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Le dioxyde de carbone

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Molécule chimique: O-2 = C+4 = O-2 ou CO2

     C'est entre autres le CO2 qui fait l'objet de tant de discussions au niveau environnemental et international. Mais pourquoi est-il tellement important ?

     Tout simplement parce que cette molécule a de nombreuses interférences avec d'autres éléments et engendre de l'acidification qui est une source de beaucoup de problèmes et dégradations.

     La plupart du temps, ce composé inorganique est présent sous forme gazeuse : c'est le fameux gaz carbonique également appelé anhydride carbonique. Néanmoins, on peut aussi le trouver sous forme liquide et solide.

     Le CO2 est en fait un puissant gaz produit lors des processus de combustion provenant de nombreuses industries (bombes aérosols, gaz réfrigérants, etc.), des automobiles, ...et dans une bien moindre mesure de la respiration des plantes et animaux.

     Chez l'homme, l'air expiré contiendrait 4% de CO2 (analyses scientifiques, 2019), car le CO2 est un produit catabolique1 de notre métabolisme qui est éliminé par nos poumons. Il est incolore et inodore. Comme la vapeur d'eau, le méthane et l'ozone (O3), le dioxyde de carbone est à l'origine du réchauffement climatique ..le fameux effet de serre. Ces rejets de gaz à effet de serre sont essentiellement dus à l'activité humaine et le dioxyde de carbone vient en deuxième position en importance dans l'atmosphère après la vapeur d'eau.

     En fait, le CO2 est un gaz qui absorbe le rayonnement infrarouge (IR)2, donc il tend à bloquer la réémission vers l'espace de l'énergie thermique reçue au sol sous l'effet du rayonnement solaire. Il est responsable pour un quart de l'effet de serre dans notre atmosphère occasionnant le réchauffement climatique que nous connaissons depuis la fin du vingtième siècle.

Dans l'air, l'augmentation de la teneur de l'atmosphère en CO2 peut aussi avoir des effets différenciés voire antagonistes selon son taux, le contexte environnemental (bio-géographique) et les variations saisonnières, principalement de la pluviométrie (notamment au-dessus des forêts). A ce sujet, les spécialistes de l'écologie sont pleinement engagés dans la compréhension fort complexe de tous ces mécanismes. Ils doivent encore élucider bon nombre de paramètres s'ils veulent prédire l'évolution de certains écosystèmes en terme de stockage naturel du carbone et d'amortissements des effets du "dérèglement climatique" occasionné par l'homme.

     Ainsi, l’augmentation du taux de CO2 dans l’atmosphère (jusqu’à un certain stade ...au-delà duquel la plante dépérit) réduit la conductance stomatique (la transpiration végétale par ses "pores") et augmente l'efficacité d'utilisation de l'eau par les plantes. Tout cela doit bien sûr être mis en relation avec la disponibilité de l’eau dans le (sous-)sol ...qui est un facteur limitant. De plus, les apports d'azote (nitrogène de symbole N) sont aussi à prendre en compte : l’apport d’engrais, les rejets de certaines industries, les émissions polluantes de la circulation automobile, etc. Il y a également l’impact de la température à l’intérieur-même des écosystèmes ! Mais la liste de tous les facteurs pouvant influencer ...est loin d’être connue, probablement encore beaucoup plus « enchevêtrée » qu’envisagée.

     Toutefois bien que le CO2 nourrisse la croissance des plantes, son excès induit une dégradation de leur valeur alimentaire qui aura des conséquences globales pour toutes les créatures vivantes qui consomment des plantes, y compris l'homme. Si rien n'est fait, l'augmentation du taux de CO2 dans notre atmosphère diminuera entre autres le taux de zinc et de fer des aliments (deux micronutriments essentiels)… ce qui entraînerait des maladies induites chez l'homme et certains animaux d'élevage (comme les porcs, les vaches et la volaille) par des carences alimentaires. Les enfants seraient particulièrement affectés, avec des risques de troubles ...irréversibles durant leur développement.

     Les rendements agricoles commencent à stagner ou se dégrader en raison notamment du réchauffement (vagues inhabituelles de chaleur) avec des précipitations totalement anormales, parfois extrêmement violentes, sortant de leur(s) saison(s) habituelle(s). Ce contexte pourrait causer des hausses de prix des aliments, les rendant inabordables pour les plus pauvres. Vous pouvez deviner/imaginer ...la suite !

     Personnellement n’étant pas un professionnel dédié à cette science extrêmement complexe (environnement/écologie), je ne me risquerai pas à vulgariser des relations qui doivent bien exister, mais qui actuellement ne sont pas suffisamment comprises par beaucoup sur le terrain. Mais un fait est certain : l’effet croissant du CO2 sur notre planète dépendra principalement des nouveaux équilibres et déséquilibres qui s'établiront entre tous ces facteurs. Ceci doit être particulièrement vrai lorsqu’il s’agit de biomasses couvrant de vastes étendues forestières (biodiversité particulière) où les échanges sont encore plus importants !

