Acidification des océans : causes, mécanisme et conséquences

L'acidification des océans constitue l'une des transformations géochimiques les plus profondes que les océans aient connues depuis 55 millions d'années. Depuis l'ère préindustrielle, le pH de surface des océans est passé de 8,25 à 8,1 — une variation qui, sur l'échelle logarithmique du pH, représente une augmentation de l'acidité de 26 %. Ce phénomène, directement causé par l'absorption du dioxyde de carbone émis par les activités humaines, menace des écosystèmes marins entiers et figure désormais parmi les limites planétaires franchies.

L'acidification des océans repose sur une cascade de réactions chimiques précises. Lorsque le dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère entre en contact avec l'eau de mer, il se dissout pour former de l'acide carbonique (H2CO3), un composé instable qui se dissocie quasi immédiatement :

CO2 + H2O → H2CO3 → H⁺ + HCO3⁻ → H⁺ + CO3²⁻

Chaque étape de cette réaction libère des ions hydrogène (H⁺). C'est précisément cette augmentation de la concentration en H⁺ qui définit l'acidification : plus la concentration en ions H⁺ est élevée, plus le pH est bas, et plus le milieu est acide.

Parallèlement, les ions carbonate (CO3²⁻) sont consommés par ces réactions. Or, ces ions sont indispensables aux organismes calcifiants — coraux, mollusques, échinodermes, certains planctons — pour synthétiser leurs squelettes et coquilles de carbonate de calcium (CaCO3). Quand la concentration en ions carbonate diminue, le milieu devient corrosif pour ces structures calcaires : c'est la sous-saturation en aragonite et calcite, les deux formes minérales du carbonate de calcium utilisées par le vivant marin.

Ce mécanisme est directement lié à l'effet de serre et aux émissions de CO2 anthropiques : davantage de CO2 dans l'atmosphère se traduit par davantage de CO2 dissous dans les océans, et donc par une acidification plus marquée.

La mesure du pH océanique depuis l'ère préindustrielle (vers 1750) montre une trajectoire préoccupante :

• pH préindustriel : 8,25 (océan légèrement basique)
• pH actuel : 8,10 (mesures NOAA/HOT, 2024)
• Variation : −0,15 unité de pH en moins de 300 ans
• Augmentation acidité : +26 % (échelle logarithmique, base 10)

Pour comprendre l'ampleur de cette variation : une diminution de 0,1 unité de pH correspond à une multiplication par 1,26 de la concentration en ions H⁺. La baisse observée de 0,15 unité depuis le préindustriel représente donc une augmentation de l'acidité de plus d'un quart, en à peine trois siècles.

À titre de comparaison, lors de l'Extinction du Permien-Trias (il y a 252 millions d'années), l'acidification des océans avait entraîné la disparition de plus de 90 % des espèces marines — mais sur des dizaines de milliers d'années. Le rythme actuel est sans précédent dans les archives géologiques récentes.

Le suivi en continu est assuré par des stations comme la Hawaii Ocean Time-series (HOT) à la station ALOHA ou la Bermuda Atlantic Time-series Study (BATS), qui documentent la baisse régulière du pH depuis les années 1980. Ces données sont consolidées par le Global Ocean Acidification Observing Network (GOA-ON), qui recense plus de 600 sites de surveillance dans le monde.

Les océans jouent un rôle fondamental dans la régulation du cycle du carbone planétaire. Depuis le début de l'ère industrielle, ils ont absorbé environ 28 % du CO2 anthropique total émis dans l'atmosphère.

Selon le Global Carbon Budget 2024 (Friedlingstein et al., 2024), le flux net d'absorption océanique était de 2,9 GtC/an (gigatonnes de carbone par an) sur la période 2014-2023. Sur la même période, les émissions mondiales de CO2 fossile atteignaient 10,3 GtC/an, auxquelles s'ajoutaient 1,2 GtC/an liés aux changements d'usage des sols.

La concentration atmosphérique en CO2 a atteint 422,45 ppm en moyenne annuelle en 2024 (données NOAA), soit une augmentation de 52 % par rapport au niveau préindustriel (environ 278 ppm). Cette augmentation, au cœur du réchauffement climatique, est directement corrélée à l'acidification océanique.

