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====== séquestration du carbone ====== Processus naturel ou artificiel réduisant le taux de dioxyde de carbone atmosphérique (CO₂), soit par son stockage durable sous sa forme moléculaire, soit par l’intégration du carbone (C) à de la matière organique ou inorganique. **e. f.** **syn. :** fixation du carbone. **Voir :** [[glossaire:entrees:a:artificiel|artificiel]], [[glossaire:entrees:c:carbone|carbone]], [[glossaire:entrees:d:dioxyde_de_carbone|dioxyde de carbone]], [[glossaire:entrees:m:matiere_inorganique|matière inorganique]], [[glossaire:entrees:m:matiere_organique|matière organique]], [[glossaire:entrees:m:molecule|molécule]], [[glossaire:entrees:n:naturel|naturel]]. ===== Informations complémentaires ===== ==== Processus industriels ==== Les processus industriels de stockage du carbone entrent dans le cadre de ce qui est appelé la géo-ingénierie climatique. Les méthodes sont diverses, elles s’appuient sur des mécanismes naturels. Il s’agit de stocker le CO₂ : * en lui gardant sa forme moléculaire : le principe est d’extraire le CO₂ gazeux (de l’atmosphère ou de fumées) et de l’injecter dans les grandes profondeurs océaniques, ou dans des roches-réservoirs, ce dernier procédé étant le plus courant aujourd’hui. Ce procédé est qualifié de captage et stockage du dioxyde de carbone, et en anglais, //carbon capture and storage//, avec l’abréviation CCS ; * en intégrant son carbone à la matière organique d’algues microscopiques dont on favorise la photosynthèse et la multiplication, que ce soit des algues cultivées dans des dispositifs industriels, ou du phytoplancton océanique dont la croissance est stimulée par l’organisation d’opérations d'épandage de particules de fer ou de sulfate de fer à la surface des océan (voir détails avec l’entrée « géo-ingénierie climatique ») ; * en intégrant son carbone dans une forme minérale, en provoquant une réaction entre les molécules de CO₂ et un substrat stable. **Voir :** [[glossaire:entrees:g:geo-ingenierie_climatique|géo-ingénierie climatique]], [[glossaire:entrees:p:photosynthese|photosynthèse]], [[glossaire:entrees:p:phytoplancton|phytoplancton]], [[glossaire:entrees:r:roche-reservoir|roche-réservoir]], [[glossaire:entrees:s:substrat|substrat]]. ==== Processus naturels ==== Le stockage naturel repose sur des mécanismes biologiques (photosynthèse, en premier lieu), et physicochimiques (solubilisation, minéralisation). **Voir :** [[glossaire:entrees:m:mineralisation|minéralisation]], [[glossaire:entrees:s:solubiliser|solubiliser]]. === Mécanismes biologiques === Sur terre et dans les océans, la photosynthèse est le processus naturel le plus efficace pour retirer de l’atmosphère d’immenses quantités de CO₂. Avec la photosynthèse, le CO₂ est incorporé à des molécules de sucres simples (lors du cycle de Calvin). Ces briques élémentaires de sucre apportent les chaînes carbonées servant à la synthèse d’un large spectre de molécules à squelette carboné qui constituent la biomasse de toute la biosphère. Une grande partie (près du tiers) de la matière biosynthétisée par les plantes migre dans la rhizosphère et se trouve stockée durablement dans les sols où elle se minéralise lentement. Le carbone est alors fixé plus ou moins durablement. Avec les chaînes alimentaires, la matière organique formée se retrouve ensuite dans tous les organismes vivants, mais le phytoplancton (le plancton, en général) et les forêts font l’essentiel du piégeage du CO₂. Il faut noter que si la restauration et la conservation des écosystèmes côtiers (mangroves ou herbiers marins) permettent un stockage important de carbone, ces deux activités protègent aussi les côtes des submersions marines. **Voir :** [[glossaire:entrees:b:biomasse|biomasse]], [[glossaire:entrees:b:biosphere|biosphère]], [[glossaire:entrees:c:chaine_alimentaire|chaîne alimentaire]], [[glossaire:entrees:c:cycle_de_calvin|cycle de Calvin]], [[glossaire:entrees:m:matiere_organique|matière organique]], [[glossaire:entrees:p:plancton|plancton]], [[glossaire:entrees:r:rhizosphere|rhizosphère]], [[glossaire:entrees:s:sucre|sucre]]. === Mécanismes physico-chimiques === Nous distinguerons ici : * la solubilisation : Au niveau des océans, la dissolution du CO₂ se fait à l’interface océan-atmosphère. Ensuite, avec les courants thermo-halins, il y a une plongée des eaux chargées en CO₂ vers les grandes profondeurs, où les hautes pressions maintiennent durablement le gaz. Par ailleurs, cette solubilisation du CO₂ est à l’origine de l’acidification des océans ; * la minéralisation : c’est un phénomène qui produit des carbonates de différents ions, en particulier de calcium (CaCO₃), donnant par exemple du calcaire. Ce phénomène se déroule dans la nature, mais à l’échelle des milliers d’années. Il participe à la lithosphère. * la fossilisation : celle-ci aboutit aux combustibles fossiles qui lors de leur combustion, libère le CO₂. **Voir :** [[glossaire:entrees:a:acidification_des_oceans|acidification des océans]], [[glossaire:entrees:c:calcaire|calcaire]], [[glossaire:entrees:c:combustible_fossile|combustible fossile]], [[glossaire:entrees:c:courant_marin|courant marin]], [[glossaire:entrees:f:fossilisation|fossilisation]]. ==== Stabilité du carbone séquestré dans la matière organique ==== Le carbone fixé dans la matière organique est progressivement et partiellement libéré sous forme de CO₂ par des fonctions biologiques (respiration cellulaire, et fermentation) ou encore par la combustion de la matière organique. Certaines formes de matière organique sont stables très durablement. Ce sont celles : * obtenues à la suite de processus strictement biologiques, c’est le cas avec la formation du bois ; * résultant de modifications mettant en jeu des phénomènes physico-chimiques liés à la fossilisation (enfouissement, hautes pressions, températures élevées). Les combustibles fossiles sont un exemple. **Voir :** [[glossaire:entrees:b:bois|bois]], [[glossaire:entrees:c:combustible_fossile|combustible fossile]], [[glossaire:entrees:c:combustion|combustion]], [[glossaire:entrees:f:fermentation|fermentation]], [[glossaire:entrees:f:fossilisation|fossilisation]], [[glossaire:entrees:r:respiration|respiration]]. ==== Captation et stockage de la molécule de CO2, sans transformation ==== === Injection du CO2 dans les roches-réservoirs === Dans les applications industrielles, le CO₂ est récupéré au moment de son émission, lors de l’utilisation des combustibles fossiles, pour être stocké de façon durable dans des réservoirs souterrains naturels (anciens gisements de pétrole, de gaz ou de charbon, et aquifères salins, donc inexploitables). La séquestration du CO₂ pour limiter l'effet de serre n'en est qu'au stade expérimental. Une des grandes craintes est que des contaminants naturels (arsenic, plomb, uranium, etc.), présents dans les roches-réservoirs, soient libérés à la suite d'interactions avec le CO₂ (qui acidifie le milieu de son stockage) et remontent dans les nappes phréatiques supérieures. **Voir :** [[glossaire:entrees:a:aquifere|aquifère]], [[glossaire:entrees:c:charbon|charbon]], [[glossaire:entrees:c:combustible_fossile|combustible fossile]], [[glossaire:entrees:e:effet_de_serre|effet de serre]], [[glossaire:entrees:n:nappe_phreatique|nappe phréatique]], [[glossaire:entrees:p:petrole|pétrole]], [[glossaire:entrees:r:roche-reservoir|roche-réservoir]]. === Injection du CO2 dans les profondeurs océaniques === L’injection de CO₂ dans les profondeurs océaniques est une méthode basée sur l’existence de fortes pressions à