Acidification des océans et changement climatique

L’acidification des océans est la grande oubliée des conséquences du changement climatique. Ou du moins, l’une des conséquences les moins médiatisées. En effet, les ouragans, canicules, sécheresses ou inondations font plus facilement les unes des journaux, avec des images spectaculaires et les morts humaines. Même les climatosceptiques n’ont pas inventé de controverse sur l’acidification des océans, c’est dire le trop peu d’attention que nous lui accordons !

C’est pourtant un enjeu crucial. La chaîne alimentaire, la perte de biodiversité marine et plus globalement la vie dans plusieurs régions du monde en dépendent. Au même titre qu’il n’y a pas de planète B, il n’y a pas d’océan B. C’est très certainement ce que nous diraient les espèces plancton, poissons et les coraux en voie d’extinction en raison de l’action combinée de l’acidification des océans et des autres manifestations du changement climatique… Malheureusement pour eux, ils n’ont pas de micro pour se plaindre.

Quel rôle a joué et jouera le changement climatique dans l’acidification des océans ? Quelles en sont les conséquences, et pour qui ? La France sera-t-elle épargnée par ce phénomène ? Comment pouvons nous l’éviter ?

Pour y répondre, nous avons reçu l’aide de Jean-Pierre Gattuso, chercheur CNRS au Laboratoire d’Océanographie de Villefranche-sur-Mer.

Qu’est-ce que l’acidification des océans ?

Le GIEC définit l’acidification des océans comme “la baisse du pH de l’océan sur une longue période, des décennies ou plus, causée principalement par l’absorption du dioxyde de carbone venant de l’atmosphère, mais aussi par l’apport ou le retrait de substances chimiques venant de l’océan. L’acidification anthropique de l’océan désigne la part de la baisse du pH qui est imputable aux activités humaines“.

Les océans et la biosphère continentale échangent chaque année des quantités très importantes de CO₂ avec l’atmosphère. Sur les 40 milliards de tonnes de CO₂ émises chaque année, l’océan absorbe environ 25 % des émissions anthropiques totales de CO₂ depuis les années 1980. C’est une bonne chose pour l’atmosphère : sans cette absorption, le réchauffement climatique serait encore plus prononcé. C’est en revanche une mauvaise nouvelle pour l’océan, puisque cela a accentué son acidification.

En effet, ce CO₂ émis se dissout dans les océans, entrainant des réactions chimiques qui réduisent le pH de l’eau de mer et donc son acidité. Rappel pour la suite, l’échelle du pH va de 0 à 14, 7 étant un pH neutre. Tout ce qui est au-dessus de 7 est basique, et en dessous, acide. Pour comprendre comment l’acidification arrive, petite minute chimie :

Lorsque le CO₂ se dissout dans l’eau de mer, il forme de l’acide carbonique (H₂CO₃), un acide faible qui se dissocie en ions bicarbonate (HCO₃^–) et hydrogène (H⁺). Une hausse de la teneur en ions H⁺ augmente l’acidité (baisse du pH), mais là n’est pas le seul problème. L’acidification des océans est ralenti par la présence des ions CO₃^2- qui se lient à la plupart des ions H⁺ nouvellement produits pour former du bicarbonate. Cependant, cette réaction tampon consomme du CO₃^2- et réduit du même coup la capacité chimique de l’eau de la couche superficielle de l’océan à absorber plus de CO₂.

Qu’est-ce qui provoque l’acidification des océans ?

Les émissions de CO₂ sont de très loin la première cause de l’acidification des océans. Pas besoin de rentrer dans les détails ici, nous savons déjà ce qui provoque ces émissions : l’activité humaine.

La deuxième cause la plus importante sont les activités agricoles, qui contribuent à émettre dans l’atmosphère de grandes quantités de composés azotés, représentés notamment par le N₂O (protoxyde d’azote). Lorsque ces composés azotés se dissolvent dans l’océan, ils ont eux aussi des propriétés acidifiantes et contribuent à l’acidification globale des océans. Comparée à l’acidification engendrée par l’augmentation des émissions de CO₂, celle générée par la perturbation du cycle de l’azote est plutôt faible, mais elle commence à devenir un sujet préoccupant, notamment près des littoraux où les activités agricoles sont importantes.

