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Qu'est-ce que le CO2?

Le dioxyde de carbone (dont la formule chimique est CO2) est un gaz incolore et inodore qui est naturellement présent dans l'atmosphère. Sa molécule est linéaire (voir l'illustration). Certaines personnes l'appelle l'acide carbonique, mais en fait, ils font référence au carbonate d'hydrogène (H2CO3), qui est la solution de dioxyde de carbone dans l'eau.

CO2 et cannabis

L'atmosphère terrestre contient actuellement aux alentours de 383 ppm de dioxyde de carbone (Janvier 2007) [1]. Cette concentration est en hausse d'année en année, principalement à cause de l'utilisation à grande échelle de combustibles fossiles, mais la déforestation a, elle aussi, sa part de responsabilité [2]. Avant la révolution industrielle cette concentration était d'environ 280 ppm. La concentration croissante de dioxyde de carbone dans l'atmosphère joue très probablement un rôle important dans le réchauffement climatique.

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Le dioxyde de carbone est très utilisé dans les boissons en canettes, il est à l'origine des « bulles ». On le trouve aussi dans la nature tel quel, par exemple dans certaines eaux minérales. Le dioxyde de carbone est utilisé pour combattre le feu, dans un extincteur par exemple, en particulier dans les situations où l'eau pourrait être dangereuse à utiliser, car elle pourrait provoquer des réactions chimiques, être conductrice d'électricité ou provoquer des dégâts importants, par exemple sur des archives papier.

Découverte

Le dioxyde de carbone a été découvert au début du 17e siècle par l'aristocrate né dans la région de Bruxelles, Jean Baptiste van Helmont, qui le baptisa «gaz de Sylvestre ». Il a déterminé que, après la combustion du charbon de bois dans un bol fermé, la masse restante était inférieure à la masse initiale. Il en conclu donc que la différence avait été transformée en un «esprit sauvage» (spiritus sylvestre) de gaz.

Les propriétés chimiques

Le dioxyde de carbone est utilisé par les plantes dans le processus de la photosynthèse. Il s'agit du processus par lequel les plantes absorbent de l'eau et du dioxyde de carbone dans l'atmosphère et les combinent pour produire du glucose, tout en rejetant de l'oxygène (O2) dans l'atmosphère. De l'énergie est nécessaire pour ce processus et elle est fournie par la lumière du soleil.

photosynthèse

Sous serre, le gaz CO2 est utilisé comme une sorte de nutriment pour les plantes : en présence d'une concentration de CO2 plus élevée, de nombreuses plantes poussent plus vite. Avec une augmentation de la concentration des niveaux de dioxyde de carbone à l'échelle planétaire, la végétation pourrait elle aussi très probablement se développer de manière plus rapide.

Les animaux font l'inverse de ce que font les plantes. Ils respirent de l'oxygène et rejètent du dioxyde de carbone, lorsque l'oxygène est utilisée pour métaboliser (bruler) des graisses et des hydrates de carbone pour libérer de l'énergie, et le dioxyde de carbone est produit dans le processus.

Le moyen le plus simple de produire du dioxyde de carbone est de brûler du charbon (comme du charbon de bois) en présence d'air. Il est libéré en grandes quantités lors de la combustion d'énergies fossiles. Ce processus est l'une des sources d'énergie les plus importantes pour les hommes.

Les échanges naturels de CO2 sur terre proviennent de sources telles que les feux de forêt et de savances (causés par la foudre), les éruptions de volcans, les procédés de fermentation dans les zones humides et les mangroves, et par des échanges entre les mers et les océans. D'après certaines théories scientifiques récentes, l'empreinte carbone des hommes et des industries représenterait environ 6% du total des échange naturel de CO2 terrestre.

Le dioxyde de carbone est soluble dans l'eau avec formation d'acide carbonique.

Propriétés physiologiques des mammifères

Le dioxyde de carbone produit par les cellules est un déchet du métabolisme, un effort supplémentaire crée un supplément d'acide carbonique, qui est éliminé par le sang. L'acide carbonique diminue le pH, qui est soigneusement conservé par l'organisme à un niveau qui se situe entre 7,35 et 7,45. Si le pH menace de chuter trop bas, alors le centre respiratoire du cerveau est stimulé et le rythme de la respiration est accéléré et approfondi. En faisant cela, l'excès de dioxyde de carbone est expiré par les voies respiratoires. Bien que le dioxyde de carbone ne soit pas toxique, à des concentrations élevées, il peut être asphyxiant, car il déplace l'oxygène. Dans la région du lac Nyos, un lac de cratère volcanique au Cameroun, le 26 Août 1986, une énorme poche de CO2 a été libérée faisant plus de 1700 morts. Le 16 août 2008, 107 personnes sont tombées malades dans la ville allemande de Mönchengladbach, lorsqu'une usine qui produit des extincteurs à incendie a accidentellement libéré 25.000 m3 de CO2 [3] qui se sont répandus dans un lotissement [4].

La possibilité d'échapper à de grandes quantités de dioxyde de carbone est l'un des principaux domaines de préoccupation en matière de stockage souterrain du CO2.

Propriétés physiques

Les deux propriétés physiques du dioxyde de carbone sont, chacune à leur façon, importantes dans la vie quotidienne. La propriété numéro un est celle de gaz à effet de serre. De plus, de par la façon dont le dioxide de carbone change de phase, il peut être utilisé à des fins diverses et variées. Consultez l'article " Warming of the Earth " qui traite du sujet. La concentration de CO2 a augmenté de façon spectaculaire depuis la révolution industrielle, et a littéralement explosé depuis 1960.