Dans l'eau, le CO2 joue également un rôle très important. C’est un nutriment de base essentiel pour les plantes. Il est présent dans l'eau sous forme de carbonates (CO32-) et bicarbonates (HCO3-).

CO3= + H2O = HCO3- + OH-

                                       ↓

                                              base forte

Ca2+ + 2 HCO3- →CaCO3 ↓ + CO2 + H2O

     Les plantes aquatiques trouvent l'intégralité de leurs nutriments sous forme dissoute. Elles assimilent le carbone minéral du CO2 pour réaliser la photosynthèse, mais de façon différente aux plantes terrestres grâce notamment à la position des stomates situés sur la face supérieure (échanges gazeux, comme l'air). Elles se spécialisent dans l'exploitation du spectre lumineux particulier à la profondeur de la colonne d'eau à laquelle elles se développent.

     Dans l'environnement aquatique, le CO2 influence donc positivement le processus de la photosynthèse (voir annexe).

     Toutefois, la dissolution du dioxyde de carbone dans les eaux douces et océans amène une acidification3 progressive qui pourrait conduire dans les siècles à venir à des problèmes de survie de nombreux organismes marins, notamment tous ceux à exosquelette calcifié tels que les coraux, les coquillages, les crustacés et aussi certains poissons : cet acide ferait « fondre » toutes ces structures et protections naturelles !

     Il est à noter que le CO2 est aussi toxique pour les poissons au-dessus de 40 mg/L. Pour la filtration (screening level) en milieu marin, il ne devrait pas dépasser 5 mg/L, quant à la production (élevage) il est recommandé de ne pas passer au-dessus de 10 mg/L.

     Donc, un bouleversement physico-chimique dans ce milieu particulier va inexorablement interférer négativement sur de nombreuses espèces, comme les millions de micro-organismes aquatiques qui fournissent (surtout dans le fond des plans d’eau) des fonctions vitales de recyclage.

     Enfin, l’acidification favorisera également la libération, la circulation et donc la bio-disponibilité de la plupart des métaux lourds, métalloïdes et radionucléides naturellement présent dans les sédiments ou d'origine anthropique ...surtout depuis la révolution industrielle.

     Par conséquent, les effets généraux de l'augmentation du CO2 sur notre planète se montrent de plus en plus préoccupants !

 

Références:

  • A guide to the study of fresh-water biology, James G. & Paul R. Needham, éd. Holden-day Inc, 1981

  • Environnement et aquaculture (tomes 1&2), coord. JeanPetit, éd. INRA, 1999

  • How to know the freshwater algae, G.W. Prescott, éd. Wm.C. Brown Co., 1984

  • https://fr.wikipedia.org/wiki/Dioxyde de carbone

  • https://www.aquaportail.com

  • https://www.futura-sciences.com

  • Water quality in warmwater fish pond, Claude E. Boyd, éd. Craftmaster Printers Inc., 1979

 

Annexe - Traditionnelle équation résumée de la photosynthèse:

                       lumière

                           Chlorophylle

6 CO2 + 6 H2→  C6H12O6 + 6 O2

    ↓            ↓                 ↓              └> oxygène

dioxyde           eau                 sucre (matière organique)

de Carbone

A noter la curiosité suivante :

- L'équation résumée de la respiration aérobique est l'inverse de la précédente :

C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6 H2O + chaleur (une énergie est ainsi libérée ...qui est requise pour tout processus de la vie)

- En l'absence d'oxygène, la respiration peut encore avoir lieu en présence d'organismes anaérobiques. Les produits de fermentation qui en résultent sont alors de l'alcool et du dioxyde de carbone (CO2) au lieu du dioxyde de carbone et de l'eau:

C6H12O6 2 CH3 - CH2 OH + 2 CO2 + chaleur

                                         ↓

                                         groupe hydroxyle (caractéristique de tout alcool organique)

________________________________________

1 Le catabolisme est un processus physiologique qui se traduit par la dégradation de produits internes (à notre organisme) qui contrôlent les mouvements d’énergie et cycles de la matière ; c’est l’ensemble des réactions bio-chimiques qui transforment la matière en déchets ; en d’autres termes, c’est la partie destructrice du métabolisme.

2 Faites référence à l'Annexe 1: Spécificité du spectre lumineux d'un précédant article (Changement de couleur chez les crustacés à la cuisson) publié en novembre 2020 .

3 L’acide carbonique est un composé chimique de formule H2CO3 (bicarbonates & eau). Ainsi :

H2O + CO2 = H2CO3 = H+ + HCO3-

eau <                ↓      └> pH

                       acide carbonique

Classé dans : Eau Mots clés : aucun

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