L'acidification des océans, drame majeur du dérèglement climatique

par Virgil

La pandémie de Covid-19 ayant contraint au confinement près de la moitié de l'humanité, on a vu fleurir l'espoir d'un répit pour la planète, les mesures de santé publique ayant ralenti l'activité industrielle et les flux mondiaux de bien des régions du monde. La chute des émissions carbones, nettement constatable sur des images satellites publiées récemment par la NASA, a permis de faire fléchir la pollution de l'air. Ce qui a poussé nombre d'observateurs à « saluer » les mesures prises récemment, de bonne foi et dans l'intérêt du climat, arguant qu'elles pourraient être le début de réelles politiques environnementales. L'« après-Covid » serait le commencement d'une nouvelle écologie mondiale.

Prenant le contrepied de ces projections optimistes, François Gemenne, auteur pour le GIEC, a publié une tribune le 28 mars dernier, intitulée « Pourquoi la crise du coronavirus est une bombe à retardement pour le climat », en rappelant notamment que les émissions de gaz à effet de serre (GES) ont toujours tendance à augmenter à la suite d'une crise, prenant l'exemple de la Chine qui a déjà fait repartir son activité industrielle. Or, non seulement le dérèglement climatique est irréversible -au mieux en atténuera-t-on les effets-, mais le climat a besoin d'une baisse drastique et pérenne des GES, pas d'une « année blanche ». « Et surtout, le changement climatique n’est pas une crise : c’est une transformation irréversible. Il n’y aura pas de retour à la normale, pas de vaccin».

Lorsqu'on parle des GES, et notamment des émissions carbone, on pense souvent à deux conséquences très médiatisées : la question du « trou » de la couche d'ozone, et celle du réchauffement global. Pourtant, on pense assez peu à ce qui aura peut-être le plus d'influence dans le cataclysme qui s'annonce : l'acidification et le réchauffement des océans.

Les océans, « pompes » à carbone en voie de dérèglement

Vous avez séché vos cours de physique-chimie au lycée ? Pas de panique, faites-vous un petit thé, on va essayer de vous expliquer ça simplement.

Contrairement à ce qu'on pourrait penser, les océans sont d'immenses réservoirs de carbone : ils en contiennent environ 50 fois plus que l'atmosphère, inégalement réparti selon la température et la profondeur des eaux. Plus on va en profondeur, plus les eaux sont froides, et plus les concentrations en carbone sont hautes. Depuis la révolution industrielle et l'augmentation des émissions de carbone à grande échelle, l'océan a ralenti le changement climatique dit « anthropique » (c'est-à-dire causé par l'homme), en absorbant environ 30% des émissions de CO2 (le dioxyde de carbone). La biologie marine joue donc un rôle-clé dans le cycle du carbone naturel en retenant d'énormes stocks.

Le cycle global du carbone est naturellement à peu près équilibré, mais les activités humaines des deux derniers siècles en ont complètement rebattu les cartes. La concentration en CO2 dans l'atmosphère a ainsi augmenté de près de 40% au cours des 200 dernières années, un changement au moins dix fois plus rapide que les changements reconstruits sur les 65 derniers millions d'années.

L'océan absorbe environ 2,5 milliards de tonnes de CO2 par an ; on estime que chaque jour, un citoyen américain injecte de fait 3 kilos de carbone dans les mers. A cette absorption du carbone par les océans s'ajoute un réservoir naturel de près de 40.000 milliards de tonnes de carbone dissous dans l'eau de mer, dont une partie est également rejetée dans l'atmosphère.

En fait, partout où l'eau et l'air entrent en contact se produisent des échanges. Le gaz de l'atmosphère est absorbé par l'eau, et le gaz dissous dans l'eau est libéré dans l'air. Mais si on modifie la composition de l'atmosphère -ce qui est en train de se produire-, l'échange se déséquilibre : la quantité de gaz carbonique qui entre dans l'eau devient plus importante que celle qui en sort. L'homme ajoute donc sans cesse du CO2 dans les océans, qu'on surnomme « pompes à carbone ».

Pour résumer, le bon fonctionnement de cette « pompe à carbone » dépend en fait de deux types de facteurs : des mécanismes biologiques (a) et des mécanismes physico-chimiques (b).