GazParce que le dioxyde de carbone absorbe les rayons infrarouge, il permet de réduire l'émanation de chaleur qui atteint la terre depuis le soleil et à travers l'espace. C'est ce que l'on entend par l'effet de serre. On a constaté que la concentration de CO2 avait augmenté depuis la révolution industrielle [5]. Au cours des 10 000 dernières années, la concentration de dioxyde de carbone sur Terre a oscillé principalement autour de 275 ppm. Cependant, depuis le début de la révolution industrielle la concentration de dioxyde de carbone a augmenté. Depuis la seconde moitié du 20ème siècle, il y a eu une accélération significative du taux d'augmentation. Autour de l'an 2000, il a été constaté que la concentration de dioxyde de carbone avait déjà atteint 375 ppm [6]. L'augmentation des émissions de CO2 a été principalement causée par la combustion de combustibles fossiles (pétrole et gaz). Ceci peut être déduit du fait que l'isotope de carbone C-13 en CO2 atmosphérique est en baisse, ce qui aurait souligné une source végétale. L'isotope C-14 dans le CO2 atmosphérique a également diminué, ce qui indique qu'une source de carbone n'a pas été dans la biosphère pendant une longue période. Enfin, des mesures très précises ont établi que la concentration d'oxygène avait également diminué de manière aussi rapide, ce qui pointe vers un processus d'oxydation ou combustion.

Effet de serreSelon, à peu près tous les experts, l'effet de serre augmentent en raison de la concentration croissante de dioxyde de carbone (le soi-disant effet de serre amplifié). En Novembre 2007, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) des Nations Unies a proposé que les émissions de dioxyde de carbone causées par les humains était le gaz à effet de serre le plus important [7]. Bien qu'il existe d'autres gaz à effet de serre plus forts, mais les quantités grimpantes des émissions de dioxyde de carbone signifient qu'il est le gaz qui, à l'heure actuelle, contribue le plus à l'effet de serre.

L'atmosphère de la planète Vénus est presque entièrement constitué de dioxyde de carbone. En conséquence, l'effet de serre sur cette planète est très grand.

L'augmentation du niveau de dioxyde de carbone dans l'atmosphère peut entrainer une accélération de la croissance des végétaux sur terre, ce qui pourrait contrebalancer les effets de la déforestation mentionnés ci-dessus. Un autre effet de l'augmentation de la teneur en dioxyde de carbone est que le pH de l'eau, qui est maintenus en équilibre avec l'air, diminue. Cela signifie que l'eau devient plus acide, ce qui pourrait à son tour être avoir des effets sur la faune et de la flore aquatiques de la planète. Voir aussi : Heating of the Earth, et : CO2 Capture and Storage..

Phase de Transitions 

Phase de Transitions Lorsqu'il est refroidi à -78,5 ° C le dioxyde de carbone se transforme directement en une matière solide, aussi connue sous le nom de la glace sèche ou neige carbonique. Sous une pression atmosphérique normale, la glace sèche ne fond pas lorsqu'elle se réchauffe, mais se sublime directement à l'état gazeux. Le dioxyde de carbone solide ressemble plus ou moins à de l'eau transformée en glace. À 15 degrés Celsius, le dioxyde de carbone est un liquide lorsque la pression est portée à 50 bar.

Il existe un certain nombre d'expériences spectaculaires et pourtant relativement non dangereuses qui peuvent être réalisées avec du dioxyde de carbone solide. Si l'on dépose quelques granulés dans un verre d'eau, la glace sèche s'évapore grâce à la «chaleur» de l'eau. L'eau commence à bouillonner et un volume considérable de vapeur se dégage. On a l'impression que l'eau est bouillante, alors qu'elle est toujours à température ambiante ou même encore un peu plus froide qu'elle ne l'était. Étant donné que la vapeur d'acide carbonique est plus lourde que l'air, la vapeur ruisselle sur le bord et s'écoule du verre. Cet effet est souvent utilisé au théâtre ou à la télévision à plus grande échelle à l'aide de machines à brouillard.

Propriétés géologiques

L'acide carbonique dissous dans l'eau (de pluie), le carbonate d'hydrogène, a également une importance géologique, car il est dans un état où il peut dissoudre la craie ou le calcaire. Cela conduit à des phénomènes karstiques. Sous sa forme liée, soit le carbonate de calcium (CaCO3), il agit comme le calcaire. Lorsque le carbonate de calcium est dissous dans l'acide ou qu'il est chauffé comme dans la fabrication de clinker et de ciment, le CO2 est libéré. L'industrie du ciment est responsable d'environ 5% de l'émission mondiale annuelle des émissions de gaz à effet de serre.

Échanges d'émissions de CO2

Afin de réglementer les émissions de gaz à effet de serre, un Système communautaire d'échange de quotas d'émission [8] a été mis en place. Les participants à la bourse du carbone reçoivent au début de l'année une certaine quantité de droits.

Cette quantité est établie par les gouvernements nationaux et les ministères sur la base du plan national d'allocation (PNA). Une entreprise qui donne lieu à des émissions de gaz carbonique (en droit, elle est considérée comme un «établissement») a une part de ces droits dans la mesure où elle possède un permis d'émissions valide. L'enregistrement et le contrôle de ceux-ci est réalisée aux Pays-Bas par l'Autorité néerlandaise des émissions (AEN), et les autres pays participants ont des organismes similaires.

 

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