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(Ajout de nuances dans l'explication (le phénomène est reconnu par la communauté scientifique, mais la manière dont il se concrétise peut faire débat))
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== Explications ==
== Explications ==


La constitution du calcaire (calcification) se fait par l'une des deux réactions suivantes :  
Lorsqu'on ajoute du CO<sub>2</sub> dans l'océan, les concentrations en acide carbonique, en ion bicarbonate et en ion carbonate s'équilibrent :  


Ca<sup>2+</sup> + HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> ⇔ CaCO<sub>3</sub> + H<sup>+</sup> (1)  
{{CO2}} + {{H2O}} ⇔ H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> ⇔ H<sup>+</sup> + HCO<sub>3</sub><sup>–</sup> ⇔ 2 H<sup>+</sup> + CO<sub>3</sub><sup>2–</sup> (1)
 
On se rend alors bien compte qu'ajouter du CO<sub>2</sub> dans l'océan augmente son acidité, car cela augmente la concentration en ions H<sup>+</sup> (donc, diminue le pH).
 
La constitution du calcaire (calcification) peut être décrite par les deux réactions suivantes :
 
Ca<sup>2+</sup> + HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> ⇔ CaCO<sub>3</sub> + H<sup>+</sup> (2)  


ou bien
ou bien


Ca<sup>2+</sup> + CO<sub>3</sub><sup>-2</sup> ⇔ CaCO<sub>3</sub> (2)
Ca<sup>2+</sup> + CO<sub>3</sub><sup>-2</sup> ⇔ CaCO<sub>3</sub> (3)
 
Les scientifiques ne sont pas tous d'accord au sujet du phénomène à l'œuvre dans la calcification.


Ces réactions ont lieu au sein du fluide calcifiant des coccolithophores, qui contient du Ca<sup>2+</sup>, du HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>, et du CO<sub>3</sub><sup>-2</sup>.
'''1ère théorie :'''


Si certaines études expliquent que la constitution de calcaire pour les mollusques fait appel à l'équation (2), de récentes recherches tendent plutôt à montrer qu'elle a lieu en pratique grâce à l'équation (1), car les coccolithophores et les coraux possèdent la capacité "d'internaliser" du Ca<sup>2+</sup> et du HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> au sein de leur fluide calcifiant et donc de préserver l'équilibre de cette équation lors de la production de calcaire, ce qui n'est pas le cas pour le CO<sub>3</sub><sup>-2</sup>.<ref name=":0">Tyler Cyronak1, Kai G. Schulz & Paul L. Jokiel (2015) ''The Omega myth : what really drives lower calcification rates in an acidifying ocean'' Oxford Journals ; Science & Mathematics ; ICES Journal of Marine Science ; Vol73, n°3 Pp. 558-562. publié en ligne le 21 mai 2015</ref>
Certaines études expliquent que la constitution de calcaire se fait via le modèle de l'équation (3)<ref name=":1">George G. Waldbusser, Burke Hales, Brian A. Haley, Calcium carbonate saturation state: on myths and this or that stories, ''ICES Journal of Marine Science'', Volume 73, Issue 3, February/March 2016, Pages 563–568, <nowiki>https://doi.org/10.1093/icesjms/fsv174</nowiki></ref>. Dans ce cas, l'acidification de l'océan viendrait compromettre cette calcification. En effet, l'ajout de CO<sub>2</sub> produit des ions H<sup>+</sup> et des ions HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> : or, ces ions H<sup>+</sup> produits peuvent réagir avec les ions carbonates selon la réaction


Nous venons donc de voir que le phénomène de calcification, au sein du fluide calcifiant des coccolithophores, produit des ions H<sup>+</sup> (équation (1)) : cela vient diminuer le pH au sein du fluide. Ces ions peuvent réagir avec les ions carbonates (CO<sub>3</sub><sup>-2</sup>) contenus dans le fluide calcifiant selon la réaction suivante :
H<sup>+</sup> + CO<sub>3</sub><sup>2-</sup> ⇔  HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> (4).


