Cycle du carbone

Le cycle du carbone et le changement climatique

Le cycle du carbone a été décrit pour la première fois à la fin du dix-huitième siècle par Antoine Lavoisier et Joseph Priestly. Depuis, l'équilibre du cycle du carbone a été affecté par l'utilisation croissante de l'énergie. La combustion de combustibles fossiles libère du dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère et s'ajoute aux gaz à effet de serre qui retiennent la chaleur, réchauffant ainsi la Terre. La quantité de carbone émise étant supérieure à celle stockée, le cycle du carbone est déséquilibré. En 2015, 195 pays ont adopté le premier accord mondial juridiquement contraignant sur le climat lors de la Conférence de Paris sur le climat (COP21).

Quelles sont les formes de carbone présentes dans le cycle du carbone ?

On trouve trois formes de carbone dans le cycle du carbone.

• Inorganique - présent dans les roches sous forme de bicarbonates et de carbonates

• Organique - présent dans les matières végétales et les organismes vivants

• Gazeux - sous forme de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4) dans l'atmosphère.

Un diagramme du cycle du carbone mettant l'accent sur l'endroit où se trouvent le dioxyde de carbone et le méthane dans le cycle. https://eos.org/features/the-future-of-the-carbon-cycle-in-a-changing-climate

Cycle du carbone rapide

Les cycles du carbone ont des échelles et des délais différents. La photosynthèse peut se produire en quelques secondes, et d'autres mettent des années à restituer la matière organique morte. Le cycle du carbone entre l'atmosphère et les écosystèmes terrestres ou marins ainsi que les sols est connu sous le nom de cycle rapide du carbone. Ce cycle implique des processus biogéochimiques à relativement court terme entre l'environnement et les organismes vivants de la biosphère.

Écosystème terrestre

Le mouvement du carbone à travers les organismes vivants vers l'atmosphère se fait par la respiration avec le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4) libérés par la décomposition des plantes et des animaux. Lorsque les matières animales et végétales se décomposent, le carbone stocké se transforme en une autre réserve de carbone en allant dans le sol.

L'écosystème marin

Le carbone est stocké dans l'océan sous forme de CO2 dissous dans l'eau et de composés de carbone dans les organismes marins. L'entrée dans les réserves océaniques se fait par absorption via les échanges gazeux avec l'atmosphère. Le carbone peut quitter l'atmosphère en se mélangeant à la vapeur d'eau. Lors des précipitations, il tombe sous forme d'acide carbonique, communément appelé "pluies acides".

Cycle lent du carbone

Le cycle du carbone entre la surface de la roche mère et les réserves atmosphériques ou océaniques est connu sous le nom de cycle lent du carbone. Les organismes marins, tels que les mollusques et le phytoplancton, construisent leurs coquilles en combinant le calcium et le carbone. Une grande partie du carbone est stockée dans un puits de carbone au fond des océans peu profonds, car les sédiments accumulés par les plantes et les animaux aquatiques (matière organique) tombent au fond de la mer après leur mort. Ces organismes sont comprimés et deviennent des roches sédimentaires riches en carbone. Le carbone peut prendre environ 100 à 200 millions d'années pour se déplacer entre la roche, le sol, l'océan et l'atmosphère.

L'altération chimique des roches

L'altération chimique est l'usure de la roche par des réactions chimiques, provoquant la dissolution du matériau par solution, hydrolyse et oxydation. Le dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère réagit avec l'humidité pour former de l'acide carbonique faible, qui tombe ensuite sous forme de pluie acide. Lorsque les pluies acides touchent des roches riches en carbone (par exemple le calcaire), elles peuvent dissoudre la matière et former du carbonate de calcium. Ces matériaux dissous sont transportés par les rivières et déposés dans la mer, formant ainsi des roches sédimentaires.

Dégagements gazeux volcaniques

Le dégazage volcanique se produit lorsqu'il y a une activité volcanique à deux types de frontières de plaques. Il s'agit des frontières de plaques constructives, lorsque deux plaques s'éloignent l'une de l'autre, et des zones de subduction destructrices, lorsqu'une plaque océanique se subduit sous une plaque continentale. La chaleur extrême dégagée par les processus tectoniques entraîne des changements chimiques dans les roches sédimentaires, ce qui provoque la libération de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Les dégagements gazeux sont fréquents dans les sites géothermiques comme la Nouvelle-Zélande.

