L’EAU DE MER : BIEN PLUS QUE DE L’EAU SALÉE
79
2.6.
La chimie du carbone
Le carbone joue un rôle important dans la chimie de l’eau de mer à divers titres :
- c’est le principal constituant de la matière organique ;
- les différentes formes de carbone inorganique dissous déterminent le pH de l’eau de
mer ;
- par le contrôle qu’il exerce sur la teneur en CO, de l’atmosphère, le cycle océanique du
carbone est au cœur de très nombreux programmes de recherche océanographique. Le
chapitre 8 lui étant plus particulièrement consacré, nous ne décrirons ici que quelques
principes de base.
Le système des carbonates
Le CO, n’est pas un gaz tout à fait comme les autres. Alors que pour l’oxygène, la concentration [O,] mesurée dans une eau de surface est généralement proche de la solubilité [O JMt,
les concentrations en carbone inorganique dissous dans les eaux de surface sont de l’ordre
de 2 000 gmol.kg-1 alors que la solubilité du CO, ne dépasse pas 23 pmol.kg'1 (Tableau 2.2).
D’où vient une telle différence ? Dans l’eau de mer, le CO, dissous ne représente qu’environ
1 % du carbone inorganique dissous. Les espèces majoritaires sont les ions bicarbonates
(HCO;) et carbonates (CO2“) qui représentent respectivement 89% et 10% du carbone
inorganique dans l’océan (Figure 2.13). En effet, CO, est un diacide qui se dissocie selon les
réactions suivantes :
[HCO][H+]
CO2+ H2O S HCO; + H+
K, = ———
(2.14a)
[CO2J
[CO,2][H+]
HCO- 5 CO2+H+
K, =----- 2-------(2.14b)
3
3
2
[HCO;]
et K2 sont des constantes dépendant de la température et de la pression (à 25 °C, pression
atmosphérique et pour une salinité de 35,0, K; = 1,392 x 10’6 et K2 = 1,189).
L’inventaire des acides et des bases présents dans l’eau de mer indique que CO, dissous
et CO2- sont respectivement l’acide le plus fort et la base la plus forte dans l’eau de mer. Ils
réagissent ensemble selon la réaction suivante :
CO, + CO 2“ + H,0 S 2 HCO;
(2.15)
C’est donc l’équilibre des carbonates qui fixe le pH de l’eau de mer. À partir des équations 2.14a et b et des proportions relatives de CO, dissous, HCO3 et CO2- données ci-dessus, on calcule aisément que [H+] x 10‘8 mol.kg '. Il suit que :
pH „
= - log10 [H+] - 8.
(2.16)
eau de mer
°10 L
J
Notons que pour un calcul précis, il est nécessaire de prendre également en compte les
borates qui se trouvent dans l’eau de mer à 80-90 % sous forme d’acide borique (B(OH)}) et
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La chimie du carbone
Le carbone joue un rôle important dans la chimie de l’eau de mer à divers titres :
- c’est le principal constituant de la matière organique ;
- les différentes formes de carbone inorganique dissous déterminent le pH de l’eau de
mer ;
- par le contrôle qu’il exerce sur la teneur en CO, de l’atmosphère, le cycle océanique du
carbone est au cœur de très nombreux programmes de recherche océanographique. Le
chapitre 8 lui étant plus particulièrement consacré, nous ne décrirons ici que quelques
principes de base.
Le système des carbonates
Le CO, n’est pas un gaz tout à fait comme les autres. Alors que pour l’oxygène, la concentration [O,] mesurée dans une eau de surface est généralement proche de la solubilité [O JMt,
les concentrations en carbone inorganique dissous dans les eaux de surface sont de l’ordre
de 2 000 gmol.kg-1 alors que la solubilité du CO, ne dépasse pas 23 pmol.kg'1 (Tableau 2.2).
D’où vient une telle différence ? Dans l’eau de mer, le CO, dissous ne représente qu’environ
1 % du carbone inorganique dissous. Les espèces majoritaires sont les ions bicarbonates
(HCO;) et carbonates (CO2“) qui représentent respectivement 89% et 10% du carbone
inorganique dans l’océan (Figure 2.13). En effet, CO, est un diacide qui se dissocie selon les
réactions suivantes :
[HCO][H+]
CO2+ H2O S HCO; + H+
K, = ———
(2.14a)
[CO2J
[CO,2][H+]
HCO- 5 CO2+H+
K, =----- 2-------(2.14b)
3
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2
[HCO;]
et K2 sont des constantes dépendant de la température et de la pression (à 25 °C, pression
atmosphérique et pour une salinité de 35,0, K; = 1,392 x 10’6 et K2 = 1,189).
L’inventaire des acides et des bases présents dans l’eau de mer indique que CO, dissous
et CO2- sont respectivement l’acide le plus fort et la base la plus forte dans l’eau de mer. Ils
réagissent ensemble selon la réaction suivante :
CO, + CO 2“ + H,0 S 2 HCO;
(2.15)
C’est donc l’équilibre des carbonates qui fixe le pH de l’eau de mer. À partir des équations 2.14a et b et des proportions relatives de CO, dissous, HCO3 et CO2- données ci-dessus, on calcule aisément que [H+] x 10‘8 mol.kg '. Il suit que :
pH „
= - log10 [H+] - 8.
(2.16)
eau de mer
°10 L
J
Notons que pour un calcul précis, il est nécessaire de prendre également en compte les
borates qui se trouvent dans l’eau de mer à 80-90 % sous forme d’acide borique (B(OH)}) et