acidification

« L’acidification des océans : un danger pour la biodiversité marine Coccolithophore (phytoplancton) Corail en océan pacifique 1 Introduction ……………………………………………………………………………………………….p 3 I/l’acidification des océans : causes et mécanisme du phénomène 1/causes de l’acidification …………………………………………………………………………… p 4 2/absorption du CO2 par l’océan…………………………………………………………………..p 4 3/mécanisme d’acidification………………………………………………………………………….p 4 II/effet de l’acidification sur la solubilité de deux minéraux : calcite et aragonite 1/présentation de la calcite et de l’aragonite ………………………………………………p 6 2/ effet de l’acidification sur la solubilité de ces minéraux ………………………….

p 7 III impacts sur la biodiversité marine 1/ L’impact immédiat ………………....................................................................

p 10 2/ Comparaison avec les conditions passées ………………………………………………p 11 Conclusion ………………………………………………………………………………………………… p 12 Bibliographie …………………………………………………………………………………….……… p 13 2 Introduction : Alors que ces dernières années, les études sur les rejets anthropiques de dioxyde de carbone se sont plus particulièrement intéressées aux conséquences sur l’atmosphère et sur le réchauffement climatique, un autre impact sur l’environnement est à déplorer.

En effet, il est notable qu’un tiers des rejets de CO2 émis par l’Homme depuis l’ère industrielle a été absorbé par l’océan soit environ 120 milliards de tonnes.

Cette absorption de gaz n’est bien sûr pas sans conséquences sur la chimie de l’océan.

Elle entraine en fait une acidification des eaux et donc de nouvelles conditions de vie pour les organismes marins.

Après avoir étudié les causes et mécanismes de la baisse du pH de l’eau de mer, nous verrons ses conséquences sur la solubilité de l’aragonite et de la calcite, deux minéraux constitutifs des organismes calcaires.

Nous en déduirons alors des lourds impacts sur les écosystèmes océaniques, en particulier sur les coraux, éléments clés de la biodiversité marine. Planisphère montrant la baisse du pH entre 1960 et aujourd’hui 3 I/l’acidification des océans : causes et mécanisme du phénomène 1/causes de l’acidification L'acidification des océans a plusieurs causes anthropiques identifiées : • • • l'absorption de dioxyde de carbone atmosphérique d'origine anthropique.

C'est la première cause identifiée, et probablement la plus importante. l’azote anthropique lié à la circulation motorisée et au chauffage, source d'acide nitrique et d'ammoniac contaminant les pluies et les eaux de surfaces et marines le soufre. Dans cette étude, nous nous intéresserons seulement à l'effet de l’absorption du CO2 atmosphérique qui est le principal vecteur de l'acidification notamment en haute mer. 2/absorption du CO2 par l’océan. Le CO2 contenu dans l'eau peut se dissoudre dans l'eau de mer selon la réaction : CO2 (g) → CO2 (aq). En moyenne 30% du CO2 émis dans l'atmosphère est absorbé par les océans.

Cependant, ce processus ne se fait pas de manière homogène dans les différents bassins du monde.

En effet, cette réaction de dissolution est exothermique et est donc favorisée à basse température.

Ainsi les océans froids absorbent beaucoup plus de CO2 que les océans chauds. Cette propriété peut avoir une autre conséquence : l'émission de gaz à effet de serre dans l’atmosphère va engendrer une augmentation de température à la surface de la Terre et donc des océans.

Ainsi ces derniers pourront moins absorber de CO2 et celui ci va s'accumuler de manière plus importante dans l'atmosphère et donc accentuer le réchauffement de la planète. 3/mécanisme d’acidification Dans l'eau, le CO2 dissous est sous la forme de H2CO3 : un diacide de pKa 6,4 et 10,3. La répartition des différents acides et bases reliés à H2CO3 est représenté ci-dessous : 4 Or actuellement l'eau de mer à un pH compris entre 8,1 et 8,3 donc le H2CO3 ne va pas s'accumuler mais va majoritairement se transformer en sa base conjuguée HCO3- par la réaction H2CO3 → HCO3- + H+.

L'acidité de la mer va ainsi augmenter.

Une faible partie du HCO3- va réagir pour donner des ions carbonates CO32- qui sont à l'origine des mineraux calcaires comme nous l'expliquerons dans la deuxième partie.

Ces différentes transformations sont résumées dans le schéma suivant : Une méthode informatique (chimie de l’eau de mer, institut océanographique, Gérard Copin-Montégut) nous permet de calculer le pH probable dans cent ans.

En 2010 30.600 milliards de kilos de dioxyde de carbone ont été rejetés dans l'atmosphère soit une augmentation de la concentration de CO2 (sous toutes ces formes) de 0.15 nmol/kg dans les eaux océaniques.

