Evaluation de la pénétration du carbone anthropique en Méditerranée | Annexes
I
Annexe 1
Le système des carbonates dans l'eau de mer
Tableau A1 : Système des carbonates dans l'eau de mer
K0, K1, K2, KE : Constantes d’équilibre
Kps : Constante de solubilité des carbonates de calcium
Système des carbonates dans l’eau de mer
Spéciation et équilibres chimiques
CO2 aq ↔ H2CO3 ↔ HCO3
-
↔ CO3
2Avec : [CO2
*
] = [CO2 aq] + [H2CO3]
CO2 (g) ↔ CO2
*
(aq),
K0= [CO2
*
] / f (CO2 )
CO2
* aq + H2O (l) ↔ HCO3
-
+ H
+
K1= [H
+
] × [HCO3
-
] / [CO2
*
]
HCO3
-
(aq) ↔ H
+
(aq) + CO3
2(aq)
K2= [H
+
] × [CO3
2] / [ HCO3
-
]
Ca
2+
+ CO3
2- ⇄ CaCO3 (solide)↓
Kps = [CO3
2] × [Ca
2+
]
Grandeurs mesurables
Grandeurs
Pression partielle du CO2 (pCO2)
Alcalinité Totale (TA ou AT)
Carbone inorganique Total (TCO2)
potentiel Hydrogène (pH)
Définition
Le produit de la fraction molaire du CO2 et de la
pression totale
L'alcalinité mesure la capacité de résister à une attaque acide, donc à une
baisse du pH. L'alcalinité totale se définit dans l'eau de mer comme l'excès de
bases (accepteurs de protons) sur les acides (donneurs de protons), soit le
nombre de milliéquivalents de protons nécessaires à la neutralisation des
bases contenues dans un litre d'eau (convention de Lowry-Brönsted).
Plus de 95 % du carbone se trouve dans l'océan
sous forme de carbone inorganique dissous. Il se
présente comme la somme des concentrations
des espèces du carbone inorganique dissous dans
l'eau de mer
Le pH mesure l'activité des protons en solution.
Il reflète l'état thermodynamique des couples
acide/base du système du CO2
Echelles du pH : NBS, protons libres, protons
totaux, eau de mer
Unité
µatm
µmol kg
-1
milliEquivalent/L (meq/L)
ou en °KH (unité allemande) avec 1 meq/L = 2.8 °KH
µmol kg
-1
Unité de pH
ou : pas d’unité
Formule de calcul
[CO2] aq = k0 × pCO2
AT=[HCO3
-
]+2[CO3
2]+[B(OH)
4]+[OH
-
]-[HPO4
2]+2[PO4
3]+[SiO(OH)3
-
]+[NH3]+[HS
-
]+… -[H
+
]F-[HSO4
-
]-[HF]-[H3PO4]- …
AT abrégée = [HCO3
-
] +2[CO3
2]+[B(OH)4
-
]+[OH
-
]-[H
+
]
AC (Alcalinité des Carbonates) = [HCO3
-
] +2[CO3
2]
TCO2 = [CO2 aq] + [HCO3−] + [CO3
-2
]
pH= -log [H
+
]
Méthode de mesure
Absorption Infra-rouge
Potentiométrie
Coulométrie
 Potentiométrie ;
 Spectrophotométrie
Facteurs contrôlant la valeur du
paramètre dans l’eau de mer
 Température qui est commandée par des
processus physiques (la pCO2 augmente
fortement avec la température, d'environ 4%
par °C) ;
 Concentration en carbone inorganique
dissous (TCO2) et Alcalinité Totale (AT),
sous la dépendance de mécanismes
biologiques ;
 Précipitation de CaCO3 (augmentation du
pCO2) ;
 Photosynthèse (diminution de la pCO2 des
eaux de surface).
 Précipitation du CaCO3 (diminution de l’AT ; augmentation de la pCO2
des eaux qui deviennent une source potentielle de carbone pour
l’atmosphère ; diminution du TCO2) ;
 Dissolution du CaCO3 (augmentation de l’AT) ;
 Salinité : La distribution de l'alcalinité dans l'océan ouvert, est
principalement fonction de la salinité et des facteurs physiques qui
régulent la salinité: les mouvements des masses d'eau, le mélange,
l'évaporation et les précipitations. Les variations d'alcalinité à salinité
constante sont essentiellement dues à des phénomènes biologiques;
 En surface : Température, salinité et sels nutritifs ;
 Phénomènes biologiques: Photosynthèse (très légère augmentation de
l’alcalinité);
 Près des embouchures: apports fluviaux.
 Photosynthèse (diminution du TCO2)
 Respiration et Oxydation de la matière
organique (diminution du pH)
 Photosynthèse
Grandeurs déduites par calcul
B(OH)3 + H2O ↔ B(OH)4
-
+ H
+
KB= [B(OH)4
-
] × [H
+
] / [B(OH)3]
BT = [B(OH)3] + [B(OH)4
-
] ≅ 11,88 . 10
×
𝑆
[B(OH)4
-
] =
[ ]
𝐵𝑇
𝐶𝑂 =
[𝐻 ]
[𝐻 ] + 𝐾 . [𝐻 ] + 𝐾 . 𝐾
× í µí±‡í µí°¶í µí±‚
[𝐻𝐶𝑂
] =
𝐾 . [𝐻 ]
[𝐻 ] + 𝐾 . [𝐻 ] + 𝐾 . 𝐾
× í µí±‡í µí°¶í µí±‚
𝐶𝑂
=
𝐾 . 𝐾
[𝐻 ] + 𝐾 . [𝐻 ] + 𝐾 . 𝐾
× í µí±‡í µí°¶í µí±‚
H2O−↔ OH
-
+ H
+
KE= [OH
-
] × [H
+
]