La solubilisation du dioxyde de carbone dans les océans

ACTIVITE DOCUMENTAIRE : LA SOLUBILISATION DU DIOXYDE DE CARBONE DANS LES
OCEANS Document 1 : L'acidification des océans et ses conséquences
Les conséquences liées à l'utilisation des combustibles fossiles (charbon,
pétrole et gaz naturel) en termes de réchauffement climatique n'ont échappé
à personne. L'acidification des océans est une autre conséquence, beaucoup
moins connue, des quelques 79 millions de tonnes de dioxyde de carbone
(CO2) libérées dans l'atmosphère chaque jour par la combustion des
carburants fossiles, la déforestation et la production de ciment. Depuis le
début de la révolution industrielle, un tiers de ce CO2 a été absorbé par
les océans, qui contribuent donc à modérer le réchauffement global. Sans
océans, la quantité de CO2 dans l'atmosphère et ses conséquences sur le
climat seraient beaucoup plus importantes que celles qui sont observées et
prévues. La dissolution du CO2 dans l'eau de mer entraîne une diminution de
son pH (d'où le terme "acidification") et de la concentration d'ions
carbonates, les briques utilisées par de nombreux organismes pour fabriquer
leur squelette ou coquille calcaire (coraux, mollusques, algues...).
La chimie
Le terme "acidification des océans" peut être trompeur. Les océans ne
deviendront pas acides (c'est à dire que leur pH ne deviendra pas inférieur
à 7), du moins pas dans un avenir prévisible. Le terme "acidification"
signifie que le pH des océans baisse. Aujourd'hui, les océans ont un pH de
8.1 (ils sont donc légèrement basiques), soit 0,1 unité plus faible qu'au
moment de la révolution industrielle. Une différence de 0,1 unité peut
paraître insignifiante, mais l'échelle de pH étant logarithmique, une
diminution de 0,1 unité représente une augmentation en concentration d'ions
hydrogène (H+) de 30 %. Des simulations ont montré que, au rythme des
émissions actuelles, le pH pourrait atteindre 7,8 vers la fin du siècle,
correspondant à un triplement de l'acidité moyenne des océans. Cette
absorption du CO2 se produit à une vitesse 100 fois plus rapide que ce qui
s'est produit naturellement au cours des 25 derniers millions d'années.
Au-dessous d'un certain seuil de pH, l'eau de mer devient corrosive vis-à-
vis du calcaire. Cela signifie qu'elle peut alors dissoudre les coquilles
ou les squelettes. Les zones polaires seront les premières à devenir
corrosives car le CO2, comme tout autre gaz, est d'autant plus soluble que
la température de l'eau est faible. C'est pourquoi de nombreuses études
sont en cours dans l'Océan Arctique.
La biologie
La recherche sur l'acidification des océans n'a commencé qu'il y a une
quinzaine d'années et il y a encore peu de données. Les chercheurs ont
traditionnellement consacré leurs études aux organismes calcificateurs,
ayant un besoin direct d'ions carbonates pour la construction de leurs
structures calcaires, mais d'autres organismes et processus peuvent
également être touchés. Des effets néfastes possibles ont déjà été
détectés, par exemple chez les organismes planctoniques et les coraux
profonds. Les ptéropodes (escargots marins nageurs) et les coraux profonds
vivent dans des zones qui seront parmi les premières à être frappées par
l'acidification des océans, alors que leur rôle au sein de leurs
écosystèmes est essentiel. Les premières études réalisées sur ces
organismes soulèvent de grandes inquiétudes sur leur futur ainsi que celui
des organismes qui dépendent d'eux pour leur nutrition ou habitat. Ainsi,
l'acidification pourrait avoir des conséquences sur la biodiversité des
certains écosystèmes.
