Rejet de CO2 d’origine anthropique dans l’atmosphère et conséquence de l’acidification des océans sur la production primaire et sur le puits de carbone

Le carbone sous sa forme oxydée (inorganique: dioxyde de carbone, bicarbonates et carbonates), joue un rôle important dans différents processus terrestres comme l’altération chimique des minéraux et la formation des sols, l’acidification des sols et des eaux, la précipitation chimique des carbonates, et deux processus qui nous intéressent plus particulièrement : la photosynthèse (transformation du carbone minéral en carbone organique) et la bio-minéralisation (formation de carbonates de calcium ou de Ca/Mg par les organismes vivants). Le carbone sous sa forme réduite (organique) est un élément constitutif des organismes vivants, de la matière organique des sols, de la matière organique sédimentaire fossilisée (kérogène et charbon) et de ses dérivés tels que le pétrole et le gaz naturel. Une fraction peut être considérée comme ayant un turn-over court (recyclage des organismes vivants), la matière sédimentaire fossilisée représentant un carbone organique dont le turn- over est supérieur à plusieurs millions d’années. Gt de carbone, dont 60×106 sont inorganiques (carbonates) et 15×106 sont organiques (matières organiques sédimentaires). On doit noter que les réserves de pétrole, de gaz naturel, et de charbon exploités par l’homme représentent un réservoir de carbone inférieur d’au moins trois ordres de grandeur (qui s’exprime en milliers de Gt) à celui de la totalité de la matière organique sédimentaire.

Au niveau des océans, les échanges de CO2 sont très largement régis par la température des eaux de surface, la circulation atmosphérique (vents), les courants marins, ainsi que par les processus de photosynthèse et de respiration. Ces flux sont estimés autours de 90 Gt C par an entre l’océan et l’atmosphère. Le CO2 se dissout facilement dans les eaux et la capacité de stockage des océans dépend donc de la température et de la réserve alcaline. Les basses températures favorisent la solubilisation du CO2 dans l’eau de surface, alors que les eaux chaudes, au contraire, favorisent le dégazage du CO2 vers l’atmosphère. La réserve alcaline exprime la teneur en carbonate de l’eau de mer. Il apparaît nécessaire aujourd’hui de comprendre les conséquences du changement climatique annoncé sur les cycles biologiques et géochimiques du carbone. Pour cela il est essentiel de revisiter les parties insuffisamment connues du cycle du carbone. Un aspect insuffisamment exploré est la dimension géologique de l’élément carbone. Il est aujourd’hui clair qu’au cours de l’histoire géologique de la terre des variations de la teneur atmosphérique en CO2, ne faisant intervenir que des processus naturels, ont été considérables.

Dans l’état actuel des connaissances, nous ne disposons pas de marqueurs sédimentaires entièrement fiables de la teneur en CO2 des atmosphères anciennes. L’atmosphère primitive de la terre pendant la période précèdent le Phanérozoïque (Précambrien) était probablement très chargée en CO2 (50 à 100 mbar de pression partielle). Pendant les trois premiers milliards d’année de l’histoire de la terre, ces quantités gigantesques de CO2 ont été piégées. Les processus à l’œuvre, impliquent probablement la précipitation et la bio-précipitation passive ou bioactive des carbonates. Les teneurs en CO2 atmosphérique actuelle sont très faibles par rapports aux teneurs vérifiées et modélisées aux âges plus anciens de la terre, comme pendant le Paléozoïque, il y a -543 à -250 millions années, (10 à 15 fois la teneure actuelle) et le Mézozoïque, il y a de -251 à -65 millions années, (5 à 6 fois). Les processus (actuels) de consommation de CO2 font intervenir l’altération chimique des roches, surtout de roches silicatées, et l’accumulation de carbonate et de matière organique sédimentaire.