Les océans du monde couvrent plus de 70 pour cent de la surface de la planète et servent de puits de carbone actif le plus important de la Terre, absorbant environ le quart du dioxyde de carbone (CO2) que les activités humaines libèrent dans l'atmosphère. Ce service naturel modère les températures mondiales et tamponne les pires effets du changement climatique. Pourtant, le processus même qui fait des océans un allié climatique génère également une menace profonde et croissante : l'acidification des océans.

Chimie de l'acidification des océans

Comment le CO2 modifie le pH de l'eau de mer

Lorsque le CO2 atmosphérique se dissout dans l'eau de mer, il subit une série de réactions chimiques. Premièrement, le CO2 réagit avec l'eau (H2O) pour former de l'acide carbonique (H2CO3). Cet acide faible se dissocie rapidement en ions hydrogène (H+) et bicarbonate (HCO3-). L'augmentation des ions hydrogène diminue le pH de l'océan, mesure de l'acidité.

L'état de saturation du carbonate

Les ions carbonates sont les éléments constitutifs que les organismes marins utilisent pour construire des coquilles et des squelettes de carbonate de calcium (CaCO3). Lorsque le pH diminue, le carbonate devient moins disponible et l'état de saturation des minéraux carbonate de calcium – aragonite et calcite – diminue. Lorsque les eaux deviennent sous-saturées par rapport à l'aragonite, qui est la forme de carbonate de calcium utilisée par les coraux et de nombreux mollusques, ces organismes ne peuvent pas facilement croître ou maintenir leurs structures.

Impacts biologiques de l'acidification sur les organismes marins

Récifs coralliens à la ligne de front

Les coraux construisent des cadres massifs de carbonate de calcium au cours des siècles, mais dans le cadre des trajectoires actuelles d'émission de CO2, les modèles prévoient que d'ici 2050, de nombreux récifs tropicaux connaîtront des états de saturation aragonite si bas que l'érosion nette des récifs dépassera la croissance des récifs.La Grande Barrière de corail, par exemple, a déjà perdu plus de la moitié de sa couverture corallienne depuis les années 1990 en raison des pressions combinées du blanchiment, des maladies et de l'acidification.

Les mollusques et les ptéropodes : la base du Web alimentaire

Les ptéropodes, petits escargots de mer souvent appelés papillons de mer, sont des proies clés pour le saumon, le hareng et même les baleines. Leurs minces coquilles d'aragonite sont très vulnérables à la dissolution dans l'eau acidifiée. Les expériences en laboratoire montrent que lorsque les ptéropodes sont exposés à des niveaux de CO2 projetés pour la fin du siècle, leurs coquilles deviennent visiblement piquées et fragiles en quelques jours. Les huîtres, les palourdes et les moules sont confrontées à des défis similaires.

Comportement des poissons et physiologie

Les études sur les poissons clowns ont montré que l'augmentation du CO2 perturbe la fonction du récepteur GABAA dans le cerveau, nuit à la capacité de détecter les prédateurs et de localiser un habitat convenable. Cette interférence neurologique peut conduire à un comportement risqué – nager vers les repères des prédateurs plutôt qu'en les éloignant – et peut réduire les taux de survie dans la nature. Bien que les poissons puissent avoir plus de capacité tamponnante physiologique que les invertébrés, le stress cumulatif du réchauffement, de la perte d'oxygène et de l'acidification est susceptible de pousser de nombreuses populations au-delà de leurs limites d'adaptation.

Perte de biodiversité marine : une crise multipliée

Les récifs coralliens comme points chauds de la biodiversité

Les récifs coralliens abritent environ 25 % de toutes les espèces marines, même si moins de 1 % des fonds marins sont recouverts. La perte de cadre corallien due à l'acidification et au blanchiment déclenche une cascade de déclin de la biodiversité. Lorsque les coraux meurent, la structure tridimensionnelle complexe qui abrite les poissons, les crustacés et les mollusques s'effondre. Les poissons herbivores qui contrôlent la surcroissance des algues disparaissent et les récifs se déplacent vers un état à faible diversité, dominé par les algues.

Perte d'habitats de coraux en eau froide

Les coraux d'eau froide, qui prospèrent dans les eaux profondes et sombres des plateaux continentaux, sont également menacés.Ces coraux forment de grands monticules qui abritent de riches communautés de poissons, d'éponges et d'étoiles fragiles.Comme les eaux profondes sont déjà plus proches de l'horizon de saturation aragonienne, l'acidification les rendra sous-saturés plus tôt.Une revue de 2013 dans Frontiers en sciences marines a estimé qu'à la fin du siècle, jusqu'à 70 % des habitats connus de coraux d'eau froide pourraient être exposés à des eaux corrosives.

Phytoplancton et la pompe biologique Oceans

Le phytoplancton, les plantes microscopiques qui dérivent dans les eaux de surface ensoleillées, sont la base du réseau alimentaire marin. Ils conduisent également la pompe biologique au carbone, processus par lequel le CO2 fixé par la photosynthèse s'enfonce dans l'océan profond sous forme de débris organiques. L'acidification peut modifier la composition de la communauté du phytoplancton, favorisant certaines espèces par rapport à d'autres. Par exemple, les cocolithophores calcifiants, qui produisent de minuscules plaques de carbonate de calcium, devraient diminuer au fur et à mesure que le pH chute.

