Sommaire
D'où vient le carbone ?
Cycle du carbone et changement climatique
L'océan
La végétation et les sols
Le stockage artificiel du carbone
Même s’il n’est pas le seul élément chimique intervenant dans le changement climatique, le carbone est celui qui y joue le rôle le plus important. L’augmentation de l’effet de serre due aux activités humaines provient en effet pour l’essentiel de l’augmentation de la concentration atmosphérique de deux gaz : le méthane (CH4) et, surtout, le dioxyde de carbone (CO2). L’importance de ce dernier gaz est telle qu’on mesure aujourd’hui les émission de gaz à effet de serre en « tonne équivalent CO2 » et l’impact des différents gaz sur l’effet de serre (appelé « pouvoir d’échauffement global ») par rapport à celui du CO2.
Lutter contre le changement climatique suppose de réguler ce carbone atmosphérique « en trop », et pour cela de savoir d’où il vient et comment et quand il quitte l’atmosphère. En d’autres termes, cela suppose de s’intéresser non pas au seul carbone de l’atmosphère mais à l’ensemble du cycle du carbone. Cette connaissance est fondamentale dans l’atténuation du réchauffement comme dans l’adaptation : elle permet d’identifier des moyens de diminuer les émissions et/ou d’augmenter le captage du carbone, mais aussi de prédire certaines conséquences du changement climatique.
D’où vient le carbone ?
Le carbone fait partie des éléments indispensables à la vie. De ce fait, il circule constamment entre organismes et réservoirs. Il sert de nutriment et intervient dans la respiration (absorption d’O2 et rejet de CO2) et dans la photosynthèse (absorption de CO2 et rejet d’O2). A ce carbone qui circule relativement rapidement, il faut ajouter de grandes quantités de carbone sous forme de sédiments, de roches et de combustibles fossiles, situé sous terre ou au fond des océans. Ce carbone-ci, au contraire, est plutôt inerte : naturellement, les stocks mettent très longtemps à se constituer (par sédimentation ou enfouissement du carbone de surface, phénomènes très lents) et à se dégrader (par altération des roches et via le volcanisme).
Il existe donc deux cycles du carbone en interaction étroite, mais répondant à des échelles de temps très différentes : un cycle court, qui implique le vivant, les océans de surface et les sols, et un cycle long dans lequel interviennent l’océan profond, les roches et sédiments, les volcan et les combustibles fossiles.
Depuis l’industrialisation, l’action de l’homme a perturbé cet équilibre. Pour répondre à des besoins grandissants en énergie, les hommes sont allé puiser dans les ressources fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) et les ont brûlé en grandes quantités, émettant d’immenses quantités de carbone vers l’atmosphère. Le recours massif aux énergies fossiles a en quelque sorte court-circuité le cycle naturel du carbone : les stocks de carbone fossile qui normalement aurait dû se dégrader au rythme de leur reconstitution, c'est-à-dire très lentement, sont actuellement consommés à l’échelle de temps de la vie humaine, c'est-à-dire très rapidement... sans que le rythme de leur reconstitution n’ait été accéléré. Cela pose deux problème : d’une part, l’épuisement de la ressource est inéluctable, puisqu’on la consomme bien plus vite qu’elle ne se forme. D’autre part, du carbone est envoyé dans l’atmosphère à une vitesse telle qu’il ne peut que s’y accumuler... d’où l’impact sur le climat.
Zoom sur
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Les réservoirs de carbone sur terre
Par ordre d’importance, avec des ordres de grandeurs en milliards de tonne de carbone.
- Roches et sédiments : 66 000 000
- Océan profond : 38 000
- Combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) : 5000
- Sols : 1560
- Océan de surface : 1000
- Atmosphère : 800 (600 avant l’industrialisation)
- Biomasse (végétaux et animaux) : 610
La combustion des combustibles fossiles envoie chaque année 6,4 milliards de tonnes de carbone dans l’atmosphère. La moitié reste dans l’atmosphère, l’autre moitié étant absorbée par les océans et les végétaux. |
Cycle du carbone et changement climatique
Malgré l’importance des émissions de carbone dans l’atmosphère, son accumulation est limitée par l’existence de deux « puits de carbone » : l’océan et la végétation.
