 m 20. En prena~ le nombre donn~ par la table de Prony, la perte de charge par m~tre est de 24.4 mm de colonne d'eau, soit pour l'appareil 24.4. 31.20 -- 760 mm. Or nous avons vu plus haut que la pression dynamique n'6tait que de 200 ram. Les pertes de charge variant tr6s sensiblement comme le cart6 de la vitesse, la vitesse varie comme la racine carr~ de la pression disponible. La vitesse r6elle de l'eau dans l'appareil est donc:
~
:~ 0.5 m/s.
En r6sum~ la vitesse de l'eau dans le carottier est environ le quart de sa vitesse de descente; en d'autres termes, le prel~vement int6resse une colonne d'eau d'environ 5 m, r~xtuite dans le rapport 1/4.* On peut v~rifier cette approximation th~orique par l'exp6rience suivante: Apr~s avoir rempli le carottier d'une mati~re colorante, il suffit de filmer en scaphandre autonome, sa descente pour se rendre compte des diff6renees de niveau× n~essaires au complet renouvellement de l'eau dans celui-ci. Cette exp6rience n'a pu ~tre faite en raison de Ia perte de l'appareil, eependant il nous restait un ~tage prototype, muni de deux clapets identiques ~ ceux qui entraient dans la construction du carottier. Cet ~tage, rempli de bleu de m6thyEne a 6t6 envoy6 dans la mer dans les conditions habituelles et nous avor/s pu constater, en scaphandre autonome, que le renouvellement de l'eau ~tait complet tous les trois m~tres environ. Ces trois m~tres correspondent donc ~ Faction de 2 clapets, le carottier perdu en ayant 5, le renouvellement de l'eau devait se faire en 8 m environ. Cette approximation exp6rimentale est donc du m~me ordre de grandeur que rapproximation th~orique. Tout ceci laisse donc penser que le renouvellement de l'eau dans le carottier est complet darts les dix derniers m~tres au-dessus du s&liment et par consequent que les diff6rences de teneur en oxyg~ne observ6es dans les ~tages successifs du~carottier correspondent bien A des differences r6elles darts ces dix demiers m~tres. I1 est m~me possible qu'elles ne fassent que traduire,/L une ~helle r~uite, des diff6rences plus importantes qui existeraient a u r a s m~me du s6diment. D'autre part, quand le carottier p~n~tre darts le s~diment, la carotte, comprim6e/~ son entree dans le tube, doit probablement lib~rer une faible quantit6 de l'eau dont elle est imbib~e qui peut se m61anger /t celle recueiUie imm~diatement au-dessus. Des experiences en cours pr~ciseront ce point particulier. * I1 r6sulte de tout ceci clue le rapport vitesse de descente vitesse de l'eau dans le carottier est une constante qui ne d6pend que de la construction de rappareil. En effet, d'une part la pression que nous appellerons motrice H, qui fait circuler r e a u clans le carottier est proportionnelle au carr~ de la vitesse de desccnte V, et d'autre part, la vitesse de circulation Vx darts le carottier est proportionnelle ~t la racine carr~ de cette pression H, soit en d6finitive ~ IF.
94
JEAN B'~.OUAt~ELet Loum FAoE
Quoiqu'il ell soit, nous pensons que ces observations peuvent avoir quelque int6r~t en ce qui "concerne l'6v01ution biologique des s6diments et aussi r6coulement de reau sur le fond. I1 est int6ressant de rappeler que le Dr. F. F. KoczY* qui, au cours de la Swedish Deep-sea Expedition a fait, /t bord de r/Ubatross, des analyses d'eau pr61ev6e par bouteilles 6chelonn6es de 3 m A 500 au-dessus des grands fonds oc6aniques, a signal6 bri6vement une chute brusque de la teneur en silicate, en phosphate et aussi en oxyg6ne, clans la couche d'cau de 20 A 50 m d'6paisseur, qui recouvre les s&liments, c'est-A-dire clans une zone de turbulence presque nulle. De relic sorte que le phi~nom6ne 6tudi6 ici semble avoir un certain caract6re de g6n6ralit6 que la publication des r6sultats annonc6s pr6cisera. Le Dr. KoczY estime, ainsi que nous en avions 6mis l'hypoth6se pour roxyg6ne, que ce sont les processus biologiques et chimiques ayant leur si6ge dans les s6diments ou A leur surface qui sont responsables de la consommation de ces 616ments. * (1950) Die Naturwiss, 37, 360; (1951) Assoc. Ocean. phys. Assemblde g~ndrale Bruxeiles, Proc. Verb. No. 5, 145.
