Acidification des océans

Trop de CO2 pollue l’atmosphère et modifie le climat, mais quel est l’effet du CO2 sur les océans ?

Difficulté

Easy Facile

Durée

15 minute(s) minute(s)

Disciplines scientifiques

Chimie

polution, eau, air, océan, mer Acidification_des_oc_ans_ocean.jpeg

• Matériel et outils

Eau

L'eau est une substance essentielle à la vie. Transparente, sans goût et sans odeur, on la consomme le plus souvent dans son état liquide.

Eau

Vinaigre blanc

Le vinaigre d'alcool ou vinaigre blanc peut être obtenu à partir d'un alcool de betteraves. Le vinaigre blanc est un mélange d'eau et d'acide acétique à hauteur de 6 à 8%. L'acide acétique est obtenu par fermentation d'alcool de betterave ou de maïs.

Vinaigre blanc

Bicarbonate

Le bicarbonate de sodium est un produit qui sert à tout !

Désodoriser le frigo, se laver les dents, favoriser la digestion, laver les surface salles... Et surtout, c'est le chouchou des expériences de wikidébrouillard !

Il est parfois appelé bicarbonate de soude mais il ne faut surtout pas le confondre avec la soude qui est très corrosive et peut être très dangereuse.

Bicarbonate

Verre

Un verre est un récipient utilisé pour boire de forme tubulaire, dont les parois sont solidaires et hermétiques. Il est destiné à recevoir des liquides. Il est constitué d'une paraison (corps ou contenant du verre), d'une jambe et d'un pied. Le terme désigne aussi, par métonymie, le contenu de ce récipient : on dit qu'on "boit un verre d'eau".

Verre

Cuillère à soupe

Cuillère à soupe

Cuillère à soupe

Étape 1 - Réunir le matériel

Étape 2 - Préparer le rouge de phénol

Si le rouge de phénol se présente sous forme solide, dilues-en un peu dans de l’eau du robinet (de préférence dans un flacon compte-gouttes) sinon dans un pot transparent (on doit obtenir un liquide orangé).

Étape 3 - Préparation du premier témoin

Remplis à moitié un pot de vinaigre,

Verses-y quelques gouttes de rouge de phénol liquide.

Que se passe-t-il ?

Étape 4 - Préparation du second témoin

Remplis à moitié un pot avec de l’eau du robinet, verses-y une cuillerée de bicarbonate et mélange.

Ajoute ensuite quelques gouttes de rouge de phénol liquide.

Que remarques tu ?

Étape 5 - Préparation du dernier témoin

Remplis à moitié un pot d’eau de mer, verses-y quelques gouttes de rouge de phénol liquide.

Qu'observes tu ?

Étape 6 - Différentes adaptations de l'expérience

 Version utilisant une paille :

plonge une paille dans le pot d’eau de mer mélangée au rouge de phénol, et souffle doucement pendant 1 ou 2 minutes.

Attention à ne surtout jamais aspirer le mélange ! Observe.

Attention : Si l’expérience est proposée à de jeunes enfants, pour éviter tout risque d’ingestion accidentelle, utiliser deux pots différents : l’un dans lequel on ajoutera du rouge de phénol dans l’eau de mer et dans lequel on ne soufflera pas (le pot servira de témoin), puis un deuxième pot dans lequel on soufflera avec la paille AVANT d’y verser le rouge de phénol.

Version utilisant le CO₂ gazeux :

à l’aide de la bonbonne, libère du CO₂ dans le pot d’eau de mer mélangée au rouge de phénol et observer.

Version utilisant la glace carbonique (CO₂ solide) :

avec la petite cuillère, ajoute une ou deux cuillerées de glace carbonique dans le pot contenant l’eau de mer mélangée au rouge de phénol et observe.

Attention à ne jamais toucher la glace carbonique à mains nues.

Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Dans le vinaigre, le rouge de phénol, au départ de couleur orangée, est devenu jaune, tandis que dans le mélange eau douce/bicarbonate, il est devenu rose/rouge. Dans l’eau de mer, le rouge de phénol devient rose/rouge, mais si l’on souffle dans l’eau de mer assez longtemps, ou qu’on y ajoute du CO₂ pur, sous forme gazeuse ou solide (glace carbonique), la couleur passe du rose/rouge au jaune.

Explications

Le rouge de phénol change de couleur en fonction de l’acidité (appelée pH) : dans un liquide neutre comme l’eau (pH = 7), il est de couleur orangée, dans un produit acide comme le vinaigre, il vire au jaune, et dans un produit basique (c’est à dire le contraire d’acide, comme le mélange eau/bicarbonate) il vire au rose/rouge.

Lorsqu’on verse du rouge de phénol dans l’eau de mer, on obtient une couleur rose-rouge, ce qui montre que l’eau de mer est basique (son pH est voisin de 8,1 en moyenne). Mais en soufflant une minute dans l’eau de mer, ou en y ajoutant du CO₂ pur, on l’a rendue acide, c’est pour cela que le rouge de phénol est devenu jaune.