Dans une moindre mesure, nous retrouvons la pollution côtière, notamment via l’eutrophisation, c’est-à-dire l’apport excessif d’éléments nutritifs dans les eaux qui entraîne une prolifération végétale, un appauvrissement en oxygène et un déséquilibre de l’écosystème. Ce phénomène est plus local que les deux premiers.

L’acidification des océans a-t-il toujours fluctué ?

C’est peut-être le seul angle que trouverons les climato-rassuristes. “Oui mais les océans ont déjà eu une acidité plus élevée”. Et puis l’homme s’est toujours adapté“.

Un niveau de pH à un instant donné ne dit pas grand chose. En revanche, son évolution est une indication déterminante. En moins de 200 ans, le pH des océans est passé de 8.2 à 8.1. Si cela ne vous paraît pas grand chose, détrompez-vous : l’échelle du pH est logarithmique. Cela signifie qu’avec seulement 0.1 unité de différence, nous avons observé une hausse de 30% de l’acidité des océans !

Comment observe-t-on cette évolution ?

Les observations prolongées fournissent des données et une compréhension indispensables non seulement sur le réchauffement de l’océan et la réorganisation du cycle de l’eau (par exemple, les changements de salinité), l’eutrophisation de l’océan, la désoxygénation des océans, mais aussi sur les changements de la chimie des océans.

A titre d’exemple, des changements cohérents dans la chimie du CO₂ -carbonate de l’eau de mer de surface sont documentés par sept séries temporelles indépendantes de CO₂ (image ci-dessous), qui fournissent des observations océaniques durables collectées sur des périodes de 15 à 30 ans. A 7 endroits du monde différent, le pH est systématiquement en baisse :

Ce niveau de pH est-il déjà arrivé par le passé ? Oui. En revanche, les modifications du système carbonaté marin qui se sont produites depuis la révolution industrielle sont déjà sans précédent au cours des 65 derniers millions d’années. Quand même étrange que ce changement abrupt arrive lorsque l’on commence à brûler du charbon…

Voici 2 graphiques où il faut prêter attention à l’échelle de temps. Le premier est en millions d’années :

Le deuxième, en dizaines d’années. La chute constatée du pH est tout simplement spectaculaire :

Comment est mesurée l’acidification des océans passée et présente ?

Nous savons que les océans absorbent du dioxyde de carbone et que leur acidité augmente (le pH diminue) grâce aux mesures effectuées sur l’eau de mer lors de croisières de recherche, qui fournissent une large couverture spatiale sur une courte période, et grâce aux mesures automatisées ou non du carbone océanique sur des mouillages stationnaires, qui fournissent des données à long terme et à haute résolution à partir d’un seul endroit.

Jusqu’à un million d’années en arrière

Ces enregistrements peuvent être prolongés dans le temps à l’aide de ce que l’on appelle des “proxies” qui fournissent une mesure indirecte de la chimie des carbonates de l’eau de mer. Un indicateur est une mesure provenant d’une archive naturelle (carottes de glace, coraux, cercles d’arbres, sédiments marins, etc.) qui est utilisée pour déduire les conditions environnementales passées.

Par exemple, en analysant la composition chimique de minuscules coquilles fossiles trouvées dans les sédiments océaniques profonds, les scientifiques ont établi des relevés du pH de l’océan à des époques anciennes où il n’y avait pas de pH-mètres.

En outre, comme l’eau de surface de l’océan est en équilibre chimique approximatif avec l’atmosphère qui la surplombe, il est possible de déduire le pH historique de l’océan des données sur le dioxyde de carbone atmosphérique obtenues à partir des carottes de glace du Groenland et de l’Antarctique, qui contiennent des bulles d’air provenant de l’ancienne atmosphère. Ces données indiquent que les concentrations actuelles de dioxyde de carbone dans l’atmosphère et les niveaux de pH des océans sont sans précédent depuis au moins 800 000 ans.