Institut d'Oceanographic, Paris 5.
Paper read at Symposium o f the Joint Commission on Oceanography at Liverpool, 1-2 September 1953.
Variation de la teneur en Oxyg~ne de l'Eau au proche voisinage des s&liments JEAN BROUARDEL e t L o u I s FAGE
Au cours de 1'6t6 1952 un certain nombre d'op6rations de carottage avaient 6t6 faites en face de Monaco en vue d'6tudier la rgpartition du carbone organique dans les s6diments et la teneur en oxyg6ne de l'eau ~t leur contact. Le carottier utilis6 6tait un BUCHANAN. Celui-ci, tout en cuivre, comprend deux 6tages, le premier, carottier proprement dit, constitu6 par un tube destin6 ~ p6n6trer le s6diment, le second formant r6servoir s6par6 du premier par un clapet. A la descente de l'appareil, l'eau circule dans celui-ci; ~ la remontge, elle y reste emprisonn6e, sans subir d'6changes avec l'extgrieur, l'extr6mit6 inf6rieure de l'appareil 6tant bouch6e par la carotte, l'extr6mit6 supbrieure obtur6e par un clapet maintenu par une petite masse de plomb, lib6r6e par inertie de son tenant lorsque l'appareil touche le fond. La pression de l'eau, due h la vitesse de remont6e, s'ajoute ensuite l'action de ce plomb pour maintenir le r6servoir ferm6. Lors de quelques-uns des carottages nous avions fait, ~t chaque remont6e de l'appareil, deux d6terminations de l'oxyg&ne dissous, l'une dans l'eau recueillie imm6diatement au-dessus de la carotte, l'autre dans l'eau du r6servoir h une quarantaine de centim6tres du s&iiment. Les r6sultats relatifs aux stations pour lesquelles cette double d6termination a 6t6 faite figurent au tableau I. Tableau 1 Profondeur 220m. 350m. 316m. 491 m. 742m. 741m. 1081m. 675m. 900m. 667m.
Teneur e n O 2 d e l ' e a u au contact de lacarotte 6-67 6"45 6"25 6"05 5.90 5'70 5"55 5'54 5.53 5.48
Les teneurs
e n 0 2 sont
Teneur en 0 2 de l'eau dans rdservoir au-dessus de lacarotte Difference 6.90 + 0"23 6'57 +0.12 6"65 +0"40 6"02 -6'35 ~-0'45 5'98 +0"28 5"85 +0"30 5'97 + 0-43 5"62 + 0"09 5"77 +0.29
Moyenne exprim6es en milligramme par litre (mg/I).
+0.30
La teneur en oxyg6ne de l'eau au contact de la carotte 6tait donc plus faible que celle de l'eau situ6e au-dessus. Pour ces dix exp6riences elle 6tait en moyenne inf6rieure de 0.30 mg/l repr6sentant une diff6rence d ' e n v i r o n - 5%. II convenait alors de v6rifier par une m6thode plus rigoureuse l'existence de cette notable et rapide chute de la teneur en oxyg6ne de l'eau au proche voisinage du s6diment.
