- Le pH de la surface des océans a diminué de 0,1 unité depuis l'ère préindustrielle — une augmentation de 26 % de l'acidité — due à l'absorption du CO₂ anthropique.
- La saturation en aragonite (Ωarag) est la mesure clé de la santé des récifs coralliens ; elle a diminué de ~3,5 à ~2,8 dans les eaux de surface tropicales et devrait tomber en dessous de 2,0 dans les scénarios à fortes émissions.
- L'AR6 du GIEC prévoit une nouvelle baisse de 0,2 à 0,4 unité de pH d'ici 2100, ce qui rendrait les conditions défavorables à l'accrétion des récifs dans la plupart des tropiques.
Chaque année, les océans du monde absorbent environ 25 à 30 % des émissions humaines de dioxyde de carbone, soit environ 10 milliards de tonnes de CO₂ annuellement. Ce service modère le réchauffement atmosphérique, mais il a un coût chimique. Lorsque le CO₂ se dissout dans l'eau de mer, il forme de l'acide carbonique (H₂CO₃), qui se dissocie pour libérer des ions hydrogène abaissant le pH de l'eau de mer [1]. Depuis l'époque préindustrielle, le pH moyen de la surface de l'océan a diminué d'environ 8,2 à 8,1 — un changement qui semble minime jusqu'à ce que tu te rappelles que le pH est logarithmique : cela représente une augmentation de 26 % de la concentration en ions hydrogène [2]. Les océans ne deviennent pas acides au sens absolu, mais leur alcalinité diminue de manière mesurable, avec des conséquences pour chaque organisme qui construit une coquille, un squelette ou une plaque à partir de carbonate de calcium. Pour les plongeurs, les implications sont gravées dans les récifs qu'ils explorent. L'aragonite, la forme de carbonate de calcium utilisée par les coraux bâtisseurs de récifs, se dissout plus rapidement qu'elle ne peut être remplacée dans de nombreuses régions tropicales [1]. Hoegh-Guldberg et al. [3] ont averti dès 2007 qu'à des concentrations atmosphériques de CO₂ supérieures à 450–500 ppm — des concentrations qui devraient être dépassées d'ici quelques décennies — l'érosion des récifs dépasserait leur accrétion sur la plupart des systèmes récifaux tropicaux du monde. Le sixième rapport d'évaluation du GIEC a confirmé ces trajectoires [5], élevant l'acidification des océans aux côtés du blanchissement thermique comme un facteur clé de la crise récifale à venir. Cet article examine la chimie, les calcificateurs menacés, et ce que les plongeurs peuvent observer et faire.
La chimie sous la surface
CO₂, acide carbonique et baisse du pH
Lorsque le CO₂ atmosphérique se dissout dans l'eau de mer, il réagit avec les molécules d'eau pour former de l'acide carbonique (H₂CO₃). L'acide carbonique se dissocie rapidement en bicarbonate (HCO₃⁻) et ions hydrogène (H⁺), puis en carbonate (CO₃²⁻) et des H⁺ supplémentaires. L'effet net d'une concentration élevée en CO₂ atmosphérique est double : la concentration en ions hydrogène augmente (abaissant le pH) et la concentration en ions carbonate diminue. Feely et al. [1] ont cartographié ce processus mondialement à l'aide des données d'enquête océanique du World Ocean Circulation Experiment et ont constaté que l'horizon de saturation en aragonite — la profondeur en dessous de laquelle l'eau de mer est corrosive pour l'aragonite — a considérablement remonté dans l'Atlantique et le Pacifique depuis l'ère préindustrielle.
Saturation en aragonite : l'indicateur clé pour les plongeurs
L'état de saturation en aragonite (Ωarag) est défini comme le rapport entre le produit ionique [Ca²⁺][CO₃²⁻] dans l'eau de mer et le produit de solubilité de l'aragonite. Lorsque Ωarag > 1, l'eau de mer est sursaturée et les coraux peuvent construire leurs squelettes. Lorsque Ωarag < 1, l'aragonite se dissout spontanément. Avant l'ère industrielle, les eaux de surface tropicales avaient des valeurs de Ωarag d'environ 3,5 ; les valeurs actuelles sont en moyenne d'environ 2,8 dans les régions récifales tropicales et diminuent d'environ 0,1 à 0,2 unités par décennie selon les trajectoires d'émissions actuelles [2]. Ricke et al. [4] ont modélisé les futurs états de saturation en aragonite en utilisant des projections de modèles du système terrestre et ont constaté que sous le scénario RCP8.5, la majorité des sites de récifs coralliens connaîtront un Ωarag < 2 avant le milieu du siècle — un seuil auquel les taux de calcification de nombreuses espèces de coraux diminuent considérablement.
