L'une des conséquences des activités humaines est l’acidification des océans. Ce phénomène désigne la diminution progressive (étendue sur plusieurs décennies) du pH des eaux de mer au fur et à mesure qu’une quantité croissante de dioxyde de carbone atmosphérique y est absorbée. En raison de son importance dans la régulation du climat et sur le plan économique, l’observation des océans, en particulier le phénomène d’acidification, est devenue une préoccupation des politiques publiques tant à l’échelle européenne qu’internationale.

Objectifs

Offrir un appui aux stratégies climatiques internationales et européennes en développant une infrastructure métrologique pour les mesures spectrophotométriques de pHT des eaux marines

Etablir la traçabilité métrologique de mesures spectrophotométriques à travers des étalons primaires internationalement reconnus

Evaluer l’incertitude de la mesure spectrophotométrique de pHT  

Fournir des outils appropriés pour la validation de la méthode de mesure spectrophotométrique du pHT des eaux marines i.e. Matériaux de Reference Certifiés, organisation des comparaisons inter-laboratoires.

Utiliser les résultats pour initier des actions en vue de la révision de la norme ISO 18191:2015.

Résumé et premiers résultats

L’environnement marin est soumis à de fortes pressions environnementales liées au développement des activités humaines (activités industrielles, développement urbain, trafic maritime, etc). Plusieurs travaux scientifiques démontrent l’effet néfaste de ces activités sur les eaux marines, notamment sur les équilibres des écosystèmes, et demandent des actions concrètes pour protéger et conserver le milieu marin sain et productif.

À l’échelle planétaire, le pH moyen des océans est actuellement de 8,1, soit 0,1 de moins qu’il y a 250 ans (sur une échelle de 0 à 14, pour rappel). Cela peut paraitre insignifiant, mais comme l'échelle de pH est logarithmique, une diminution de 1 pH représente une augmentation de l'acidité par un facteur 10. Ainsi, l’observation et la quantification d’acidification des eaux marines fait l’objet de plusieurs initiatives européennes et internationales.

A l’échelle internationale, la Commission Océanographique Intergouvernementale (IOC) de l’UNESCO a élaboré récemment une méthodologie dont l’objectif est de « réduire au minimum les conséquences de l’acidification des océans et d’y faire face, notamment en renforçant la coopération scientifique à tous les niveaux ». La méthodologie a pour but d’indiquer quelles mesures de l’acidification des océans et des paramètres associés doivent être réalisées, à quels endroits et selon quelles modalités. Un chapitre entier est dédié à la « Qualité des données », indispensable pour des interprétations fiables.

Au niveau européen, l'Union Européenne (UE) agit contre le changement climatique en étroite coopération avec des partenaires internationaux. La Directive Cadre Stratégie pour le Milieu Marin (DCSMM), adoptée en 2008 pour ensemble de mers européennes, encourage l’existence des « dispositions relatives à l’adoption de normes méthodologiques pour l’évaluation de l’état du milieu marin, la surveillance et les objectifs environnementaux, pour la transmission et le traitement des données […] ». Pour illustrer et communiquer sur des phénomènes complexes tel que l’acidification des eaux marines, l'Agence Européenne pour l'Environnement (EAA), a défini « l’acidification des océans » comme un des indicateurs descriptifs du climat permettant de suivre les changements dans l'océan associés au changement climatique.

En 2013, la Commission Européenne a adopté une stratégie relative à l'adaptation au changement climatique, dans laquelle les organisations européennes de normalisation ont été invitées à contribuer aux efforts européens visant à rendre l'Europe plus résiliente au changement climatique. La stratégie met en évidence le rôle clé des documents normatifs. En effet, dans un livre blanc (white paper), la communauté océanographique reconnait que « la collaboration avec des organismes de normalisation, à travers la création de groupes de travail, sera une partie nécessaire de l’effort qui mènera à une meilleure cohérence » des résultats de mesure. Cependant, les documents normatifs permettent d’offrir l’infrastructure d’harmonisation souhaitée par la communauté océanographique à condition que les normes s’appuient sur des spécifications techniques qui tiennent compte des concepts métrologiques.

