Le gaz carbonique (CO2) Ami ou ennemi pour la planète ?
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U3A 2014 Le gaz carbonique (CO2) Ami ou ennemi pour la planète ? Eric P. Verrecchia Faculté Géosciences et Environnement Laboratoire Biogéosciences Pourquoi parle-t-on autant du gaz carbonique ? Alors, qu’est-ce donc que le gaz carbonique ? D’où vient-il ? Comment est-il éliminé ? Le cycle couplé du CO2 et du vivant: court ou long terme ? Qu’est-ce que l’effet de serre ? Qu’est-ce qu’un gaz à effet de serre ? Quels sont les effets du gaz carbonique... sur la température ? sur la production de biomasse ? sur la chimie des océans ? Sa concentration a-t-elle varié au cours de l’histoire de la Terre ? Quel rôle a-t-il joué dans l’histoire de la Terre ? Conclusions: danger pour la planète ou pour l’espèce humaine ? Pourquoi parle-t-on autant du gaz carbonique ? Température planétaire et taux de gaz carbonique auraient une relation directe Le gaz carbonique est massivement émis par les activité humaines Alors qu’est-ce donc que le gaz carbonique ? Oxygène O Carbone C Oxygène O O avec C et avec un second O (soit 1 C et 2 O) ou CO2 Alors qu’est-ce donc que le gaz carbonique ? • c’est un gaz (dans les conditions de surface) • il est incolore (on ne le voit pas) • il peut être liquifié et même solidifié à forte pression et basse température • en forte concentration il est toxique pour les êtres vivants D’où vient le gaz carbonique ? !TMOSPHÒRE Respiration Volcans Feux Océan tropical Roches calcaires Le contexte naturel !!! D’où vient le gaz carbonique ? !TMOSPHÒRE Volcans Lors des éruptions, les volcans dégazent de grandes quantités de CO2 et d’eau. Ces causes sont parfaitement naturelles. Le contexte naturel !!! D’où vient le gaz carbonique ? Volcans !TMOSPHÒRE Respiration Lorsque les êtres vivants respirent, ils relachent du CO2 et de l’eau. Ces causes sont parfaitement naturelles. <CH2O> + O2 ⟹ H2O + CO2 D’où vient le gaz carbonique ? Volcans !TMOSPHÒRE Feux <CH2O> + O2 ⟹ H2O + CO2 Combustion de la biomasse C + O2 ⟹ CO2 Combustion du charbon CH4 + 2 O2 ⟹ H2O + CO2 Combustion du gaz de ville Les combustions relachent aussi du CO2 (et de l’eau) lorsqu’elles sont complètes. D’où vient le gaz carbonique ? !TMOSPHÒRE Respiration Volcans Feux Roches calcaires CaCO3 + H+ ⟹ Ca2+ + H2O + CO2 Attaque par des acides forts (acide sulfurique) Le contexte naturel !!! D’où vient le gaz carbonique ? !TMOSPHÒRE Respiration Volcans Feux Océan tropical Courants chauds Upwellings Pression partielle Roches calcaires Le contexte naturel !!! D’où vient le gaz carbonique ? Ciments Energies fossiles Déforestations Erosion des sols Bétail Le contexte anthropogénique !!! Ces rejets s’accumulent à plus de 50% dans l’atmosphère Où va donc le CO2 (naturel ou anthropique) ? Ciments Energies fossiles Déforestations Erosion des sols Bétail Le contexte anthropogénique !!! Où va donc le gaz carbonique ? !TMOSPHÒRE Tectonique Photosynthèse Biomasse Océan polaire Sols Roches silicatées Le contexte naturel !!! Où va donc le gaz carbonique ? CO2 et autres gaz !TMOSPHÒRE volcaniques Tectonique CaSiO3 + CO2 ⟹ CaCO3 + SiO2 Croûte océaniques (Basalte) Sédiment carbonaté (Carbonates) Le contexte naturel !!! Où va donc le gaz carbonique ? !TMOSPHÒRE Tectonique Photosynthèse Biomasse H2O + CO2 ⟹ <CH2O> + O2 Attention à l’équilibre dans les forêts !!! Le contexte naturel !!! Où va donc le gaz carbonique ? !TMOSPHÒRE Tectonique Photosynthèse Biomasse Sols Les sols préservent la matière organique de l’oxydation: les humus et les complexes organo-minéraux Attention à l’érosion des sols !!! Le contexte naturel !!! Où va donc le gaz carbonique ? Tectonique Photosynthèse Biomasse !TMOSPHÒRE L’attaque des roches silicatées consomme du CO2 Sols Roches silicatées CaAl2Si2O8 + 2CO2 + 3H2O → Ca2+ + 2 HCO3- + Al2Si2O5(OH)4 anorthite kaolinite 2KAlSi3O8 + 2CO2 + 3H2O → 2K+ + 2 HCO3- + 4SiO2+ Al2Si2O5(OH)4 orthose kaolinite Le contexte naturel !!! Où va donc le gaz carbonique ? !TMOSPHÒRE Tectonique Photosynthèse Biomasse Océan polaire Eau froide Blooms algaires Pression partielle Sols Roches silicatées Le contexte naturel !!! Le cycle couplé du CO2 et du vivant: court ou long terme ? LUX Photosynthèse <CH2O> O2 2 H2O Respiration aérobie CO2 Le cycle couplé