86
Variation de la teneur eta oxyg~ne de l'eau au proche voisinage des sbtiments
87
Tout d'abord, le carottier BUCHANAN a subi les modifications suivantes: (a) La pattie du carottier destin~e ~t s'enfoncer dans la vase a 6t6 raccourcie et 61argie au diam/~tre du corps meme de l'appareil pour permettre une meilleure circulation de r e a u ~t la descente. (b) Le r~ervoir a 6t~ allong6 et partag~ en quatre ~tages superposes, s~par6s les uns des autres par des clapets de mSme type que celui du BUCHANAN primitif permettant ainsi d'avoir une succession de tranches d'eau superpos~es et isol6es les unes des autres ~t la remont6e. (c) Une masselotte de plomb a 6t~ fix6e au bout d'un levier sur la partie sup~rieure d u earottier permettant par inertie, lorsque le carottier est arrSt6 dans sa course par son choc sur le s~diment, de lib~rer, A coup sur, le plomb destin~ ~t maintenir l'obturation du clapet sup6rieur, cela quel que soit l'angle sous lequel l'appareil frappe le fond. (d) Tout l'ensemble de l'appareil a 6t~ recouvert ext6rieurement d'un revStement de mati~re plastique destin6 ~t ~viter le r~chauffement de l'eau au cours du passage de l'appareil, ~t sa remont6e, dans les couches plus chaudes de surface, et ~t sa sortie de l'eau, lors des pr61~vements. (e) Enfin, modification plus importante, toute la surface interne de l'appareil a 6t6 revStue d'une couche de silicone afin d'6viter tout ph~nom~ne d'oxydation du m&al. Avec ce nouvel appareil une nouvelle s~rie de carottages a ~t6 entreprise, mais, au bout de quelques-uns de ceux-ci il a &6 constat6 que, si le revStement de silicone tenait parfaitement sur toute la partie interne du corps en cuivre du carottier, il n'en 6tait pas de mSme ~ sa partie inf~rieure oh le choc sur le s6diment, puis le frottement de la carotte l'enlevaient rapidement. Cette partie ayant 6t6 r6alis~e en fer, on &ait en droit de se demander si, pendant le temps de remont6e de l'appareil et celui (d'ailleurs tr~s court) des pr61~vements, un phgnom~ne d'oxydation dfi au m6tal n'intervenait pas dans cette partie du carottier, ph6nom~ne capable de faire perdre toute signification aux r6sultats. La v6rification a 6t6 faite au laboratoire, de la faqon suivant: La partie inf6rieure de l'appareil maintenu vertical, 6tait raccord6e par un tube de caoutchouc ~t un robinet d'eau de mer provenant de la cuve d'alimentation de l'aquarium. Pendant quelques instants on laissait l'eau s'6couler, rgalisant ainsi une op6ration analogue ~t celle qui se produit lors de la descente du carottier dans la mer, puis l'arriv6e d'eau 6tait ferm6e et le plomb d'obturation du clapet sup~rieur d~lanch6. Au bout d'un certain temps, variant suivant les exp6riences de 1 15 minutes, correspondant ~ la dur6e de s6jour de l'ea'u dans l'appareil lorsqu'on le remonte de fonds de 120 ~t 1800 m., t nous dosions l'oxyg~ne de l'eau contenue dans les diff6rents 6tages. Le tableau 2 donne le r6sultat de ces exp6riences. On voit tout d'abord, pour les quatre &ages sup6rieurs, que les diff6rences de teneur en oxyg~ne dans chaque s6rie d'exp6rience n'exc~dent pas 0-15§ de l'ordre de grandeur de l'erreur analytique possible. Sur les moyennes, la diff6rence entre deux 6tages contigus ne porte que sur la seconde d6cimale. I1 y a done 6galit6 du taux f" La vitesse de remont6e est en effet de l'ordre de 120 m. par minute. § (I) Pour la premiere s~rie : 0-15. Pour la 2e : 0.10. La 3e: 0-05. La 4e: 0.05. La 5e : 0. La 6e: 0.05.