Qu'est-ce qu'une réserve de carbone ?

Une réserve de carbone est un endroit où le carbone est stocké dans le cycle. Il est mesuré en gigatonnes de carbone (GtC). Un puits de carbone est une réserve qui absorbe plus de carbone qu'elle n'en émet, tandis qu'une source de carbone est une réserve qui émet plus de carbone qu'elle n'en stocke.

Où se trouvent les réserves de carbone ?

Il existe six sphères principales différentes sur la Terre où le carbone est stocké :

• Atmosphère: sous forme de gaz comme le dioxyde de carbone et le méthane.

• Biosphère: dans tous les organismes vivants et morts.

• Cryosphère: dans le sol gelé des régions de la toundra et de l'Arctique, qui contient du matériel végétal.

• Pédosphère: dans le sol. Elle contient du carbone organique et les restes d'animaux et de plantes morts.

• Lithosphère: sous forme de roches comme le carbonate de calcium et les combustibles fossiles.

• Hydrosphère: sous forme de dioxyde de carbone dissous dans les masses d'eau.

Exemples de réserves de carbone

Le carbone existe sous différentes formes en fonction de la réserve. La plupart du carbone de la Terre est d'origine géologique, et le plus grand réservoir se trouve dans les roches.

• Lessédiments marins et les roches sédimentaires font partie de la lithosphère.

Taille : 66 000 - 100 000 GtC. Ce processus prend des milliers, voire des millions d'années.

• Lesocéans font partie de l'hydrosphère.

Taille : 38 000 GtC. Le carbone est constamment séquestré par les organismes marins, perdu en sortie vers la lithosphère ou gagné en entrée par les rivières et l'érosion.

• Lesdépôts de combustibles fossiles font partie de la lithosphère.

Taille : 4 000 GtC. L'exploitation des combustibles fossiles par l'homme a conduit à un épuisement rapide.

• Lamatière organique du sol en tant que partie intégrante de la lithosphère.

Taille : 1 500 GtC. La déforestation, l'agriculture et l'utilisation des terres affectent ce stock.

• L'atmosphère

Taille : 750 GtC. L'activité humaine a fait augmenter les niveaux de CO2 dans l'atmosphère d'environ 40 % depuis la révolution industrielle, provoquant un changement sans précédent du climat mondial.

• Lesplantes terrestres font partie de la biosphère.

Taille : 560 GtC. En raison du changement climatique et de la déforestation, le stockage de carbone dans les forêts diminue chaque année dans certaines parties du monde.

Les réserves géologiques de carbone

La plus grande partie du carbone de la Terre se trouve dans les réserves géologiques de carbone. Les combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole et le gaz stockent le carbone pendant des millions d'années. Tu trouveras ci-dessous des exemples de ces réserves géologiques de carbone et de leur formation.

Formation du charbon

Le charbon se forme sur la terre ferme. Lorsque les plantes terrestres meurent et pénètrent dans les marécages, elles se déposent lentement et se compactent pour former la tourbe et le charbon. Le charbon met des millions d'années à se former, en fonction de la température et des pressions.

Formations de gaz naturel

Le gaz naturel est piégé dans les mêmes couches sédimentaires que le charbon et le pétrole brut. Le méthane est un exemple de gaz naturel créé comme sous-produit lors de la formation du charbon et du pétrole brut.

Formation du pétrole brut

La formation du pétrole brut commence par la décantation de sédiments à grains fins et de matériaux biologiquement dégradés. Il doit y avoir au moins 2 % de carbone organique. Une série de réactions anaérobies se produit et transforme la plupart du carbone organique en un liquide, le pétrole brut. En raison de sa faible densité, le pétrole brut peut migrer vers le haut à travers les couches de roches perméables ou poreuses. Cependant, lorsqu'il y a une couche de roche imperméable, le pétrole brut finit par être piégé.

Formation du calcaire

La formation du calcaire commence avec des organismes marins ayant des coquilles à base de carbone formées de carbonate de calcium. Lorsque ces organismes meurent, ils coulent au fond de l'océan et plus les sédiments tombent, plus ils se compactent. Lorsque les sédiments atteignent 100 mètres de profondeur, la pression et les réactions chimiques provoquent une cimentation qui conduit à la formation de la roche calcaire.