La mer absorbe du dioxyde de carbone
― et ensuite ?
« La mer absorbe du dioxyde de carbone » : on entend souvent cette phrase. Et en effet, une part non négligeable du dioxyde de carbone émis par l'homme serait absorbée par la mer. Mais l'histoire ne s'arrête pas là. Le CO₂ absorbé se transforme dans l'eau de mer et provoque un tout autre problème.
Vous avez peut-être déjà entendu, aux informations, que « la mer absorbe une partie du dioxyde de carbone émis par l'homme ». On serait tenté de se dire : « si la mer absorbe le CO₂, le problème est réglé ».
Or, le dioxyde de carbone absorbé ne disparaît pas purement et simplement. Il se transforme chimiquement dans l'eau de mer et modifierait, peu à peu, la nature même de l'océan.
Que devient donc ce dioxyde de carbone, une fois absorbé par la mer ?
Le dioxyde de carbone de l'air se dissout, à la surface de la mer, dans l'eau. C'est un phénomène tout à fait ordinaire : celui d'un gaz qui se dissout dans un liquide.
Le dioxyde de carbone dissous réagit avec l'eau de mer pour former de l'acide carbonique, qui libère ensuite des ions hydrogène. C'est ce qui rend l'eau de mer, peu à peu, plus acide.
Regardons cette transformation chimique qui va au-delà de la simple « absorption ».
L'eau de mer « dissout » le dioxyde de carbone
Une partie du dioxyde de carbone de l'air se dissout, à la surface de la mer, dans l'eau. C'est le phénomène inverse de ce qui se produit quand on ouvre une boisson gazeuse et que le gaz s'échappe. Un gaz a en effet cette propriété : plus la pression du gaz environnant est élevée, plus il se dissout facilement dans un liquide. Plus la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère augmente, plus la quantité dissoute dans l'eau de mer tend elle aussi à augmenter.
Cette simple « dissolution » suffit déjà à faire de la mer un acteur qui réduit le dioxyde de carbone atmosphérique. En effet, une part non négligeable du dioxyde de carbone émis par la combustion de pétrole et de charbon aurait été absorbée par la mer jusqu'à présent, selon les rapports.
Une fois dissous, le dioxyde de carbone se transforme en « acide carbonique »
C'est ici le cœur du sujet. Le dioxyde de carbone dissous dans l'eau de mer ne reste pas tel quel. Il se lie d'abord aux molécules d'eau environnantes pour former de l'acide carbonique. Ensuite, une partie de cet acide carbonique se sépare en ion hydrogène et ion bicarbonate. Une infime partie de ce dernier cède encore un autre ion hydrogène pour devenir un ion carbonate.
Chaque fois que cette série de réactions se produit, les ions hydrogène s'accumulent dans l'eau de mer. Or, une augmentation des ions hydrogène signifie que l'eau de mer devient plus acide. Ce phénomène est appelé acidification des océans.
Une fois absorbé, celui-ci continue de modifier la nature même de l'eau de mer.
L'acidification touche aussi les coquillages et les coraux
Les coquillages, les coraux et certains planctons fabriquent leur coquille ou leur squelette (carbonate de calcium) à partir des ions carbonate présents dans l'eau de mer. Or, lorsque l'eau de mer devient plus acide, une partie des ions carbonate se lie aux ions hydrogène pour former des ions bicarbonate, ce qui les rend moins disponibles comme matière première pour ces coquilles et squelettes, selon les rapports.
En conséquence, ces organismes pourraient avoir plus de mal à fabriquer coquilles et squelettes, et les coquilles déjà existantes pourraient se dissoudre plus facilement, d'après certaines études. Derrière le « bon côté » de l'absorption du dioxyde de carbone par la mer, un nouveau fardeau pèse donc sur l'écosystème marin.
On considère que la capacité de la mer à absorber le dioxyde de carbone a des limites. Par ailleurs, cette absorption elle-même engendre un nouveau problème : l'acidification des océans. Plutôt que de se dire simplement « la mer absorbe, donc tout va bien », il est important de comprendre aussi ce qui se passe après cette absorption.