CO<sub>3</sub><sup>-2</sup> + H<sup>+</sup> ⇔ HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> (3)
On pourrait de prime abord penser que cette baisse de CO<sub>3</sub><sup>2-</sup> est marginale, comme on voit dans l'équation (1) que l'augmentation de CO<sub>2</sub> produirait des ions CO<sub>3</sub><sup>2-</sup>, mais, en pratique, le fait que le pH de l'océan baisse vient faire que le phénomène décrit à l'équation (4) est dominant, ce qui réduit la concentration en ions CO<sub>3</sub><sup>2-</sup>, ce qui peut s'observer sur le diagramme de Sillen (diagramme présentant la concentration des espèces chimiques en fonction du pH, aussi appelé Bjerrum Plot).<ref>Wikipedia contributors. (2022, February 19). Ocean acidification. In ''Wikipedia, The Free Encyclopedia''. Retrieved 11:17, February 22, 2022, from https://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_acidification#Effects_on_calcification</ref>


Cela va diminuer la concentration en CO<sub>3</sub><sup>2-</sup>, et donc favoriser la dissolution du calcaire (car cela chamboule l'équilibre de l'équation (2)).
Dès lors, cette baisse en CO<sub>3</sub><sup>2-</sup> fait que l'océan n'en est plus saturé : afin de réatteindre cette saturation (c'est à dire de retrouver l'équilibre qui est décrit dans l'équation (3)), le calcaire se dissout.


On se rend alors compte que pour que le calcaire puisse se constituer de manière stable, il est nécessaire de se débarrasser des ions H<sup>+</sup> produits (c'est à dire de rééquilibrer le pH, un petit peu comme notre organisme régule le pH de notre plasma à 7,40). Cela tombe bien, car de la même manière que les coccolithophores peuvent intégrer des ions bicarbonates (HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>), ils sont en mesure d'évacuer ces ions H<sup>+</sup> du fluide calcifiant vers l'océan.<ref name=":0" />
'''2ème théorie :'''


Mais quand est-ce qu'intervient le CO<sub>2</sub> et l'acidification ? Et bien, dans l'eau, le dioxyde de carbone, l'acide carbonique, l'ion bicarbonate et l'ion carbonate sont en équilibre:
Néanmoins, d'autres scientifiques prétendent que la calcification est plutôt dictée par le modèle de l'équation (2), car les coccolithophores et les coraux possèderaient la capacité "d'internaliser" du Ca<sup>2+</sup> et du HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> au sein de leur fluide calcifiant (lieu où la calcification a lieu), et donc de produire du calcaire afin d'assurer l'équilibre de cette équation, ce qui n'est pas leur cas pour le CO<sub>3</sub><sup>-2</sup>.<ref name=":0">Tyler Cyronak1, Kai G. Schulz & Paul L. Jokiel (2015) ''The Omega myth : what really drives lower calcification rates in an acidifying ocean'' Oxford Journals ; Science & Mathematics ; ICES Journal of Marine Science ; Vol73, n°3 Pp. 558-562. publié en ligne le 21 mai 2015</ref>


{{CO2}} + {{H2O}} ⇔ H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> ⇔ H<sup>+</sup> + HCO<sub>3</sub><sup>–</sup> ⇔ 2 H<sup>+</sup> + CO<sub>3</sub><sup>2–</sup> (4)
Or, dans ce cas, le phénomène de calcification décrit dans l'équation (2) produit des ions H<sup>+</sup> : cela vient diminuer le pH au sein du fluide. Par le même raisonnement qu'au-dessus, on arriverait à la conclusion que cette baisse de pH viendrait dissoudre le calcaire venant tout juste d'être formé.


On se rend alors bien compte qu'ajouter du CO<sub>2</sub> dans l'océan augmente son acidité, car cela augmente la concentration en ions H<sup>+</sup> (donc, diminue le pH).
On se rend alors compte que pour que le calcaire puisse se constituer de manière stable, il est nécessaire de se débarrasser des ions H<sup>+</sup> produits (c'est à dire de rééquilibrer le pH, un petit peu comme notre organisme régule le pH de notre plasma à 7,40). Cela tombe bien, car de la même manière que les coccolithophores peuvent intégrer des ions bicarbonates (HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>), ils sont en mesure d'évacuer ces ions H<sup>+</sup> du fluide calcifiant vers l'océan.<ref name=":0" />


