LES PUITS DE CARBONE

INTRODUCTION

Un puits de carbone ou puits CO2 est un réceptacle (naturel ou artificiel) qui capture le carbone présent dans l’atmosphère. Les puits de carbone absorbent plus de CO2 qu'ils n'en rejettent, à l'inverse des sources d'émissions de carbone.

En collaborant à abaisser la quantité de CO2 atmosphérique, les puits de carbone pèsent sur le climat planétaire et donc sur tous les éléments de l'environnement qui tournent autour du climat. Ils sont essentiels au bon déroulement du cycle carbone.

LES PUITS DE CARBONE NATURELS

Autrefois, les principaux puits étaient les processus biologiques de production de charbon, pétrole, gaz naturels, hydrates de méthane et roches calcaires. Aujourd'hui, ce sont les océans, les sols (humus) et la flore (forêt, tourbière, toundra, prairies).

Les forêts et les océans absorbent environ la moitié des émissions anthropiques de carbone.

Les océans assurent un stockage durable pour ce carbone digéré par le plancton, les coraux et les poissons, puis converti en roche sédimentaire ou biogénique. Le surplus de CO2 absorbé est entraîné vers les eaux profondes ce qui entraîne sont immobilisation pour plusieurs siècles.

En revanche, les forêts redistribuent dans l'atmosphère le CO2 qu'elles ont absorbé beaucoup plus rapidement que les océans : entre 20 et 80 ans si se sont de forêts tempérées ou tropicales ou encore boréales.

Les sols

L’accumulation de la teneur en carbone du sol permet de contribuer au développement des plantes, d’étendre la matière organique du sol, d’optimiser le rendement agricole, de perfectionner la capacité de rétention d'eau du sol et d’économiser l'utilisation d'engrais ainsi que les émissions de protoxyde d'azote qui vont avec leur emploi.

Selon une étude menée en 2018 par le Centre International d’Information de Référence du Sol, le carbone stocké jusqu’à un mètre de profondeur sous forme de matière organique est de 3 421 Gt. C'est quasiment 4 fois le carbone présent dans l’atmosphère.

Parmi les principaux capteurs nous pouvons trouver les prairies, les sols agricoles, les sous-sols, les champs en pâturage, les tourbières, la toundra.

A titre d’exemple, les prairies concentrent énormément de matières organiques, principalement sous forme de racines et micro-organismes et cela pendant de longues années. De plus, une modification de champs en pâturage mettant à profit la fertilité naturelle du sol sur de grandes superficies bien gérée emprisonne encore plus de carbone.

Le stockage à long terme dans les sols agricoles est concevable en adoptant des actes qui soutiennent l’accroissement de la quantité de carbone dans le sol : semis direct, utilisation de légumineuses et/ou de graminées dans la rotation des cultures, conversion de terres agricoles marginales en zones de graminées vivaces ou d’arbres, plantation d’arbustes et d’arbres, restauration des zones humides, etc. Ces actes augmentent la conservation de l’eau, réduisent l’érosion et améliorent l’habitat faunique et la protection des espèces, ce qui amène à une plus grande biodiversité.

Pour ainsi dire, les moyens de lutte contre l'érosion, la préservation d'une couverture végétale hivernale et une rotation des cultures favorisent également la concentration en carbone des sols.

Mais cette faculté s’affaiblie rapidement, en particulier dans les sols agricoles labourés (Une agriculture sans labour augmente le carbone stocké dans le sol). Dans les sols déjà très riches en carbone, non tassés ou aride, leur respiration se voit augmenter en même temps que la température. Leur réchauffement peut être source de relargage de carbone allant jusqu'au bilan négatif (plus d'émission que de stockage). Par ailleurs, les tourbières et la toundra étaient considérées parmi les plus efficaces puits de carbone, mais un nombre inconsidérable de tourbières ont été exploitées, drainées voire brûlées.

Les océans

Les océans sont d’énormes réceptacles à carbone s’étendant sur 70% de la surface de la Terre. Ils échangent avec l'atmosphère, naturellement et de façon permanente, plusieurs milliards de tonnes de carbone sous forme de dioxyde de carbone (CO2). Les océans sont les principaux puits naturels de carbone, assimilé via le plancton, les coraux et les poissons, puis transformé en roche sédimentaire ou biogénique. Il est estimé qu'ils en accumulent 50 fois plus que l'atmosphère.

Ce mécanisme naturel aide à amasser une partie des émissions de gaz à effet de serre (GES). On estime que l'Océan absorbe près de 30% des émissions anthropiques (d'origine humaine) chaque année. Sans cette faculté d’assimilation, les dérèglements climatiques que nous connaissons aujourd’hui seraient plus rapides et plus marqués.