Services écosystémiques menacés

La perte de biodiversité marine compromet directement les services écosystémiques dont dépendent les sociétés humaines. Les pêches fournissent des protéines à plus de 3 milliards de personnes et soutiennent les moyens de subsistance de 10 à 12 pour cent de la population mondiale. La pêche des récifs coralliens est à elle seule évaluée à environ 6,8 milliards de dollars par an. L'acidification affaiblit les stocks de mollusques et dégrade les habitats de pépinières de poissons, ce qui peut entraîner des déclins.

Régulation du climat océanique : Boucles et seuils de rétroaction

L'étang carbonique sous le siège

L'océan absorbe actuellement environ 2,6 milliards de tonnes de carbone par an, soit environ 26 % des émissions annuelles de CO2 anthropiques. Cette absorption est en partie due à la pompe à solubilité (le CO2 se dissolvant directement dans les eaux froides et denses) et en partie par la pompe biologique. L'eau chaude contient moins de CO2 dissous, ce qui réduit la pompe à solubilité. Entre-temps, l'acidification et les changements nutritifs modifient la composition et la taille du phytoplancton, ce qui pourrait affaiblir la pompe biologique.

Absorption de chaleur et circulation océanique

Cette absorption massive de chaleur a ralenti le réchauffement atmosphérique, mais à un coût élevé : elle entraîne une expansion thermique (responsable d'environ un tiers de l'élévation observée du niveau de la mer), modifie les courants océaniques et contribue aux vagues de chaleur marines.Ces vagues de chaleur – des périodes prolongées d'eau de mer anormalement chaude – sont devenues plus fréquentes et plus intenses, avec des conséquences dévastatrices pour les forêts de varech, les herbiers et les récifs coralliens.

Commentaires sur l'albédo et la biogéochimie

Les écosystèmes marins influencent également le climat par l'albédo (réflexion) et la production de gaz biogéniques. Les récifs coralliens et les prairies de graminées marines, par exemple, ont un albédo relativement faible par rapport au sable, mais leur contribution à la formation de nuages par le diméthylsulfure (DMS) est importante. Le DMS, libéré par le phytoplancton, oxyde pour former des particules de sulfate qui servent de noyaux de condensation nuageuse, illuminer les nuages et refléter la lumière solaire.

Faire face aux menaces : atténuation et adaptation

Réductions profondes et rapides des émissions

La cause fondamentale de l'acidification et du réchauffement de l'océan est le CO2 atmosphérique. La stabilisation de la chimie de l'océan exige que le monde atteigne le plus tôt possible les émissions nettes de CO2 d'ici le milieu du siècle. Le rapport spécial du GIEC sur l'océan et la cryosphère dans un climat en évolution souligne que chaque fraction d'un degré de réchauffement est importante pour l'océan.

Zones de protection marines et refuges

La conception des zones protégées par le climat permet de repérer les zones de refuge possibles où les conditions pourraient demeurer plus favorables, comme les régions où la saturation en carbonate est naturellement plus élevée ou les eaux plus froides. La Convention sur la diversité biologique a demandé que 30 % des océans soient protégés d'ici 2030 et que les zones protégées soient correctement appliquées à l'intérieur de cet objectif, ce qui pourrait aider à amortir les pertes de biodiversité pendant que les émissions mondiales sont maîtrisées.

Restauration et élimination du dioxyde de carbone

Les efforts de restauration des écosystèmes, comme le jardinage des coraux, la reconstruction des récifs d'huîtres et la plantation de graminées marines, peuvent améliorer localement la complexité de l'habitat et fournir des services écosystémiques, bien qu'ils ne puissent pas être utilisés à grande échelle pour compenser l'acidification mondiale. Les technologies d'élimination du dioxyde de carbone, y compris la capture directe d'air et l'amélioration de l'alcalinité des océans, sont actuellement étudiées comme des outils potentiels pour réduire le CO2 hérité.

Adaptation des pêches et des communautés côtières

Les gestionnaires des pêches doivent adopter des approches souples et prudentes qui tiennent compte de l'évolution de la répartition des stocks et de la baisse de la productivité. Des outils comme la gestion dynamique des océans, qui utilise des données en temps réel pour ajuster les zones de pêche, peuvent aider à réduire les prises accessoires et protéger les espèces vulnérables.

Conclusion

L'acidification des océans, entraînée par le même CO2 qui chauffe la planète, attaque les moteurs très biologiques qui maintiennent le fonctionnement des services climatiques de l'océan. La perte de biodiversité marine qui en résulte s'accompagnait de réseaux alimentaires, érode les moyens de subsistance des pêcheurs et affaiblit la capacité de l'océan à absorber la chaleur et le carbone. Sans une action décisive pour réduire les émissions de CO2, ces changements s'accéléreront, en divisant les retours qui rendent la stabilisation du climat encore plus difficile.

Pour en savoir plus : Les GIEC Rapport spécial sur l'océan et la cryosphère donnent un aperçu complet de ces menaces.Les GIEC ]Programme d'acidification de l'océan offrent des données de surveillance continues.Pour une plongée profonde dans les impacts écologiques et économiques, voir la synthèse [2020 Nature Climate Change sur les risques d'acidification de l'océan.