Négliger l'alcalinité organique introduit plus d'erreur que l’hypothèse des rapports bore-salinité dans les calculs du système carbonaté des eaux saumâtres de la banquise arctique

Pourquoi de minuscules composants de la banquise comptent

L’océan Arctique est l’un des principaux passages de la planète pour l’extraction du dioxyde de carbone (CO2) de l’atmosphère, et la banquise y joue un rôle plus actif qu’on ne l’imagine. Les scientifiques décrivent généralement ce comportement à l’aide d’un indicateur chimique appelé alcalinité, qui reflète la capacité de l’eau de mer à tamponner les acides et à stocker le carbone. Classiquement, on suppose que cet indicateur est contrôlé presque entièrement par des sels et minéraux dissous simples. Cette étude montre que, dans la banquise arctique, une petite fraction d’alcalinité liée à la matière organique, souvent négligée, peut discrètement fausser nos estimations de la quantité de CO2 réellement absorbée par le système glace–océan.

Eau salée, océans gelés et organiques cachés

Lorsque l’eau de mer gèle, des cristaux de glace pure se forment et expulsent un liquide salé appelé saumure dans des canaux étroits à l’intérieur de la glace. Ces poches de saumure piègent non seulement le sel mais aussi la matière organique dissoute — des composés carbonés complexes issus de microalgues, de bactéries et des rivières qui se déversent dans l’Arctique. Des travaux antérieurs suggéraient que ces organiques pouvaient légèrement influencer l’alcalinité dans certaines mers côtières, mais leur rôle dans la banquise polaire restait mal documenté. Parallèlement, un autre composant de la chimie de l’eau de mer, le bore, est souvent estimé à partir de la seule salinité, bien qu’il puisse parfois s’en écarter. Les auteurs se sont donné pour objectif de mesurer directement à la fois les contributions organiques et le bore dans la banquise de l’est de l’Arctique et les eaux voisines afin de déterminer quelle source d’incertitude pèse le plus sur les calculs de CO2.

Ce que l’expédition a échantillonné dans la glace

Lors d’une campagne de recherche en 2023 dans le détroit de Fram et l’Arctique central, l’équipe a prélevé 140 échantillons de neige, de carottes de glace, d’eau de surface saumâtre, de saumure issue de trous percés dans la glace, ainsi que d’eaux sous et entre les banquises. Ils ont mesuré le carbone organique dissous (COD) pour évaluer la quantité de matière organique présente, puis utilisé une technique de rétro-titration spécialisée pour quantifier quelle part de l’alcalinité totale était réellement d’origine organique. Pour un sous-ensemble d’échantillons, ils disposaient aussi de mesures précises du pH, du carbone inorganique dissous et du bore, ce qui leur a permis de tester comment l’inclusion ou l’omission des organiques et du bore mesuré modifiait des paramètres clés du système carbonaté, tels que la pression partielle du CO2 (pCO2) et la tendance des minéraux carbonatés en calcium à se dissoudre ou à se former.

Alcalinité organique : petite fraction, grand effet

Les échantillons de saumure se sont distingués comme des points chauds à la fois en COD et en alcalinité organique. En moyenne, les organiques ne contribuaient que d’environ 0,1 à 1,0 % de l’alcalinité totale — une fraction apparemment minime — mais suffisante pour déplacer de manière notable la chimie carbonatée calculée. Le rapport entre l’alcalinité organique et le COD correspondait aux valeurs observées dans d’autres mers riches en organiques et influencées par la glace, comme la mer Baltique, ce qui suggère un comportement assez similaire de ces composés à travers des régions très différentes. Lorsque les chercheurs ont corrigé l’alcalinité en retirant la part organique et recalculé les paramètres carbonatés, la pCO2 calculée dans la saumure a augmenté jusqu’à 84 micro-atmosphères, tandis que l’état de saturation en carbonate de calcium (important pour les organismes qui forment des coquilles) a diminué de 0,2 à 0,3 unité. En d’autres termes, la saumure paraissait moins favorable à la formation de minéraux et plus chargée en CO2 que ne le laissaient supposer les calculs standards.

Bore vs organiques : quelle incertitude compte le plus ?

Parce que des travaux antérieurs dans la même zone montraient que le bore ne suit pas toujours son lien habituel avec la salinité, l’équipe a confronté deux types d’erreur : utiliser un rapport bore–salinité standard versus le bore mesuré, et inclure versus omettre l’alcalinité organique. Ils ont exécuté des scénarios modèles où ils changeaient uniquement le bore, uniquement les organiques, ou les deux, en partant toujours des mêmes mesures de carbone inorganique dissous et d’alcalinité. Les écarts induits par l’utilisation de l’hypothèse standard sur le bore étaient modestes : la pCO2 variait au maximum d’environ 5 micro-atmosphères, et les changements de pH et d’état de saturation minérale étaient faibles. En revanche, négliger l’alcalinité organique sous-estimait systématiquement la pCO2 (donnant l’impression que l’eau était plus disposée à absorber du CO2 atmosphérique) et surestimait la saturation minérale. Lorsqu’ils ont comparé différentes méthodes de calcul de la pCO2 sur les mêmes échantillons, la meilleure concordance provenait des méthodes incluant explicitement l’alcalinité organique, soulignant que même de petites contributions organiques améliorent la cohérence interne.

Ce que cela signifie pour l’absorption de CO2 en Arctique

L’étude conclut que, dans la saumure de la banquise arctique et les eaux juste sous la glace, ignorer l’alcalinité organique introduit des erreurs bien plus importantes dans les calculs du système carbonaté que l’hypothèse selon laquelle le bore suit sa relation habituelle avec la salinité. Comme la plupart des évaluations antérieures des échanges de CO2 dans ces régions se sont appuyées sur des calculs basés sur l’alcalinité sans tenir compte des organiques, elles ont probablement surestimé la capacité de la banquise et des eaux sous-glace à absorber le CO2 atmosphérique, en particulier pendant la fonte de printemps lorsque la saumure riche en organiques est libérée. Les auteurs recommandent que les campagnes polaires futures mesurent soit un pH très précis, soit l’alcalinité organique directement — et, au minimum, suivent le carbone organique dissous comme proxy — afin de mieux contraindre les bilans de carbone arctiques et les prévisions d’acidification des océans.

Citation: Rush, S., Lee, CH., Lee, K. et al. Neglecting organic alkalinity introduces greater error than assuming boron to salinity ratios in Arctic sea ice brine carbonate system calculations. Sci Rep 16, 9393 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39719-6

Mots-clés: banquise arctique, alcalinité organique, absorption de dioxyde de carbone, carbone organique dissous, chimie du carbonate