Aujourd’hui, ces deux puits absorbent la moitié du carbone émis par les activités humaines, réduisant significativement la vitesse du réchauffement.
L’océan
L’océan absorbe du carbone via deux mécanismes : une « pompe physique » et une « pompe biologique ». La pompe physique vient de la dissolution du CO2 atmosphérique dans les eaux de surface : elle égalise la concentration en CO2 de chaque côté de l’interface eau/air. Cette dissolution est d’autant plus importance que les eaux sont froides : elle a lieu principalement dans les eaux des hautes latitudes, qui plongent ensuite en profondeur, transportant avec elle le CO2 dissout. Ce mécanisme permet de stocker du carbone en profondeur pendant environ 1000 ans (échelle de temps du transport océanique). Néanmoins, le réchauffement climatique, en augmentant la température des eaux, risque à long terme de réduire l’efficacité de ce puits. Par ailleurs, le CO2 étant un acide, sa dissolution en quantités plus importantes entraine une acidification de l’océan, qui ne sera pas sans conséquence sur la vie marine.
© Malene Thyssen
La pompe biologique est dû à l’activité du phytoplancton de surface : pour la photosynthèse, il fixent le CO2 dissout dans les eaux de surface, réduisant ainsi la quantité de CO2 en surface, donc augmentant l’absorption. A la mort des organismes, ils tomberont puis sédimenteront, stockant à terme le CO2 dans les sédiments océanique (mais cela prendra plusieurs dizaines de milliers d’années).
Cependant, ce phytoplancton est sensible à l’acidité : l’acidification de l’océan risque donc d’en réduire la quantité, et donc l’efficacité de la pompe biologique.
Il semble donc que le réchauffement climatique ait pour effet de limiter l’efficacité du puits océanique, sur lequel il risque d’être difficile d’agir.
La végétation et les sols
Second puits de carbone, la végétation absorbe le CO2 par photosynthèse, en particulier lors de sa croissance. Ce carbone est ensuite stocké, d’abord dans les végétaux, puis suite à la chute des feuilles et/ou à leur mort, dans le sol. Tous les sols ne stockent pas la même quantité de carbone, ni pendant le même temps, mais de façon générale, les forêts, les tourbières et les prairies naturelles stockent plus de carbone que les terres agricoles ; suivant leur utilisation et leur gestion, les terres agricoles peuvent stocker plus ou moins de carbone. Ainsi, limiter le labour et préserver les haies bocagères, ou pratiquer l’agroforesterie, améliore le stockage du carbone dans le sol, alors que la monoculture intensive tend plutôt à dégager du carbone.
On ne connaît pas encore avec certitude l’impact qu’aura le réchauffement sur le stockage du carbone par les végétaux et les sols : une hausse de la température pourra entrainer une hausse de la productivité végétale, mais aussi une accélération de la décomposition de la litière, et on ne sait pas lequel de ces mécanismes sera prédominant.

© Elapied
En revanche, il n’y a aucun doute quant au fait que préserver les forêts permet de maintenir le puits végétal. Plus encore, la destruction et la dégradation des forêts est l’une des principales sources des émissions de CO2. Il est donc fondamental de protéger les écosystèmes forestiers, d’autant plus que le puits végétal est celui sur lequel il est le plus facile d’agir afin d’améliorer son efficacité.
- voir la partie « forêts »/ REDD
- voir le DP de FNE sur le stockage naturel du carbone
Le stockage artificiel du carbone
Pour parer à l’augmentation des émissions de CO2 dues à la combustion des ressources fossiles, il est envisagé de « rétablir l’équilibre » en stockant artificiellement une partie du carbone qui aurait dû être émis dans des réservoirs souterrains ou dans les profondeurs de l’océan. En d’autres termes, il s’agit de refermer le cycle en enfouissant artificiellement le CO2 émis artificiellement : on remet du CO2 dans les réservoirs dont on l’a extrait. Cette solution, technologiquement complexe, énergétiquement coûteuse, et risquée, ne permet guère de régler le problème du réchauffement climatique, puisqu’elle ne s’attaque pas à ses causes.