ces profondeurs qui permet le piégeage du gaz. Elle a souvent été envisagée mais n’a pas été développée. ==== Fixation avec transformation de la molécule de CO2 ==== === Formation de matière organique par la photosynthèse === Nous l’avons vu ci-dessus, plusieurs voies de fixation du carbone de la molécule de CO₂, par la photosynthèse, existent : * la fixation naturelle par le phytoplancton marin : l’absorption du CO₂ par les océans repose en partie sur l’activité du phytoplancton. La méthode consiste à stimuler la photosynthèse par l'épandage de particules de fer ou de sulfate de fer à la surface des océans, le fer intervenant dans la synthèse de la chlorophylle. Cette fixation réduit la quantité de CO₂ présente dans les eaux de surface qui peuvent ainsi continuer à absorber le CO₂ atmosphérique. Les organismes marins morts rejoignent les fonds océaniques et se sédimentent ; * la fixation par des algues microscopiques cultivées dans des systèmes de culture plus ou moins complexes. Dans ces dispositifs, les conditions (lumière, CO₂, nutriments) favorisent la photosynthèse et la multiplication des algues. La biomasse produite est collectée pour être utilisée de différentes façons (biocarburant, biopétrole, par exemple). **Voir :** [[glossaire:entrees:b:biocarburant|biocarburant]], [[glossaire:entrees:b:biomasse|biomasse]], [[glossaire:entrees:b:biopetrole|biopétrole]], [[glossaire:entrees:c:carbone|carbone]], [[glossaire:entrees:c:chlorophylle|chlorophylle]], [[glossaire:entrees:n:nutriment|nutriment]]. === Minéralisation du dioxyde de carbone === Une technique est en développement (près de la capitale islandaise Reykjavik). Elle consiste à injecter du CO₂, à 1 000 mètres de profondeur, dans le basalte d’un massif volcanique. Ce projet est mené par des géochimistes depuis 2007. Une solution aqueuse contenant le CO₂ pénètre les pores de la roche, où le CO₂ réagit avec le calcium, le magnésium et le fer contenus dans le basalte. La réaction chimique produit des cristaux blancs de calcaire. Par ailleurs, des recherches récentes (années 2020) montrent que certaines espèces africaines de figuiers convertissent une part du CO₂ qu’elles absorbent, non pas en matière organique, mais en oxalate de calcium, que des bactéries de la rhizosphère transforment en carbonate de calcium. Toute la question étant de savoir si le phénomène peut permettre d’envisager un stockage de carbone significatif. ==== État d’avancement des techniques de capture du CO2 ==== === Stimulation du phytoplancton === Les tentatives de stimulation du phytoplancton océaniques ont donné des résultats très contrastés ; il est difficile prédire l'efficacité de ce type de fixation du CO₂. === Minéralisation du CO2 === Les techniques de minéralisation du CO₂ en sont à leur début et le climat a besoin de résultats tout de suite, sans compter que les quantités capturées sont faibles, que le processus est consommateur d'énergie, et que les coûts doivent être diminués. En conclusion, il est plus intéressant de réduire nos émissions, et de ne pas déforester, plutôt que de chercher à retirer le CO₂ de l’air ! === Captation de la molécule de CO2, sans transformation === En 2024, des chercheurs de l’université Berkeley (Californie) annoncent avoir mis au point une structure moléculaire rigide et poreuse unique, qui piège efficacement les molécules de dioxyde de carbone présentes dans l’air ambiant. Selon les chercheurs, 200 grammes du nouveau matériau permettraient de piéger annuellement 20 kilogrammes de CO₂, soit une capacité d’absorption comparable à celle des arbres. Si de telles capacités se confirmaient lors de son développement technique, utilisée à grande échelle, cette innovation pourrait permettre, potentiellement, de baisser les concentrations de CO₂ atmosphérique. ===== Réflexion développement durable ===== ==== Les freins aux projets de séquestration ==== La crainte existe qu’inciter par des aides financières à faire des progrès dans les tentatives de séquestration, détournerait les industriels des efforts de décarbonation de leurs processus de production, comme l’amélioration de l’efficacité énergétique de ces derniers ou encore l’usage des énergies renouvelables. Quoi qu’il en soit, le déploiement massif de ces procédés n’est possible que s’il présente une opportunité économique pour les émetteurs de CO₂, c’est-à-dire si l’unité de coût du CCS est plus faible que le coût de l’émission d’une tonne de carbone déterminé par la réglementation. En effet, si la tonne de CO₂ d’un projet CCS est de 30 euros sur le marché du carbone, alors qu’elle est d’une dizaine d’euros sur le marché européen, les investissements dans ces techniques ne se feront pas. En fait, sans préjuger des progrès technologiques futurs, il est plus raisonnable de ne plus émettre de carbone que de chercher à le capter dans l’atmosphère ou même à son émission ! **Voir :** [[glossaire:entrees:c:compost|compost]], [[glossaire:entrees:d:decarbonation|décarbonation]], [[glossaire:entrees:d:degradation_de_la_matiere_organique|dégradation de la matière organique]], [[glossaire:entrees:f:fermentation|fermentation]], [[glossaire:entrees:l:litiere|litière]], [[glossaire:entrees:m:marche_carbone|marché carbone]], [[glossaire:entrees:r:respiration|respiration]]. ==== Améliorer le stockage dans les sols ==== À l’échelle de la planète, la quantité de carbone organique stocké dans les sols est deux fois plus importante que la quantité présente dans l’atmosphère. Les sols constituent des puits de carbone naturels qui nous permettent d'espérer pouvoir atteindre la neutralité carbone en 2050. Or, un quart des gaz à effet de serre sont dus aux activités liées à l’usage des sols (agriculture, forêt). Cela exige que nous stoppions l’artificialisation des sols et que, nous modifions nos pratiques agricoles dans les grandes cultures. De plus, la restauration d’écosystèmes, notamment avec la reforestation ou l’amélioration de la gestion forestière, peut contribuer amplement au stockage. **Voir :** [[glossaire:entrees:a:artificialisation_des_sols|artificialisation des sols]], [[glossaire:entrees:n:neutralite_carbone|neutralité carbone]]. === Effet négatif des grandes cultures === Les grandes cultures bouleversent les sols. Alors qu’une prairie stocke 80 tonnes de carbone à l’hectare, une grande culture n’en capte que 50. On peut aussi développer les cultures intermédiaires au lieu de laisser les terres nues. C'est donc là que réside un fort potentiel de stockage additionne. === Effet négatif du drainage des zones humides === Le drainage des zones humides (tourbière, par exemple) pour en faire des terres cultivables conduit à la décomposition de la matière organique et libère le carbone organique du sol.  **Voir :** [[glossaire:entrees:d:decomposition_de_la_matiere_organique|décomposition de la matière organique]], [[glossaire:entrees:d:drainage|drainage]], [[glossaire:entrees:t:tourbiere|tourbière]], [[glossaire:entrees:z:zone_humide|zone humide]]. === Effet négatif de la déforestation === La déforestation tropicale et la pratique du brûlis pour rendre cultivable la terre libérée, ont pour conséquence un relâchement massif du carbone contenu dans les sols. Si un reboisement est effectué, il ne restaure que lentement le stock de carbone émis. **Voir :** [[glossaire:entrees:b:brulis|brûlis]], [[glossaire:entrees:d:deforestation|déforestation]]. === Effet positif du reboisement ? === Boiser un écosystème bien équilibré, rendant des services écosystémiques, comme une savane ou une prairie, n’a pas beaucoup de sens, si l’on songe