La recherche
Lancé en mai 2008, le projet européen EPOCA (European Project on OCean
Acidification), coordonné par le CNRS-INSU, est le premier projet
international qui étudie les effets de l'acidification des océans. Depuis,
des programmes nationaux ont été lancés (Allemagne, Royaume-Uni, Japon,
USA...).
Par l'océanographe Jean-Pierre Gattuso, Juin
2010
Document 2 : Le corail d'eaux froides Lophelia pertusa
[pic]
Document 3 : pH et concentration en ions oxonium
Le pH (potentiel Hydrogène) d'une solution diluée est lié aux ions oxonium
H3O+ par la relation :
pH = - log [H3O+(aq)] soit [H3O+(aq)] = 10 - pH avec [H3O+(aq)] en mol.L-1.
Le pH est une grandeur sans unité.
L'ion hydrogène H+ est l'écriture simplifiée de l'ion oxonium H3O+.Haut du
formulaiBas du formulaire
Haut du formulaire
Bas du formulaire
Document 4 : Variation du pH des rapports [CO2(aq)]/CT, [HCO3-(aq)]/CT et
[CO32-(aq)]/CT, en %, dans une eau de salinité 35 et à 25°C sans échange
avec l'atmosphère.
[pic] CT désigne le carbone inorganique total. Le domaine des pH habituels des
eaux de mer est délimité par des tirets. Source : http://www.obs-vlfr.fr/Enseignement/enseignants/copin/Sydecar.pdf Document 5 : Des équations de réactions CO2 (g) + H2O (l) [pic] CO2, H2O (aq) CO2, H2O (aq) + H2O(l) [pic] HCO3-(aq) + H3O+(aq) HCO3-(aq) + H2O(l) [pic] CO32-(aq) + H3O+(aq) Ca2+ (aq) + CO32-(aq) [pic] Ca CO3(s), Ca CO3(s) étant la formule du
carbonate de calcium (ou calcaire). Les doubles flèches traduisent le fait que les systèmes chimiques peuvent
évoluer dans un sens ou dans l'autre suivant les conditions (température,
pH, etc.).
1. Le dioxyde de carbone est un des gaz supposés être responsables du
réchauffement climatique. Comment appelle-t-on l'effet lié au réchauffement
climatique ? En quoi la déforestation participe-t-elle au réchauffement
climatique ? 2. Donner la définition d'une solution acide et d'une solution basique en
termes de pH. 3. Calculer la concentration en ions H3O+ d'une eau de mer de pH = 8,2 et
d'une eau de mer de pH = 8,1. Comment varient pH et [H3O+(aq)] ? 4. Calculer la valeur du rapport : ( [H3O+(aq)]pH= 8,1 - [H3O+(aq)]pH= 8,2)
/ ( [H3O+(aq)]pH= 8,2 ) et en déduire que lorsque le pH diminue de 0,1
unité, la concentration en ions H3O+ augmente d'environ 30%. 5. Parmi les espèces chimiques (CO2, HCO3-, CO32-), lesquelles coexistent
dans les eaux de mer de pH habituels ? On utilisera le document 4 pour
répondre à la question. Comment varient leurs concentrations lorsque le pH
de l'eau mer passe de 8,2 à 7,8 ? Quelle est la transformation qui s'est
produite ? 6. Bilan : rédiger une synthèse d'une dizaine de lignes répondant à la
problématique : « Pourquoi les coraux des eaux froides sont-ils menacés de
décalcification » ? La synthèse sera claire, concise et raisonnée.
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Pour le pH prévu à la fin du siècle, une diminution de calcification de 50
% a été mesurée chez le corail d'eaux froides Lophelia pertusa. Les
communautés coralliennes d'eaux froides abritent un grand nombre d'espèces.
Une diminution de la croissance des coraux constructeurs par
l'acidification des océans peut menacer l'existence même de ces édifices. Source : http://blogs.lexpress.fr/le-climatoblog/wp-
content/blogs.dir/735/files/2010/09/Loph_Mingulay_HR_Conny_Maier.jpg