Péril au fond des mers

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Depuis le milieu du XVIIIe siècle, le pH des océans est passé de 8,25 à environ 8,14.

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(Québec) «Pourriez-vous nous expliquer ce qui engendre l'acidification des eaux de l'océan, et quelles en seront les conséquences?», demande Christian Anctil.

La cause de cette acidification est bien connue : c'est l'augmentation des quantités de gaz carbonique (CO2) dans l'atmosphère. À mesure que l'on brûle des combustibles fossiles, on accroît la concentration de CO2 dans l'air, teneur qui est passée d'environ 280 parties par million (ppm) au XIXe siècle à près de 400 ppm de nos jours. Et plus il y a de dioxyde de carbone dans l'air, plus il s'en dissout dans l'eau; on estime qu'entre 30 et 40 % du CO2 rejeté par nos économies finit par se dissoudre dans les océans.

Si ce n'était que de cela, l'augmentation des quantités de CO2 dans les mers se ferait sans doute sans grande conséquence. Mais voilà, il se produit un petit quelque chose de plus : une fois dissout, le gaz carbonique réagit avec l'eau.

Comme on l'a déjà vu dans cette rubrique, les atomes sont faits de particules électriquement chargées : les protons et les électrons, qui s'attirent les uns les autres. Comme ces charges électriques ne sont pas distribuées uniformément sur les molécules, celles-ci ont toujours des «petits bouts» qui sont chargés positivement ou négativement.

Et c'est particulièrement vrai de molécules comme l'eau (H2O) et le dioxyde de carbone, car l'oxygène est connu pour attirer très fortement les électrons. Cela donne donc une petite charge négative aux atomes d'oxygène du CO2 et de H2O, et une petite charge positive aux carbones et aux hydrogènes de ces molécules.

Pour cette raison, explique le géochimiste de l'Université McGill Alfonso Mucci, quand le gaz carbonique se dissout dans l'eau, il arrive que la charge positive de son carbone attire suffisamment l'oxygène de l'eau pour «forcer» un partage d'électrons - lire : «provoquer une réaction chimique» - et ainsi produire de l'acide carbonique (H2CO3).

Oh, pas souvent, précise-t-il : «environ 0,3 % du dioxyde de carbone dissout se transforme en acide carbonique». Mais c'est suffisant pour acidifier les océans, petit à petit, ce qui se mesure sur l'échelle dite du «pH». Cette dernière varie de 0 à 14 : plus la valeur est proche de 0, plus la solution est acide; et, à l'inverse, plus la valeur est élevée, et plus elle est dite «basique». Une valeur de 7, bien sûr, est considérée comme «neutre».

Depuis le milieu du XVIIIe siècle, on estime que le pH des océans est passé de 8,25 à environ 8,14. Cela peut sembler un bien mince écart, mais il faut garder à l'esprit qu'il s'agit d'une échelle logarithmique, dont la progression est extrêmement abrupte. Ainsi, ce saut apparemment anodin de 8,25 à 8,14 représente une augmentation de l'acidité de 26 %.

Les conséquences de cette acidification ne sont pas encore toutes connues, mais jusqu'ici les craintes ont principalement tourné autour des animaux qui forment des coquilles pour se protéger ou se doter d'un squelette, comme les mollusques, les crustacés et les coraux.Dans le cas de beaucoup d'invertébrés marins, ces coquilles sont constituées en très grande partie d'un minéral nommé carbonate de calcium (CaCO3), qui est naturellement présent dans l'eau de mer.

Les concentrations sont relativement faibles, mais comme il s'agit d'un minéral peu soluble, l'eau de mer en est «saturée», c'est-à-dire qu'elle ne peut pas en dissoudre davantage. Et c'est un point fondamental, ici, parce que cela signifie qu'il est facile de faire «précipiter» ce carbonate, c'est-à-dire de le sortir de sa forme aqueuse pour le retransformer en solide.

Or, les mécanismes biochimiques par lesquels les organismes marins fabriquent leurs coquilles ou leurs carapaces reposent justement là-dessus : ils ont besoin que l'eau soit saturée ou même sursaturée en carbonate de calcium.

Et le noeud du problème est ici : la solubilité d'une substance dans l'eau n'est pas fixe. Elle varie au contraire en fonction de l'acidité. Dans le cas du CaCO3, sa solubilité augmente avec l'acidité - et les organismes marins n'ont pas développé de mécanismes pour composer avec une eau qui ne serait pas saturée en carbonate de calcium. Une acidification plus importante pourrait même rendre l'eau de mer corrosive pour le minéral, et donc dissoudre les coquilles et les carapaces.

«On sait que les coraux modernes, par exemple, réagissent de façon négative à l'acidité. On connaît des cas modernes où des gaz volcaniques ont percolé dans une baie et le pH y est descendu tellement bas que les coraux se sont carrément dissous», dit M. Mucci.

Il est possible, remarquez, que ces invertébrés - certaines espèces, en tout cas, ou certains individus dotés des bons gènes - puissent s'adapter à cette acidification. Après tout, on sait que, dans un passé lointain, l'atmosphère a contenu plus de CO2 que de nos jours et que, par conséquent, les océans ont été encore plus acides.

«Potentiellement, oui, il pourrait y avoir une évolution qui permettrait à ces organismes de survivre, dit M. Mucci. [...] Mais il n'est pas clair qu'ils ont le matériel génétique pour s'adapter. Certains pourraient l'avoir, cependant, et c'est pour ça que les résultats d'études sur cette question sont souvent spécifiques à certains organismes. [...] Il y a des biologistes qui reproduisent en laboratoire diverses conditions d'acidité; certaines espèces résistent, mais, en général, ce n'est pas très positif.»

Autre source : Marc Z. Jacobson, «Studying ocean acidification with conservative, stable numerical schemes for nonequilibrium air-ocean exchange and ocean equilibrium chemistry», Journal of Geophysical Research, 2005, http://goo.gl/g1mUyn

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