Et encore plus ancien…

En remontant plus loin dans l’histoire de la Terre, à la limite entre le Paléocène et l’Éocène, il y a environ 55 millions d’années, les scientifiques ont trouvé des preuves géochimiques d’une libération massive de dioxyde de carbone accompagnée d’un réchauffement important et de la dissolution de sédiments carbonatés peu profonds dans l’océan.

Bien qu’analogue à ce que nous observons aujourd’hui, cette libération de dioxyde de carbone s’est produite sur plusieurs milliers d’années, beaucoup plus lentement que ce que nous observons aujourd’hui, laissant ainsi le temps aux océans d’amortir partiellement le changement. Dans les archives géologiques, pendant les périodes de changement environnemental rapide, les espèces se sont acclimatées, adaptées ou ont disparu. Les coraux ont subi de grandes extinctions dans le passé (comme l’extinction du Permien, il y a 250 millions d’années), et de nouvelles espèces de coraux ont évolué pour prendre leur place, mais il a fallu des millions d’années pour retrouver les niveaux de biodiversité antérieurs.

S’il y a bien une chose à retenir, c’est que par le passé, la perte d’oxygène couplée à un réchauffement climatique et une acidification des océans a systématiquement mené à une extinction de masse. Il y en a eu 5, ce serait peut-être une bonne idée d’éviter la 6ème non ?

Quel rôle l’acidification des océans jouera dans le futur ?

Dans les travaux du groupe 1 du 6ème rapport du GIEC, nous apprenons que :

• Dans les scénarios d’augmentation des émissions de CO₂, les puits de carbone océaniques et terrestres seront moins efficaces pour ralentir l’accumulation de CO₂ dans l’atmosphère (phénomène de saturation).
• La stratification de la couche supérieure de l’océan, l’acidification et la désoxygénation des océans continueront d’augmenter au cours du 21e siècle, à des taux dépendant des émissions futures.
• Les changements de la température globale des océans (confiance très élevée) et de l’acidification des océans profonds sont irréversibles à l’échelle du centenaire ou du millénaire (confiance très élevée).
• Cependant, certains changements pourront être ralentis et certains arrêtés en limitant les émissions de gaz à effet de serre.

L’acidification future des océans dépend donc de nos émissions. C’est ce qu’indique le Rapport spécial du GIEC sur les océans et la cryosphère avec les scénarios RCP, et plus récemment l’AR6 avec les scénarios SSP. Alors que la situation actuelle avec un pH de -0.1 unités est déjà préoccupante, on projette dans le pire des cas, une baisse de -0.4 du pH d’ici 2100. Nous verrons que cela n’est pas sans graves conséquences pour de vastes régions de l’océan.

L’acidification des océans est-elle partout pareille ?

Dans la mesure où les causes de l’acidification des océans sont multiples, on peut légitimement se demander si elle est constatée de la même façon à différents endroits du globe. Et bien, il existe quelques spécificités, avec 3 échelles géographiques possibles :

• A l’échelle d’une ville, avec par exemple le rejet des eaux usées.
• A l’échelle d’une région, avec la pollution soufrée
• A l’échelle mondiale, puisqu’on le rappelle, le CO₂ n’a pas de frontière.

Dans le Rapport spécial du GIEC sur les océans et la cryosphère publié en 2019, un graphique permet de visualiser les changements physiques à l’échelle de chaque région. Avec un degré de confiance très élevé, on constate que le pH de l’océan sera en diminution dans tous les océans du monde.

Certaines régions pourraient être plus vulnérables que d’autres à l’acidification des océans

Par exemple :

• les zones où des eaux profondes, froides, et à faible pH remontent à la surface le long des plateaux continentaux comme sur la côte ouest de l’Amérique du Nord,
• les eaux polaires où les basses températures permettent une absorption plus importante de CO₂ ,
• et les régions côtières dans lesquelles il y a des apports d’eau douce.

Certaines zones volcaniques ont aussi leur particularité. Par exemple sur l’île d’Ischia en Italie, il existe plusieurs sites appelés “sites champagne”, caractérisés par d’intenses émissions de CO2 qui acidifient localement la mer. Ils peuvent donc être utilisés comme des laboratoires naturels pour comprendre les effets de l’acidification océanique sur les espèces, les communautés et les écosystèmes.