Or, si la concentration en ions H<sup>+</sup> augmente dans l'océan, il est plus difficile d'y évacuer les ions H<sup>+</sup> produits dans le fluide calcifiant (le gradient diminue) : ce phénomène demandera plus d'énergie et sera plus dur à mettre en œuvre, ce qui explique pourquoi la calcification des mollusques est mise à mal par l'acidification des océans.<ref name=":0" />
Or, si la concentration en ions H<sup>+</sup> augmente dans l'océan, il est plus difficile d'y évacuer les ions H<sup>+</sup> produits dans le fluide calcifiant (le gradient diminue) : ce phénomène demandera plus d'énergie et sera plus dur à mettre en œuvre, ce qui explique pourquoi la calcification des mollusques est mise à mal par l'acidification des océans.<ref name=":0" />


'''La réalité est donc complexe''' : Si les défenseurs de la première théorie reconnaissent que la seconde pourrait expliquer partiellement ces problèmes de calcification<ref name=":1" />, et que certains organismes sont en mesure de contrôler la concentration en HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> au sein de leur fluide calcifiant, cela ne semble s'appliquer qu'à certaines espèces et qu'à des cas particuliers (par exemple, une coque déjà entièrement constituée). De plus, ils expliquent que l'évacuation de ces ions H<sup>+</sup> a en pratique lieu assez rapidement, et que ce n'est pas souvent ce qui limite la calcification. En pratique, il semble donc être beaucoup plus courant que les problèmes de calcification soit décrit par la première théorie. Elle correspond de plus à la réaction décrite sur la carte. S'il peut-être intéressant d'avoir ces détails techniques en tête, il est sûrement plus pertinent, plus utile (et moins chronophage !) de ne garder en mémoire que l'explication faite par la 1ère théorie qui expliquera une grande majorité des cas de problèmes de calcification.


'''En résumé''' : les organismes, en cherchant à constituer du calcaire, font diminuer leur pH, et cherchent donc à le réguler en évacuant l'excédent d'ions H<sup>+</sup> produits vers l'océan. Cependant, l'acidification de l'océan réduit le pH de ce dernier, ce qui complique ce phénomène et compromet cette régulation, ce qui menace ces organismes.
En résumé, l'ajout de CO<sub>2</sub> dans l'océan mène à la production d'ions H<sup>+</sup>, ce qui augmente son acidité/diminue son pH. Cette diminution de pH viendra chambouler les équilibres des différentes espèces chimiques en jeu, et baisser la concentration en CO<sub>3</sub><sup>-2</sup>. Cette baisse de concentration sera compensée car une dissolution du calcaire, encore une fois afin d'assurer l'équilibre de la réaction.  


== Correction ==
== Correction ==

Version du 22 février 2022 à 13:07

Carte adulte #23 : Problèmes de calcification

Fr-fr adulte carte 23 recto.png


Si le pH baisse, la formation de calcaire devient plus difficile,
notamment pour les coquilles.

Explications

Lorsqu'on ajoute du CO2 dans l'océan, les concentrations en acide carbonique, en ion bicarbonate et en ion carbonate s'équilibrent :

CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3 ⇔ 2 H+ + CO32– (1)

On se rend alors bien compte qu'ajouter du CO2 dans l'océan augmente son acidité, car cela augmente la concentration en ions H+ (donc, diminue le pH).

La constitution du calcaire (calcification) peut être décrite par les deux réactions suivantes :

Ca2+ + HCO3- ⇔ CaCO3 + H+ (2)

ou bien

Ca2+ + CO3-2 ⇔ CaCO3 (3)

Les scientifiques ne sont pas tous d'accord au sujet du phénomène à l'œuvre dans la calcification.

1ère théorie :

Certaines études expliquent que la constitution de calcaire se fait via le modèle de l'équation (3)[1]. Dans ce cas, l'acidification de l'océan viendrait compromettre cette calcification. En effet, l'ajout de CO2 produit des ions H+ et des ions HCO3- : or, ces ions H+ produits peuvent réagir avec les ions carbonates selon la réaction

H+ + CO32- ⇔ HCO3- (4).

On pourrait de prime abord penser que cette baisse de CO32- est marginale, comme on voit dans l'équation (1) que l'augmentation de CO2 produirait des ions CO32-, mais, en pratique, le fait que le pH de l'océan baisse vient faire que le phénomène décrit à l'équation (4) est dominant, ce qui réduit la concentration en ions CO32-, ce qui peut s'observer sur le diagramme de Sillen (diagramme présentant la concentration des espèces chimiques en fonction du pH, aussi appelé Bjerrum Plot).[2]

Dès lors, cette baisse en CO32- fait que l'océan n'en est plus saturé : afin de réatteindre cette saturation (c'est à dire de retrouver l'équilibre qui est décrit dans l'équation (3)), le calcaire se dissout.

