Version actuelle datée du 13 octobre 2020 à 15:00

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Mers et Océans : les effets du CO2

Nous parlons beaucoup des effets de l'activité humaine sur les mers et les océans. T'es-tu déjà demandé ce qui fragilisait les coraux et le plancton? Comment nos émissions de CO2 impactaient la vie sous-marine ? Le CO2 est un gaz, quel rapport avec les océans ? Découvre l'un des mécanismes à l’œuvre avec des expériences simples ! Matériel nécessaire : du chou rouge, un couteau, un saladier, une passoire, plusieurs pots en verre ou en plastique transparent, des petites cuillères, du sel, du bicarbonate, du vinaigre blanc, une boisson gazeuse, de la lessive en poudre, du citron, une paille, une bouteille vide, un ballon de baudruche, un entonnoir, un œuf, un bocal en verre, une paire de ciseaux, un crayon, du papier. IMPORTANT : LIRE L'ONGLET PÉDAGOGIE AVANT L'ONGLET EXPÉRIENCES !

12 max 2 heures De 6 à 99 ans

Déroulé

Avant de commencer et si tu le souhaites, tu peux te munir de ton "cahier d'expérience" pour raconter tes découvertes et dessiner les expériences.

Nous t’invitons à prendre en photo le résultat de ton expérience (celle de ton choix) et à demander à un adulte de la poster sur les réseaux sociaux avec le #sciencesenpyjama, en décrivant le résultat de l’expérience.

Activité 1 : Qu'est-ce que le CO₂ ?

Le CO₂ est un gaz inodore et incolore présent partout sur la planète. L'air que tu expires contient environ 4 % de CO₂. Les activités humaines, comme la voiture, l'avion ou les industries, produisent beaucoup de CO₂. Ce gaz est le produit, le résultat, de nombreuses réactions chimiques. Voici une expérience de chimie ou tu vas pouvoir fabriquer du CO₂ pour te rendre compte de ce que c'est !

Dans un verre, mets une cuillère de bicarbonate, et ajoute ensuite du vinaigre blanc (recouvre le bica mais n'en mets pas trop !)

Qu'observes-tu ? Ça mousse, la réaction produit du gaz.

Capture ce gaz grâce à l'expérience Gonfler un ballon sans souffler !
Ferme bien ce ballon et garde-le, il te servira dans l'activité 2.

Activité 2 : Teste l'acidité du CO₂

Réalise l'expérience du Liquide qui change de couleur !

Teste l'acidité de ce que tu as chez toi (lessive, jus de citron, vinaigre, ... !) et note sur ton carnet : ce qui est acide devient plutôt de quelle couleur ? Et ce qui est basique ?

Prends le ballon gonflé au CO₂ de l'activité 1 et dégonfle le dans le jus de chou rouge, la couleur devrait apparaître plus nette, en fonction de la quantité de gaz que tu as accumulé durant l'expérience précédente !

De quelle couleur est devenu ton échantillon ? Quel gaz penses-tu avoir produit quand tu as dégonflé ton ballon dans le jus de chou rouge ? Le ranges-tu plutôt du côté acide ou basique ?

Tu peux également prendre un échantillon de jus de chou rouge, et avec une paille, souffler dans le liquide (pendant environ 1 minute). Ne t'essouffle pas, tu peux t'y reprendre à plusieurs reprises, fais attention à l'hyperventilation ;) !

Cette expérience illustre ce qui se passe en grandeur nature dans les océans, mais heureusement, de façon bien moins prononcée ! Les activités humaines utilisent des énergies fossiles (énergies produites par la combustion du charbon, du pétrole ou du gaz naturel), impliquant le rejet de CO₂ dans l'atmosphère, ce qui entraîne une acidification progressive des océans.

Avant le début de l'ère industrielle, le pH* des océans s'élevait à 8,16. Aujourd'hui, il n'est plus qu'à 8,05.