En d’autres termes, ils permettent de comprendre ce qu’il se passera dans le futur puisque, selon la distance par rapport aux sources de gaz, l’acidité est comparable à celle que connaîtront, à moyen et à long terme, les océans du monde entier.

Et la France ?

Si vous pensez que l’acidification des océans, c’est que pour les autres, j’ai une mauvaise nouvelle.

Des chercheurs ont mis en évidence les changements très rapides qu’a connu l’eau de mer en Méditerranée nord-occidentale entre 2007 et 2015. “L’augmentation de la température y a été plus rapide que partout ailleurs dans l’océan global et celle de son acidité l’une des plus élevées jamais mesurées dans l’océan. En conséquence, plusieurs organismes sont affectés, ce qui pourrait altérer la chaîne alimentaire méditerranéenne“.

Sur la période 2007-2015, la température des eaux de surface a augmenté de 0,7 °C, soit beaucoup plus vite que dans l’océan global et côtier. Le pH a diminué de 0,0028 unités par an, soit une augmentation d’acidité de près de 7 %, ce qui correspond à l’un des taux d’acidification les plus élevés relevés jusqu’à présent.

Bien sûr, la combinaison d’un réchauffement et d’une acidification élevés n’est pas sans risque sur les services rendus par les écosystèmes méditerranéens à la société.

Quelles sont les conséquences de l’acidification des océans ?

La recherche n’a jamais été aussi prolifique que ces 20 dernières années sur les conséquences de l’acidification des océans. Nous pourrions faire un article spécifique sur le sujet, tant les conséquences sont multiples et variées.

Les conséquences de l’acidification sur la vie marine

Commençons d’abord par le plus évident. Les espèces n’ont pas toutes le même potentiel d’adaptation au changement climatique et la possibilité de s’adapter à de nouveaux environnements. La chimie de l’océan change trop rapidement pour que de nombreuses espèces ou populations puissent s’adapter par le biais de l’évolution. Voici une liste (non exhaustive) des conséquences de l’acidification des océans sur la vie marine :

• Les changements de pH et de la chimie des carbonates obligent les organismes marins à dépenser davantage d’énergie pour réguler la composition chimique à l’intérieur de leurs cellules.
• Chez certains organismes, cette augmentation des dépenses énergétiques pourrait laisser une quantité d’énergie moindre pour d’autres processus biologiques comme la croissance, la reproduction ou la capacité de répondre à d’autres facteurs de stress.
• Beaucoup d’organismes marins qui forment une coquille ou un squelette calcaire sont très sensibles aux changements de pH et de la chimie de carbonates. Les conditions attendues dans les décennies à venir pourraient être très néfastes pour les coraux, les mollusques (huîtres, palourdes, moules…), les ptéropodes (escargots nageurs) et certaines espèces de phytoplancton.

• L’acidification trouble les poissons, perturbant leur odorat et leur comportement. Elle peut même modifier la façon dont les sons se transmettent dans l’eau, rendant les environnements sous-marins légèrement plus bruyants.
• D’autres organismes marins, non calcificateurs, pourraient également être stressés par le niveau élevé en CO₂ et par la baisse du pH et d’ions carbonate associée à l’acidification des océans.
• Les impacts de l’acidification des océans à tout stade de vie des organismes peuvent diminuer la capacité d’une population de croître ou de se rétablir après des dommages engendrés par un facteur de stress.

En outre, le dernier rapport du GIEC rappelle également que les conséquences ne sont pas linéaires, mais exponentielles. Des scientifiques alertent même sur le possible déclenchement d’un certain nombre de changements brusques ou de points de basculement dans le milieu marin.

Les conséquences de l’acidification sur la population côtière et l’économie touristique

Si l’acidification des océans touche la biodiversité et l’aquaculture, c’est donc donc qu’elle touche les sociétés humaines. A nouveau, la littérature scientifique est très claire sur le sujet : la tendance actuelle va mettre en péril les ressources et services apportés aux populations qui dépendent de l’océan.

