L'océan et le CO2 : Comment il absorbe le carbone et régule le climat

Par la rédaction de Decouverte.org · Publié le 27 septembre 2026 · 8 min de lecture

Photo : cottonbro studio / Pexels

L'océan absorbe le CO2 atmosphérique principalement par trois mécanismes interdépendants : la pompe de solubilité physique, qui dissout directement le gaz dans l'eau de mer ; la pompe biologique, où le plancton utilise le CO2 pour la photosynthèse et le transporte vers les profondeurs ; et la pompe carbonatée, impliquant la formation et la dissolution de carbonates. Ces processus combinés font de l'océan le plus grand puits de carbone de la planète, jouant un rôle crucial dans la régulation du climat global.

Pourquoi l'océan est-il un géant dans l'absorption du CO2 ?

L'océan est le plus grand réservoir de carbone sur Terre, contenant environ 50 fois plus de CO2 que l'atmosphère. Cette capacité colossale s'explique par son volume immense et les interactions continues entre l'eau de mer, l'atmosphère et les organismes marins. L'absorption du dioxyde de carbone est un processus naturel essentiel, mais l'augmentation rapide des émissions humaines bouleverse cet équilibre délicat, transformant l'océan d'un régulateur passif en un acteur actif face au changement climatique. On estime que l'océan a absorbé environ 25 à 30% des émissions anthropiques de CO2 depuis le début de l'ère industrielle.

Les trois principales "pompes" à carbone de l'océan

Pour comprendre comment l'océan absorbe le CO2, il est utile de décomposer les mécanismes en trois "pompes" principales :

La pompe de solubilité physique : C'est le processus le plus direct. Le CO2 de l'atmosphère se dissout dans les couches superficielles de l'océan. La quantité de CO2 dissoute dépend de la température de l'eau (plus l'eau est froide, plus elle peut dissoudre de CO2) et de la pression partielle de CO2 dans l'atmosphère et dans l'eau. Une fois dissous, le CO2 réagit avec l'eau pour former de l'acide carbonique (H2CO3), qui se dissocie ensuite en ions bicarbonate (HCO3-) et carbonate (CO32-). Ces ions représentent la majeure partie du carbone inorganique dissous dans l'océan et peuvent y rester pendant des centaines d'années.
La pompe biologique : Cette pompe implique les organismes marins, en particulier le phytoplancton. Voici les étapes :
- Photosynthèse : Le phytoplancton, de minuscules algues à la base de la chaîne alimentaire marine, utilise le CO2 dissous et la lumière du soleil pour produire de la matière organique (sucre, protéines, etc.) par photosynthèse. Ce processus retire activement le CO2 de l'eau de surface.
- Chaîne alimentaire : Le zooplancton broute le phytoplancton, puis les poissons mangent le zooplancton, etc. Le carbone est ainsi transféré à travers le réseau trophique.
- Sédimentation : Lorsque ces organismes meurent ou produisent des déchets (excréments), leurs restes organiques, riches en carbone, coulent vers les fonds marins. Une partie de ce carbone est décomposée par des bactéries dans les couches intermédiaires, libérant à nouveau du CO2 dans l'eau. Cependant, une fraction significative atteint les sédiments du fond, où elle peut être enfouie pour des milliers, voire des millions d'années, séquestrant ainsi le carbone hors du cycle rapide atmosphère-océéan.
La pompe carbonatée (ou pompe de formation de squelettes et coquilles) : Certains organismes marins, comme les coraux, les mollusques ou le coccolithophore (un type de phytoplancton), utilisent le carbone dissous sous forme d'ions bicarbonate et carbonate pour construire leurs coquilles et squelettes en carbonate de calcium (CaCO3). Lorsque ces organismes meurent, leurs coquilles peuvent également s'accumuler sur le fond marin, formant des sédiments calcaires et séquestrant le carbone sur de très longues échelles de temps. Cependant, ce processus libère aussi une petite quantité de CO2 dans l'eau lors de la calcification.

Quelles sont les conséquences de l'absorption excessive de CO2 par l'océan ?

Bien que l'absorption de CO2 par l'océan soit bénéfique pour atténuer le réchauffement climatique, elle n'est pas sans conséquences négatives pour l'environnement marin. L'impact le plus préoccupant est l'acidification des océans.