88
JEAN BROUARDEL et Lotas FAGE
d'oxyg6ne dans les quatre 6tages sup6rieurs prot6g6s par la couche de silicone. Par contre, /t l'6tage inf6rieur apparait, au bout de quelques minutes, une diff6rence syst6matique correspondant ~ - 0.6 sur la moyenne des exp6riences, soit h environ 10%! I1 se produit donc h cet 6tage une oxydation qui ferait perdre toute signification aux exp6riences. Tableau 2 Durde de sdjour de reau dans rappareil: 5e 4e 3e 2e le
6tage (sup6rieur) 6tage &age 6tage 6tage (inf6rieur)
1'
5'
5'
10'
10'
15"
moyenne ~ 8"
6"20 6-25 6.35
6-45 6.50 6-45 6.50 6-20
6"55 6.60 6.65 6.65 6.90
6"65 6-60 6.65 6-70 5.90
6-75 6.75 6.75 6"30
6"50 6.65 6.60 6.60 5"75
6"49 6.56 6.57 6.64 6.06
6-35
I1 fallait donc apporter au carottier une nouvelle modification susceptible d'emp6cher ce ph6nom6ne. Pour cela toute la pattie inf6rieure a 6t6 chemis6e d'un tube en plexiglas. Dans la partie sup6rieure, le revStement de silicone rest6 intact a 6t6 conserv6. Apr~s cette nouvelle modification l'exp6rience pr6c6dente a 6t6 recommenc6e. Les r6sultats obtenus alors figurent au tableau 3 de mSme disposition que le tableau 2. Tableau 3 2'
2'
2'
2'
2"
5'
5"
5'
5'
10'
10'
Mo yenne ~ 4½'
6"85 6"89 6"87 6.90 6.90
6'86 6.84 6"90 6.81 6"83
6"78 6"78 6"84 6"70 6'70
6"80 6"79 6-82 6"77 6-70
6"72 6.80 6"80 6.77 6.81
6-30 6-42
6"72 6.60 6"60
6.64 6"75 6-60 6"64 6-66
6"72 6-71 6-67
6-41 6"36 6-45 6"47 6.36
6-45 6"42 6-52 6"52 6"50
6-66 6"67 6'66 6"67 6-67
6"43 6"45
6.68
6'77
Les diff6rences de teneur en oxyg6ne dans chaque s6rie n'exc&tent pas 0.15" comme dans l'exp6rience pr6c6dente, mais ici cette 6galit6 de teneur s'6tend/l l'6tage inf6rieur. Sur les moyennes, les diff6rences ne portent que sur une unit6 de la seconde d6cimale. I1 y a donc 6galit6 du taux d'oxyg6ne/t tousles 6tages. Les r6sultats de ces exp6riences doivent attirer l'attention de tous les chercheurs qui sont amen6s ~ faire des pr616vements d'eau aux fins d'analyse. I1 apparalt indispensable que les engins employ6s soient enti6rement construits en mat6daux inoxydables pour 6viter les causes d'erreur. Du 25 Juin au 6 Juillet 1953 nous avons alors fait avec notre nouvel appareil une s6rie de carottages dans les s&liments vaseux par des fonds de 70/t 500 m. sur une radiale partant du Mus6e Oc6.anographique de Monaco. Le tableau 4 donne les taux d'oxyg6ne obtenus/t ehaque station darts les 5 6tages du carottier. Ces r6sultats font apparaftre deux ph6nom6nes: * Pour la pnmai6re s6ri¢: 0-05. Pour la 2e: 0.09. La 3¢: 0.14. La 4e: 0.12. La 5e: 0.09.La6¢: 0.15. L a 7 e : O . l l . La8¢:0.15. La9e:O-05. LalO¢:0.11. L a l l e : O . l O . Surlesmoycnnes:O.Ol.
89
Variation de la teneur en oxyg6ne de l'eau au proche voisinage des s&liments 1. VARIATION DE LA TENEUR EN OXYGENE AVEC LA PROFONDEUR DU SI~D1MENT
Si o n consid~re la m o y e n n e des teneurs en oxyg~ne obtenues dans les cinq 6tages du carottier h chaque station, c'est-~-dire le taux d'oxyg~ne d ' u n e large couche d ' e a u situ6e a u voisinage d u s6diment, o n volt q u ' a u fur et b. mesure que celui-ci est situ6 plus p r o f o n d 6 m e n t la teneur en oxyg~ne diminue. Tableau 4
70
70
80
I00
110 125 160 200 280 310 330 480
Moyenne 500 ~215
5e &age (sup.) 4e 6tage 3e 6tage 2e 6tage le 6tage (inf.)
