Saturation de l'eau en gaz

comprendre la saturation de l'eau en gaz

Dans ce chapitre, nous allons considérer l'eau des océans ou des lacs et rivières à l'état liquide. Généralement, l'eau n'est pas gazeuse comme le serait une bouteille de Perrier : elle n'est pas remplie de petites bulles. Pourtant, lorsqu'on met un poisson dans un verre d'eau, il respire par ses branchies l'oxygène contenu dans l'eau et il y relargue du dioxyde de carbone. C'est parce que l'oxygène qui s'y trouve y est sous forme dissoute, et non sous forme de gaz. Il en va de même pour le CO₂.

L'eau peut alors se trouver dans trois niveaux de saturation différents :

Soit l'eau est sous-saturée en CO₂, en O₂, etc. ;
Soit elle est saturée (on dit aussi "à saturation"), c'est un état d'équilibre ;
Soit elle est sursaturée.

La proportion de CO₂ dans l'atmosphère et l'océan correspond à un équilibre entre la phase gazeuse et la phase dissoute. Cet équilibre dépend de la température et de la pression mais aussi de la quantité de CO₂dans l'atmosphère et/ou dans l'océan.

Note pour océanographe : L'équilibre chimique implique que la somme des potentiels chimiques des réactifs est égale à celle des produits. Si on augmente le CO₂ d'un côté on déplace l'équilibre dans l'autre sens et donc dans le sens de la dissolution de la calcite.

Selon le cas, le comportement physico-chimique de la surface de l'eau vis-à-vis de l'air qui se trouve au-dessus ne va pas être le même. Prenons le cas concret du CO₂ :

1. Cas où l'eau est sous-saturée en CO₂

Dans le cas d'un déficit (manque) de CO₂ dissous, elle va chercher le CO₂gazeux. L'eau va avoir tendance à vouloir atteindre son état d'équilibre et donc à atteindre la saturation en CO₂. Elle va donc capter le CO₂ présent dans l'atmosphère au-dessus d'elle et jouer le rôle de "puits" de carbone. C'est un peu comme si l'océan avait de la place sur ses étagères et voulait les remplir jusqu'à la dernière.

2. Cas où l'eau est saturée en CO₂

Dans ce cas, l'eau est à l'équilibre et elle n'a pas besoin d'aller piocher du CO₂ dans l'atmosphère au-dessus. Les étagères de l'océan sont remplies juste ce qu'il faut.

Dans les faits, il y a toujours des échanges, ça ne s'arrête jamais. Mais il sort de l'océan autant de CO₂ qu'il en rentre.

3. Dans le cas où l'eau est sursaturée en CO₂

Dans ce dernier cas, l'eau est trop chargée en CO₂. Elle en a tellement qu'elle ne peut plus ranger les molécules dans ses étagères, qui débordent. L'eau cherche à nouveau à atteindre la saturation, son état d'équilibre, et n'a d'autre choix que de le relarguer sous forme de gaz vers l'atmosphère : ce sont des sources de CO₂.

Selon les conditions de température, de salinité et de pression (ce sont les conditions physico-chimiques), la capacité de l'eau à capter du dioxyde de carbone varie. Par exemple, plus l'eau est chaude, plus elle peut stocker de CO₂, ce qui contribue à l'acidification des océans.

Sur Terre, les océans du monde ne sont pas tous soumis aux mêmes conditions de pression, de température et de salinité. La carte des flux annuels de CO₂ pour l'année 2000 présentée ci-dessous permet de se rendre compte que certaines zones sont des puits de CO₂, comme la zone nord de l'Atlantique Nord par exemple, alors que d'autres sont des sources de CO₂, comme c'est le cas dans la bande rouge du Pacifique.

Pour aller plus loin et mieux comprendre cette carte, Terres du Passé vous propose de continuer en vous rendant sur le chapitre dédié au phénomène atmosphérique ENSO(El Niño Southern Oscillation).