La lithosphère est le principal réservoir naturel de carbone. Elle désigne les sols et sous-sols qui composent notre Terre. Dans la lithosphère, le carbone, qui est issu de la décomposition des organismes animaux et végétaux, se retrouve dans des roches enfouies à plusieurs dizaines de kilomètres sous terre.
Le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs superficiels : l'atmosphère, les sols, les océans, la biosphère et les roches. Les échanges de carbone entre ces réservoirs sont quantifiés par des flux (tonne/an). Les quantités de carbone dans les différents réservoirs sont constantes lorsque les flux sont équilibrés.
Les principaux puits de carbone sont les océans, les forêts, ou encore certains sols comme les tourbières et les marais. Des écosystèmes qui ont l'avantage d'absorber davantage de CO2 qu'ils n'en rejettent. Ils sont donc indispensables au bon déroulement du cycle carbone.
On distingue quatre grands réservoirs naturels de carbone sur Terre : l'atmosphère, la lithosphère (sols et sous-sols), l'hydrosphère (mers, océans, lacs et rivières) et la biosphère (végétaux, animaux et autres organismes vivants).
De tous les différents types de combustibles fossiles, le charbon est celui qui produit le plus de dioxyde de carbone. De ce fait, et en raison de son taux d'utilisation élevé, le charbon est la source de combustibles fossiles la plus importante au niveau des émissions de dioxyde de carbone.
Les puits naturels
Il s'agit des écosystèmes qui, comme les forêts, les marais côtiers, le bocage, le phytoplancton, captent naturellement le CO2 par photosynthèse et le stockent dans le bois, les sols, les sédiments… Du CO2 se dissout aussi dans les océans.
Puits carbone : c'est un réservoir naturel ou artificiel qui stocke le CO2 en dehors de l'atmosphère Aussi appelé Puits de CO2, Puits de gaz carbonique.
On y voit que le grand réservoir de carbone est constitué par les roches sédimentaires. Un autre grand réservoir est l'océan; on verra qu'il s'agit en fait de l'océan profond (plus de 100 mètres de profondeur).
Les océans sont les plus importants puits de carbone. Dans les mers, les mécanismes biologiques (photosynthèse, calcification) et physico-chimiques (dissolution et précipitation) séquestrent ainsi 2,2 milliards de tonnes de carbone par an.
On voit donc que le carbone provient du CO2 émis par les volcans. La végétation absorbe le CO2 et le transforme en cellulose dans les parties ligneuses des arbres. Le carbone est donc stocké dans le bois. A la mort d'un arbre, le pourissement qui est une sorte de combustion lente, restitue le CO2 à l'atmosphère.
Les forêts sont un puits de carbone naturel indispensable à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Lors de sa croissance, un arbre absorbe du CO2 qu'il transforme par le processus de photosynthèse, conservant le carbone et rejetant l'oxygène.
Les forêts, les arbres mais aussi les sols forestiers, constituent le deuxième plus grand puits de carbone de la planète après les océans. Jusqu'à sa maturité, un peuplement forestier capture du CO2, et participe ainsi à la réduction de la présence de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
Les sols stockent du carbone sous la forme de matière organique et le rejettent à l'état gazeux notamment sous la forme de CO2, dans l'atmosphère. Quand ils en piègent plus qu'ils n'en émettent, on parle de « puits de carbone ».
Quand le CO2 est dissout dans l'eau, qu'elle soit douce (terrestre) ou salée (océans), de l'acide carbonique se forme: Cet acide carbonique se dissocie en libérant ses atomes d'hydrogène. Quand son premier atome est libéré, il se forme un ion bicarbonate: Le pH de l'eau contrôle cette réaction.
Le carbone est présent dans les océans, les sols, les réserves de carbone fossile, la roche mère, l'atmosphère et la biomasse végétale. On appelle cycle du carbone le déplacement du carbone, sous ses diverses formes, entre la surface de la Terre, son intérieur et l'atmosphère.
Aujourd'hui, les principaux puits de carbone à l'échelle de la planète sont des puits naturels comme les océans, et les sols supports de la biomasse (forêt, tourbière, prairie, etc.). Ceux-ci peuvent stocker le CO mais aussi le méthane, l'autre gaz à effet de serre carboné très important.
Origine des émissions de CO2 dues à la combustion d'énergie en 2018. En 2018, la production d'électricité reste le premier secteur émetteur de CO2 dans le monde, avec 41 % du total des émissions dues à la combustion d'énergie. Elle est suivie par les transports (25 %) et l'industrie (18 %, y compris la construction).
Les isotopes du carbone
Le carbone possède 16 isotopes en tout. Le carbone 12 et le carbone 13 sont les plus abondants. Carbone 14 - Abondance : <0,01% - Neutrons : 8 - Protons : 6 - Signe distinctif : isotope radioactif.
Les sources et puits de dioxygène atmosphérique sont aujourd'hui essentiellement liés aux êtres vivants (photosynthèse et respiration) et aux combustions. La photosynthèse, grâce aux végétaux chlorophylliens, permet la production de dioxygène. La respiration des êtres vivants et la combustion consomment du dioxygène.
L'océan est un important puits de carbone, capable de capturer le CO2 atmosphérique grâce au couplage de deux phénomènes, physique et biologique. Il séquestre ainsi près de 30 % du CO2 émis par les humains.
Un taux de CO2 sans précédent
Le principal gaz à effet de serre que nous émettons, le dioxyde de carbone (CO2), responsable du réchauffement climatique en cours, a été mesuré à 414,7 ppm (parties par million) en 2021, ce qui représente 2,3 ppm de plus qu'en 2020.
Les trois quarts du carbone du sol y ont un temps moyen de résidence de 40 ans. Les fractions granulométriques grossières contiennent la majeure partie du carbone à durée de vie plus courte. La datation au carbone 14 des matières organiques permet d'introduire un compartiment de carbone stable.
Pendant la combustion de matières organiques telles que le pétrole, le bois ou le charbon, les atomes de carbone s'associent avec les atomes d'oxygène. Ce qui crée des molécules de CO2. La combustion d'énergie fossile représente 87% des émissions de CO2 de source humaine.
Il est vital pour les plantes et l'édification des molécules qu'elles renferment. Il est l'un des atomes constitutifs de nos organes, de nos cheveux, de notre peau. Il n'y a pas un microorganisme, pas un seul virus qui soit dépourvu d'atomes de carbone.
Pour capter le CO2 de l'air, on branche un aspirateur à CO2 sur les sites industriels les plus émetteurs : centrales à charbon, cimenteries, aciéries ou raffineries de pétrole. On utilise ensuite un solvant pour séparer le dioxyde de carbone des autres gaz.