8"14 8"03 8"03 8"07 7"79
7'81 8"05 8"15 8"21 7'63
8'31 7"88 8"02 7-74 7"57
7-85 7"91 7-81 7-64 7"45
7"68 7"75 7-73 7"51 7"18
6"57 6'45 6"47 6"34 5"76
Moyenne
8.01 7.97 7.90 7.73 7.57 7.49 7.37 7.33 7.10 6.93 6.88 6.56 6.32 7-32
Profondeur en m.
70-
7-61 7"71 7"52 7-43 7"11
7"24 7"21 7"27 7'03 6"77
7"06 7-08 7"04 6"91 6"56
7 7 6'94 6"8t 6"66
6"58 6'62 6"53 6"59 6"47
7"45 7.43 7.41 7.31 7.01
oOe/e
130
o/ •
160
/
IgO
O
/o
220 r-
5 bme d/age
250 L E
7-41 7'46 7"39 7"24 7"15
,,,a"
I00
Z
7-52 7"41 7"41 7'46 7-05
280
A
4e
310 3e
340 370
ge
4OO 43O
le
..j/
I /
460 49O
l,l ,1 ,l, { , ,l ,l,l, l 6"3
6"7
7-1
7"5
7'9
02 mg/i Fig 1. Variation de la teneur en 02 dans l'eau au voisinage du s6diment.
I I I I I I 7 ~.l 7.2 7-3 ~.4 7.5 0 2 mg/I
Fig. 2. Variation de ia tcneur en 02 dans les 5 6tages du r6servoir.
L ' a l l u r e de cette variation est repr~sent~e par la c o u r b e fig. 1 o b t e n u e en p o r t a n t e n o r d o n n 6 e s les p r o f o n d e u r s , en abcisses les teneurs en oxyg/me. Cette variation semble d o n e sensiblement !in6aire, tout a u m o i n s / t partir d ' u n e centaine de m/~tres de p r o f o n d e u r et de l ' o r d r e de i / 10 de m i l l i g r a m m e p o u r u n e diff6rence de p r o f o n d e u r d u s&liment de 35 m/~tres.
90
JEAN BROUARDELet Louxs FAGE 2.
VARIATION AU VOISINAGE DU FOND
Si on consid6re maintenant la teneur en oxyg6ne de reau de chaeun des 6tages successifs du carottier on voit que celle-ci s'abaisse rapidement au fur et ~ mesure que l'on se rapproche de la carotte. Sur les moyennes, cette diff6rence, pratiquement nulle entre les trois 6tages sup6rieurs, apparait entre le 3e et le 2e 6tage (-- 0.1) et devient tr6s nette entre le 2e et le ler 6tage pour lesquels on observe une chute de teneur de -- 0-3. Sur la fig. 2 nous avons'repr6sent6 cette variation moyenne. Enfin, si on consid6re sur les 13 s6ries de d6terminations, les 4 s6ries ayant trait aux profondeurs de 70 /t 110 m., puis les 4 se rapportant aux profondeurs de 125/t 280 m. et enfin celles de 310/t 500 m. on voit que pour ces trois groupes, les diff6rences de teneur en oxyg6ne de reau des 2e et 3e 6tages du carottier sont: -- 0.10, -- 0.10, -- 0.08, et pour le ler et le 2e 6tage: --0.31, --0-27, --0.30. La chute de teneur en oxyg6ne observ6e serait done de m6me grandeur, quelle que soit la profondeur. Tout ph6nom6ne d'oxydation accidentel dfi /t l'appareil lui-mSme ne pouvant intervenir ici en raison des pr6cautions indiqu6es pr6c6demment, il y a de fortes pr6somptions pour que cette chute du taux d'oxyg6ne corresponde bien/t un ph6nom6ne r6el. Cependant si les diff&ents 6tages du carottier sont effectivement situ6s/t 14 cm. les uns des autres, l'eau qu'ils emprisonnent n'est pas celle de ces divers niveaux dans l a m e r , / t partir du s6diment. En effet, la circulation de l'eau dans le earottier ne se fait pas librement mais est frein6e, dans une proportion que nous ne pouvons 6valuer, par les clapets en caoutchouc. L'eau contenue dans les diffgrents 6tages provient done, non pas de couches distantes de 14 cm. les unes des autres mais de bien davantage. On sait que la teneur en oxyg6ne de l'eau d6crolt avec la profondeur; on pouvait done se