Un cratère volcanique en Indonésie, à plus de 2 350 mètres au-dessus du niveau de la mer, abrite le plus grand lac acide de la Terre, dont l’eau ressemble à de l’acide de batterie. Dans cet extrait de « Au-delà de la mer : la vie cachée dans les lacs, les ruisseaux et les zones humides » (Johns Hopkins University Press, 2024), auteur David Strayer examine la chimie extrême de certains des lacs naturels de notre planète et la vie qu’ils hébergent.
Je connais des gens qui aiment vraiment la chimie de l’eau. Ils passent toute la journée à réfléchir aux réactions redox, au bilan de masse, aux valences, aux indices de solubilité et aux mesures en spirale, et lorsque la journée de travail est terminée, ils sortent boire une bière avec leurs amis et parlent des réactions redox et des mesures en spirale. (D’après mon expérience, les passionnés de chimie de l’eau sont souvent aussi des connaisseurs de bière, ce qui a un sens étrange si l’on considère un verre de bière comme un type particulier de solution aqueuse.)
Ce sont des gens qui, lorsqu’on leur demande de nommer leur élément chimique préféré, répondent « ooh, ooh, je peux en avoir trois ? puis nommez-en cinq. Je suppose que vous ne faites pas partie de ces personnes.
Ainsi, au lieu d’entrer dans les détails, élément par élément fastidieux, sur l’énorme variation du contenu chimique des eaux intérieures, je vais juste parler brièvement de la façon dont le pH varie selon les eaux intérieures, supposons que cela soit suffisant pour faire valoir mon point de vue. sur la diversité chimique des eaux intérieures et passez à des sujets que vous préférez à la chimie de l’eau.
Vous vous souvenez peut-être, en chimie au lycée, que le pH est une mesure permettant de savoir si une substance est acide ou basique (ou « alcaline »). Les matériaux neutres (ni acides ni basiques) ont un pH de 7, les matériaux acides ont un pH inférieur à 7 (le vinaigre domestique a un pH d’environ 2,5) et les matériaux basiques ont un pH supérieur à 7 (l’ammoniac domestique a un pH d’environ 11,5). L’échelle de pH est logarithmique : une variation de pH d’une unité représente une variation de 10 fois de l’acidité (techniquement, une variation de 10 fois de l’acidité). activité d’ions hydrogène). Ainsi, le vinaigre à un pH de 2,5 a environ un milliard de fois plus d’activité en ions hydrogène que l’ammoniac à un pH de 11,5.
L’échelle logarithmique nous permet d’exprimer facilement d’énormes différences chimiques, mais nous permet d’oublier facilement que de petites différences sur l’échelle de pH peuvent signifier de grandes différences chimiques qui peuvent avoir de grandes conséquences.
Par exemple, l’océan a aujourd’hui un pH d’environ 8,1, ce qui nous indique qu’il est un peu basique. Les concentrations plus élevées de dioxyde de carbone dans l’air résultant de la combustion de combustibles fossiles ont fait chuter le pH de l’océan de 0,1 unité par rapport à sa valeur préindustrielle de 8,2, et les modèles suggèrent qu’il pourrait tomber à 7,8 d’ici 2100. Ces changements semblent mineurs et ne valent guère la peine. s’inquiéter. Mais un changement de 8,2 à 8,1 représente une augmentation des ions hydrogène de 26 %, et un changement de 8,2 à 7,8 signifie une augmentation de 150 %.
Ces changements suffisent à causer de graves problèmes à la vie marine. Les organismes comme les palourdes et les coraux qui fabriquent leur coquille à partir de carbonate de calcium ont de plus en plus de mal à construire et à entretenir leur coquille si le pH baisse de seulement quelques dixièmes de point. Les océanographes s’efforcent désormais de comprendre et de trouver des moyens de prévenir ou de gérer ces changements avant que nous ne perdions des parties importantes des écosystèmes océaniques lorsque le pH baisse de 0,3 ou 0,4 unités.
La plage de pH dans les eaux intérieures est bien supérieure aux quelques dixièmes de point si importants dans l’océan. Cela expose les organismes des eaux intérieures (et les processus chimiques) à une vaste gamme de conditions chimiques. La plupart des eaux intérieures ont un pH compris entre 4 et 9. Encore une fois, cette plage peut sembler modeste, mais elle représente une plage d’activité des ions hydrogène 100 000 fois supérieure. Et il y a des eaux qui se situent même en dehors de cette vaste gamme.