De plus, on enregistre une augmentation des rejets de CO2 chaque année. Le tableau ci-dessous présente l'augmentation de pH en fonction de cette augmentation. Augmentation annuelle moyenne (en %) Diminution du pH en cent ans 0 0,02 1 0,04 2 0.07 3 0.15 4 ( augmentation moyenne ces dernières années) 0.33 5 (augmentation constatée entre 2009 et 2010) 0.87 6 1,56 Le scénario retenu par la plupart des scientifiques conduit à une diminution du pH de 0,3.

Si à priori ce chiffre semble faible, il ne faut pas oublier que le pH est une grandeur logarithmique de la concentration en ion H+.

Une telle diminution du pH correspond à une acidité multiplié par 2 ce qui à des conséquences importantes pour la chimie des océans comme nous le verrons dans la suite. 5 II/effet de l’acidification sur la solubilité de deux minéraux : calcite et aragonite Une importante partie de la biomasse marine est constituée d’organismes synthétiseurs de calcaire.

Or l’acidification des océans a un grand impact sur ces organismes. Afin de mieux comprendre les conséquences de la baisse du pH sur ces espèces, intéressonsnous à la minéralogie du calcaire et analysons les influences d’une baisse de pH. 1/présentation de la calcite et de l’aragonite Calcite aragonite Le calcaire, de formule CaCO3, se présente chez les organismes marins sous deux variétés allotropiques : la calcite, calcaire des coraux et des coccolithophoridés, et l’aragonite, calcaire des ptéropodes. Ces deux calcaires se distinguent de par leur structure cristalline différente : la calcite est rhomboédrique, tandis que l’aragonite est orthorhombique. Cette différence de structure cristalline induit des différences de propriétés physiques.

On peut d’ailleurs voir sur le diagramme pression-température de stabilité des deux minéraux que l’aragonite n’est pas stable à température et pression ambiante.

En fait, l’aragonite chez les espèces marines est présente sous forme métastable, grâce à des inclusions de strontium réalisées lors de sa synthèse par les êtres vivants. 6 Courbe d’équilibre pression température du système aragonite calcite (diagénèse et dynamique des bassins sédimentaires, F Boulvain, 2011) En ce qui concerne le carbonate de calcium dans l’océan il est également important de définir les profondeurs de saturation et de dissolution du calcaire. En effet, à une certaine profondeur appelée lysocline (vers 4000m de profondeur), le calcaire commence à se dissoudre. De plus, au-dessous d’une profondeur appelée ACD (aragonite compensation depth) pour l’aragonite ou CCD (calcite compensation depth) pour la calcite, tout le calcaire est dissous (ceci vers 4500 mètres de profondeur).

C'est-à-dire que, sous cette profondeur, aucun organisme calcaire ne peut survivre. Remarque : l’ACD est moins profonde que la CCD.

Ceci est dû au fait que l’aragonite est métastable donc plus facilement soluble. 2/ effet de l’acidification sur la solubilité de ces minéraux Les dernières recherches ont montré que l’acidification des océans avait de lourds impacts sur les équilibres de précipitation des calcaires.

De plus, même si les produits de solubilité de l’aragonite et de la calcite à température et pression quelconque n’ont toujours pas pu être déterminés de manière certaines en raison de phénomènes de métastabilité, les 7 principes de la thermodynamique vont pouvoir nous montré l’influence d’une variation de pH sur la profondeur des lysoclines. Considérons l’équilibre (1) (Chimie de l’eau de mer, institut océanographique, Gérard Copin-Montégut) et sa constante d’équilibre Ks : Ks= [Ca2+]*[HCO3-]2*P0/PCO2 où P° est la pression atmosphérique, partielle en dioxyde de carbone atmosphérique. la pression On note qu’une augmentation de la pression partielle du CO2 atmosphérique déplace l’équilibre précédent vers la droite donc favorise la dissolution du calcaire.

Cette augmentation de dioxyde de carbone atmosphérique et donc l’acidification des océans met en danger les organismes calcaires. Remarque : il est très difficile de quantifier la dissolution car de nombreux équilibres complexes dans l’océan font intervenir le calcaire ou influent sur la concentration de Tâchons désormais de montrer l’influence de l’acidification sur la profondeur de la lysocline.

Dans cette étude, nous nous placerons à des profondeurs supérieures à 500 m c'est-à-dire en dessous de la thermocline, couche de fort gradient de températures.

En dessous de cette zone, la température varie peu et donc nous allons considérer que la pression est le seul paramètre intensif qui influe sur l’équilibre de précipitation des calcaires. Les lois de la thermodynamique nous donnent à température constante : où R est la constante des gaz parfait, P la pression, T la température et la variation de volume réactionnel lors de la réaction de dissolution du calcaire.

Pour l’équilibre (1) considéré, cette dernière valeur est négative. Or si l’on suppose l’océan en équilibre hydrostatique (équilibre valable en moyenne dans le où z est la profondeur, g l’accélération de la pesanteur et temps) : volumique de l’eau océanique. On a donc : (2) 8 la masse On retrouve que si z (soit la profondeur) augmente, ln (Ks) et donc Ks augmente et ainsi la solubilité du calcaire est favorisée..... »