• (a) Les mécanismes biologiques sont liés à la photosynthèse effectuée par la flore marine, c'est-à-dire la capacité des plantes à recycler le CO2 grâce à la lumière du soleil. Dans les océans, la photosynthèse est pour une large part le fait du phytoplancton, ces micro-organismes végétaux qui vivent en suspension dans l'eau. Ce phytoplancton utilise d'autre part le carbone inorganique et les nutriments dans l'eau pour croître et donc produire de la matière dite « organique », qui sera à son tour consommée par les organismes vivants dans l'eau : le phytoplancton est à la base de toute la chaîne alimentaire marine. Lorsqu'il est consommé par le zooplancton, ce dernier tend à « plonger » pour tenter d'échapper à ses prédateurs, faisant ainsi « couler » le carbone. Et ainsi de suite.

• (b) Les mécanismes physico-chimiques tiennent principalement au fait que plus une eau est froide, plus elle est dense, donc plus elle plonge en profondeur : le refroidissement des eaux en surface permet donc de faire « couler » le carbone. A contrario, une eau plus chaude est plus dilatée, donc moins dense, et reste au-dessus des couches d'eaux plus froides, emportant moins de carbone au fond des mers.

Anomalies de températures à la surface de la mer, 2016

L'océan est un formidable régulateur à l'échelle mondiale, et nous protège de conséquences bien plus désastreuses du changement climatique que celles auxquelles nous sommes exposés. Mais plusieurs processus pourraient ralentir ce puits de carbone naturel.

En premier lieu, l'efficacité du puits de carbone dépend de l'équilibre de différents types de « carbonates » (c'est-à-dire les déclinaisons du carbone) : or, la dissolution du gaz carbonique dit « anthropique » diminue en contrepartie la quantité de ce qu'on nomme les « ions carbonates », réduisant l'efficacité du puits. Ce même phénomène contribue à ce qu'on nomme l'acidification des océans : le dioxyde de carbone, en se dissolvant, tend à acidifier l'eau (on le retrouve dans les sodas par exemple).

En deuxième lieu, ce qu'on nomme la « rétroaction climat-cycle du carbone », c'est-à-dire la manière dont le climat influence le cycle du carbone et inversement. Le réchauffement global provoque un réchauffement des eaux ainsi qu'une modification des courants marins. Si la « pompe à carbone » océanique s'enraye, il restera plus de carbone dans l'air et ces phénomènes seront accélérés. Or, une augmentation de la température à la surface des eaux, on l'a vu, réduit la capacité des océans à absorber le gaz carbonique. Une différence de luminosité et un déséquilibre chimique de l'eau -dont l'acidification par exemple, mais aussi par une limitation de nutriments- peut affecter le phytoplancton, non seulement en affectant la photosynthèse, mais aussi en influençant les espèces composant ce plancton, avec des conséquences en cascade sur toute la chaîne alimentaire marine en plus de perturber la « pompe à carbone ».

L'augmentation des émissions de carbone dans l'atmosphère bouleverse donc totalement l'équilibre chimique des océans et, par là, menace les écosystèmes marins dans leur intégralité. Au premier rang des inquiétudes scientifiques sur le devenir de ces écosystèmes : le phénomène d'acidification.

L'acidification des océans, un danger immense pour l'écosystème marin

L'acidification des océans est un sujet encore mal connu par les scientifiques, les études à ce sujet ne s'étant intensifiées que depuis une quinzaine d'années. On sait déjà en revanche qu'il s'agit d'un phénomène capable de susciter des réactions en chaîne aux conséquences extrêmement graves pour l'environnement marin, et que ce phénomène est provoqué par l'augmentation du taux de carbone dans les océans.

Cette augmentation, provoquée par l'homme, a deux conséquences chimiques majeures :

• la première est qu'en se dissolvant, le gaz carbonique fait augmenter l'acidité de l'eau. Cette acidité est calculée par ce qu'on nomme « pH » sur une échelle de 1 à 14. Plus le pH est faible, plus l'acidité est importante ; un pH 7 est dit « neutre » ; un pH supérieur à 7 est dit basique. Cette échelle est un peu particulière car, comme l'échelle de Richter, elle est dite « logarithmique », c'est-à-dire qu'une différence de seulement 0,1 peut avoir une conséquence énorme sur l'environnement. Un liquide de pH 6 est 10 fois plus acide qu'un pH 7, mais 1000 fois plus acide qu'un pH 9. Sur les 250 dernières années, le pH des océans a baissé de 8,2 à 8,1, ce qui semble peu à première vue, mais correspond en fait à une augmentation de l'acidité de 30%. Si les émissions de CO2 restent inchangées, on estime que le pH des océans descendra à 7,8 d'ici la fin du siècle, c'est-à-dire qu'ils seront 150% plus acides qu'il y a deux siècles.

