🐚 L'acidification des océans : CO₂, pH et coquillages
L'océan est notre meilleur allié contre le réchauffement : il avale environ un quart du CO₂ que nous rejetons. Mais ce cadeau a un prix : en se dissolvant, le CO₂ rend l'eau de mer plus acide et vole aux coquillages les ions carbonate dont ils ont besoin. Remonte le temps jusqu'à la dernière glaciation, puis file en 2100 pour voir ce qui attend les coraux.
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Ce que tu vois
- Quand le CO2 de l'air augmente, il s'en dissout davantage dans l'océan (loi de Henry) : les molécules plongent dans l'eau et transforment les ions carbonate CO32− (violets) en ions hydrogénocarbonate HCO3− (orange).
- Le pH baisse : de 8,17 en 1850 à 8,03 aujourd'hui (à 18 °C), et jusqu'à 7,7 en 2100 si rien ne change. Une petite baisse de pH cache une grosse hausse de [H3O+] : −0,1 unité de pH, c'est +26 % d'ions oxonium.
- Sur le diagramme de prédominance, le pH de l'océan est entre pKa1 et pKa2 : c'est HCO3− qui domine. En s'éloignant de pKa2, la part de CO32− fond.
- L'état de saturation Ω mesure si l'eau peut fabriquer du carbonate de calcium. Quand Ω passe sous 1, l'eau dissout les coquilles d'aragonite : le ptéropode et le corail blanchissent et s'effritent.
- L'eau froide dissout plus de CO2 et contient moins d'ions carbonate : les eaux polaires sont les premières à devenir corrosives pour les coquilles.
Expériences à faire
- Passe de l'époque 1850 à aujourd'hui : de combien le pH a-t-il baissé ? De combien de pour cent [H3O+] a-t-elle augmenté ?
- Compare l'eau tropicale (28 °C) et l'eau polaire (2 °C) pour 420 ppm de CO2 : laquelle a le plus petit Ω ?
- Quel taux de CO2 faudrait-il pour que le pH descende à 7,8 ? Est-ce prévu avant 2100 ?
- Que se passerait-il si on ajoutait des ions carbonate ou hydrogénocarbonate à l'océan (augmenter l'alcalinité AT) ?
- Pendant la dernière glaciation, le CO2 était à 190 ppm : l'océan était-il plus ou moins basique qu'aujourd'hui ?
La chimie derrière l'animation
- Dissolution du dioxyde de carbone : CO2(g) ⇌ CO2(aq), avec [CO2(aq)] = K0 × p(CO2) (loi de Henry, K0 plus grand dans l'eau froide).
- Le CO2 dissous est un acide (l'« acide carbonique ») : CO2 + 2 H2O ⇌ HCO3− + H3O+ puis HCO3− + H2O ⇌ CO32− + H3O+. pKa = 6,35 et 10,33 dans l'eau pure à 25 °C, environ 5,9 et 9,0 dans l'eau de mer.
- pH = −log [H3O+] donc [H3O+] = 10−pH : si le pH baisse de ΔpH, [H3O+] est multipliée par 10ΔpH. De 8,2 à 8,1 : 100,1 ≈ 1,26, soit +26 %.
- Bilan dans l'océan (tamponné par les carbonates) : CO2 + CO32− + H2O → 2 HCO3−. Les coquilles : CaCO3(s) ⇌ Ca2+ + CO32−, état de saturation Ω = [Ca2+]·[CO32−] / Ks ; si Ω < 1, le carbonate de calcium se dissout.
- Modèle : équilibre air–eau de surface à alcalinité constante, constantes de l'eau de mer (Weiss, Lueker, Dickson, Mucci) ; le pH est calculé exactement par dichotomie. Les années associées aux taux de CO2 sont des ordres de grandeur.
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