Une expérience à faire soi-même
- Versez de l'eau dans un verre et ajoutez-y un peu de jus de chou rouge cuit (ou une solution de bleu de bromothymol, ou tout autre liquide indicateur d'acidité disponible)
- À l'aide d'une paille, soufflez doucement dans ce liquide (attention à ne pas aspirer brutalement)
- Observez que la couleur du liquide change au fil du temps
On peut ainsi observer, par le changement de couleur, comment le dioxyde de carbone de votre souffle se dissout dans l'eau et la rend plus acide. C'est une version miniature et très accessible de ce qui se passe dans la mer.
En résumé
La mer continue d'absorber une partie du dioxyde de carbone atmosphérique, mais ce CO₂ absorbé ne disparaît pas : il se transforme dans l'eau de mer en acide carbonique, en ions hydrogène et en ions carbonate. Cette transformation provoque l'« acidification des océans », qui rend l'eau de mer plus acide, et pourrait affecter les organismes qui fabriquent coquilles et squelettes, comme les coquillages et les coraux.
Que la mer absorbe le dioxyde de carbone n'est pas une solution.
On pourrait dire qu'elle ne fait que déplacer le problème de l'atmosphère vers l'océan.
Comment le dioxyde de carbone, qui ne représente que 0,04 % de l'air, peut-il influencer la température ? C'est expliqué, chiffres à l'appui, dans Comment le dioxyde de carbone, à peine 0,04 % de l'air, peut-il changer la température ?. Combien d'arbres faut-il pour absorber le dioxyde de carbone émis par une seule personne ? Le calcul est fait dans Combien d'arbres faut-il pour absorber le CO₂ émis par une personne ?.
Pour en savoir plus ― termes, chiffres et liens avec les manuels scolairesDu collège aux sujets encore en recherche : le niveau de chaque point est précisé
- CollègeNiveau collège (sciences)
- LycéeNiveau lycée, tronc commun (sciences de la Terre, chimie de base)
- Lycée+Niveau lycée spécialité chimie, ou contenu approfondi/encadré du manuel
- UniversitéNon enseigné au lycée : contenu universitaire spécialisé (chimie marine)
- RechercheNon encore établi comme « acquis » même à l'université : sujet activement étudié par les chercheurs
CollègeVocabulaire : la mer et le dioxyde de carbone
- Dissolution : le fait, pour un gaz ou un solide, de se mélanger dans un liquide.
- Acide carbonique : un acide faible formé quand le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau.
- Ion hydrogène : une particule chargée positivement, liée à l'intensité de l'acidité. Plus il y en a, plus l'acidité est forte.
- Acidification des océans : le phénomène par lequel l'eau de mer devient plus acide en absorbant du dioxyde de carbone.
LycéeVérification par le calcul : combien de dioxyde de carbone la mer a-t-elle absorbé ?
À l'aide de statistiques représentatives, estimons la quantité de dioxyde de carbone émise par l'activité humaine qui a été absorbée par la mer.
| Quantité totale de dioxyde de carbone émise par l'homme depuis la révolution industrielle | Selon une estimation représentative, environ 240 milliards de tonnes (2,4 mille milliards de tonnes) |
| Part absorbée par la mer | Selon une estimation représentative, environ 28 % |
| Quantité de dioxyde de carbone émise actuellement par l'homme en un an | Selon une estimation représentative, environ 40 milliards de tonnes (0,04 mille milliards de tonnes) |
Ces chiffres varient selon les méthodes d'enquête, d'estimation et les années considérées. On les utilise ici uniquement comme valeurs représentatives, pour se donner un ordre de grandeur.
| Convertir 28 % en nombre décimal utilisable pour le calcul | 28 ÷ 100 = 0,28 |
| Quantité de dioxyde de carbone absorbée par la mer | 2400 × 0,28 = 672 |
| Quantité absorbée par la mer | environ 67,2 milliards de tonnes |
Calculons à combien d'années d'émissions actuelles cette quantité correspond.
| Équivalent en nombre d'années d'émissions actuelles | 672 ÷ 40 ≒ 16,8 |
| Équivalent en années d'émissions actuelles | environ 16,8 ans |
On obtient ainsi le résultat suivant : le dioxyde de carbone absorbé par la mer jusqu'à présent équivaudrait à environ 17 années d'émissions actuelles de l'humanité. Cela donne une idée du rôle considérable joué par la mer.