L’acidification des océans est un phénomène lent, se déroulant sur une échelle temporelle étendue (plusieurs décennies). Compte-tenu des faibles changements à petite échelle mais entraînant un impact fort sur le long terme, l’exigence sur les incertitudes de mesures de pH définie par les experts du réseau mondial d'observation de l'acidification des océans (Global Ocean Acidification Observing Network - GOA-ON) se situent à ± 0.003 pH (k = 1), soit un niveau similaire aux étalons primaires. Pour y parvenir, les océanographes ont introduit un nouveau mesurande, le pH total (pHT). Le pHT mesure une concentration en protons totaux c'est-à-dire les protons libres et les protons impliqués dans les associations avec d’autres ions, principalement avec les ions sulfates : pHT = - lg(mHT).

En routine, le pHT est mesuré par la méthode spectrophotométrique (optique) qui est détaillée dans la norme ISO 18191:2015 « Determination of pHt in seawater – Method using the indicator dye m-cresol purple ». Cependant, cette norme n’offre pas des garanties de qualité suffisantes et à la hauteur des enjeux économiques, climatiques, règlementaires et sociétaux. C’est pourquoi, le projet se propose de réviser cette norme par un apport métrologique.

Impacts scientifiques et industriels

La norme révisée fournira à la communauté océanographique un document adapté à leurs besoins c’est à dire leur permettant de quantifier l’acidification des eaux marines dans le contexte lié au changement climatique (incertitude type de ± 0.003 pHT) ou dans un objectif de suivi d’une pollution (incertitude type de ± 0.02 pHT), selon les critères définis par le GOA-ON. Le document normatif sera applicable aux conditions environnementales représentatives des eaux de transition (estuaire, delta) et des eaux hauturières i.e. salinités pratiques entre 5 et 40 ainsi que des températures entre 0 et 30 °C. Ceci permettra d’approfondir les connaissances de l’ensemble du milieu marin, une condition sine qua non pour le protéger plus efficacement et pour soutenir un développement maritime durable.

Le projet aura un impact à tous les niveaux de la chaine de traçabilité :

  • Les instituts nationaux de métrologie (NMI) et instituts désignés (DI) disposeront des nouvelles capacités d'étalonnage et de mesure (CMC) leur permettant de développer des offres commerciales et fournir des meilleurs services (d’étalonnage et d’expertise) aux acteurs impliqués dans les études d'acidification des océans.
  • Les laboratoires d’étalonnage océanographiques pourront s’appuyer sur l’accompagnement des instituts nationaux de métrologie pour implémenter un réseau d’étalonnage transnational permettant de rationaliser les dépenses liées à la collecte des données et mettre en place un system d’accréditation basé sur les principes de l’ISO 17025. D’autres paramètres océaniques essentiels (Essential Ocean Variables – EOV) pourront s’inspirer de travail de normalisation et d’harmonisation des pratiques proposé dans le cadre de ce projet.
  • Les instituts océanographiques, les scientifiques telles que les climatologues et les spécialistes de l'environnement ou les fabricants d’instruments bénéficieront d’une procédure de mesure de pHT harmonisée permettant d’obtenir de résultats de mesures de pHT traçables à des référence internationalement reconnues et donc comparables à long-terme.
  • Le développement des Matériaux de Référence Certifiés (MRC) ou la réalisation d’un budget d’incertitudes stimuleront le développement de capteurs utilisés pour les mesures de pHT in-situ qui offriront, par exemple, la possibilité d’un étalonnage automatique in-situ ou l’évaluation de l’incertitude en temps réel. Ceci permettra d’élargir et densifier les zones d’observation environnementale et climatique.
    • Le développement des Matériaux de Référence Certifiés (MRC) ou la réalisation d’un budget d’incertitudes stimuleront le développement de capteurs utilisés pour les mesures de pHT in-situ qui offriront, par exemple, la possibilité d’un étalonnage automatique in-situ ou l’évaluation de l’incertitude en temps réel. Ceci permettra d’élargir et densifier les zones d’observation environnementale et climatique.
    • La mise en pratique des concepts métrologiques contribuera à améliorer la qualité des données de pHT collectées qui alimentent les bases de données européennes et internationales. L’utilisation des données de pHT plus fiables contribueront à améliorer les modèles climatiques sur lesquels s’appuient les autorités pour prendre les décisions nécessaires pour lutter contre le dérèglement climatique et par la même occasion tenir leurs engagements pris lors des accords internationaux tels que l'Accord de Paris de 2015, ou satisfaire les directives européennes.

Partenaires

  • LNE (France) – coordinateur,
  • DFM (Danemark),
  • IPQ (Portugal),
  • PTB (Allemagne),
  • SYKE (Finlande),
  • GEOMAR (Allemagne),
  • IFREMER (France)