Le carbone est présent dans tous les grands « réservoirs naturels » de notre planète : atmosphère, océan, végétation, etc. Les échanges entre ces réservoirs se font selon un cycle – dit « cycle du carbone » – qui constitue un élément essentiel du changement climatique en cours. Show
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). Si la quantité globale de carbone reste stable sur notre planète, sa répartition entre ces quatre sphères varie continuellement au fil d’échanges et de réactions biologiques, chimiques ou géologiques. Ces échanges se font selon un cycle d’émission et de stockage du carbone dont les variations ont un effet déterminant sur l’évolution globale du climat. Le cycle du carbone. © Kilia/CEA Un cycle à différentes échelles de tempsLe cycle du carbone est décrit par un ensemble d’interactions entre le monde du vivant, l’air, les sols, le sous-sol, et les océans. Les réservoirs de carbone à considérer ne sont pas les mêmes selon les échelles de temps auxquelles on s’intéresse :
Actuellement, la végétation et les sols se comportent en puits de carbone et stockent une partie du carbone atmosphérique (sous forme de matière organique, comme le bois ou la tige des feuilles). Une autre partie du carbone atmosphérique est stockée sous forme de CO2 dissous dans les océans, ce qui par ailleurs cause leur acidification. Une fraction de ce carbone dissous est utilisée par les micro-organismes marins pour fabriquer leurs coquilles carbonatées. Ces coquilles s’accumulent dans les sédiments océaniques à la mort des organismes. A l’inverse, les océans peuvent ré-émettre du CO2 vers l’atmosphère (dégazage), notamment dans les eaux les plus chaudes. À l’échelle saisonnière, des variations de la concentration en CO2, en particulier dans l’hémisphère nord, ont été mises en évidence, avec des concentrations plus faibles en été qu’en hiver. Ce phénomène naturel est en lien avec l’intensification de la photosynthèse durant les périodes de printemps et d’été aux latitudes moyennes et hautes, et sa diminution pendant l’hiver. Dans le même temps, la respiration des végétaux et la décomposition de la matière organique du sol émet du CO2 dans l’atmosphère toute l’année, mais avec des flux plus élevées pendant l’été et l’automne. Enjeux : étudier les flux anthropiques / maintenir l’équilibre du cycleDepuis les années 1850 et la révolution industrielle, la quantité de carbone dans l'atmosphère augmente (CO2 et CH4) à cause des activités humaines : consommation d’énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole) et développement de l’agriculture (déforestation, changement de l’usage des sols…). Ces émissions sont devenues tellement importantes ces dernières décennies qu’elles modifient le rythme naturel du cycle du carbone. L’ampleur des conséquences des activités humaines a alerté la communauté internationale. Elle s’appuie aujourd’hui sur les travaux des chercheurs pour étudier précisément l’impact de l’Homme sur le cycle du carbone et les rétroactions possibles sur le climat. Le cycle du carbone est donc complexe. Au total, les puits biosphériques et océaniques absorbent en moyenne l’équivalent de 55 % des émissions anthropiques, avec des variations selon les années. Le reste, soit l’équivalent de 45 % des émissions anthropiques, s’accumule donc dans l’atmosphère. Cela représente actuellement une augmentation annuelle de 0.6 % par an de la teneur atmosphérique en CO2. Bilan atmosphérique : depuis le début de l'ère industrielle la concentration moyenne de CO2 a augmenté de 42 % ; les interactions de l’Homme avec l’environnement rajoutent chaque année 20 milliards de tonnes
de CO2 dans l’atmosphère. R&D : étudier les évolutions du cycle et ses conséquencesAfin de mieux connaître le cycle du carbone, sa dynamique, et simuler le climat du futur, les chercheurs développent différents outils et méthodes pour comprendre les mécanismes du système climatique et en particulier ceux du cycle du carbone.
Notions clés
L’effet de serre et le réchauffement climatiqueLe carbone, dans l’atmosphère, est principalement présent sous la forme de gaz : le dioxyde de carbone ou CO2, et le méthane ou CH4, qui sont les deux principaux gaz à effet de serre actuellement en augmentation. Ces gaz ont la propriété de laisser passer le rayonnement du soleil tout en retenant la chaleur réémise par la Terre sous forme de rayonnement infra-rouge : c’est l’effet de serre. Plus la concentration en gaz à effet de serre est importante, plus la chaleur est retenue, et plus la température de surface de la terre augmente. Ces relations entre augmentation du CO2 et augmentation de la température sont calculées précisément en s’appuyant sur les lois physiques du « transfert radiatif ». Haut de page Quels sont les principaux flux de carbone d'origine anthropique ?Depuis le milieu du XVIIIe siècle, les activités humaines (anthropiques) ont conduit à une perturbation du cycle du carbone. Les émissions anthropiques de CO2 dans l'atmosphère résultent de l'utilisation des combustibles fossiles, du ciment et de la déforestation.
Quels sont les flux et réservoirs naturels du carbone sur Terre comment l'être humain les ModifieEn effet, par la déforestation, l'Homme augmente de 2 Gt/an l'émission de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. A ceci s'ajoute la combustion des matières organiques fossiles dans l'industrie et les transports qui représente 5,4 Gt/an du rejet de CO2 dans l'atmosphère.
Quels sont les deux réservoirs de carbone les plus importants ?Il existe deux grands réservoirs de carbone qui le piègent pour une longue période : la lithosphère et l'hydrosphère grâce aux sédiments, aux roches et aux océans. Le recyclage chimique du carbone est un élément critique pour le maintien de l'équilibre de notre planète.
Quel est le réservoir de carbone le plus important ?La lithosphère représente, comme on l'a vu, le plus important réservoir de carbone de la planète, mais, alors que son accumulation dans les roches a nécessité des millions d'années, les activités humaines, combustion du charbon et du pétrole, production de ciment, etc., le libèrent depuis à peine plus de deux cents ans ...
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