Ce qu’on appelle la "carbonatation" de l’eau, c’est le processus de passage dans l’eau du gaz dioxyde de carbone CO₂ présent dans l’air.

Le dioxyde de carbone a une solubilité relativement élevée dans l’eau, d’autant plus que l’eau est froide: à 50°C, une eau pure sera saturée en CO₂ à 0.58 grammes par litre, tandis que près de 0°C, il sera possible d’introduire jusqu’à 3.5 grammes de CO₂ par litre.

Le dioxyde de carbone qui se solubilise dans l’eau peut être littéralement visualisé comme étant des molécules de CO₂ se retrouvant entourées de molécules d’eau H₂O. Si ce processus était le seul à affecter l’interaction entre le dioxyde de carbone et l’eau, la quantité de CO₂ qui passerait dans l’eau serait alors négligeable.

Seulement voilà, le dioxyde de carbone et l’eau peuvent aussi réagir chimiquement, c’est-à-dire former créer des liaisons, se transformer et produire une nouvelle molécule, l’acide carbonique, dont la formule est H₂CO₃. On constate qu’une molécule de H₂CO₃ contient autant d’atomes d’hydrogène H, de carbone C et d’oxygène O, qu’une molécule de CO₂ et une molécule de H₂O. Grâce à cette réaction et à la formation d’acide carbonique, il devient alors possible de dissoudre beaucoup plus de dioxyde de carbone dans l’eau.

Mais cela n’est pas fini, car l’acide carbonique est, comme son nom l’indique, un acide, et qu’une fois formé dans l’eau, il peut réagir comme tous les acides, à savoir perdre un de ses deux protons (entité acide H⁺) pour devenir un ion appelé bicarbonate de formule HCO₃-, ou même perdre ses deux protons pour devenir un ion appelé carbonate de formule CO₃2-.

Il existe évidemment un équilibre subtil entre les proportions de dioxyde de carbone, d’acide carbonique H₂CO₃, de bicarbonate HCO₃-, et de carbonate CO₃2-.

En conclusion, la solubilisation de dioxyde de carbone CO₂ dans l’eau conduit à la formation d’ions bicarbonate HCO₃- et carbonate CO₃2-, d’où le nom de carbonatation de l’eau.

Lors de la préparation de sodas, qui sont des boissons gazeuses, l’objectif est d’obtenir des boissons qui pétillent, donc qui contiennent beaucoup de dioxyde de carbone. C’est la raison pour laquelle les bouteilles de sodas ont une pression interne qui peut être élevée; cette pression vient du fait que lors de la mise en bouteille, du dioxyde de carbone est artificiellement introduit dans la bouteille à pression suffisamment élevée pour que sa concentration soit grande. Sans dioxyde de carbone, le soda serait bien plat…