Le CO2 est un des principaux gaz incriminés dans le réchauffement climatique, à cause de son rôle dans l’effet de serre. Sa quantité a augmenté significativement depuis la révolution industrielle avec la combustion des matières organiques.
Tout le CO2 produit s’accumule-t-il dans l’atmosphère, ou aussi dans d’autres réservoirs ? Nous avons illustré différents moyens de produire du CO2 et d’en absorber au moyen de petites expériences, utilisant de l’eau de chaux comme indicateur de la présence de CO2. L’eau de chaux se trouble en présence de CO2, ceci étant dû à la formation d’un précipité de CaCO3.
Quels sont les différents réservoirs de CO2 ?
Expérience n°1
De l’eau de chaux est mise au contact d’eau ou d’air (voir tableau).
| Eau | Eau + eau de chaux | Eau de chaux dans un tube fermé | Eau de chaux au contact de l’air |
|---|---|---|---|
| Transparent | Trouble | Transparent | Trouble |
L’eau de chaux au contact de l’air et de l’eau se trouble. En effet, l’eau et l’air contiennent du CO2. Le CO2 est d’ailleurs en équilibre entre les océans et l’atmosphère.
Le CO2 est constitué d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène. Il peut être transformé lors de réactions chimiques, et s’accumuler dans de nouveaux réservoirs sous forme de carbone organique (dans la matière organique, exemple : charbon, pétrole) ou inorganique (exemple : calcaire).
Expérience n°2
Si l’on brûle du papier (c’est-à-dire de la matière organique), l’eau de chaux située dans le même récipient se trouble: la combustion du papier libère donc du CO2. Le papier (et l’ensemble de la matière organique) contient du carbone.
Expérience 3
Si l’on ajoute quelques gouttes d’acide (ici du vinaigre) sur de la craie, il se produit une effervescence et l’eau de chaux située dans le même récipient se trouble. L’action de l’acide sur la craie libère donc du CO2.La craie (et l’ensemble des carbonates) contient donc du carbone. La réaction d’un acide sur de la craie conduit à la libération de CO2. Au contraire, la formation des carbonates dans l’océan nécessite du CO2 dissous dans l’eau. Le CO2 étant en équilibre entre l’atmosphère et l’océan, si la formation des carbonates puise du CO2 dans l’océan, elle va en puiser indirectement dans l’atmosphère. Les carbonates constituent donc un réservoir de CO2.
Les activités humaines produisent du CO2. En effet, en brûlant, la matière organique libère le carbone qu’elle contient sous forme de CO2. L’homme produit du CO2 par combustion de ces matières organiques dans les voitures, usines, maisons… Mais du CO2 est aussi produit naturellement par les différents organismes. Par exemple, en fermentant les microorganismes libèrent du CO2, que l’on peut retrouver sous forme de petites bulles de gaz dans le champagne. Au contraire, certains consomment du CO2, comme les végétaux au cours de la photosynthèse. Quels sont les échanges de CO2 ?
Les échanges de CO2 entre les différents réservoirs
Expérience
Nous avons illustré différents échanges de CO2 (voir tableau), mis en évidence avec de l’eau de chaux.
| Eau de chaux dans un tube fermé | Eau de chaux dans laquelle on souffle à l’aide d’une paille |
|---|---|
| Transparent | Trouble |
Les organismes (animaux et plantes) produisent du CO2 par la respiration.
Rassemblons tous ces renseignements sur un schéma du cycle du carbone.
Les différents réservoirs de carbone sont signalés : les réservoirs de carbone organique (les êtres vivants, le pétrole), les réservoirs de carbone inorganique (les calcaires), et les réservoirs de CO2 atmosphérique et océanique. Les différents échanges naturels de carbone entre les différents réservoirs sont illustrés : en vert pour les échanges êtres vivants/atmosphère (respiration et photosynthèse) et en bleu pour les échanges entre l’air et l’eau. Les échanges dus aux activités humaines sont rajoutés en rouge.
Les activités humaines provoquent donc une augmentation de CO2 dans l’atmosphère. Mais est-ce que tout le CO2 produit s’accumule dans l’atmosphère ?
Il existe de régulations naturelles de la quantité de CO2. Une partie de l’excès de CO2 serait absorbé par les végétaux au cours de la photosynthèse et par l’océan au travers des échanges océan/atmosphère. Cependant ces régulations naturelles ne peuvent absorber tout l’excès de CO2 .
Le cycle du carbone est en fait constitué de trois cycles ayant des constantes de temps différentes. Les échanges êtres vivants/atmosphère sont rapides, tandis que les échanges océans/atmosphère se font plus lentement. Enfin, les échanges roches/atmosphère avec d’un côté émission de CO2 par les volcans et de l’autre précipitation de CO2 dans les carbonates se font encore plus lentement.
Pour aller plus loin
- D’après une animation scientifique réalisée par 6 jeunes enseignants et étudiants normaliens pour le festival Paris-Montagne en juillet 2006
- Quelques expériences simples sur l’autre problème du CO2 : l’acidification des océans • Alain Mazaud, La Météorologie, volume 90, p. 20, 2015.
Merci à Camille Risi (LMD-IPSL).