L'efficacité de ce puits de carbone est cependant menacée. Les eaux chaudes absorbent moins bien le CO2 que les eaux froides. Le réchauffement progressif des océans de surface pourrait donc réduire leur capacité d'absorption, créant une rétroaction positive : moins d'absorption → plus de CO2 atmosphérique → plus de réchauffement → moins d'absorption.

Par ailleurs, la stratification thermique croissante des océans ralentit le mélange vertical entre les eaux de surface saturées et les eaux profondes moins chargées, limitant davantage la capacité tampon des océans.

Le cadre des limites planétaires défini par Johan Rockström et Will Steffen (2009, mis à jour en 2023 et 2025) identifie les seuils biophysiques au-delà desquels les conditions de stabilité de la Terre pour les civilisations humaines sont compromises.

L'acidification des océans constitue la 7e limite planétaire franchie, selon l'évaluation publiée dans Science en 2023 (Richardson et al.) et confirmée par les mises à jour de 2025.

La variable de contrôle retenue est le taux de saturation en aragonite de l'eau de surface (Ω aragonite). L'aragonite est la forme de carbonate de calcium la plus sensible à l'acidification, utilisée notamment par les coraux constructeurs de récifs.

• Limite planétaire définie : Ω aragonite ≥ 80 % du niveau préindustriel dans toutes les régions océaniques
• État actuel : dans les eaux polaires (Arctique et Antarctique), la saturation en aragonite est déjà inférieure à 80 % du niveau préindustriel. Les eaux des hautes latitudes sont en voie de sous-saturation saisonnière
• Zone d'incertitude (80-100 %) : les océans tropicaux et subtropicaux y entrent progressivement

Le franchissement de cette limite signifie que des régions entières des océans deviennent inhospitalières pour les organismes calcifiants, avec des impacts en cascade sur l'ensemble des écosystèmes marins.

Les coraux constructeurs de récifs

Les coraux hermatypiques (constructeurs de récifs) sont parmi les organismes les plus sensibles à l'acidification. Leur squelette est composé d'aragonite ; quand le pH diminue, la vitesse de calcification ralentit et la dissolution des structures existantes peut s'accélérer.

Les récifs coralliens couvrent moins de 1 % des fonds marins, mais abritent environ 25 % de toutes les espèces marines connues. Selon le GIEC :

• À +1,5°C de réchauffement par rapport au préindustriel, 70 à 90 % des récifs coralliens actuels devraient décliner
• À +2°C, 99 % des récifs seraient touchés de manière critique

Le 4e blanchissement mondial de masse (2023-2025), le plus sévère jamais enregistré, a touché 83,7 % des récifs mondiaux dans 53 pays, selon la NOAA et l'International Coral Reef Initiative (ICRI). Si le blanchissement est d'abord causé par la chaleur, l'acidification affaiblit la résistance des coraux et ralentit leur récupération.

Les mollusques et organismes calcifiants

Les ptéropodes (escargots de mer pélagiques) sont des indicateurs particulièrement sensibles. Ces organismes, qui constituent une ressource alimentaire majeure pour les poissons, les baleines et les oiseaux marins, voient leur coquille d'aragonite se dissoudre dans les eaux actuelles déjà acides.

Les études montrent une réduction de 30 % de la vitesse de construction de la coquille des ptéropodes dans les conditions actuelles de pH. Les projections indiquent que jusqu'à 61 % de leur habitat pourrait devenir inadapté d'ici 2100 dans les scénarios d'émissions élevées.

Les moules, huîtres, coquilles Saint-Jacques et oursins sont également affectés. Les élevages ostréicoles de la côte Pacifique américaine ont déjà subi des pertes massives de naissains depuis les années 2000, directement attribuées à l'acidification des eaux côtières.

Perturbations des chaînes trophiques

L'impact sur la chaîne alimentaire marine est potentiellement systémique. Les coccolithophores et les foraminifères, organismes planctoniques calcifiants qui représentent la base de nombreuses chaînes alimentaires océaniques, sont affectés par la sous-saturation en carbonate.

