Couleur de l’eau

La couleur de l’eau varie en fonction des conditions ambiantes dans lesquelles cette eau est présente. Alors que des quantités relativement petites d’eau semblent être incolores, l’eau pure a une légère couleur bleue qui devient plus bleue à mesure que l’épaisseur de l’échantillon observé augmente. La teinte bleue de l’eau est une propriété intrinsèque et est causée par l’absorption sélective et la diffusion de la lumière blanche. Les éléments dissous ou les impuretés en suspension peuvent donner une couleur différente à l’eau.

Couleur intrinsèque
La couleur intrinsèque de l’eau liquide peut être démontrée en regardant une source de lumière blanche à travers un long tuyau qui est rempli d’eau purifiée et fermé à ses deux extrémités avec une fenêtre transparente. La couleur bleu turquoise clair est causée par une faible absorption dans la partie rouge du spectre visible.

Les absorptions dans le spectre visible sont généralement attribuées à des excitations d’états d’énergie électroniques dans la matière. L’eau est une simple molécule à trois atomes, H 2 O , et toutes ses absorptions électroniques se produisent dans la région ultraviolette du spectre électromagnétique et ne sont donc pas responsables de la couleur de l’eau dans la région visible du spectre. La molécule d’eau a trois modes fondamentaux de vibration. Deux vibrations d’étirement des liaisons OH à l’état gazeux de l’eau se produisent à v 1 = 3650 cm -1 et v 3 = 3755 cm -1 .L’absorption due à ces vibrations se produit dans la région infrarouge du spectre. L’absorption dans le spectre visible est principalement due à l’harmonique v 1 + 3v 3 = 14,318 cm -1 , ce qui équivaut à une longueur d’onde de 698 nm. À l’état liquide à 20 ° C, ces vibrations sont décalées vers le rouge en raison de la liaison hydrogène, entraînant une absorption du rouge à 740 nm, d’autres harmoniques tels que v 1 + v 2 + 3v 3 donnant une absorption rouge à 660 nm. La courbe d’absorption de l’eau lourde (D 2 O) est de forme similaire, mais elle est décalée plus loin vers l’extrémité infrarouge du spectre, car les transitions vibrationnelles ont une énergie plus faible. Pour cette raison, l’eau lourde n’absorbe pas la lumière rouge et donc les grands corps de (D 2 O)manqueraient de la couleur bleue caractéristique de l’eau légère la plus commune ( 1 H 2 O).

L’intensité d’absorption diminue nettement avec chaque harmonium successif, ce qui entraîne une absorption très faible pour le troisième harmonique. Pour cette raison, le tuyau doit avoir une longueur d’un mètre ou plus et l’eau doit être purifiée par microfiltration pour éliminer toute particule susceptible de produire une diffusion de Mie.

Couleur des lacs et des océans
Les lacs et les océans apparaissent bleus pour plusieurs raisons. La première est que la surface de l’eau reflète la couleur du ciel. Bien que cette réflexion contribue à la couleur observée, ce n’est pas la seule raison.

Une partie de la lumière, qui touche la surface de l’océan, est réfléchie directement, mais la plus grande partie pénètre dans la surface de l’eau et interagit avec ses molécules. La molécule d’eau peut vibrer dans trois modes différents lorsque la lumière frappe. Les longueurs d’onde de lumière rouge, orange, jaune et verte sont absorbées de telle sorte que la lumière restante visible est composée des bleus et des violets à longueur d’onde plus courte. C’est la principale raison pour laquelle la couleur de l’océan est bleue.

Certains constituants de l’eau de mer peuvent influencer l’ombre du bleu de l’océan. C’est pourquoi il peut sembler plus vert ou plus bleu dans différents domaines. L’eau dans les piscines (qui peuvent également contenir divers produits chimiques) avec des côtés peints en blanc et le fond apparaîtra comme un bleu turquoise.

L’eau propre apparaît bleue dans les piscines carrelées en blanc ainsi que dans les piscines intérieures où il n’y a pas de ciel bleu à refléter. Plus la piscine est profonde, plus l’eau est bleue.

La diffusion des particules en suspension joue également un rôle important dans la couleur des lacs et des océans. Quelques dizaines de mètres d’eau absorberont toute la lumière, donc sans dispersion, tous les plans d’eau apparaîtront noirs. Comme la plupart des lacs et des océans contiennent de la matière vivante en suspension et des particules minérales, appelées matière organique dissoute colorée (CDOM), la lumière d’en haut est réfléchie vers le haut. La diffusion des particules en suspension donne normalement une couleur blanche, comme avec la neige, mais parce que la lumière traverse d’abord plusieurs mètres de liquide de couleur bleue, la lumière diffusée apparaît en bleu. Dans l’eau extrêmement pure – comme on la trouve dans les lacs de montagne, où la diffusion des particules de couleur blanche est absente – la diffusion à partir des molécules d’eau contribue également à une couleur bleue.

Un autre phénomène qui se produit est la diffusion de Rayleigh dans l’atmosphère le long de sa ligne de vue: l’horizon est typiquement distant de 4 à 5 km et l’air (étant juste au-dessus du niveau de la mer) est le plus dense. Ce mécanisme ajouterait une teinte bleue à n’importe quel objet distant (pas seulement la mer) parce que la lumière bleue serait dispersée dans sa ligne de vue.