L'acidification des océans, étape par étape :

Augmentation du CO2 atmosphérique : Les activités humaines (combustion de combustibles fossiles, déforestation) libèrent de grandes quantités de CO2 dans l'atmosphère.
Dissolution du CO2 dans l'eau de mer : Une partie de ce CO2 est absorbée par l'océan.
Formation d'acide carbonique : Le CO2 réagit avec l'eau (H2O) pour former de l'acide carbonique (H2CO3).
Dissociation de l'acide carbonique : L'acide carbonique se dissocie rapidement en ions bicarbonate (HCO3-) et ions hydrogène (H+).
Diminution du pH : L'augmentation de la concentration en ions hydrogène (H+) rend l'eau de mer plus acide, c'est-à-dire que son pH diminue. En moyenne, le pH des océans a déjà baissé d'environ 0,1 unité depuis le début de l'ère industrielle, ce qui représente une augmentation d'environ 30% de l'acidité.
Réduction des ions carbonate disponibles : Les ions hydrogène supplémentaires réagissent avec les ions carbonate (CO32-) présents dans l'eau pour former davantage d'ions bicarbonate. Or, les ions carbonate sont essentiels pour les organismes marins calcifiants (coraux, mollusques, plancton calcaire) pour construire leurs coquilles et squelettes.
Impact sur les organismes calcifiants : Avec moins d'ions carbonate disponibles, ces organismes ont plus de difficultés à former leurs structures en carbonate de calcium. Dans des conditions d'acidité extrême, leurs coquilles peuvent même commencer à se dissoudre.

Les récifs coralliens, qui abritent une biodiversité marine immense et protègent les côtes, sont particulièrement vulnérables. Les pêcheries dépendent également de ces écosystèmes fragiles. L'acidification affecte aussi la capacité de certains poissons à détecter leurs prédateurs ou à trouver de la nourriture, et peut perturber les chaînes alimentaires marines dans leur ensemble.

Comment la température de l'eau influence-t-elle l'absorption du CO2 ?

La température est un facteur crucial pour la pompe de solubilité physique. Il existe une relation inverse : plus l'eau est froide, plus elle est capable de dissoudre de gaz, y compris le CO2. C'est pourquoi les eaux froides des régions polaires jouent un rôle particulièrement important dans l'absorption du CO2 atmosphérique.

Processus détaillé :

Eaux froides : Aux hautes latitudes (océans Arctique et Antarctique, ou certaines zones d'upwelling), les eaux de surface sont froides. Elles absorbent de grandes quantités de CO2 de l'atmosphère.
Plongée des eaux : Ces eaux froides et denses (car plus salées par la formation de glace et plus riches en CO2) plongent ensuite vers les profondeurs océaniques via la circulation thermohaline (parfois appelée le "tapis roulant océanique"). Ce processus transporte le CO2 dissous en profondeur, le séquestrant ainsi loin de l'atmosphère pour des périodes allant de décennies à des siècles.
Eaux chaudes : Dans les régions tropicales et équatoriales, les eaux de surface sont plus chaudes. Leur capacité à retenir le CO2 est plus faible. Elles tendent même à libérer du CO2 dans l'atmosphère, mais ce CO2 est souvent celui qui a été transporté des profondeurs par l'upwelling après y avoir été séquestré.

Le réchauffement climatique, en augmentant la température de surface des océans, réduit la capacité de l'océan à absorber le CO2. C'est une boucle de rétroaction négative : moins l'océan absorbe de CO2, plus il reste dans l'atmosphère, ce qui accentue le réchauffement et réduit encore l'absorption océanique.

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Quel est le rôle du plancton dans la séquestration du carbone ?

Le plancton, en particulier le phytoplancton, est le moteur principal de la pompe biologique de carbone. Voici son rôle détaillé dans la séquestration du carbone :

Étape	Description	Impact sur le carbone
Photosynthèse du phytoplancton	Utilisation du CO2 dissous et de la lumière solaire pour produire de la matière organique.	Retire activement le CO2 des couches de surface de l'océan.
Transfert dans la chaîne alimentaire	Le phytoplancton est consommé par le zooplancton, puis par les poissons et autres organismes marins.	Le carbone est intégré dans les biomasses des organismes, transféré à travers les niveaux trophiques.
Formation d'agrégats	Matière organique (déchets, cadavres) s'agglomère, formant des "neiges marines" plus lourdes.	Facilite la sédimentation rapide du carbone vers les fonds marins.
Sédimentation et enfouissement	Les agrégats et les restes d'organismes coulent et s'accumulent sur le fond marin.	Séquestration à long terme du carbone dans les sédiments, le retirant du cycle rapide.
Formation de coquilles (coccolithophores)	Certains phytoplanctons (coccolithophores) construisent des coquilles de carbonate de calcium.	Séquestre le carbone dans une forme minérale, qui peut sédimenter et former des roches calcaires.