Au rythme actuel d'émission de CO₂ dans l'atmosphère et donc d'absorption par les océans, le pH des océans en 2100 devrait descendre aux environs de 7,8 et de 7,3 près des pôles. Même si les océans seront toujours globalement basiques, cela représente un triplement de leur acidité moyenne, ce qui ne s'est pas vu depuis plus de 20 millions d'années !

Même une variation très faible du pH a des conséquences sur le milieu marin, plus précisément sur les organismes vivants à coquilles.

*Le pH est le niveau d’acidité des océans (potentiel hydrique). Plus le pH d’un milieu est faible, plus le milieu est acide et plus il est élevé, plus le milieu est basique.

Activité 3 : L'effet de l'acidité sur les organismes vivants à coquilles

Pour cette expérience, tu peux prendre la coquille d'un œuf, de la craie, ou directement un coquillage ou tout autre coquille de mollusque (huître, moule, escargot...). Essaie l'expérience de l'Oeuf qui ramollit

Mets ton objet dans un récipient étroit et noie-le de vinaigre blanc.

Au bout de quelques instants, il commence à se passer quelque chose. Que vois-tu ? Il te faudra attendre un moment avant de voir les effets définitifs : pourquoi ne pas le laisser toute une nuit ?!

Après quelques minutes, on observe dans le verre contenant du vinaigre une effervescence sur la coquille, qui commence à se creuser. Ce dernier, très acide, dissout lentement les coquilles. Si tu as attendu toute une nuit, ton objet s'est complètement dissout dans le vinaigre ou ramolli.

De nombreux organismes marins (coraux, mollusques, crustacés, algues, planctons, vers marins...) possèdent une coquille ou un squelette externe constitué en partie de carbonate de calcium (principale composante du calcaire), qui se raréfie quand le pH diminue, et se dissout en milieu acide. Les organismes marins peuvent donc rencontrer des difficultés à construire ou à maintenir leurs squelettes ou coquilles si les océans s'acidifient.

Mais attention ! L'effet sur les coquilles et les squelettes externes des organismes marins ne sera pas aussi rapide et impressionnant que dans l’expérience, car l'océan ne deviendra pas aussi acide que du vinaigre !

Cependant, même une baisse du pH inférieure à une unité cause une diminution très nette de la quantité de carbonates disponibles pour les organismes calcifiants.

Mais quel est le rôle de ces espèces animales et végétales au sein des écosystèmes marins ? Quelles conséquences la fragilisation de ces espèces peut-elle avoir sur le reste de la vie marine et pour les populations humaines ?

Activité 4 : L'impact de l'acidification des océans sur les organismes marins

Réalise l’expérience Concurrents ou associés dans le milieu marin

Qu’observes-tu ? Comment les espèces sont-elles liées ? Que se passe-t-il si une espèce est fragilisée ou disparaît ?

La biodiversité constitue un réseau d’interactions et d'interdépendances entre des milliards d’être vivants, des dizaines de millions d’espèces. Ainsi, si une partie du réseau est fragilisée, c'est le réseau entier et les écosystèmes associés qui seront également affectés. Ils ne peuvent plus alors, localement, remplir certains rôles importants qu'ils assuraient jusque là (zones de protection, de reproduction, d'alimentation...).

Ainsi, la fragilisation des espèces à squelette calcaire suite aux changements qui affectent l'acidité des océans touche entre autres le plancton et le corail qui, essentiels, sont à la base d'écosystèmes fondamentaux dont dépendent une grande partie de la biodiversité marine ainsi que les populations humaines.