• la seconde, on l'a mentionné plus haut, est que lorsque le CO2 se dissout dans l'eau de mer, il se transforme en acide carbonique, lequel entraîne une diminution du nombre d'ions carbonates, qui sont pourtant indispensables à de nombreux organismes marins, animaux et plantes, pour fabriquer leur squelette ou coquille calcaire (coraux, huîtres, moules, etc). Ces ions carbonates sont en fait comme les pierres dont nous nous servons pour construire nos maisons.

Ce qui implique que ces organismes auront non seulement plus de mal à fabriquer ces structures calcaires, mais en outre que l'augmentation de l'acidité de leur milieu les rendra d'autant plus vulnérables à la dissolution. Un scientifique spécialiste du sujet et précurseur dans ce domaine, Hall-Spencer, fit des observations stupéfiantes près de l'île de Castello-Aragonese, située au large de Naples. Une activité volcanique provoque à cet endroit l'émission continue d'évents sous-marins composés presque à 100% de gaz carbonique, qui offre ainsi un laboratoire naturel de l'étude d'une eau trop chargée en acide carbonique. Il tâcha de recenser les espèces marines présentes dans toutes les zones autour de l'île. Or, dans celle où le pH de l'eau est précisément de 7,8, un tiers des espèces observées ailleurs y avaient disparu. « Malheureusement, le point de basculement, celui à partir duquel tout l'écosystème commence à s'effondrer, est le pH moyen de 7,8, qui sera atteint en 2100 d'après les projections » déclare-t-il. « Donc, c'est plutôt alarmant ». Ces évents existent depuis des centaines d'années d'après les géologues On peut ainsi supposer que si des espèces avaient été capables de s'adapter rapidement à une acidité plus élevée, elles l'auraient fait : « elles ont eu des générations et des générations pour survivre dans ces conditions, et pourtant elles sont introuvables ».

Toutes les espèces ne sont pas logées à la même enseigne concernant l'acidification : d'après les expériences, il se trouve que certaines s'en sortent relativement bien, quand d'autres disparaissent purement et simplement. Mais c'est bien l'ensemble de l'écosystème qui se retrouve menacé en cas de disparition de l'une ou l'autre de ces espèces, et pas uniquement l'écosystème marin. Des algues toxiques, notamment, pourraient bénéficier de ce phénomène, qui pourrait en outre réduire la quantité de lumière traversant l'eau et affecter la photosynthèse. Conjugué au réchauffement des eaux, comme on l'a vu, il se pourrait que la capacité d'absorption des océans décline durablement et que les conséquences se répercutent sur l'écosystème terrestre. Ce qu'on nomme « effet boule de neige ».

Les récifs coraliens en première ligne

Si l'ensemble de la biodiversité marine pourrait être impactée par le phénomène, il semble que le cas des récifs coraliens, particulièrement exposés, soit le plus représentatif des risques encourus.

Le blanchissement des coraux, aisément observable

Ecosystème typique de fonds marins peu profonds de la zone intertropicale, l'architecture des récifs coraliens est formée par l'amoncellement de squelettes calcaires d'organismes marins solidifiés entre eux par l'activité biologique d'organismes eux aussi calcaires (macro-algues, éponges, vers, mollusques...) et du corail. Appelés « organismes ingénieurs », ces récifs sont donc un écosystème construit par ses propres habitants. Le plus grand d'entre eux, la Grande Barrière de Corail, s'étend sur plus de 2300kms de long, avec une largeur dépassant par endroits 150 mètres (ce qui fait passer les plus grandes pyramides humaines pour des cacahuètes).

De nombreux facteurs jouent un rôle dans la capacité du corail à croître : luminosité, température de l'eau (entre 22 et 29°), présence de nutriments, niveau de la mer, courants, acidité de l'eau (pH) et présence de carbonate de calcium.

Or, du fait de la hausse du taux de carbone atmosphérique (et d'autres facteurs tels que la pêche, le tourisme, la pollution...), les récifs de corail se trouvent particulièrement vulnérables et avec eux plus du tiers de la biodiversité marine.

Tout d'abord, l'acidification provoquée par l'immixion de grandes quantités de CO2 fait disparaître de l'eau les ions carbonates, les « petites pierres » nécessaires aux organismes calcaires pour construire leur squelette. C'est comme si, sur un chantier, un artisan se faisait constamment dérober ses moellons. La construction, dite « biocalcification », demande donc beaucoup plus d'énergie, et moins il y a d'ions carbonates, plus cela demande d'énergie. Lorsque le degré de saturation en ions carbonates tombe trop bas, les coraux cessent toute activité de biocalcification. Mais ils font déjà, bien avant cela, face à de sérieux problèmes : les récifs étant constamment érodés par toute la vie marine autour d'eux, par les vagues (un récif absorbe jusqu'à 97% de la force d'une vague, formant une digue naturelle) et par les tempêtes, ils sont constamment obligés de croître, juste pour se maintenir, à la manière des arbres attaqués par les insectes et qui doivent continuer de pousser pour simplement garder la même taille. L'acidification, en outre, provoque une baisse du nombre d'espèces sur les récifs comme on l'a vu plus haut, ce qui nuit au récif tout entier dont l'écosystème est totalement interdépendant (voir plus bas).

