Cycle du carbone


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Cette page présente le cycle global du carbone et les effets de l'activité humaine sur celui-ci. Pour en savoir plus sur le cycle du carbone indépendamment de l'activité humaine, consultez la page : Cycle naturel du carbone

Le cycle du carbone est le flux de carbone (sous diverses formes, comme le dioxyde de carbone ou le méthane) dans l'atmosphère, les océans, la biosphère terrestre et la lithosphère.[1] Le cycle du carbone surveille l'échange de carbone parmi les « réservoirs de carbone » de la Terre, qui stockent et transportent le carbone de nombreuses manières.[2] Le flux est mesuré en GtC/an (gigatonnes de carbone par an), et il peut être stocké sous forme gazeuse, liquide et solide dans l'atmosphère, sur terre et dans la mer.[2]

La quantité de carbone contenue dans ces réservoirs est mesurée en gigatonnes (GtC) : 1 gigatonne, ou 1 trillion de kilogrammes de carbone, équivaut au poids d'environ 200 millions d'éléphants ! Pour mieux visualiser ces chiffres, cliquez ici.

Des centaines de gigatonnes de carbone circulent chaque année à travers le cycle du carbone au cours de cet échange de matière mondial. C'est toutefois le carbone net qui nous intéresse, soit environ 4 gigatonnes ajoutées à l'atmosphère par an, comme le montre la figure 1. Pour clarifier, il s'agit de gigatonnes d'atomes de carbone. Le carbone se lie à l'oxygène pour former du dioxyde de carbone. 4 gigatonnes de carbone « lié » à l'oxygène correspondent à 14.6 gigatonnes de dioxyde de carbone ajoutées au cycle chaque année. Cette augmentation du carbone est liée aux activités humaines et sera explorée plus en détail ci-dessous.

Cycle naturel du carbone

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Le cycle naturel du carbone est maintenu presque en équilibre ; les animaux et les plantes émettent du CO2 dans l'atmosphère par la respiration, tandis que les plantes l'absorbent par la photosynthèse. L'océan échange également du CO2 avec l'atmosphère, ce qui se fait dans un équilibre presque parfait. Ce cycle se produit rapidement, car une molécule typique de CO2 ne passe qu'environ 5 ans dans l'atmosphère.[3]Il est important de ne pas confondre cela avec la durée d'augmentation du carbone dans le cycle, qui est bien plus longue ! Consultez ci-dessous pour plus d'informations sur la durée de vie du carbone dans l'atmosphère.

Effet des humains sur le cycle du carbone

Il a été mentionné plus haut que le cycle du carbone présente une augmentation nette du carbone chaque année. Le carbone ajouté doit venir de quelque part, mais son origine exacte n'est pas toujours évidente. Ce carbone est extrait à l'état brut (de combustible fossile) de la croûte terrestre. Il est ensuite utilisé comme combustible pour répondre aux différents besoins en énergie. Les humains affectent le cycle naturel, principalement par la combustion de combustibles fossiles, la fabrication de ciment et l'abattage des forêts, comme on peut le voir en rouge dans la figure 1 ci-dessous[4]. Il en résulte une augmentation nette du carbone dans l'atmosphère et les océans, qui est à l'origine de l'effet de réchauffement et de l'acidification des océans. En observant les chiffres de la figure, essayez plutôt d'imaginer 125 millions d'éléphants pour chaque valeur entière indiquée !

Les effets du réchauffement et de l'acidification des océans créent des boucles de rétroaction positives. Celles-ci peuvent avoir des effets désastreux sur le cycle du carbone, car elles peuvent amplifier les effets de l'ajout de carbone dans l'atmosphère. Par exemple, l'acidification des océans provenant des excès de CO2 absorbé peut nuire à la vie marine, qui tient un rôle important dans le cycle du carbone océanique.[3]

Figure 1. Le cycle du carbone de la Terre. Les chiffres représentent la masse de carbone en gigatonnes (pas les molécules, seulement le carbone) qui est impliquée. Le texte jaune représente le cycle naturel du carbone, le texte rouge montre les influences humaines.[5] Notez que les 9 gigatonnes de carbone que les humains émettent (~35 gigatonnes de dioxyde de carbone) deviennent, chaque année, 4 gigatonnes supplémentaires dans l'atmosphère, 3 gigatonnes supplémentaires dans la photosynthèse et 2 gigatonnes supplémentaires dans l'océan. C'est ainsi que le cycle naturel du carbone est modifié par les humains.