Usage dans la vie quotidienne

Connais-tu un produit ménager très efficace pour contre le calcaire ? … Le vinaigre ! Ce produit, très utilisé pour faire le ménage dans la salle de bain ou encore nettoyer la bouilloire, est acide (son pH peut être de 2,15). Attention cependant car le vinaigre ne dégraisse pas (ce n’est pas un tensio-actif, pour en savoir plus tu peux aller voir le parcours Une histoire de Savon). En revanche il désinfecte, enlève les traces de calcaire et peut être utilisé comme assouplissant du linge. (source)

Qu’est-ce que le calcaire ? Le calcaire est une sorte de roche, constituée en partie de calcium et de magnésium. Elle a souvent une couleur blanche. D’ailleurs, la craie est une sorte de calcaire. On en trouve dans l’eau potable et c’est pour cela que l’on peut trouver des dépôts de calcaire dans notre bouilloire ou notre douche ! Les produits acides attaquent le calcaire et peuvent le dissoudre. (source wikipédia)

Sur la plage abandonnée, coquillages et crustacés… Voici une célèbre chanson que tu peux écouter : La madrague de Brigitte Bardot

Et pour les plus jeunes, la version reprise par Angèle

Les coquillages sont des mollusques marins dont le corps est enveloppé dans une coquille. On peut les trouver sur la plage, à marée basse. La coquille est en fait un squelette extérieur et est composé de calcium. Elle est donc sensible à l’acidité. (source)

Et le corail ? C'est un animal appelé polype, qui dans le cas des coraux "durs", va construire un squelette calcaire (carbonate de calcium) en utilisant notamment le CO₂ dissout dans l'eau de mer. Ils vivent dans les eaux chaudes et constituent un habitat pour de nombreuses autres espèces sous-marines. Certaines espèces vivent en symbiose (= association étroite gagnant-gagnant) avec une algue microscopique, et cela va leur apporter les nutriments nécessaires pour vivre grâce à la photosynthèse. (Source MNHN)

Image : coupe d'un corail, license

L'acidification des océans a différents types d'impacts sur les organismes marins, positifs ou négatifs selon les espèces. Ainsi, les algues photosynthétiques et les herbes marines pourraient bénéficier de l'augmentation de la quantité de CO₂ dans les océans, car elles l'utilisent pour vivre, tout comme les végétaux terrestres.

À l'inverse, l'acidification des océans modifie la teneur en gaz dissous dans l'eau et dans le sang des animaux, ce qui pourrait perturber leur respiration. De plus, un environnement plus acide va fragiliser les organismes marins à coquille ou squelette calcaire, comme les huîtres, les palourdes, les oursins, les coraux et les planctons calcaires tels que les ptéropodes et les coccolithes... qui sont fortement impliqués dans les réseaux trophiques marins.

Dans certaines régions du globe, l'eau de mer est devenue corrosive pour de petits organismes calcifiés du plancton, comme les ptéropodes, qui représentent la base des chaînes alimentaires. L'acidification des océans a entraîné une diminution du pH de l'eau de mer, qui est en moyenne 30 % plus acide (ou moins basique) aujourd'hui que dans les années 1800.

Pour en savoir plus, tu peux visionner la vidéo de L’Esprit Sorcier sur les mers et les océans (34 minutes).

La biodiversité marine est gigantesque, tu peux explorer les fonds marins en visionnant les images de l’exposition Océan, une plongée insolite présentée au Muséum National d’Histoire Naturelle en 2019.

Dessine l'animal ou l'élément marin que tu as préféré dans tout ce que tu as vu ou lu dans ce parcours ! Tu peux le mettre dans ton "cahier d'expérience" et si tu le veux bien, le partager avec l'aide de tes parents sur les réseaux sociaux avec le #sciencesenpyjama.

Histoire des sciences

L’Homme s’intéresse aux mers et océans depuis déjà des millénaires, mais seulement comme un moyen de communication ou d’exploitation de ses ressources, que ce soit pour le commerce, l’exploration de la planète ou se nourrir. Pythéas le Marseillais est le premier scientifique connu à “naviguer sur les flots”. Il embarque à Massalia (ville actuelle de Marseille) quatre siècles avant notre ère, entre dans l’Atlantique et décrit les côtes de l’Europe avec des données chiffrées. Il découvre le phénomènes des marées et est le premier à établir un lien avec les cycles lunaires et solaires. La seconde moitié du 18e siècle est la période la plus connue et la plus prolifique en explorations maritimes fréquemment accompagnées de scientifiques. Cependant, ces scientifiques sont des géographes, des astronomes ou des biologistes qui s’intéressent essentiellement aux espèces terrestres.