2ème théorie :

Néanmoins, d'autres scientifiques prétendent que la calcification est plutôt dictée par le modèle de l'équation (2), car les coccolithophores et les coraux possèderaient la capacité "d'internaliser" du Ca2+ et du HCO3- au sein de leur fluide calcifiant (lieu où la calcification a lieu), et donc de produire du calcaire afin d'assurer l'équilibre de cette équation, ce qui n'est pas leur cas pour le CO3-2.[3]

Or, dans ce cas, le phénomène de calcification décrit dans l'équation (2) produit des ions H+ : cela vient diminuer le pH au sein du fluide. Par le même raisonnement qu'au-dessus, on arriverait à la conclusion que cette baisse de pH viendrait dissoudre le calcaire venant tout juste d'être formé.

On se rend alors compte que pour que le calcaire puisse se constituer de manière stable, il est nécessaire de se débarrasser des ions H+ produits (c'est à dire de rééquilibrer le pH, un petit peu comme notre organisme régule le pH de notre plasma à 7,40). Cela tombe bien, car de la même manière que les coccolithophores peuvent intégrer des ions bicarbonates (HCO3-), ils sont en mesure d'évacuer ces ions H+ du fluide calcifiant vers l'océan.[3]

Or, si la concentration en ions H+ augmente dans l'océan, il est plus difficile d'y évacuer les ions H+ produits dans le fluide calcifiant (le gradient diminue) : ce phénomène demandera plus d'énergie et sera plus dur à mettre en œuvre, ce qui explique pourquoi la calcification des mollusques est mise à mal par l'acidification des océans.[3]

La réalité est donc complexe : Si les défenseurs de la première théorie reconnaissent que la seconde pourrait expliquer partiellement ces problèmes de calcification[1], et que certains organismes sont en mesure de contrôler la concentration en HCO3- au sein de leur fluide calcifiant, cela ne semble s'appliquer qu'à certaines espèces et qu'à des cas particuliers (par exemple, une coque déjà entièrement constituée). De plus, ils expliquent que l'évacuation de ces ions H+ a en pratique lieu assez rapidement, et que ce n'est pas souvent ce qui limite la calcification. En pratique, il semble donc être beaucoup plus courant que les problèmes de calcification soit décrit par la première théorie. Elle correspond de plus à la réaction décrite sur la carte. S'il peut-être intéressant d'avoir ces détails techniques en tête, il est sûrement plus pertinent, plus utile (et moins chronophage !) de ne garder en mémoire que l'explication faite par la 1ère théorie qui expliquera une grande majorité des cas de problèmes de calcification.

En résumé, l'ajout de CO2 dans l'océan mène à la production d'ions H+, ce qui augmente son acidité/diminue son pH. Cette diminution de pH viendra chambouler les équilibres des différentes espèces chimiques en jeu, et baisser la concentration en CO3-2. Cette baisse de concentration sera compensée car une dissolution du calcaire, encore une fois afin d'assurer l'équilibre de la réaction.

Correction

Causes

Conséquences

Autres lien possibles

Autres conséquences

  • Biodiversité marine : Les problèmes de calcification ne concernent pas seulement les ptéropodes et les coccolithophores. Ils peuvent aussi impacter le corail par exemple. Donc ce lien est tout à fait acceptable.

Pour aller plus loin

Fresques amies

Ce sujet est abordé dans la fresque océane.

  1. 1,0 et 1,1 George G. Waldbusser, Burke Hales, Brian A. Haley, Calcium carbonate saturation state: on myths and this or that stories, ICES Journal of Marine Science, Volume 73, Issue 3, February/March 2016, Pages 563–568, https://doi.org/10.1093/icesjms/fsv174
  2. Wikipedia contributors. (2022, February 19). Ocean acidification. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 11:17, February 22, 2022, from https://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_acidification#Effects_on_calcification
  3. 3,0 3,1 et 3,2 Tyler Cyronak1, Kai G. Schulz & Paul L. Jokiel (2015) The Omega myth : what really drives lower calcification rates in an acidifying ocean Oxford Journals ; Science & Mathematics ; ICES Journal of Marine Science ; Vol73, n°3 Pp. 558-562. publié en ligne le 21 mai 2015