que l’ombre apportée par les arbres plantés nuit à la végétation dont les herbivores se nourrissent. C’est pourtant le cas de projets de plantation d'arbres dans des savanes d’Afrique (près de la moitié), alors qu’il serait plus judicieux de porter les efforts sur les forêts dégradées. En outre, autre aspect douteux, la replantation se fait souvent avec des essences non indigènes. Il se trouve que les plantations d'arbres sont un moyen privilégié pour les entreprises de compenser leurs émissions de gaz à effet de serre, une stratégie qui entre dans ce que l’on qualifie d’écoblanchiment. **Voir :** [[glossaire:entrees:e:ecoblanchiment|écoblanchiment]], [[glossaire:entrees:r:reboisement|reboisement]], [[glossaire:entrees:s:service_ecosystemique|service écosystémique]]. === Initiative internationale «4 pour 1 000» === L’initiative internationale «4 pour 1000», adoptée en 2015, par la communauté internationale réunie à Paris pour la COP21 a pour but d’améliorer la captation du carbone par l’agriculture, les experts estimant qu’augmenter tous les ans de quatre millième (4/1000 ou 0,4 %) le potentiel de stockage des sols pourrait suffire à compenser l’ensemble des émissions de gaz à effet de serre de la planète.  Pour cela, il faudrait développer : * les couverts intercalaires et intermédiaires ; * l’agroforesterie ; * les prairies temporaires dans les rotations culturales ; * l’apport de compost ; * la plantation de haies. Il faudrait aussi maintenir et protéger : * les prairies permanentes ; * les zones humides ; * les forêts existantes. **Voir :** [[glossaire:entrees:a:agroforesterie|agroforesterie]], [[glossaire:entrees:c:compost|compost]], [[glossaire:entrees:c:cop|COP]], [[glossaire:entrees:h:haie|haie]], [[glossaire:entrees:n:neutralite_carbone|neutralité carbone]], [[glossaire:entrees:z:zone_humide|zone humide]]. ===== Réflexion pédagogique ===== === Formes minérale et gazeuse du carbone === On fait souvent peu de différence entre séquestration du CO₂ et séquestration du carbone, en ce sens que, dans les deux cas, on s’intéresse, en premier lieu, au retrait du CO₂ atmosphérique. Il convient d’insister sur le fait que la molécule de CO₂ peut être : * stockée sans transformation ultérieure ; * réduite au cours d’une réaction qui produit une nouvelle espèce chimique. **Voir :** [[glossaire:entrees:e:espece_chimique|espèce chimique]]. === Les mécanismes === Sur ce plan des mécanismes, il est donc intéressant d’approfondir : * la question de la réduction du CO₂ lors de la photosynthèse : cette réduction conduit à la formation de sucres simples grâce au cycle de Calvin ; * les réactions chimiques du CO₂ présent sous forme dissoute dans l’hydrosphère, et discuter de l’acidification des océans. **Voir :** [[glossaire:entrees:a:acidification_des_oceans|acidification des océans]], [[glossaire:entrees:c:cycle_de_calvin|cycle de Calvin]]. === Importance de l’agroécologie === Par ailleurs, le stockage du carbone dans les sols étant un enjeu de l’agro-écologie, la question peut être abordée dans ce sens. La séquestration du CO₂ n'ayant d'intérêt que si son stockage est durable et s'il ne revient pas rapidement dans l'atmosphère, il est nécessaire de développer la question du cycle du carbone. En effet, dans la nature, une grande partie du carbone stocké dans la matière organique est libéré sous forme de CO₂ par la respiration cellulaire ou certaines fermentations. En outre, l’activité agricole est parfois à l’origine d’une érosion des sols qui perdent alors en biodiversité et en productivité. Par effet domino, la baisse de productivité entraîne une réduction des apports de matières organiques au sol (voir ci-dessus).  **Voir :** [[glossaire:entrees:a:agroecologie|agroécologie]], [[glossaire:entrees:p:productivite|productivité]].