Sans ce processus biologique, une grande partie du CO2 que l'océan a absorbé resterait dans les eaux de surface, et potentiellement s'échapperait vers l'atmosphère. La santé des populations de plancton est donc cruciale pour la régulation climatique.

Quelles sont les erreurs fréquentes concernant l'absorption océanique du CO2 ?

De nombreuses idées reçues circulent sur la manière dont l'océan gère le CO2. Voici quelques erreurs courantes à éviter :

"L'océan peut absorber tout le CO2 que nous émettons" : Non, l'océan a une capacité finie et les processus d'absorption sont relativement lents par rapport à la vitesse de nos émissions. Une surcharge entraîne l'acidification et une diminution de son efficacité à long terme.
"L'océan est un puits de carbone uniquement passif" : Faux. Grâce à la pompe biologique, l'océan est un acteur dynamique qui pompe activement le carbone des couches superficielles vers les profondeurs.
"Le réchauffement de l'océan n'a que des impacts négatifs" : Bien que le réchauffement réduise la capacité de l'océan à dissoudre le CO2 (pompe physique), il peut aussi, dans certaines conditions, influencer la pompe biologique de manière complexe, pas toujours linéaire ou prévisible. Toutefois, les effets négatifs dominent largement.
"L'acidification est un problème localisé" : L'acidification est un phénomène global, touchant tous les océans de la planète, bien que son intensité puisse varier selon les régions.
"La croissance des algues peut résoudre le problème du CO2" : L'idée de cultiver massivement des algues pour absorber le CO2 est séduisante, mais sa mise en œuvre à l'échelle nécessaire est complexe et pourrait avoir des effets secondaires imprévus sur les écosystèmes marins. Des recherches sont en cours.

Pourquoi est-il crucial de comprendre ces mécanismes pour le climat futur ?

La compréhension approfondie des mécanismes par lesquels l'océan absorbe le CO2 est indispensable pour affiner les modèles climatiques et prévoir les futurs scénarios de changement. L'océan, en tant que plus grand régulateur climatique de la planète, influence directement la quantité de CO2 restant dans l'atmosphère et, par conséquent, l'ampleur du réchauffement global.

Si la capacité d'absorption de l'océan diminue ou si les puits de carbone océaniques s'affaiblissent, une plus grande partie du CO2 émis restera dans l'atmosphère, accélérant le réchauffement. À l'inverse, si des solutions basées sur l'océan (comme la protection des écosystèmes côtiers riches en carbone tels que les mangroves et les herbiers marins, ou certaines approches de géo-ingénierie qui restent très controversées) peuvent être développées et appliquées de manière durable, elles pourraient contribuer à atténuer le problème.

La santé de l'océan n'est pas seulement une question environnementale ; elle est intrinsèquement liée à notre climat, à notre alimentation et à notre avenir. Protéger l'océan, c'est protéger un allié essentiel dans la lutte contre le changement climatique.

Questions fréquentes

Comment l'océan absorbe-t-il le CO2 ?

L'océan absorbe le CO2 via trois mécanismes principaux : la pompe de solubilité physique (dissolution directe), la pompe biologique (photosynthèse du plancton) et la pompe carbonatée (formation de coquilles).

Qu'est-ce que l'acidification des océans ?

L'acidification des océans est la baisse du pH de l'eau de mer causée par l'absorption excessive de CO2 atmosphérique, qui forme de l'acide carbonique et libère des ions hydrogène.

Le réchauffement de l'océan affecte-t-il son absorption de CO2 ?

Oui, le réchauffement de l'océan réduit sa capacité à dissoudre le CO2 atmosphérique, créant une boucle de rétroaction négative qui accélère le changement climatique.

Quel est le rôle du plancton ?

Le phytoplancton retire le CO2 de l'eau par photosynthèse, transférant le carbone dans la chaîne alimentaire et, une fois morts, les organismes aident à séquestrer le carbone dans les fonds marins.

L'océan peut-il absorber tout le CO2 que nous émettons ?

Non, l'océan a une capacité d'absorption limitée et un taux d'absorption lent. Une surcharge entraîne l'acidification et réduit son efficacité, ne pouvant compenser nos émissions actuelles.