Le CO₂, ou dioxyde de carbone, acidifie l’eau de mer, c’est à dire qu’il fait diminuer son pH. Cette expérience reproduit en accéléré et de façon plus marquée, le phénomène actuel d’acidification des océans causé par le CO₂ produit en excès par les activités humaines.

Plus d'explications

Plusieurs réactions chimiques se produisent. Le CO₂ se combine avec l'eau, en formant de l'acide carbonique (H₂CO₃). L’acide carbonique, instable, se dissocie directement en ions bicarbonate (HCO₃^-) et H⁺ (H₂CO₃ -> HCO₃^- + H⁺). La libération d’ions H⁺ provoque une augmentation de l'acidité, autrement dit le pH diminue.

Beaucoup des ions H⁺ libérés s'associent avec des ions carbonate (CO₃^2-) présents naturellement dans l'eau et forment des ions bicarbonate (H⁺ + CO₃^2- -> HCO₃^-). Donc plus le pH diminue plus la concentration en ions carbonate de l'eau de mer diminue également.

Applications : dans la vie de tous les jours

Le phénomène d'acidification des océans est étudié par de nombreux scientifiques depuis plusieurs années. C'est une autre conséquence, dramatique pour l'environnement, de l'excès de CO₂ dans l'atmosphère, qui est aussi en partie responsable du réchauffement climatique (avec d'autres gaz à effet de serre).

Un échange permanent existe entre l'atmosphère et les océans (mais aussi les lacs et les rivières), qui absorbent une partie du CO₂ atmosphérique. L’augmentation de la concentration de CO₂ dans l'atmosphère due à la pollution rompt un équilibre et augmente la quantité de CO₂ qui se dissout dans l'eau.

L’absorption par l’eau de ce CO₂ en excès a deux conséquences majeures sur les mers et les océans :

-      leur pH diminue (c’est l’acidification proprement dite, même si le pH de l’eau reste, et restera toujours, supérieur à 7),

-      leur concentration en carbonates (CO₃^2-) diminue également.

Les organismes calcifiants, c'est-à-dire ceux qui sont protégés par une coquille, une carapace ou un squelette en calcaire (aussi appelé carbonate de calcium), comme par exemple les coquillages, les crustacés, mais aussi certaines algues, sont les plus menacés par l’acidification. Ces organismes utilisent les ions carbonate et du calcium pour former leurs protections de calcaire : c'est la calcification (Ca²⁺ + CO₃^2- -> CaCO₃). Lorsque les organismes calcifiants se trouvent dans un milieu appauvri en ions carbonate (à cause de l'augmentation de la quantité de CO₂), leurs coquilles deviennent plus fragiles, ils mettent plus de temps à les construire, et les larves souffrent plus souvent de malformations. Les organismes non calcifiants peuvent aussi être perturbés par la diminution du pH, qui peut affecter leur comportement, leur croissance ou encore leur reproduction.

L'acidification des océans a entraîné une diminution du pH de l'eau de mer, qui est en moyenne 30 % plus acide (ou plutôt devrait-on dire « moins basique ») aujourd'hui que dans les années 1800. On observe déjà un impact sur les organismes calcifiants : disposant de moins d'ions carbonates, certains ont plus de difficultés à fabriquer leurs structures calcaires. On a par exemple constaté un ralentissement de la croissance des huîtres ou des moules, ce qui affecte aussi les élevages. Dans certaines régions du globe, l'eau de mer est même devenue corrosive pour de petits organismes calcifiés du plancton, comme les ptéropodes, qui représentent la base des chaînes alimentaires, et qui se raréfient.

Ce phénomène d'acidification des océans se poursuit et s'accélère : les chercheurs estiment que d'ici l’année 2100, le pH de l'eau de mer devrait encore diminuer et atteindre un pH de 7,7 à 7,6. Cela équivaut à multiplier par trois l'acidité actuelle (car l’échelle du pH est logarithmique).

Pour enrayer ou du moins ralentir le phénomène, le plus efficace serait de s'attaquer directement à sa cause, en limitant la production de CO₂ généré par les activités humaines, ce qui permettrait également de freiner le réchauffement climatique. Or le CO₂ produit par l'homme est issu majoritairement de la combustion de sources d'énergie fossiles : pétrole, charbon et gaz. Le recours à des sources d'énergies ne produisant pas de CO₂ semble donc incontournable.