L’Océan absorbe et relargue le carbone vers l'atmosphère selon deux procédés :

Le procédé physico-chimique (responsable à 90% de l'absorption) :

L'océan absorbe de manière naturelle et en permanence le CO2 de l'air, qui se dissout au contact de l'eau de mer. Son absorption par les océans est proportionnelle à la température de l’eau, autrement dit plus les eaux sont froides et plus la quantité de carbone absorbée est grande (le CO2 est plus soluble dans l'eau froide). Les courants froids acheminent le CO2, en partie vers le fond des océans pour former des stocks de carbone (le carbone y est emprisonné) alors qu'une petite partie restera prisonnière des fonds marins pour former ce qu'on appelle le stock de carbone.

Le procédé biologique (responsable à 10% de l'absorption) :

Les algues microscopiques et les phytoplancton (plancton végétal) en suspension dans l’eau sont les acteurs du mécanisme biologique.

A l’instar des plantes terrestres, le phytoplancton absorbe une quantité importante de C02. Par l’intermédiaire de la lumière, il capte le carbone et émet du dioxygène (O2) afin de former de la matière organique. Ce procédé est appelé la "photosynthèse". L'oxygène rejeté par ces organismes (sous forme de O2) se répartit ensuite entre l'Océan et l'atmosphère.

Cette photosynthèse nous offre ainsi 50% de l'oxygène que nous respirons, soit une respiration sur deux !

A sa mort, les organismes morts tombent au fond de l’océan ; la matière organique qu'ils contiennent se transforment alors en pétrole ou en gaz (cette couche qui se forme au fond de l'océan s'appelle la nécromasse).

Les espèces à coquille calcaire utilisent également du carbone (les carbonates de calcium) pour fabriquer leur « squelette ». Ces sédiments se transformeront plus tard en roche calcaire.

Les tourbières et la toundra

Une tourbière est une zone humide définie par la présence d’un genre de mousses (la sphaigne) qui en mourant se regroupent petit à petit pour modeler de la tourbe, un sol qui se détermine par son importante concentration en matière organique, peu ou pas décomposée, d'origine végétale. Ces écosystèmes couvrent 3 % à 5 % des surfaces terrestres émergées, cependant la biodiversité y est très élevée, et leur capacité de stockage du carbone est très performante.

La toundra, désigne l'un des quatorze grands biomes (ensemble d'écosystèmes caractéristique d'une aire biogéographique) terrestres. C'est une composition végétale située dans les zones climatiques froides, polaires ou montagnardes, constituée d'une strate végétale singulière principalement composée de graminées, de carex, de lichens, de mousses et de diverses variétés d'arbrisseaux. On remarque communément la toundra arctique, la toundra antarctique et la toundra alpine. Les deux premières sont prédisposées par un climat froid d'origine polaire alors que le climat de la toundra alpine est adjoint à l'altitude.

La principale partie de la toundra forme un cercle de plus de huit millions de km² autour des pôles, soit 6 % des terres émergées. La toundra se trouve essentiellement dans l'hémisphère nord, au nord de la limite des arbres qui marque sa séparation avec la taïga.

Ces écosystèmes faisaient partie des puits de carbone les plus performants, mais de trop nombreuses tourbières ont été exploitées, drainées (ce qui entraine une minéralisation avec libération de carbone), brûlées (pour planter des palmiers à huile, par exemple), ou encore, sous l'effet du réchauffement peuvent voir leur sol rapidement évoluer.

Les forêts

L'écosystème forestier couvrent 30% de la surface de la Terre. Il est, après le plancton océanique et avec les tourbières et les prairies, le principal puits de carbone naturel. Il accumule d'énormes quantités de carbone dans le bois, les racines, le sol et l'écosystème via la photosynthèse.

Chaque année, 16 milliards de tonnes de CO2 sont piégés par les forêts contre une moyenne annuelle de 8,1 milliards de tonnes libérées à cause, entre autres, de la déforestation. Les forêts absorbent donc une quantité nette de 7,6 milliards de tonnes de CO2 par an. On a estimé que les forêts du monde contiennent jusqu'à 80% de l'ensemble du carbone présent au-dessus de la surface du sol et environ 40% du carbone terrestre souterrain (sol, litière et racines). Cela représente à peu près 1 146 Gt de carbone et quasiment 1 fois et demi le carbone présent dans l’atmosphère.

Les plantes captent le CO2 présent dans l'atmosphère. Elles en stockent une partie et en rejettent une autre sous forme d’oxygène dans l'atmosphère. Chez les arbres, suivant leur essence, leur densité, ou bien leur zone le taux ainsi que le temps de captation varie amplement. De manière générale, un arbre arrivé à maturité, en capte moins, mais le carbone représente 20 % de leur poids (cela peut aller jusqu’à 50%).

A sa mort, un arbre est décomposé par des bactéries, champignons et invertébrés qui recyclent son carbone sous forme de biomasse, nécromasse et sous forme de gaz.