※ Le total des émissions, la part absorbée et les émissions annuelles sont toutes des estimations représentatives, qui varient selon les sources et l'année de calcul.
Lycée+La réaction ne s'arrête pas à une seule étape
La réaction présentée dans le texte principal se déroule en réalité selon un équilibre chimique réversible, en plusieurs étapes. La série de réactions CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ ⇌ 2H⁺ + CO₃²⁻ va et vient en se maintenant en équilibre. Dans l'eau de mer, c'est la forme ion bicarbonate (HCO₃⁻) qui serait la plus abondante.
UniversitéLa « capacité tampon » de la mer a des limites
En chimie marine, on utilise le concept de facteur de Revelle comme indicateur de la capacité de l'eau de mer à absorber une grande quantité de dioxyde de carbone de façon relativement stable. À mesure que l'équilibre du système carbonate dans l'eau de mer change, cette capacité d'absorption diminuerait peu à peu. Autrement dit, plus la mer absorbe de dioxyde de carbone, plus il lui devient difficile d'en absorber davantage par la suite.
RechercheCe qui reste encore incertain
- Jusqu'à quel point la capacité d'absorption de la mer diminuera-t-elle avec la hausse de la température de l'eau ? Cette question reste marquée par une incertitude persistante dans les modèles climatiques. Le fait qu'une eau plus chaude dissout moins facilement les gaz est un facteur important, dont l'impact futur sur la quantité absorbée reste un enjeu de recherche majeur.
- Dans quelle mesure l'acidification des océans affecte-t-elle les différents organismes marins — coquillages, coraux, plancton ? Les différences entre espèces sont importantes, et les recherches se poursuivent. Certains organismes pourraient s'adapter dans une certaine mesure aux changements de leur environnement, mais une vision d'ensemble prendra encore du temps à se dessiner.
- Modéliser plus précisément l'ensemble du cycle du carbone océanique afin de prévoir les futures quantités absorbées constitue également l'un des grands thèmes de la science du climat.
La relation entre la mer et le dioxyde de carbone ne se résume pas à une simple « absorption » : c'est un sujet complexe, toujours en cours d'étude.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, propriétés des solutions aqueuses | Vocabulaire de base : dissolution, acide carbonique, ion hydrogène |
| Lycée | Sciences de la Terre / chimie de base | Calcul du total à partir de la part absorbée |
| Lycée+ | Chimie, équilibres acido-basiques | Équilibre chimique du système carbonate |
| Université | Chimie marine | Facteur de Revelle et baisse de la capacité tampon de la mer |
| Recherche | Science du climat / écologie marine (en cours) | Prévision des absorptions futures, évaluation de l'impact sur les organismes marins |
- Documents explicatifs de l'Agence météorologique du Japon (気象庁, Japan Meteorological Agency) sur « l'absorption océanique du dioxyde de carbone ».
- Rapports d'évaluation du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) concernant le cycle du carbone et les quantités absorbées par l'océan.
- Explications tirées de manuels de chimie marine sur l'équilibre chimique du système carbonate et le facteur de Revelle.
- Documents de vulgarisation du ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie (文部科学省) et de l'Agence météorologique du Japon (気象庁) sur « l'acidification des océans ».
- Revue de la recherche en écologie marine sur les effets de l'acidification des océans sur les organismes calcifiants.
※ Les chiffres relatifs aux émissions et aux parts absorbées sont des estimations représentatives, qui varient selon les sources et l'année de calcul. Pour les valeurs les plus récentes, veuillez consulter les publications d'organismes officiels tels que l'Agence météorologique du Japon ou le GIEC.
※ Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Pour les données les plus récentes et les orientations politiques concernant le changement climatique et l'acidification des océans, veuillez consulter les informations d'organismes officiels tels que l'Agence météorologique du Japon ou le GIEC.