demander si le ph6nom6ne observ6 ici ne faisait que traduire, h une 6chelle diff6rente, d6formge par la r6sistanee int6rieure de l'appareil, cette d6croissance classique. La d6croissance du taux d'oxyg~ne en fonction de la profondeur 6tant de l'ordre du 1/10 de mg pour une diffgrence de niveau du s6diment de 35 m la diff6rence de -- 0-4 mg observ6e ici entre les deux 6tages extremes du carottier correspondrait/t des niveaux distants d'environ 150 m. I1 faudrait admettre alors que l'eau contenue dans l'6tage sup6rieur du carottier proviendrait de couches situ6es/t plus de 150 m du fond, ce qui semble peu vraisemblable. Si les diffgrences du taux d'oxyg~ne observ6es dans les divers 6tages du carottier traduisent bien des diff6rences /L proximit6 du fond il est cependant impossible de savoir/t quels niveaux au-dessus de celui-ci elles correspondent. Cela d'autant plus que les clapets, rappelons-le, en caoutchouc doivent se d6former diff6remment suivant leur 6tat, la temp6rature et surtout la pression d u e / t la profondeur, ce qui modifie la r6sistance offerte au passage du liquide. Pour rgpondre/t ces objections nous avons modifi6 une fois encore le carottier. Dans ce nouvel appareil on s'est efforc6 non seulement d'gviter tout ph6nom~ne d'oxydation mais encore de modifier les clapets de faqon qu'ils pr6sentent un plus libre passage/t l'eau lots de la descente, tout en assurant une parfaite obturation la remont6e. De plus, ces clapets devaient ~tre ind6formables quelle que soit la pression due /t la profondeur.
Variation de la teneur en oxyg6ne de l'eau au proche voisinage des s6diments
91
Pour assurer ces conditions, l'appareil a 6t6 r6alis6 en mati6re plastique (Afcodur. Chlorure de polyvinyle rigide). Fig. 3. La partie proprement dite du carottier se compose d'un tube de cuivre enti6rement enrob6 de mati6re plastique, se terminant/t son extr~mit6 inf6rieure par un embout d'acier inoxydable destin6 /t p~n6trer le s6diment, /t son extr8mit6 sup6rieure par une bague de mSme acier le reliant aux 6tages successifs. .A 1 ,u,
COUPE
1
o C¢7
a. b c Fig. 3. (a) Coupe de la partie inf6rieurc de l'apparcil, ba, bague et son lest, reliant lc carottier au r6servoir. (b) Coupe de la partie sup~rieure; cl, un des clapets s~parant les diff~rents 6tages du r6servoir, vu en plan. (c) Ensemble de l'appareil; ca, carottier proprement dit; 1, 2, 3, 4 et 5 6rages successifs du r~servoir s~par~s les uns des autres par des clapets.
Ces 6tagcs, y compris_les clapcts, leurs t6tons de but6e et les robinets de pr616vements sont enti6rement en mati6re plastique. Enfin, /t la partie sup6rieure, le principe d'obturation de l'appareil primitif a 6t6 conserv6. A l'cxt6rieur de ce carottier trois tigcs d'acier sont dcstin6es A assurer/, 1'ensemble uric grande sofidit6. Avec cc nouvel apparcil nous avons entrepris lc 21 et le 23 Juillet de nouvelles s6ries de pr616vements sur la meme radiale que pr6c&lemment. Malheureusement
92
J~AN BROUARDELet Louis FAGE
au bout du septi~me carottage le filin du treuil s'est rompu et nous perdions notre appareil par 200 m. de fond. Tableau 5 I00
100
145
180
210
245
270
Moyenne ~ 180
5e 6tage (sup.) 4¢ 6tage 3e 6tage 2e 6tage ler 6tage (inf.)