Calcificateurs pris entre deux feux
Coraux bâtisseurs de récifs
Les coraux hermatypiques (zooxanthellés) sont les architectes des récifs tropicaux, et ils sont parmi les calcificateurs marins les plus sensibles au pH. Des études en laboratoire et en mésocosme ont constamment montré que les taux de calcification des coraux diminuent de 10 à 40 % par baisse de 0,1 unité de pH, selon l'espèce et l'historique thermique. Hoegh-Guldberg et al. [3] ont synthétisé plusieurs lignes de preuves pour conclure qu'à des concentrations atmosphériques de CO₂ supérieures à 500 ppm, les taux d'érosion des récifs dépasseraient l'accrétion dans la plupart des tropiques, transformant fondamentalement les récifs de producteurs nets de carbonate de calcium en perdants nets. Pour les plongeurs, cela se manifeste par des récifs avec une complexité topographique réduite, moins de structures en surplomb et une diminution de la couverture corallienne — une dégradation des caractéristiques architecturales mêmes qui rendent la plongée sur récif visuellement extraordinaire.
Échinodermes, mollusques et ptéropodes
L'acidification des océans affecte bien plus que les coraux. Les oursins (brouteurs essentiels des récifs qui contrôlent la prolifération des algues) montrent des déformations squelettiques et une réponse de redressement réduite à des valeurs de pH projetées d'ici quelques décennies. Les ptéropodes — escargots de mer nageurs souvent appelés papillons de mer, qui forment des essaims denses consommés par le saumon, le hareng, les baleines et les oiseaux marins — montrent une dissolution de la coquille à des valeurs de pH déjà observées saisonnièrement dans certaines parties de l'océan Austral et des zones de remontée d'eau le long de la côte Pacifique des États-Unis [2]. Orr et al. [2] ont projeté que les eaux de surface de l'océan Austral pourraient devenir sous-saturées en aragonite d'ici 2050 dans un scénario de statu quo des émissions, menaçant directement les populations de ptéropodes qui soutiennent les réseaux trophiques polaires et subpolaires. Pour les plongeurs dans les destinations tempérées et froides, cela prédit une restructuration des réseaux trophiques : moins d'espèces de niveau intermédiaire qui attirent la mégafaune pélagique.
Coraux d'eau froide et de grande profondeur
Les coraux d'eau froide forment de spectaculaires structures récifales tridimensionnelles à des profondeurs allant de 200 à 2 000 m, fournissant un habitat essentiel pour une diversité disproportionnée d'espèces des grands fonds marins. Parce que l'eau froide retient plus de CO₂, les habitats de coraux d'eau froide s'acidifient plus rapidement que leurs homologues tropicaux. Orr et al. [2] ont montré que des eaux corrosives pour l'aragonite sont déjà présentes dans les gammes de profondeur de nombreux récifs de Lophelia pertusa dans l'Atlantique Nord, et que d'ici le milieu du siècle, ces eaux sous-saturées remonteront dans les zones de profondeur où les structures de coraux d'eau froide prospèrent actuellement. Sweetman et al. [6] ont calculé que jusqu'à 70 % des habitats de coraux d'eau froide profonds dans le monde pourraient être exposés à des conditions corrosives d'ici 2100 dans des scénarios à fortes émissions.
Si le CO₂ atmosphérique est stabilisé à 500 ppm, les récifs coralliens seront dans une position marginale ; à 600 ppm, les conditions seront mortelles pour la plupart des coraux bâtisseurs de récifs.— Hoegh-Guldberg et al., Science, 2007 [3]
GIEC AR6 : les projections que les plongeurs ne peuvent ignorer
Le groupe de travail I du sixième rapport d'évaluation du GIEC (2021) a synthétisé les projections de 18 modèles du système terrestre CMIP6 [5]. Selon le scénario intermédiaire SSP2-4.5, le pH de la surface de l'océan devrait diminuer d'environ 0,2 unité d'ici 2100, atteignant des valeurs vues pour la dernière fois à l'époque du Pliocène, il y a environ 3 millions d'années. Dans la trajectoire à fortes émissions SSP5-8.5, des baisses de pH de 0,3 à 0,4 unité sont projetées — des conditions océaniques sans analogue dans l'histoire de l'évolution des coraux bâtisseurs de récifs modernes. Kwiatkowski et al. [7] ont démontré à l'aide des modèles CMIP6 que le pH tropical de surface passera en dessous de 7,95 sous SSP5-8.5, un niveau auquel la plupart des systèmes récifaux tropicaux cesseront leur calcification nette. De manière critique, ces projections ne tiennent pas compte de l'interaction synergique avec le réchauffement des océans : le blanchissement thermique et l'acidification agissent simultanément sur les mêmes organismes, et leur effet combiné est plus dommageable que l'un ou l'autre facteur de stress seul [3].