Les eaux intérieures naturelles les plus acides sont les lacs situés dans les cratères des volcans, comme Kawah Ijen en Indonésie. Ces lacs sont si riches en acide sulfurique qu’ils peuvent avoir un pH aussi bas que 0,1. Pour mettre cela en contexte, l’acide de batterie neuf a un pH d’environ 0,7. L’étiquette sur l’acide de batterie (dont, rappelons-le, est environ un quart aussi forte que l’eau de ce lac) prévient qu’il provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires et conseille aux consommateurs d’utiliser un équipement de protection individuelle, d’appeler immédiatement un centre antipoison en cas d’ingestion, et de l’éliminer dans une déchetterie agréée. Vous pourriez être sûr de deviner que rien ne vit dans ce lac.
Mais lorsque les scientifiques ont échantillonné Kawah Ijen (une entreprise qui nécessitait un équipement spécial ; comme vous pouvez l’imaginer, de nombreux équipements ordinaires comme des bateaux en aluminium se dissoudraient dans l’eau du lac), ils ont découvert une algue verte et trois sortes d’archéens vivant dans le lac.
Apparemment, aucun animal ne vit dans le lac. Cependant, l’eau acide de son cours d’eau de sortie est progressivement neutralisée à mesure qu’elle s’écoule vers l’aval, et les chercheurs ont découvert des larves de mouches appelées chironomides vivant dans le cours d’eau à l’endroit où le cours d’eau de sortie atteignait un pH d’environ 2,5 (comme le vinaigre, vous vous souvenez ?).
Et plus remarquable encore, non seulement ces espèces survivent dans des eaux très acides, mais certaines d’entre elles préfèrent même ces conditions difficiles. L’un des archéens vivant dans les eaux volcaniques peut tolérer le pH en dessous de 0 et pousse mieux à un pH de 0,7. Autrement dit, l’acide de la batterie a son pH idéal et le vinaigre et le jus de citron sont beaucoup trop doux pour son goût. (Si vous vous demandez jusqu’où peut descendre le pH des eaux non naturelles, un pH aussi bas que -3,6, oui, c’est moins 3.6, a été enregistré dans certaines eaux souterraines de Californie polluées par des déchets miniers. C’était un problème technique majeur pour les scientifiques que de comprendre ne serait-ce que comment mesurer un pH aussi bas.)
À l’autre extrémité du spectre, les lacs alcalins ont souvent un pH compris entre 9,5 et 11,5. Les lacs alcalins se trouvent généralement dans des régions si sèches que toute eau qui s’écoule dans le lac sort par évaporation plutôt que par un ruisseau de sortie. Cela permet aux minéraux dissous dans l’eau d’atteindre des concentrations très élevées. En fonction de la géologie environnante, ces lacs peuvent se transformer en lacs salés (comme le Grand Lac Salé dans l’Utah) remplis de chlorure de sodium (sel de table ordinaire) ou en lacs alcalins contenant beaucoup de carbonate de sodium (lessive de soude) et d’autres minéraux. qui donnent aux lacs un pH et une alcalinité si élevés.
Les lacs alcalins et les marais salants qui se forment lorsque le lac s’assèche complètement ont fait l’actualité ces derniers temps, car certains lacs et marais alcalins constituent une source majeure de lithium, nécessaire à la fabrication des batteries des voitures électriques et qui a d’autres utilisations. Les lacs alcalins apparaissent également dans les vieux westerns : des voyageurs desséchés qui n’avaient plus d’eau il y a deux jours tombent sur une mare désertique, et le novice du groupe se jette dans l’eau saumâtre et l’avale à grandes gorgées. Puis il s’éloigne de l’eau en trébuchant, en vomissant, après quoi le chef laconique du groupe remarque : « mauvaise eau ».
Encore une fois, on pourrait penser qu’une eau aussi mauvaise ne permettrait pas la vie. Comme c’est le cas des lacs volcaniques à l’acide corrosif, peu d’espèces autres que les microbes peuvent tolérer les conditions difficiles des lacs alcalins, mais ces quelques espèces peuvent être extrêmement productives. En fait, les lacs alcalins peuvent être parmi les eaux intérieures les plus productives en termes de quantité de biomasse cultivée chaque année.
Ainsi, contrairement au pH de l’océan, qui est très proche de 8,1, le pH des eaux intérieures s’étend sur une plage allant d’environ 0,1 à 11,5, ce qui représente une plage de 250 milliards de fois l’activité des ions hydrogène. La vie existe et prospère même sur cette immense étendue. Cette vaste gamme de pH présente à la fois un défi et une opportunité d’évolution pour produire des espèces dont l’écologie et la physiologie sont adaptées à une partie spécifique de celle-ci : différentes espèces pour les eaux fortement acides, les eaux légèrement acides, les eaux neutres, les eaux légèrement alcalines et les eaux fortement alcalines. eaux alcalines.
Extrait de « Au-delà de la mer : la vie cachée dans les lacs, les ruisseaux et les zones humides » par David Strayer. Copyright 2024. Publié avec la permission de Johns Hopkins University Press.