Le méthane (CH4), le monoxyde de carbone et le carbone noir sont tous présents dans l'atmosphère, et chacun a des effets variables sur la planète. La quantité de chacun de ces polluants dans l'atmosphère a augmenté rapidement : la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère a augmenté d'environ 40 % depuis l'ère industrielle, et le méthane d'environ 150 %.[6] Avant cela, ces niveaux étaient relativement stables depuis environ 10 000 ans.[7] L'effet de forçage climatique du méthane est environ un tiers de celui du dioxyde de carbone, ce qui fait qu'il est considéré comme le deuxième gaz à effet de serre le plus important.

La gestion des émissions de CO2 provenant de la combustion de combustibles fossiles est une préoccupation centrale sur le plan technologique, économique et politique.[8]

Figure 2. Le carbone est enfermé dans des réservoirs souterrains, puis extrait et utilisé par l'être humain au moyen de la combustion. Cela entraîne une libération de dioxyde de carbone (et d'autres composés du carbone) qui, autrement, n'atteindrait pas l'atmosphère, ce qui se traduit par une augmentation nette du carbone dans le cycle.[9]

Évolution du carbone dans l'atmosphère

Comme indiqué précédemment, une molécule de dioxyde de carbone typique ne reste dans l'atmosphère que pendant environ 5 ans. Ces chiffres semblent encourageants, mais ils ne donnent pas toute la mesure de la situation. Si les humains cessaient instantanément d'agir sur le cycle du carbone, il faudrait environ 100 ans pour que la moitié du carbone que les humains ont émis dans l'atmosphère se retrouve dans les profondeurs des océans ou des terres. Toutefois, comme il y a de moins en moins de carbone d'origine humaine dans le cycle, il faut plus de temps au cycle pour s'en débarrasser. Il faudra des milliers d'années pour que ce carbone soit presque totalement éliminé, et à ce moment-là, il sera peut-être déjà trop tard pour en inverser les effets.[3]

Simuler les effets du carbone dans l'atmosphère

Pour voir une simulation interactive détaillée de la façon dont le dioxyde de carbone et le méthane sont liés et comment ils affectent les conditions futures de l'atmosphère et de la température de la Terre, cliquez ici. Conseil : Regardez d'abord la courte « Video Introduction » sur l'onglet de côté pour apprendre les bases de la simulation, ensuite cliquez sur « Run this model » en haut. Les onglets « How To » et « Things to Do » donnent également plus d'informations sur la manière d'utiliser efficacement la simulation.

En savoir plus

Références

  1. IPCC, 2012: Glossary of terms. In: Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation [Field, C.B., V. Barros, T.F. Stocker, D. Qin, D.J. Dokken, K.L. Ebi, M.D. Mastrandrea, K.J. Mach, G.-K. Plattner, S.K. Allen, M. Tignor, and P.M. Midgley (eds.)]. A Special Report of Working Groups I and II of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Cambridge University Press, Cambridge, UK, and New York, NY, USA, pp. 555-564.
  2. 2,0 et 2,1 M. Melieres and C. Marechal, "Warming in the 20th century," in Climate Change: Past, Present and Future 1st ed., U.K.: Wiley, 2015, ch.29, sec.1, pp. 298-301
  3. 3,0 3,1 et 3,2 R. Wolfson, "Carbon: A Closer Look" in Energy, Environment, and Climate, 2nd ed., New York, NY: W.W. Norton & Company, 2012, ch. 13, sec. 5, pp. 357-361
  4. IPCC, FAQ: What Factors Determine Earth’s Climate? [Online], Available: https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/faq-1-1.html
  5. Wikimedia Commons [Online]. (June 5 2015). Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_cycle#/media/File:Carbon_cycle.jpg
  6. M. Melieres and C. Marechal, "Warming in the 20th century," in Climate Change: Past, Present and Future 1st ed., U.K.: Wiley, 2015, ch.29, sec.3, pp. 310-312
  7. IPCC, The Natural Carbon Cycle [Online], Available: https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/ch7s7-3.html
  8. The Encyclopedia of Earth, Carbon [Online], Available: http://www.eoearth.org/view/article/150918/
  9. Created internally by a member of the Energy Education team.

Auteurs et rédacteurs

Ethan Boechler, Paul Frey, Jason Donev
Dernière mise à jour : 13 août, 2021
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