Gagnants et perdants biologiques de l'acidification
- Perdants — constructeurs d'aragonite : coraux Acropora, Porites, Orbicella ; ptéropodes ; oursins ; larves de bivalves ; poissons juvéniles avec perturbation des otolithes (pierres d'oreille).
- Perdants — constructeurs de calcite (modérément impactés) : Algues corallines, bryozoaires incrustants — toujours affectés mais plus résistants que les constructeurs d'aragonite.
- Gagnants apparents — non-calcificateurs : Certaines macroalgues charnues et cyanobactéries peuvent se développer à mesure que la couverture corallienne diminue, accélérant les changements de phase vers des récifs dominés par les algues.
- Dépend du contexte : Certaines espèces de poissons montrent une perturbation comportementale (réduction de l'évitement des prédateurs, altérations olfactives) à des concentrations élevées de CO₂ projetées pour la fin du siècle.
Ce que les plongeurs observent : l'effondrement au ralenti des récifs
L'acidification des océans ne produit pas le spectacle dramatique et soudain d'un blanchissement massif. Sa signature est plus subtile et cumulative : une complexité structurelle réduite à mesure que le cadre carbonaté se dissout plus vite qu'il n'est reconstitué ; des champs de gravats là où se trouvaient autrefois des patates coralliennes massives ; des lacunes de recrutement où les larves de coraux ne parviennent pas à s'installer ou subissent une dissolution post-établissement avant de devenir assez grandes pour contribuer au cadre. Les plongeurs ayant des décennies d'expérience sur les mêmes récifs signalent souvent ces changements de manière viscérale — l'abaissement progressif de la crête récifale, la perte des structures en surplomb qui abritaient autrefois les requins et les mérous, l'empiètement des algues gazonnantes sur les zones de substrat nu. Hughes et al. [8] ont documenté une diminution pan-tropicale de la couverture corallienne d'environ 50 % au cours des 50 dernières années, l'acidification et le blanchissement thermique agissant comme co-conspirateurs.
Surveillance de l'acidification : Outils pour la communauté des plongeurs
Le Global Ocean Acidification Observing Network (GOA-ON) maintient un réseau mondial de capteurs de pH et de pCO₂. Le programme d'acidification des océans de la NOAA publie des données annuelles accessibles au public. Plusieurs programmes de science citoyenne — y compris CoralWatch et Reef Life Survey — permettent aux plongeurs de contribuer des données sur le blanchissement et la couverture corallienne qui complètent la surveillance à distance. Bien que les plongeurs ne puissent pas mesurer directement le pH lors d'une plongée, les protocoles de surveillance de la Coral Triangle Initiative et le National Coral Reef Monitoring Program de la NOAA incluent des mesures de la chimie des carbonates dans des stations sentinelles à travers les principales destinations de croisière plongée.
Références
- [1] Feely, R.A., Sabine, C.L., Lee, K. et al. (2004). Impact of anthropogenic CO₂ on the CaCO₃ system in the oceans. Science. doi:10.1126/science.1097329
- [2] Orr, J.C., Fabry, V.J., Aumont, O. et al. (2005). Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century and its impact on calcifying organisms. Nature. doi:10.1038/nature04095
- [3] Hoegh-Guldberg, O., Mumby, P.J., Hooten, A.J. et al. (2007). Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification. Science. doi:10.1126/science.1152509
- [4] Ricke, K.L., Orr, J.C., Schneider, K., Caldeira, K. (2013). Risks to coral reefs from ocean carbonate chemistry changes in recent Earth system model projections. Environmental Research Letters. doi:10.1088/1748-9326/8/3/034003
- [5] IPCC (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the IPCC. Cambridge University Press.
- [6] Sweetman, A.K., Thurber, A.R., Smith, C.R. et al. (2017). Major impacts of climate change on deep-sea benthic ecosystems. Elementa: Science of the Anthropocene. doi:10.1525/elementa.203
- [7] Kwiatkowski, L., Torres, O., Bopp, L. et al. (2020). Twenty-first century ocean warming, acidification, deoxygenation, and upper-ocean nutrient and primary production decline from CMIP6 model projections. Biogeosciences. doi:10.5194/bg-17-3439-2020
- [8] Hughes, T.P., Kerry, J.T., Álvarez-Noriega, M. et al. (2017). Global warming and recurrent mass bleaching of corals. Nature. doi:10.1038/nature21707