Ce n’est qu’à partir de la moitié du 19e siècle que les mers et océans deviennent un sujet d’études à part entière et donc une science : l’océanographie. Cette science commence à se développer entre le 19e siècle et la deuxième guerre mondiale (1939-1945), de véritables laboratoires prennent place sur des navires consacrés à l'exploration et l'étude des fonds marins, des masses d'eau qui les surmontent et des organismes qui peuplent l'océan*.

*Si tu veux en savoir plus tu peux lire la Brève histoire illustrée de l’océanographie d’André Toulmond, professeur émérite de l’Université Pierre et Marie Curie et ancien directeur de la Station Biologique de Roscoff.

Aujourd’hui, l’océanographie est une science interdisciplinaire regroupant la biologie, la géologie, la météorologie et la physique. Les océanographes étudient notamment la biodiversité marine et la climatologie. Depuis le début de l’ère industrielle au 19e siècle, ces scientifiques constatent un impact humain très fort sur les fonds marins et estiment que d’ici 2100, avec la poursuite des activités humaines produisant du CO₂ en grande quantité, le pH de l’eau de mer diminuerait de 0,3 unité, selon un rapport du GIEC* en 2019, soit plus d’un doublement de son acidité par rapport à 1850.

*GIEC : Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'évolution du Climat, source : B2.3.

Nous faisons tous les jours l'Histoire, et le confinement que nous vivons restera dans les annales ! Depuis le début de cette période, certains organismes (association, ONG et cabinet de conseil) ont constaté une forte baisse des rejets de CO₂ dans l'air grâce au grand ralentissement des trafics routier et aérien, et de l’industrie :

AirParif constate une amélioration de la qualité de l'air de 20 à 30% dans la région parisienne
L'ONG Carbon Brief estime une baisse de 4% d'émissions du CO₂ au niveau mondial pour cette année.

Quelques articles d'informations sur Le Monde et France Inter.

Ce n'est pas complètement gagné, mais une baisse si drastique en peu de temps c'est plutôt réjouissant : allez, tou.te.s à nos vélos ! :)

Lien avec d’autres parcours

Si tu veux réaliser un autre parcours sur les gaz, tu peux réaliser Bica-vinaigre, une histoire de gaz, Energies et gaz à effet de serre

Objectifs

Comprendre ce qu'est le CO₂ et qu'il forme un acide en se combinant avec l'eau. En se diluant dans les océans, il acidifie ceux-ci. Comprendre que les espèces sous-marines sont très sensibles à cette acidité : l'exemple le plus flagrant sont les coraux ! Mais également le plancton, dont la plupart des organismes sont microscopiques, et représentent pourtant un maillon essentiel de la chaîne alimentaire sous-marine !

Expériences

Liquide qui change de couleur

La couleur du jus de chou rouge est bleue-violette... Pourras-tu la faire devenir rose, verte, jaune ou encore bleu ciel ? Pourquoi la couleur change t-elle ?

Facile
Chimie , Science de la vie , Optique
10 minute(s)

Gonfler un ballon sans souffler

Gonfler un ballon sans souffler dedans, c'est possible ? Découvre la magie de la chimie et créé du gaz !

Facile
Chimie
10 minute(s)

Oeuf qui ramollit

Peut-on ramollir la coquille d'un œuf, voire même la dissoudre entièrement ?

Facile
Chimie
4 hour(s)

Concurrents ou associés dans le milieu marin

Dans un même lieu de vie, toutes les espèces sont liées entre elles. Ces liens sont de différentes natures (prédation, compétition, coopération…) et ils sont plus ou moins vitaux. La biodiversité, tissu vivant de la planète, est constituée de toutes les espèces et des différentes relations qui les unissent. Comment les espèces sont-elles liées ? Que se passe-t-il si certaines d'entre elles sont fragilisées ou disparaissent ?

Facile
Science de la vie
30 minute(s)