Un biais systématique du pH mesuré par les flotteurs conduit à une surestimation du pCO2 dérivé et à une sous‑estimation de l’absorption de carbone par l’océan Austral

Pourquoi de minuscules mesures océaniques comptent

L’océan Austral, vaste couronne d’eaux entourant l’Antarctique, absorbe silencieusement une part disproportionnée de l’excès de chaleur et du dioxyde de carbone de la planète. Parce qu’il est isolé et souvent agité, les scientifiques s’appuient de plus en plus sur des flotteurs profileurs robotisés plutôt que sur des navires pour suivre la quantité de CO2 réellement absorbée par cet océan. Cette étude montre qu’une erreur subtile mais systématique dans la mesure de l’acidité (pH) par ces flotteurs conduit à surestimer la quantité de CO2 dissous dans l’eau — et donc à sous‑estimer la quantité de carbone que l’océan Austral absorbe réellement de l’atmosphère.

Des robots qui observent un océan difficile d’accès

Les flotteurs Argo biogéochimiques sont des instruments dérivants qui plongent de la surface jusqu’à environ 2 000 mètres tous les quelques jours, mesurant la température, la salinité, l’oxygène, les nutriments et le pH. Dans l’océan Austral, de vastes réseaux de ces flotteurs fournissent désormais des mesures bien plus fréquentes que ce que pourraient obtenir des navires. À partir du pH et d’une valeur estimée d’une autre propriété chimique appelée alcalinité, les scientifiques calculent la pression partielle de CO2 (pCO2) dans l’eau de mer, utilisée ensuite pour estimer les échanges de CO2 entre l’océan et l’atmosphère. De façon surprenante, les calculs fondés sur les flotteurs ont suggéré que l’océan Austral émet globalement du CO2, en contradiction avec les mesures réalisées depuis des navires et des avions qui indiquent qu’il s’agit d’un puits net de carbone.

Comparer les robots et les navires dans des eaux anciennes et profondes

Pour déterminer si l’on doit incriminer les flotteurs ou les observations traditionnelles, les auteurs ont comparé les profils des flotteurs avec des données navales de haute qualité issues du Global Ocean Data Analysis Project. De manière cruciale, ils se sont d’abord concentrés sur des masses d’eau profondes isolées de l’atmosphère depuis avant l’ère industrielle et contenant donc très peu de carbone d’origine humaine. Dans ces eaux « anciennes », toute différence entre les mesures des flotteurs et celles des navires devrait principalement refléter un biais instrumentale plutôt qu’un changement environnemental réel. La comparaison a montré que les relevés des flotteurs et des navires concordent étroitement pour la température, la salinité, l’oxygène, les nitrates et l’alcalinité, mais pas pour le système du carbone : le pH mesuré par les flotteurs est en moyenne environ 0,021 unité plus faible que le pH mesuré depuis les navires, et le pCO2 dérivé des flotteurs est d’environ 20 micro‑atmosphères plus élevé.

Biais de haut en bas, pas seulement à la surface

En regroupant les données par bandes de profondeur, l’étude a révélé que ces écarts sont présents dans une grande partie de la colonne d’eau, en particulier entre 200 et 1 500 mètres, et ne diminuent qu’aux couches les plus profondes. Parce que les valeurs de pCO2 des flotteurs sont calculées à partir du pH et de l’alcalinité, et que l’alcalinité concorde bien entre flotteurs et navires, le coupable le plus probable est un décalage systématique dans les mesures du capteur de pH et dans la manière dont elles sont corrigées. Le traitement actuel suppose qu’un ajustement unique déterminé vers 1 500 mètres s’applique également à toutes les profondeurs. Le motif de dépendance à la profondeur de la discordance suggère que cette approche en un point n’est pas toujours valide : la correction semble fonctionner raisonnablement bien en dessous de 1 500 mètres mais laisse un résidu d’erreur notable plus haut dans la colonne d’eau.

Comment des erreurs de surface faussent les estimations de flux de carbone

Étant donné que l’échange air–mer de CO2 dépend directement du pCO2 de surface, les auteurs ont ensuite quantifié le biais juste à la peau de l’océan. En utilisant une analyse combinée des déviations du CO2 et de l’oxygène par rapport à leurs valeurs d’équilibre, ils ont estimé que le pCO2 de surface dérivé des flotteurs est biaisé à la hausse d’environ 14 micro‑atmosphères. Une comparaison indépendante avec un produit mondial de pCO2 de surface basé sur des mesures directes depuis des navires et autres a donné une valeur très similaire, d’environ 17 micro‑atmosphères. Ensemble, ces éléments de preuve indiquent un biais moyen de surface de 15±3 micro‑atmosphères à partir de centaines de profils de flotteurs dans l’océan Austral — sensiblement plus grand que ce qui était supposé précédemment. Des tests statistiques montrent que ce décalage ne peut pas s’expliquer par des erreurs de mesure aléatoires, des variations saisonnières ou des tendances d’acidification à long terme.

Ce que cela change pour notre vision de l’océan Austral

Si les valeurs de pCO2 de surface des flotteurs sont systématiquement trop élevées, des études antérieures ont sous‑estimé le rôle de l’océan Austral comme puits de carbone. En utilisant des relations publiées entre le biais de pCO2 et le flux de carbone, les auteurs estiment que la correction de cette erreur inverserait les estimations fondées sur les flotteurs, passant d’un rejet net de CO2 à une absorption nette, et les rapprocherait grandement des évaluations réalisées depuis des navires et des avions. Autrement dit, plutôt que de nous tromper, l’océan Austral pourrait absorber sensiblement plus de CO2 d’origine humaine que ne le laissaient entendre certaines analyses basées sur les flotteurs. L’étude conclut qu’une calibration du pH des flotteurs plus sophistiquée et tenant compte de la profondeur — étayée par la poursuite de mesures navales de haute qualité — sera essentielle pour exploiter pleinement les systèmes d’observation autonomes tout en maintenant notre bilan global du carbone sur des bases solides.

Citation: Zhang, C., Wu, Y., Brown, P.J. et al. A systematic bias in float pH leads to overestimation of derived pCO₂ and underestimation of carbon uptake by the Southern Ocean. Sci Rep 16, 13929 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43863-4

Mots-clés: puits de carbone de l’océan Austral, biais du pH océanique, flotteurs Argo biogéochimiques, flux air–mer de CO2, cycle du carbone océanique