Les surfaces des mers et des lacs reflètent souvent la lucarne bleue, les rendant plus bleus. La contribution relative de la lucarne réfléchie et de la lumière diffusée par les profondeurs dépend fortement de l’angle d’observation.

Couleur des glaciers
Les glaciers sont de grands corps de glace et de neige formés par les climats très froids par des processus impliquant le compactage de la neige tombée. Tandis que les glaciers enneigés apparaissent de couleur blanche, de près, et lorsqu’ils sont protégés de la lumière ambiante directe, les glaciers apparaissent généralement en bleu profond en raison des longues distances parcourues par la lumière réfléchie interne.

Des quantités relativement petites de glace régulière apparaissent blanches, parce que beaucoup de bulles d’air sont présentes, et aussi parce que de petites quantités d’eau semblent être incolores. D’autre part, dans les glaciers, la pression fait que les bulles d’air emprisonnées dans la neige accumulée sont expulsées, ce qui augmente la densité de la glace créée. Comme de grandes quantités d’eau semblent être bleues, un gros morceau de glace comprimée, ou un glacier, apparaîtrait bleu.

Couleur des échantillons d’eau
Les matières dissoutes et particulaires dans l’eau peuvent causer une décoloration. Une légère décoloration est mesurée dans les unités Hazen (HU). Les impuretés peuvent également être profondément colorées, par exemple des composés organiques dissous appelés tanins peuvent donner des couleurs brun foncé ou des algues flottant dans l’eau (particules) peuvent donner une couleur verte.

La couleur d’un échantillon d’eau peut être rapportée comme:

La couleur apparente est la couleur de l’échantillon d’eau entier et est constituée de la couleur des composants dissous et suspendus.
La couleur vraie est mesurée après avoir filtré l’échantillon d’eau pour enlever toute la matière en suspension.
Le test de la couleur peut être un test rapide et facile qui reflète souvent la quantité de matière organique dans l’eau, bien que certains composants inorganiques comme le fer ou le manganèse puissent également conférer de la couleur.

La couleur de l’eau peut révéler des conditions physiques, chimiques et bactériologiques. Dans l’eau potable, le vert peut indiquer la lixiviation du cuivre de la tuyauterie de cuivre et peut également représenter la croissance des algues. Le bleu peut également indiquer le cuivre, ou pourrait être provoqué par le siphonnement des nettoyants industriels dans le réservoir des commodes, communément appelé le reflux. Les rouges peuvent être des signes de rouille provenant de tuyaux de fer ou de bactéries aéroportées provenant de lacs, etc. L’eau noire peut indiquer la croissance de bactéries réductrices de soufre dans un réservoir d’eau chaude réglé à une température trop basse. Cela a généralement une forte odeur de soufre ou d’œuf pourri (H2S) et est facilement corrigé en vidangeant le chauffe-eau et en augmentant la température à 49 ° C (120 ° F) ou plus. L’odeur sera toujours dans les tuyaux d’eau chaude si les bactéries réductrices de sulfate sont la cause et jamais dans la plomberie d’eau froide. Le spectre de couleurs avec des indicateurs d’eau [clarification nécessaire] est large et, si appris, peut faciliter l’identification et la résolution de problèmes cosmétiques, bactériologiques et chimiques.

Qualité de l’eau et couleur
La présence de couleur dans l’eau n’indique pas nécessairement que l’eau n’est pas potable. Les substances colorantes comme les tanins peuvent être inoffensives.

La couleur n’est pas enlevée par les filtres à eau typiques; cependant, les filtres à sable lents peuvent éliminer la couleur, et l’utilisation de coagulants peut également réussir à piéger les composés responsables de la couleur dans le précipité résultant.

D’autres facteurs peuvent affecter la couleur vue:

Les particules et les solutés peuvent absorber la lumière, comme dans le thé ou le café. Les algues vertes dans les rivières et les ruisseaux donnent souvent une couleur bleu-vert. La Mer Rouge a occasionnellement des proliférations d’algues Trichodesmium erythraeum rouges.
Les particules dans l’eau peuvent disperser la lumière. Le fleuve Colorado est souvent rouge boueux à cause de la vase rougeâtre en suspension dans l’eau. Certains lacs de montagne et des ruisseaux avec des roches finement moulues, comme la farine glaciaire, sont turquoise. La diffusion de la lumière par les matières en suspension est nécessaire pour que la lumière bleue produite par l’absorption de l’eau puisse retourner à la surface et être observée. Une telle diffusion peut également déplacer le spectre des photons émergents vers le vert, une couleur souvent observée lorsque de l’eau chargée de particules en suspension est observée.
Noms de couleurs

Marée rouge au large de la côte californienne.
Différentes cultures divisent le champ sémantique des couleurs différemment de l’usage de la langue anglaise et certains ne font pas la distinction entre le bleu et le vert de la même manière. Un exemple est gallois où le verre peut signifier bleu ou vert.

Les autres noms de couleur attribués aux plans d’eau sont le vert d’eau et le bleu outremer. Des colorations océaniques inhabituelles ont donné naissance aux termes marée rouge et marée noire.

Le poète grec ancien Homère utilise l’épithète « mer-vin sombre »; en outre, il décrit également la mer comme « grise ». Certains ont suggéré que cela est dû au fait que les Grecs anciens classent les couleurs principalement par luminosité plutôt que par teinte, tandis que d’autres croient que Homer était daltonien.