7"52 7.50 7.52 7"48 7.29
7;76 7.45 7.44 7-58 7"53
7.29 7.39 7.34 7.25 7.05
7.83 7.66 7.47 7.34 7.20
7.24 7.36 7.28 7.26 7.09
7.36 _7.37 7.33 7-22 7.04
7'09 7-17 7.11 7.09 7
7-44 7.41 7-35 7.31 7.17
Moyennes
7.46
7.55
7.26
7.50
7.24
7-26
7.09
7.34
Profondeur
Le tableau 5 donne les taux d'oxyg6ne trouv6s sbme 4 dans les cinq 6tages du carottier pour chacune de d/age ces sept stations. Ces r6sultats, malheureusement trop peu nora- 4e breux, apportent cependant une confirmation aux observations pr6c&lentes. D'une part, sur les moyennes, ~ chaque station, 3e on observe la d6eroissance du taux d'oxyg6ne avec la profondeur du s&liment (les points obtenus ici ze sent marqu6s O sur la eourbe fig. 1; d'autre part, sur les moyennes des teneurs en oxyg6ne ~ chaque lee &age du carottier, pour l'ensemble des stations, on retrouve la d6erotssance de eette teneur mais ici cependant elle semble moins rapide (fig. 4). Tous ees r6sultats concordants semblent done I l I I I I bien confirmer le fait que, dans la couche explor6e, 7 71 7'2 7-3 7"4 7'5 la diminution du taux d'oxyg~ne, lente avec la 02 mg/I profondeur, devient plus rapide au voisinage du Fig. 4. Variation de la teneur en s6diment. 02 dans les 5 6rages du r6servoir.
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Di~TERMINATION " A P P R O X I M A T I V E " D E L'I~PAISSEUR RI~ELLE DE LA C O U C H E D ' E A U PRI~LEVI~E PAR LE CAROTTIER
Nous avons essay6 de pr6ciser l'6paisseur de la couche explor6e en cherchant avoir au moins une approximation des hauteurs au-dessus du s6diment auxquelles pouvait effectivement eorrespondre l'eau contenue dans les divers 6tages de notre nouveau module de carottier. La vitesse de deseente (2 m/s.) du carottier engendre ~ sa partie inf~rieure une =v2 pression dynamique H = - ~ - - qui a pour cons6quence de soulever les 5 clapets sueeessifs et de eompenser la perte de charge r6sultant d e la circulation de l'eau dans l'appareil. La pression dynamique correspondant ~t 2 m/s. (avec d:~ I) est de 0.200 m de eolonne d'eau en ehiffres rends.
Variation de la teneur en oxyg~ne de r e a u au proche voisinage des sb,dimenta
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Pour d~terminer la vitesse V~ de l'eau dans l'appareil on calcule la perte de charge pour une vitesse quelconque, soit par exemple Im/s. La perte de charge comprend: le frottement dans le tube, suppos6 lisse, de 1 m 20 de long et de 52 ram de diam~tre et la chute de pression a travers les clapets. II a 6t~ suppos6 que chaque clapet du type employ6 peut-etre assimil6 ~ un clapet de retenue industriel. Un tel clapet peut ~tre remplac~ par une longueur fictive de tuyauterie 6gale ~ 6 m. La longeur fictive entrant en ligne de compte pour le calcul de la perte de charge, dans les conditions suppos~es, comprend d'une part la longueur r~elle soit 1 m 20, d'autre part, la longueur fictive remplagant les 5 clapets: 30 m, soit au total: 31 m 20. En prena~ le nombre donn~ par la table de Prony, la perte de charge par m~tre est de 24.4 mm de colonne d'eau, soit pour l'appareil 24.4. 31.20 -- 760 mm. Or nous avons vu plus haut que la pression dynamique n'6tait que de 200 ram. Les pertes de charge variant tr6s sensiblement comme le cart6 de la vitesse, la vitesse varie comme la racine carr~ de la pression disponible. La vitesse r6elle de l'eau dans l'appareil est donc:
~
:~ 0.5 m/s.