En deuxième lieu, le réchauffement des eaux provoque un phénomène dit de « blanchissement ». Vous avez sûrement déjà vu passer des images de récifs entièrement blancs, tranchant avec la vision exotique du microcosme multicolore qu'ils forment en temps normal. Le premier phénomène de blanchissement fut reporté dans les années 1930 ; ce n'est donc pas un phénomène nouveau. Cependant, ce qui frappe, comme toujours quand il s'agit du changement climatique, c'est la répétition d'épisodes exceptionnels dans des temps très courts. Depuis les années 1980, les scientifiques constatent une augmentation de la fréquence, de l'intensité et de l'étendue des épisodes de blanchissement. L'année 1998 marqua ainsi le « premier épisode de blanchissement global » décrété par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). A l'issue de l'année 2015, 32% des récifs à travers le monde avaient été exposés à une hausse de températures de +4°C, entraînant la mort des coraux sur plus de 12.000 km². On estime qu'au total, entre 2014 et 2017, plus de 70% des récifs coraliens à travers le monde ont dû affronter une vague de chaleur induisant un épisode de blanchissement et de mortalité. Et entre 2016 et 2019, plus de 20% des récifs à travers le monde ont disparu.

Comme l'écrit E. Kolbert, « en fin de compte […], le changement climatique s'avère être le jumeau funeste de l'acidification de océans […]. Dans certaines parties du monde, les récifs coraliens ne perdureront pas assez longtemps pour que l'acidification leur assène le coup final ».

Comment expliquer le blanchissement ? Pour faire simple, les coraux ont besoin de chaleur pour croître, mais passé un certain seuil -compris en général entre 28 et 29°C- cette chaleur provoque des complications. Chaque élément du corail, baptisé inélégamment « polype », est un animal qui en même temps héberge des végétaux microscopiques nommés zooxanthelles. Ces dernières produisent, grâce à la photosynthèse, des glucides, que les polypes récoltent, « de façon très comparable à des paysans qui récoltent le blé ». Lorsque la chaleur dépasse un certain seuil (variable selon les espèces), les zooxanthelles commencent à produire des radicaux oxygénés libres, ce qui provoque leur expulsion, contre leur propre intérêt, par les polypes. Sans ces micro-algues, les coraux semblent devenir blancs ; les colonies blanches cessent de se développer et si les dégâts sont importants, elle meurent. Les coraux bâtisseurs de récifs sont ainsi, du fait de l'augmentation de la température des eaux, l'un des groupes qui courent les plus grands risques d'extinction sur la planète : « la proportion des espèces de coraux classées comme menacées dépasse celle de la plupart des groupes d'animaux terrestres, à l'exception des amphibiens ».

Enfin, il apparaît que ce double phénomène de blanchissement et de diminution de la croissance récifale provoque d'énormes impacts en termes de reproduction : pour certaines espèces, il a été observé que le frai, c'est-à-dire la capacité de reproduction, avait été diminué de 93%.

Les récifs coraliens, « place du marché » des océans

Le problème de l'extinction des coraux, au-delà de la perte d'un patrimoine incroyable décrit par Darwin comme l'une des « merveilles du monde », est qu'on estime qu'au moins 500.000 espèces de toutes sortes, et peut-être jusqu'à neuf millions, passent au moins une partie de leur vie dans les récifs coraliens. A titre d'exemple, le nombre d'espèces de mollusques observé sur 10m² de récif dans le Pacifique Sud dépasse tout ce qu'on peut trouver dans l'ensemble de la mer du Nord. Au total, plus de 30% des espèces marines vivent au moins une partie de leur vie dans ces récifs et dépendent directement de leur survie.

Ce formidable grouillement est d'autant plus étonnant que les conditions de vie dans les mers tropicales sont difficiles, puisque leur eau est pauvre en azote et en phosphore, qui jouent un rôle crucial dans le développement de la vie (cette faiblesse explique par ailleurs que ces eaux soient souvent magnifiquement claires). Les mers tropicales devraient donc être vides, équivalentes à un désert. Les récifs coraliens, souvent comparés à des « forêts tropicales », sont en fait bien plus que ça : ce sont « des forêts tropicales situées au milieu d'un Sahara marin ». Cette contradiction, observée en premier lieu par Darwin dans The Structure and Distribution of Coral Reefs (1842), est appelée « paradoxe de Darwin ».