Le GIEC précise “qu’un réchauffement planétaire de +1,5 °C aurait des répercussions sur un large éventail d’organismes et d’écosystèmes marins, ainsi que sur l’aquaculture, la pêche et d’autres secteurs (degré de confiance élevé)“. Ce réchauffement, c’est dans une dizaine d’années, pas en 2050. Les communautés qui entretiennent des rapports étroits avec les milieux côtiers, les petites îles (dont les petits États insulaires en développement), les régions polaires et les zones de haute montagne sont particulièrement exposées aux changements de l’océan. Les conséquences sont néfastes pour les peuples autochtones et les populations locales qui vivent de la pêche.

La disparition des récifs coralliens tropicaux compromettra le tourisme, la sécurité alimentaire et la protection des côtes pour une grande partie des
populations les plus pauvres du globe. La pêche et l’aquaculture, qui comptent pour beaucoup dans la sécurité alimentaire mondiale, sont déjà confrontées à des risques accrus causés par le réchauffement et l’acidification des eaux océaniques.

Justice climatique et leviers d’actions

La question de la justice climatique doit ici être à nouveau abordée. Les premières populations humaines à subir les conséquences de l’acidification des océans ne sont pas les plus émettrices de CO₂. Les leviers d’actions sont connus et documentés : réduire notre dépendance aux énergies fossiles et arrêter les déforestations massives. Les Etats les plus émetteurs doivent ainsi non seulement honorer leurs promesses, mais aider les populations les plus touchées à s’adapter.

Dans le résumé pour les décideurs, le GIEC évoque l’élimination anthropique du CO2 (CDR) conduisant à des émissions négatives nettes à l’échelle mondiale, ce qui abaisserait la concentration de CO₂ dans l’atmosphère et inverserait l’acidification des océans de surface (confiance élevée).

Mais les méthodes de géo-ingénierie qui visent seulement à limiter le réchauffement de la planète, par exemple celle qui visent à réduire les radiations solaires, ne permettent pas de lutter contre l’acidification des océans, car elles n’abordent pas la cause de l’acidification (l’augmentation du CO₂ dans l’atmosphère). Le captage et le stockage du CO₂ peuvent limiter en partie l’acidification des océans, mais ces techniques ne sont aujourd’hui énergétiquement et financièrement efficaces qu’à petite échelle. En d’autres termes, si nous voulons éviter un effondrement de la biodiversité encore plus important et des désastres humains, il faudra compter sur autre chose que la seule technologie.

Les points clefs de l’acidification des océans

• L’acidification des océans est “la baisse du pH de l’océan sur une longue période, des décennies ou plus, causée principalement par l’absorption du dioxyde de carbone venant de l’atmosphère, mais aussi par l’apport ou le retrait de substances chimiques venant de l’océan“.
• Sur les 40 milliards de tonnes de CO₂ émises chaque année, l’océan absorbe environ 25 % des émissions anthropiques totales de CO₂ depuis les années 1980
• Mais ces émissions de CO₂ sont de très loin la première cause de l’acidification des océans. Ensuite viennent les activités agricoles, puis dans une moindre mesure, la pollution côtière, notamment via l’eutrophisation.
• En moins de 200 ans, le pH des océans est passé de 8.2 à 8.1. Cela signifie qu’avec seulement 0.1 unité de différence, nous avons observé une hausse de 30% de l’acidité des océans !
• L’acidification des océans (quasi-certaine) et la désoxygénation des océans (confiance élevée) continueront d’augmenter au cours du 21e siècle, à des taux dépendant des émissions futures.
• Par le passé, la perte d’oxygène couplée à un réchauffement climatique et une acidification des océans a systématiquement mené à une extinction de masse.
• La disparition des récifs coralliens tropicaux compromettra le tourisme, la sécurité alimentaire et la protection des côtes pour une grande partie des populations les plus pauvres du globe.
• Réduire les émissions de gaz à effet de serre et respecter l’Accord de Paris est un enjeu majeur pour limiter l’acidification des océans