ACIDIFICATION DES OCÉANS

La chimie de l'océan et le dioxyde de carbone

À la différence d'autres gaz comme le di-oxygène (O₂), le CO₂ non seulement se dissout dans l'eau mais réagit avec elle pour former de l'acide carbonique (H₂CO₃) qui, lui-même, se dissocie en ions bicarbonates (HCO₃^–) et en ions carbonates (CO₃^2–) (fig. 1). En libérant des ions H⁺, ces réactions vont accroître la concentration de ces ions dans l'eau, d'où une augmentation de l'acidité, ce qui se traduit par une baisse du pH. Dans l'océan actuel, avec un pH de 8,1, la concentration en bicarbonates domine largement celle des carbonates et celle du CO₂ libre dissous. Dans ces conditions, les ions calcium (Ca²⁺) de l'eau de mer réagissent avec les bicarbonates pour former du carbonate de calcium (CaCO₃) ou calcaire. Ce composé peut précipiter (devenir solide) dans l'eau de mer ou s'accumuler dans certains organismes, dits « organismes calcaires », leur permettant de constituer leur coquille, ou leur test (exosquelette). Ces structures peuvent être composées de calcite (par exemple chez les coccolithophoridés [algues unicellulaires] et les foraminifères planctoniques), ou d' aragonite (ptéropodes [escargots planctoniques], coraux, mollusques tels que les huîtres), les deux formes cristallines principales du carbonate de calcium. Certains autres mollusques, comme les ormeaux, sécrètent des coquilles composées de couches alternées de calcite et d'aragonite. Du carbonate de magnésium peut aussi se former de façon analogue chez plusieurs crustacés et chez certaines algues.

La solubilité du carbonate de calcium dépend de la température, de la pression et de la salinité de l'eau. Pour l'exprimer, on définit le facteur de saturation Ω. Lorsqu'il est supérieur à 1, le carbonate de calcium précipite ; lorsqu'il est inférieur à 1, il se dissout. L'horizon de saturation (Ω = 1) se situe en général en profondeur (fig. 1). Le carbonate de calcium peut donc exister sous forme solide de la surface de l'océan jusqu'à la profondeur à laquelle se situe l'horizon de saturation. En revanche, dans l'océan profond trop « acide », il se dissout.

Quand la teneur en CO₂ de l'eau de mer augmente, on pourrait penser que l'on favorise la formation du carbonate de calcium. En fait, l'excès de CO₂ réagit avec ce composé pour former des ions bicarbonates et calcium. Donc, on déstabilise le carbonate de calcium.

La formation de carbonate de calcium dans les organismes calcaires marins ne se résume toutefois pas à une précipitation purement chimique. Elle implique des mécanismes biochimiques complexes qui ne sont pas ici présentés.