En se décomposant, il arrive que les arbres morts, roseaux et plantes des marais, dans des conditions particulières, produisant des tourbes. Ce processus, par sa lenteur, permet au marais de grandir assez vite et permet également de capter plus de carbone atmosphérique que ce qui est libéré par la décomposition. Un quart du carbone absorbé par les forêts l'est par les plantes et le sol.

Nous pouvons observer cinq différents stocks de carbone :

·         La biomasse aérienne : Carbone présent dans toute la biomasse vivante au-dessus du sol, y compris les tiges, les souches, les branches, l’écorce, les graines et le feuillage

·         La biomasse souterraine : Carbone présent dans toute la biomasse de racines vivantes. Les radicelles de moins de deux mm de diamètre sont exclues car il est souvent difficile de les distinguer empiriquement de la matière organique du sol ou de la litière

·         Le carbone du bois mort : de la nécromasse ligneuse – hors de la litière – soit sur pied, soit gisant au sol, soit dans le sol. Le bois mort comprend le bois gisant à la surface, les racines mortes et les souches dont le diamètre est supérieur ou égal à dix cm ou tout autre diamètre utilisé par le pays

·         Le carbone de la litière : Carbone présent dans toute la biomasse non vivante dont le diamètre est inférieur au diamètre minimal pour le bois mort (p. ex. dix cm), gisant à différents stades de décomposition au-dessus du sol minéral ou organique

·         Le carbone dans le sol : Carbone organique présent dans les sols minéraux et organiques (y compris les tourbières) jusqu’à une profondeur spécifique indiquée par le pays et appliquée de façon cohérente à travers toutes les séries chronologiques

La déforestation serait responsable de l'émission de 1 milliard de tonnes de carbone par an en moyenne. D'après une précédente estimation, elle représente entre 6 et 17 % de l'ensemble des émissions de CO2 d'origine humaine au sein de l'atmosphère.

Dans le contexte climatique que l’on connait aujourd’hui, certaines forêts plus vulnérables peuvent devenir des sources de CO2, par exemple lors d'incendies ou encore après les grandes coupes rases. En 2016 une étude a conclu que la toundra et la taïga sont les écosystèmes qui risquent proportionnellement (notamment parce que leur sol était très riches en carbone), de perdre le plus de carbone du sol d'ici 2100, au risque de basculer d'une situation globale de puits de carbone, vers une situation d'émetteur, qui pourrait alors encore accroître le réchauffement climatique.

LES PUITS DE CARBONE ARTIFICIELS

Un puits de carbone est dit "artificiel" lorsque qu’il s’agit d’un puits de carbone naturel conservé ou aménagé par l’Homme.

Le procédé de séquestration d’un puits artificiel est appelé " absorption anthropique de carbone".

Afin de pouvoir emprisonner le carbone artificiellement, il faut d’abord le capturer. Suivant la source d’émission de GES (industries manufacturières, centrales thermiques de production d’électricité, unités de traitement et de valorisation thermique des déchets) il existe plusieurs méthodes de captation (par précombustion, en postcombustion, par oxycombustion)

A posteriori, il est conservé par différents moyens et différentes zones : aquifères salins profonds, gisements de pétrole et de gaz naturel épuisés ou en phase de récupération assistée, veines de charbon profondes, inexploitables, eaux profondes des océans, les sols.

LA SÉQUESTRATION DU CARBONE

La séquestration du carbone (ou "piégeage", ou "emprisonnement du carbone") définie les processus débarrassant le carbone ou le CO2 de l'atmosphère terrestre et le stockant dans un puits de carbone. Elle peut se faire par les plantes, les sols et les océans.

Le processus dominant de séquestration du CO2 atmosphérique est la photosynthèse. Ce biais métabolique exploite l'énergie solaire pour coincer le CO2 sous forme de matière organique. La biomasse organique forme donc un stock de carbone.

Tout appauvrissement de cette biomasse (déforestation) détruit ce stock et évacue dans l'atmosphère le CO2 qui y était piégé, alors que tout enrichissement de ce stock actionne une diminution de la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

Une partie de cette matière organique passe au travers de la décomposition (qui libère le CO2 dans l'atmosphère) et forme, très lentement, des roches sédimentaires (calcaires, hydrocarbures). Sous cette forme, le carbone est piégé hors de l'atmosphère pour des durées de temps géologiques.

CONCLUSION

Essentiels à l’équilibre des gaz présents dans l’atmosphère, les puits de carbone, seraient capables de se transformer en émetteurs de carbone par notre mauvaise gestion. On peut observer cela avec la déforestation ou encore la pollution des sols et des océans. Evidemment il existe des puits de carbone artificiels, mais ils sont onéreux et leur mise en place est difficile. Il est primordial de diminuer nos émissions de CO2 à leur source et de ne pas tout miser sur les puits de carbone existants.

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