Si ces organismes — souvent producteurs primaires ou proies directes — voient leurs populations décliner, c'est l'ensemble de la pyramide trophique qui peut être restructurée : poissons pélagiques, céphalopodes, mammifères marins, oiseaux de mer.

L'acidification affecte également le comportement de certains poissons. Des études ont montré des altérations de l'olfaction, de l'audition et de l'orientation des larves de poissons marins dans des conditions de pH proches des projections pour 2100, avec des implications pour le recrutement des populations.

L'acidification ne se produit pas isolément. Elle se superpose au réchauffement des eaux, à la désoxygénation océanique et à la modification des courants, créant des effets de synergie qui rendent les projections sur les seuls effets de l'acidification nécessairement conservatrices.

Réchauffement + acidification : les organismes calcifiants subissent un stress thermique en même temps qu'un stress chimique. Les coraux blanchis par la chaleur sont plus vulnérables à la dissolution de leur squelette par l'acidification. La fenêtre de récupération entre deux épisodes de blanchissement se réduit.

Désoxygénation + acidification : la solubilité de l'oxygène dans l'eau diminue avec la température. Les zones de minimum d'oxygène (ZMO) s'étendent. Les organismes marins confrontés à un manque d'oxygène et à un pH plus bas voient leurs capacités physiologiques réduites simultanément.

Stratification + acidification : la stratification thermique croissante réduit les apports en nutriments vers les eaux de surface, limitant la productivité phytoplanctonique. Moins de phytoplancton signifie moins de pompe biologique du carbone, ce qui amplifie l'accumulation de CO2.

Ces interactions rendent certains écosystèmes particulièrement vulnérables : les zones de remontée d'eaux froides (upwelling) comme au large de la Californie ou du Pérou, qui concentrent déjà des eaux plus acides naturellement, connaissent des acidifications locales exacerbées.

Le 6e rapport d'évaluation du GIEC (AR6, 2021-2022) fournit des projections précises du pH océanique selon les scénarios SSP (Shared Socioeconomic Pathways) :

Dans le scénario le plus défavorable (SSP5-8.5), le pH de surface des océans atteindrait 7,7 d'ici 2100, soit une multiplication par 2,5 de l'acidité par rapport au niveau préindustriel. À ce niveau, la quasi-totalité des eaux tropicales et subtropicales seraient sous-saturées en aragonite, rendant la construction et le maintien des récifs coralliens impossible.

Même dans le scénario le plus optimiste (SSP1-1.9), l'acidification continuerait pendant plusieurs décennies en raison de l'inertie du système climatique et de la quantité de CO2 déjà absorbée par les océans.

Les zones polaires sont les plus vulnérables à court terme : les eaux arctiques pourraient atteindre la sous-saturation en aragonite en surface dès 2030-2040 dans les scénarios d'émissions élevées, selon les projections GIEC et les données de terrain (AMAP, 2023).

La question des points de bascule (tipping points) reste ouverte dans la communauté scientifique. Si certains récifs coralliens dépassent un seuil critique de dégradation, leur effondrement pourrait être irréversible à l'échelle de plusieurs générations humaines, même en cas de stabilisation du pH.

La priorité absolue : la réduction des émissions de CO2

La seule solution structurelle à l'acidification des océans est la réduction drastique et rapide des émissions de CO2 anthropiques. L'acidification étant directement proportionnelle à la concentration atmosphérique en CO2, chaque tonne de CO2 non émise réduit mécaniquement l'acidification future. Les accords de Paris (2015) et les cadres de décarbonation sectorielle (secteurs énergie, transport, industrie) constituent le levier le plus puissant.

L'alcalinisation océanique

Des techniques d'alcalinisation océanique (Ocean Alkalinity Enhancement, OAE) sont à l'étude. Le principe consiste à ajouter des minéraux alcalins — chaux vive (CaO), calcaire broyé, silicates de roche — dans l'océan pour augmenter sa capacité tampon et neutraliser l'excès d'H⁺. Des pilotes à petite échelle sont en cours d'évaluation.

