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Carte adulte #23 : Problèmes de calcification

Si le pH baisse, la formation de calcaire devient plus difficile,
notamment pour les coquilles.

Explications

Lorsqu'on ajoute du CO₂ dans l'océan, les concentrations en acide carbonique, en ion bicarbonate et en ion carbonate s'équilibrent :

CO₂ + H₂O ⇔ H₂CO₃ ⇔ H⁺ + HCO₃^– ⇔ 2 H⁺ + CO₃^2– (1)

On se rend alors bien compte qu'ajouter du CO₂ dans l'océan augmente son acidité, car cela augmente la concentration en ions H⁺ (donc, diminue le pH).

La constitution du calcaire (calcification) peut être décrite par les deux réactions suivantes :

Ca²⁺ + HCO₃^- ⇔ CaCO₃ + H⁺ (2)

ou bien

Ca²⁺ + CO₃^-2 ⇔ CaCO₃ (3)

Les scientifiques ne sont pas tous d'accord au sujet du phénomène à l'œuvre dans la calcification.

1ère théorie :

Certaines études expliquent que la constitution de calcaire se fait via le modèle de l'équation (3). Dans ce cas, l'acidification de l'océan viendrait compromettre cette calcification. En effet, l'ajout de CO₂ produit des ions H⁺ et des ions HCO₃^- : or, ces ions H⁺ produits peuvent réagir avec les ions carbonates selon la réaction

H⁺ + CO₃^2- ⇔ HCO₃^- (4).

On pourrait de prime abord penser que cette baisse de CO₃^2- est marginale, comme on voit dans l'équation (1) que l'augmentation de CO₂ produirait des ions CO₃^2-, mais, en pratique, le fait que le pH de l'océan baisse vient faire que le phénomène décrit à l'équation (4) est dominant, ce qui réduit la concentration en ions CO₃^2-, ce qui peut s'observer sur le diagramme de Sillen (diagramme présentant la concentration des espèces chimiques en fonction du pH, aussi appelé Bjerrum Plot).

Dès lors, cette baisse en CO₃^2- fait que l'océan n'en est plus saturé : afin de réatteindre cette saturation (c'est à dire de retrouver l'équilibre qui est décrit dans l'équation (3)), le calcaire se dissout.

2ème théorie :

Néanmoins, d'autres scientifiques prétendent que la calcification est plutôt dictée par le modèle de l'équation (2), car les coccolithophores et les coraux possèderaient la capacité "d'internaliser" du Ca²⁺ et du HCO₃^- au sein de leur fluide calcifiant (lieu où la calcification a lieu), et donc de produire du calcaire afin d'assurer l'équilibre de cette équation, ce qui n'est pas leur cas pour le CO₃^-2.

Or, dans ce cas, le phénomène de calcification décrit dans l'équation (2) produit des ions H⁺ : cela vient diminuer le pH au sein du fluide. Par le même raisonnement qu'au-dessus, on arriverait à la conclusion que cette baisse de pH viendrait dissoudre le calcaire venant tout juste d'être formé.

On se rend alors compte que pour que le calcaire puisse se constituer de manière stable, il est nécessaire de se débarrasser des ions H⁺ produits (c'est à dire de rééquilibrer le pH, un petit peu comme notre organisme régule le pH de notre plasma à 7,40). Cela tombe bien, car de la même manière que les coccolithophores peuvent intégrer des ions bicarbonates (HCO₃^-), ils sont en mesure d'évacuer ces ions H⁺ du fluide calcifiant vers l'océan.

Or, si la concentration en ions H⁺ augmente dans l'océan, il est plus difficile d'y évacuer les ions H⁺ produits dans le fluide calcifiant (le gradient diminue) : ce phénomène demandera plus d'énergie et sera plus dur à mettre en œuvre, ce qui explique pourquoi la calcification des mollusques est mise à mal par l'acidification des océans.

La réalité est donc complexe : Si les défenseurs de la première théorie reconnaissent que la seconde pourrait expliquer partiellement ces problèmes de calcification, et que certains organismes sont en mesure de contrôler la concentration en HCO₃^- au sein de leur fluide calcifiant, cela ne semble s'appliquer qu'à certaines espèces et qu'à des cas particuliers (par exemple, une coque déjà entièrement constituée). De plus, ils expliquent que l'évacuation de ces ions H⁺ a en pratique lieu assez rapidement, et que ce n'est pas souvent ce qui limite la calcification. En pratique, il semble donc être beaucoup plus courant que les problèmes de calcification soit décrit par la première théorie. Elle correspond de plus à la réaction décrite sur la carte. S'il peut-être intéressant d'avoir ces détails techniques en tête, il est sûrement plus pertinent, plus utile (et moins chronophage !) de ne garder en mémoire que l'explication faite par la 1ère théorie qui expliquera une grande majorité des cas de problèmes de calcification.

En résumé, l'ajout de CO₂ dans l'océan mène à la production d'ions H⁺, ce qui augmente son acidité/diminue son pH. Cette diminution de pH viendra chambouler les équilibres des différentes espèces chimiques en jeu, et baisser la concentration en CO₃^-2. Cette baisse de concentration sera compensée car une dissolution du calcaire, encore une fois afin d'assurer l'équilibre de la réaction.

Correction

Causes

• Acidification de l'océan

Conséquences

• Ptéropodes et coccolithophores

Autres lien possibles

Autres conséquences

• Biodiversité marine : Les problèmes de calcification ne concernent pas seulement les ptéropodes et les coccolithophores. Ils peuvent aussi impacter le corail par exemple. Donc ce lien est tout à fait acceptable.

Pour aller plus loin

Fresques amies

Ce sujet est abordé dans la fresque océane.