En r6sum~ la vitesse de l'eau dans le carottier est environ le quart de sa vitesse de descente; en d'autres termes, le prel~vement int6resse une colonne d'eau d'environ 5 m, r~xtuite dans le rapport 1/4.* On peut v~rifier cette approximation th~orique par l'exp6rience suivante: Apr~s avoir rempli le carottier d'une mati~re colorante, il suffit de filmer en scaphandre autonome, sa descente pour se rendre compte des diff6renees de niveau× n~essaires au complet renouvellement de l'eau dans celui-ci. Cette exp6rience n'a pu ~tre faite en raison de Ia perte de l'appareil, eependant il nous restait un ~tage prototype, muni de deux clapets identiques ~ ceux qui entraient dans la construction du carottier. Cet ~tage, rempli de bleu de m6thyEne a 6t6 envoy6 dans la mer dans les conditions habituelles et nous avor/s pu constater, en scaphandre autonome, que le renouvellement de l'eau ~tait complet tous les trois m~tres environ. Ces trois m~tres correspondent donc ~ Faction de 2 clapets, le carottier perdu en ayant 5, le renouvellement de l'eau devait se faire en 8 m environ. Cette approximation exp6rimentale est donc du m~me ordre de grandeur que rapproximation th~orique. Tout ceci laisse donc penser que le renouvellement de l'eau dans le carottier est complet darts les dix derniers m~tres au-dessus du s&liment et par consequent que les diff6rences de teneur en oxyg~ne observ6es dans les ~tages successifs du~carottier correspondent bien A des differences r6elles darts ces dix demiers m~tres. I1 est m~me possible qu'elles ne fassent que traduire,/L une ~helle r~uite, des diff6rences plus importantes qui existeraient a u r a s m~me du s6diment. D'autre part, quand le carottier p~n~tre darts le s~diment, la carotte, comprim6e/~ son entree dans le tube, doit probablement lib~rer une faible quantit6 de l'eau dont elle est imbib~e qui peut se m61anger /t celle recueiUie imm~diatement au-dessus. Des experiences en cours pr~ciseront ce point particulier. * I1 r6sulte de tout ceci clue le rapport vitesse de descente vitesse de l'eau dans le carottier est une constante qui ne d6pend que de la construction de rappareil. En effet, d'une part la pression que nous appellerons motrice H, qui fait circuler r e a u clans le carottier est proportionnelle au carr~ de la vitesse de desccnte V, et d'autre part, la vitesse de circulation Vx darts le carottier est proportionnelle ~t la racine carr~ de cette pression H, soit en d6finitive ~ IF.
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JEAN B'~.OUAt~ELet Loum FAoE
Quoiqu'il ell soit, nous pensons que ces observations peuvent avoir quelque int6r~t en ce qui "concerne l'6v01ution biologique des s6diments et aussi r6coulement de reau sur le fond. I1 est int6ressant de rappeler que le Dr. F. F. KoczY* qui, au cours de la Swedish Deep-sea Expedition a fait, /t bord de r/Ubatross, des analyses d'eau pr61ev6e par bouteilles 6chelonn6es de 3 m A 500 au-dessus des grands fonds oc6aniques, a signal6 bri6vement une chute brusque de la teneur en silicate, en phosphate et aussi en oxyg6ne, clans la couche d'cau de 20 A 50 m d'6paisseur, qui recouvre les s&liments, c'est-A-dire clans une zone de turbulence presque nulle. De relic sorte que le phi~nom6ne 6tudi6 ici semble avoir un certain caract6re de g6n6ralit6 que la publication des r6sultats annonc6s pr6cisera. Le Dr. KoczY estime, ainsi que nous en avions 6mis l'hypoth6se pour roxyg6ne, que ce sont les processus biologiques et chimiques ayant leur si6ge dans les s6diments ou A leur surface qui sont responsables de la consommation de ces 616ments. * (1950) Die Naturwiss, 37, 360; (1951) Assoc. Ocean. phys. Assemblde g~ndrale Bruxeiles, Proc. Verb. No. 5, 145.
Institut d'Oceanographic, Paris 5.