L'une des clés de ce fourmillement semble être le recyclage. Les organismes peuplant les récifs présentent la particularité de s'échanger naturellement (par l'alimentation mais pas seulement) des substances chimiques et nutritives, comme s'il s'agissait d'une place de marché. Les coraux en sont les acteurs principaux, mais autour d'eux s'organise un système de transactions rappelant un bazar oriental. Les coraux fournissent donc l'infrastructure du système. « Et s'il n'y avait pas d'immeuble, où les locataires vivraient-ils ? ».

La disparition des récifs coraliens : quelles conséquences pour l'homme ?

La hausse des températures de l'eau et le phénomène d'acidification des eaux océaniques, en affectant toute la biodiversité marine, affectent également une large part des activités humaines. On estime que plus de 500 millions de personnes à travers le monde sont dépendantes des récifs coraliens pour leur subsistance. Une étude indique que la disparition des récifs coraliens entraînerait un manque à gagner mondial de 140 milliards d'euros par an. Ces récifs fournissent jusqu'à 12% du poisson pêché mondialement, presque 25% du poisson pêché par les pays en développement (ce chiffre grimpe à 80% dans les pays d'Asie de Sud-Est). Les récifs coraliens fournissent en outre une protection cotière importante grâce à leur action destructive des vagues. Lors du tsunami dévastateur de 2004 dans l'Océan Indien, les côtes protégées par les récifs n'ont été que peu affectés par la vague mortelle.

D'autre part, on estime qu'un hectare de récif peut générer 80.000 euros en opportunités pour le tourisme : au total, plus de 200 pays bénéficient du tourisme des récifs coraliens et pour 23 d'entre eux, ce tourisme représente plus de 15% de leur PIB annuel.

Enfin, les récifs coraliens sont de véritables sources de médicaments et de modèles biologiques, constituant une réserve de chimiodiversité pour les médicaments de demain, de même qu'un formidable laboratoire pour mieux comprendre l'immunité et les mécanismes du vieillissement.

Conclusion

L'épisode de coronavirus a certes réduit les émissions de CO2 mais ne peut pas être interprété comme une « bonne nouvelle pour la planète ». En ce qui concerne le changement climatique, il n'y aura pas de bonne nouvelle, dans la mesure où il est déjà trop tard pour endiguer le phénomène. Au mieux pourra-t-on le ralentir afin de limiter les dégâts. Les prévisions actuelles évoquent un réchauffement global de 2 à 4°C d'ici à 2100 si rien n'est fait, ce qui est probablement inouï dans l'histoire géologique depuis des centaines de millions d'années. Si rien n'est fait, si les politiques continuent de favoriser le volet économique au détriment des mesures draconiennes qui doivent pourtant être prises pour sauver l'humanité de l'extinction, assistera-t-on de façon de plus en plus rapide au dérèglement de l'ensemble de l'équilibre climatique mondial et à l'extinction d'une quantité colossale d'espèces.

Les océans jouent un rôle majeur dans le ralentissement du réchauffement et sont depuis toujours des puits à carbone jouant un rôle d'équilibrage efficace. Mais en modifiant la composition de l'atmosphère, nous avons déséquilibré les échanges entre l'eau et l'air et ainsi l'ensemble des écosystèmes aquatiques, animaux comme végétaux. Plus que jamais, il est important de prendre conscience de ce qui se passe sous la surface de l'eau et de protéger la vie qui s'y trouve. Il n'en va pas seulement de la survie de ces animaux, mais avant tout de la nôtre.

Sources :

Gemenne F., « Pourquoi la crise du coronavirus sera une catastrophe pour le climat », Le Soir, 28 mars 2020, disponible à l'adresse : https://plus.lesoir.be/290554/article/2020-03-28/pourquoi-la-crise-du-coronavirus-est-une-bombe-retardement-pour-le-climat

Kolbert E., La Sixième Extinction. Comment l'homme détruit la vie, Chapitres 6 et 7, 2015

Camus G., Causse C., Mokhnacheva D., « Océans, changement climatique et migrations », 2019, disponible sur www.ocean-climate.org (comme tous les articles suivants)

Bopp L., Bowler C. (dir.), « « L'océan, pompe à carbone », 2019

Ezzat L., « Blanchissement des coraux, un réservoir de biodiversité menacé », 2019

Gattuso J-P, Hansson L., « L'acidification des océans », 2015

Allemand D., « Les coraux et le changement climatique », 2019