Les limites sont considérables : les quantités nécessaires pour avoir un impact global seraient gigantesques ; les effets secondaires sur les écosystèmes locaux sont mal documentés ; les coûts énergétiques sont élevés. Des recherches sont en cours pour évaluer l'efficacité, la réversibilité et les risques de cette approche (Woods Hole Oceanographic Institution, Plymouth Marine Laboratory).

La captation accélérée de CO2 par les écosystèmes côtiers

Les écosystèmes à carbone bleu (mangroves, herbiers marins, marais salants) captent et stockent du carbone à des taux bien supérieurs aux forêts terrestres, et contribuent à l'alcalinisation locale des eaux côtières. Leur restauration et protection constituent une mesure de co-bénéfice : atténuation climatique, protection côtière et atténuation locale de l'acidification.

La protection et la résilience des récifs coralliens

Certains récifs présentent une résilience naturelle supérieure à l'acidification et au réchauffement, grâce à des conditions hydrodynamiques particulières ou à la tolérance thermique de leurs symbiotes algaux (zooxanthelles). La protection de ces refuges climatiques coralliens — identifiés notamment par la NOAA et la Global Coral Reef Monitoring Network — et la réduction des pressions locales (pêche, pollution, eutrophisation) augmentent leurs chances de survie et leur potentiel de repopulation.

Des programmes de restauration corallienne par aquaculture et transplantation (coral gardening) se développent en Floride, aux Maldives, en Australie et en Polynésie française, bien que leur capacité à opérer à l'échelle des écosystèmes naturels reste limitée.

Le suivi scientifique et la gouvernance internationale

Le Cadre mondial de la biodiversité Kunming-Montréal (COP15, 2022) intègre des objectifs de protection de 30 % des espaces marins d'ici 2030 (objectif 30x30). La mise en œuvre de ce cadre, via la création d'aires marines protégées ambitieuses, peut réduire les stress non climatiques pesant sur les écosystèmes marins et augmenter leur résilience à l'acidification.

Le Traité sur la haute mer (accord BBNJ, 2023, entré en vigueur en 2025) ouvre également la voie à des aires marines protégées hors juridiction nationale, couvrant les deux tiers des océans jusqu'alors non protégés.

L'acidification des océans illustre de manière exemplaire la nature systémique de la crise environnementale contemporaine. Elle résulte directement des mêmes émissions de CO2 qui causent le réchauffement climatique, opère à travers des mécanismes chimiques précis et documentés, et produit des impacts en cascade sur des écosystèmes dont dépendent 3 milliards de personnes pour leur alimentation et leurs moyens de subsistance.

Les projections convergent : sans réduction substantielle des émissions, les océans de 2100 seront chimiquement incompatibles avec la survie des récifs coralliens et de nombreux organismes calcifiants. La neutralité carbone, si elle est atteinte dans les prochaines décennies, ne stoppera pas immédiatement l'acidification — mais elle en limitera l'ampleur finale à des niveaux potentiellement compatibles avec la survie d'une fraction significative de la biodiversité marine.

Sources et références

• Friedlingstein, P. et al. (2024). Global Carbon Budget 2024. Earth System Science Data. DOI: 10.5194/essd-2024-519
• GIEC / IPCC AR6 WG1 (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Chapters 2, 5, 9.
• GIEC / IPCC AR6 WG2 (2022). Impacts, Adaptation and Vulnerability. Chapter 3 (Oceans and Coastal Ecosystems).
• Richardson, K. et al. (2023). Earth beyond six of nine planetary boundaries. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adh2458
• NOAA Ocean Acidification Program. Ocean Acidification. oceanacidification.noaa.gov
• AMAP (2023). Arctic Ocean Acidification 2023 — Overview Report. Arctic Monitoring and Assessment Programme.
• ICRI / NOAA (2025). Status of Coral Reefs of the World: 4th Global Coral Bleaching Event.
• Fabry, V.J. et al. (2008). Impacts of ocean acidification on marine fauna and ecosystem processes. ICES Journal of Marine Science.