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Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

-       Comprendre que le pH de l’eau de mer évolue en fonction des échanges gazeux avec l’atmosphère et les organismes vivants

-       Illustrer le phénomène d’acidification des mers et des océans

-       Comprendre les conséquences de la pollution atmosphérique au CO₂ sur le milieu marin

-       Comprendre l’importance du pH et de son suivi dans les milieux aquatiques

-       Inviter à la réflexion et au dialogue sur l’utilisation des énergies fossiles

Pistes pour animer l'expérience

Cette expérience est intéressante pour comprendre l’importance du pH dans les milieux aquatiques, pour aborder le thème de la pollution, ou encore pour compléter une animation sur le réchauffement climatique ou introduire le thème des énergies renouvelables et illustrer un argument en faveur du développement d’énergies décarbonées. En effet le réchauffement climatique est souvent traité dans les médias et l’éducation, mais l’acidification reste un phénomène peu connu du grand public, malgré son ampleur. Or la cause unique de l’acidification, l’excès de CO₂ produit par les activités humaines, demeure un sujet de préoccupation majeur pour son rôle dans le réchauffement climatique.

Idéalement l’expérience demande de maîtriser les notions essentielles sur le pH, les acides et les bases. Il est donc conseillé de la proposer à la suite d’un parcours pédagogique ou d’une expérience plus générale sur le pH comme les tests d’acidité au chou rouge.

Cette expérience peut aussi être suivie par une autre montrant la dissolution de coquillages qu’on observe dans du vinaigre, en prenant la précaution de bien insister sur le fait que celle-ci illustre de façon très accélérée et exagérée l’effet de l’acidification des océans sur les organismes calcifiants. En effet le pH du vinaigre est voisin de 2,5 tandis que le pH de l’eau de mer est en moyenne sur nos côtes de 8,1 et devrait descendre dans les siècles à venir à 7,7 ou 7,6 (en 2100). Il est aussi chimiquement impossible que le pH de l’eau de mer descende un jour sous la valeur de 7, et donc que l’eau devienne acide au sens strict, du fait de son pouvoir tampon. En revanche l’acidification actuelle fragilise déjà certains organismes calcifiants, et une baisse trop marquée du pH dans le futur pourrait conduire à la dissolution partielle du carbonate de calcium composant ces organismes et stocké dans les sédiments des mers et les océans.

Il est très important de bien s’assurer que les participants comprennent que l’expérience illustre le phénomène d’acidification en l’amplifiant, car chez le grand public, notamment les jeunes, le nom du phénomène les amène souvent à croire « qu’on ne pourra plus se baigner » dans le futur, alors que l’eau de mer conservera son caractère basique malgré l’acidification. L’animateur pourra amener le groupe à réfléchir sur les conséquences plus progressives, mais aussi plus graves pour l’ensemble des organismes marins de l’acidification. Le phénomène est en effet déjà à l’origine d’un retard de croissance chez de nombreux mollusques cultivés par l’homme, et pourrait causer une raréfaction, voire une extinction, de très nombreuses espèces au fil des siècles.

Dans le cadre d’une thématique consacrée aux pollutions marines, on pourra également réaliser une expérience sur la pollution des mers par les microplastiques ou encore sur les marées noires.

Sources et ressources

Plus d’informations sur le site su programme scientifique EPOCA (European Project on Ocean Acidification) : http://www.epoca-project.eu/index.php/home/summaries-in-different-languages/in-french.html

Article et Foire Aux Questions sur les sites du CNRS :

http://www2.cnrs.fr/presse//communique/1660.htm

Foire aux questions sur l’acidification : http://www.insu.cnrs.fr/environnement/foire-aux-questions-sur-l-acidification-des-oceans

Plus d’informations sur l’acidification en vidéo :

http://video.google.com/videoplay?docid=-6027941870142069921#: Film de 10 mn réalisé par les partenaires du projet Eur-océans.

http://videos.tf1.fr/jt-20h/l-acidification-des-oceans-un-danger-pour-la-biodiversite-5869542.html : Bref reportage (3 mn) diffusé dans le journal de 20h de TF1 en juin 2010. Présente la problématique et la mission menée au Spitzberg par une équipe du programme EPOCA.

http://www.dailymotion.com/video/x83djv_acidification-des-oceans_tech : Petit reportage réalisé et tourné par Pascale Barbès à la Station biologique de Villefranche.

http://videos.journauxdumidi.com/video/iLyROoaf89ye.html : Petit reportage sur les recherches réalisées au Spitzberg sur l’acidification.

http://www.green.tv/greenpeace_oceanacidification?set_location=en : Petit dessin animé de sensibilisation de Greenpeace (en anglais).

http://www.youtube.com/watch?v=xuttOKcTPQs : Présentation et démonstration du phénomène d’acidification des océans par la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) (en anglais sous-titré anglais).

http://www.youtube.com/watch?v=5cqCvcX7buo : « Acid test : the global challenge on oceans acidification», film américain du NRDC (Natural Resources Defense Council) (21mn), présenté et commenté par Sigourney Weaver.

Dernière modification 28/07/2020 par user:Choupisson débrouillard.

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