du CO2 et du vivant: court ou long terme ? LUX CO2atm Photosynthèse <CH2O> C fossile O2 2 H2O Respiration aérobie Combustion CO2 Conclusion partielle !TMOSPHÒRE 760 #OMBUSTION FUELSFOSSILES "IOMASSE EAUXCHAUDES &LEUVES !LTÏRATION /CÏANPEU PROFOND "IOMASSE "IOMASSE 3OLSETDÏTRITUS EAUXFROIDES #ARBONATES#I /CÏANINTERMÏDIAIREETPROFOND 3ÏDIMENTATION $ÏFORESTATION 6OLCANIQUE 2ESSOURCESENFUELSFOSSILES#O #OMBUSTIBLES 0.45 Dans des conditions naturelles, un équilibre dynamique se met en place au cours du temps, avec plasticité ! Le Soleil chauffe la Terre Dans le cas d une atmosphère neutre, et à réception des 342 W.m-2 d énergie solaire, quelle devrait être la température à la surface de la planète ? La formule de Stefan-Boltzman va permettre de faire le calcul: ( 1 % S0 T (K ) = 4 ' (1− α )* ) σ&4 avec −8 σ = 5,67 ⋅10 S0 = 342 4 1− α = 1− 0,3 = 0,7 , alors : T (K ) = 255 K soit 255 − 273 = −18°C La température moyenne de la planète devrait être de: - 18 °C Pourtant l eau est bien liquide ! Pourquoi ? L’effet de serre Atmosphère Rayonnement solaire incident Rayonnement de grande longueur d’onde (IR) Couverture atmosphérique contenant les gaz à effet de serre Rayonnement émis par la Terre (IR) θ° C Réchauffement solaire de surface - 18 °C + 15 °C Absorbtion et réémission par les gaz à effet de serre Terre L’effet de serre J. Lovelock Les âges de Gaia Les gaz à effet de serre 1.96 % 19.61 % 76.47 % 0.91 % 1.04 % 2% 40 % 54 % 2% 2% Les gaz à effet de serre Gaz di-atomiques Gaz tri-atomiques O2 O3 H 2O N2 Gaz mono-atomique CO2 N 2O Gaz poly-atomique Ar CH4 Faisons à présent le bilan dans l infrarouge thermique dû essentiellement au rayonnement terrestre. Le bilan n est-il pas largement excédentaire ? En effet, on a : 392 W.m-2 émis par la surface, 32 passent au travers de la fenêtre atmosphérique, restent 360. 207 W.m-2 sont ré-émis vers l espace, La différence est donc de +153 W.m-2. C est l effet de serre naturel ! ( 1 % S0 T (K ) = 4 ' (1− α ) + E ES * ) σ&4 avec −8 σ = 5,67 ⋅10 S0 = 342 4 1− α = 1− 0,3 = 0,7 E ES = 153, alors : T (K ) = 288 K soit 288 − 273 = +15°C Les gaz à effet de serre Effet de serre et planètes telluriques Vénus Terre Mars - 20 °C - 18 °C - 60 °C Température de surface réelle + 460 °C + 15 °C - 55 °C Réchauffement dû aux gaz à effet de serre + 33 °C + 5 °C Température de surface approximative sans les gaz à effet de serre + 480 °C CO2 et biomasse Nature Climate Change, 1, 295–297 (2011) CO2 et biomasse La croissance des arbres est stimulée par le CO2 en excès. La forêt boréale est en pleine luxuriance. Mais... Source : internet Mais... CO2 et océan ne font pas bon ménage... On parle alors d’acidification des océans. Source : Nature L’acidification des océans Comment la vie des mers va-t-elle changer ? Dioxyde de carbone CO2 absorbée depuis l’atmosphère Eau Ion carbonate 2 ions bicarbonate La consommation des ions carbonate met en péril la calcification Source : NOAA Le CO2 et l’océan Les hausses des températures et du taux de gaz carbonique menacent la vie océanique Source : internet En haut, l’aragonite en 1850-1860. Elle est très stable dans tout l’océan tropical. En bas, l’aragonite en 2090-2100. Elle devient instable, voire corrodée dans une grande partie de l’océan mondial. Que deviendront les écosystèmes ? Variation du CO2 au cours des derniers 600 Ma Carbonifère Variation du CO2 au cours des derniers 600 Ma Glaciations Le CO2 ami de la Terre à sa naissance ! Conclusions: CO2 ami ou ennemi ? Le CO2 est un produit naturel et n’est pas un ennemi Il est un acteur fondamental du cycle du carbone, élément dont nous sommes fait Ses sources sont multiples, ainsi que ses puits, mais avec le temps le système trouve un équilibre dynamique Il est essentiel à la conservation de températures positives pour l’eau liquide (effet de serre) Il est la source fondamental de la biomasse photosynthétique Néanmoins... il peut donner la fièvre à l’atmosphère (effet de serre) il peut perturber la chimie des océans il peut modifier les cycles climatiques Sa variabilité en concentration au cours de l’histoire de la Terre a montré qu’il n’est pas un danger pour la planète Alors, danger pour la planète ou pour l’espèce humaine ? Merci pour votre attention !!! La preuve d’un réchauffement climatique mondial !
