Le CO2

Le CO2, appelé également dioxyde de carbone ou gaz carbonique, est une molécule chimique composée d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène.

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Le CO2 est incolore, inodore, dense et très stable. Le CO2 est un gaz à effet de serre (GES) que l’on retrouve en proportion d’environ 0,03% dans l’atmosphère. Un  GES peut être défini comme « un gaz présent dans l’atmosphère, d’origine naturelle ou anthropique, qui absorbe et renvoie les rayons infrarouges en provenance de la surface terrestre » (OQLF, 2005).

Que représente une tonne de CO2 ?

À une température de 0°C et à pression ambiante, une tonne (1000 kg) de CO2 occupe environ un volume de 505 m3. Cela représente un cube d’environ 8 mètres de côté.

Lorsque les conditions de température et de pression augmentent au-delà du point critique de 31,1°C et 73,8 bar (environ 74 fois la pression atmosphérique), le CO2 passe à un état dit « supercritique ». C’est-à-dire que le CO2 est alors dense comme un liquide tout en se comportant comme un gaz au niveau de la diffusion. Ces conditions sont rencontrées à une profondeur d’au moins 800 mètres sous la surface de la Terre. Une fois stockée dans un réservoir géologique à  1000 mètres de profondeur, une tonne de CO2 pur à l’état supercritique occupe un volume de 1 à 2 m3, soit environ 250 à 350 fois moins d’espace qu’à la surface de la Terre. Il est donc possible de stocker de grandes quantités de CO2 dans un plus petit volume, ce qui représente un avantage majeur de stockage géologique du CO2.

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Comparaison du volume occupé par une tonne de CO2 gazeux à la surface de la Terre et à une tonne de CO2 à environ 1000 mètres de profondeur à l’état supercritique.

Origine et effets du CO2

Le CO2 est inévitablement produit lors de la combustion d’énergies fossiles comme le pétrole, le gaz naturel ou le charbon. Du CO2 est également émis par certains procédés industriels (réactions chimiques lors de la fabrication de ciment, réactions chimiques dans les alumineries, …). D’après le GIEC, plus de la moitié des émissions mondiales de CO2 est produite par des sources concentrées et localisées appelées « grands émetteurs » (IPCC, 2005). Il s’agit, par exemple, des centrales thermiques, des cimenteries, des raffineries, des usines sidérurgiques, et des alumineries.

L’augmentation de la concentration des GES dans l’atmosphère, comme le CO2, contribue aux changements climatiques. En effet, ces gaz retiennent une grande part du rayonnement solaire même s’ils constituent moins de 1% de l’atmosphère. En un siècle, les concentrations de GES dans l’atmosphère ont augmenté de 50% ; celles de CO2 de 31%.

Le cycle du carbone

Le cycle du carbone est un cycle particulièrement complexe. Il correspond à l’ensemble des échanges de molécules de carbone (CO2, matière organique, méthane, calcaire, charbon, …) entre les quatre grands réservoirs de carbone de notre planète : l’atmosphère, la biosphère, l’hydrosphère, la lithosphère. Ces échanges sont le résultat de nombreux processus chimiques, physiques, géologiques et biologiques.

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Cycle du carbone simplifié.

Dans l’atmosphère, le carbone est présent sous forme de CO2 et de méthane (CH4). Une partie du carbone atmosphérique est absorbée par les plantes lors de la photosynthèse. Cette réaction biochimique leur permet de fixer le carbone de l’air pour former des molécules organiques. Lors de la respiration de la biosphère, de la combustion ou de la dégradation de matières organiques, du CO2 et/ou du CH4 sont produits et retournent à l’atmosphère.

Une autre partie, plus conséquente, du carbone atmosphérique est absorbée par les océans. Ces derniers relâcheront aussi une certaine quantité de carbone vers l’atmosphère. Le reste du carbone absorbé se retrouvera au fond des océans, sous forme de sédiments marins.

Les émissions de CO2 induites par l’activité humaine, lors de la combustion d’énergies fossiles par exemple, déséquilibrent les échanges naturels entre les réservoirs ci-dessus. Le CO2 s’accumule alors dans l’atmosphère, renforçant ainsi l’effet de serre. En effet, le carbone sous forme d’hydrocarbures et de charbon ne retournerait pas à l’atmosphère sans l’intervention de l’homme qui l’extrait et le brûle pour remplir ses besoins énergétiques.

Toutefois, en vertu du cycle du carbone, tout le CO2 émis par l’homme dans l’atmosphère n’y reste pas. Il se répartit, notamment, entre la biosphère et les océans. De par ce constat, il est impossible de donner une durée de vie précise du CO2 dans l’atmosphère. Néanmoins, en moyenne, on peut considérer que 100 ans sont nécessaires pour qu’un nouvel équilibre stable soit retrouvé entre les différents réservoirs de carbone (de Perthuis,C. (2009) Et pour quelques degrés de plus… Nos choix économiques face au risque climatique. Pearson, 320 pages).