Chaleur accablante, incendies de forêt, pluies torrentielles, inondations catastrophiques, tornades récurrentes et climat généralement instable : les Nord-Américains en ont fait l’expérience cette année. Ces phénomènes extrêmes inquiètent, et tous ont un dénominateur commun : le carbone. Mieux comprendre cet élément essentiel pourrait ouvrir la voie à des solutions durables pour notre planète.
Le carbone : essentiel, pas coupable
Le carbone est indispensable à la vie. C’est l’élément fondamental des composés organiques, glucides, protéines, lipides et acides nucléiques,dont dépendent toutes les cellules vivantes.
Mais le carbone n’est pas statique : il circule en permanence à travers les organismes et l’environnement. Il est échangé lorsque nous respirons, lorsque les plantes réalisent la photosynthèse, lorsque la vie marine se renouvelle, ou encore lorsque le bétail paît. Les activités humaines, agricoles, industrielles et commerciales amplifient ce flux naturel en libérant du carbone additionnel dans l’atmosphère.
Comme les organismes utilisent le carbone, ils le stockent également. Le carbone est enfermé dans les minéraux, les roches, la matière et l'atmosphère. La terre, ainsi que la plupart des éléments qui la composent et la surplombent, sert de foyer aux unités de stockage du carbone.
Le mouvement constant du carbone dans et entre ces unités de stockage est appelé le cycle du carbone. Malgré sa nature nomade, la quantité globale de carbone dans le cycle ne change pas car, selon la National Oceanic and Atmospheric Administration, la terre et son atmosphère constituent un environnement clos et le carbone ne peut pas s'en échapper.
La somme du carbone et de l'énergie qui y est stockée est de l'ordre du million de tonnes. La quantité totale de carbone pourrait ne pas changer, mais la quantité stockée dans chaque partie du cycle fluctue à mesure que le carbone est libéré, absorbé, utilisé, puis à nouveau libéré. Le cycle du carbone est un processus naturel qui est généralement équilibré par une quantité égale de libération et d'absorption de carbone à travers ses phases et ses parties. En revanche les activités humaines qui libèrent du carbone stocké dans l'atmosphère à des niveaux croissants peuvent perturber l'équilibre entre la libération et l'absorption plus rapidement que le cycle ne peut s'adapter.
Le véritable problème réside donc dans les émissions : les appareils électroménagers, les véhicules, les procédés industriels et les systèmes de transport contribuent à libérer toujours plus de carbone dans l’atmosphère, dépassant la capacité naturelle d’absorption du cycle.
Importants investissements technologiques dans le carbone
Avec un large consensus scientifique selon lequel l'activité humaine a altéré l'équilibre naturel du cycle du carbone, la plupart des solutions de restauration se concentrent sur la modification des activités humaines qui déclenchent le déséquilibre. Certaines solutions peuvent être mises en place au niveau individuel et domestique. Des solutions de captage et de stockage du carbone à grande échelle sont actuellement utilisées par certains géants industriels mondiaux comme ExxonMobil et Dow Chemical. L'entreprise agricole Corteva fait partie d'un projet pilote sur le protocole de suppression des gaz à effet de serre et l'élimination des déchets.
D'autres solutions verront le jour. Un investissement de plusieurs millions de dollars a été accordé à des organisations industrielles, énergétiques et universitaires américaines pour créer des technologies capable de remplacer les processus traditionnels d'émission de carbone. En juin 2023, le Département de l'Énergie des États-Unis (DOE) a annoncé un financement de 135 millions de dollars pour 40 projets de décarbonisation dans les secteurs industriel et académique.
Les investissements de l'ODE vont d'une subvention de 1 million de dollars accordé à la Case Western Reserve University pour développer un processus de production de métal sans carbone, à 13 millions de dollars pour Siemens Energy et à ses partenaires, notamment Dow Chemical et le Southwest Research Institute, dans le but de concevoir et mettre en œuvre de nouvelles technologies de turbocompresseur et de vapeur industrielle qui seraient capables de remplacer les méthodes actuelles à fortes émissions.
Surveiller l’air pour préserver l’équilibre
La surveillance de l'air est une pratique de base qui permet aux experts de comprendre l'état d'équilibre du cycle du carbone. Selon l'EPA des États-Unis pour la protection de l'environnement, trois méthodes de surveillance sont couramment utilisées :
- Systèmes de surveillance continue des émissions (CEMS) : mesure des émissions réelles d'une source stationnaire.
- Systèmes de surveillance continue de l'opacité (COMS) : mesure de l'intensité de la lumière à une source d'émission. Si une source lumineuse est obscurcie par des particules lourdes, elle est considérée comme "opaque" et les émissions doivent être corrigées.
- Systèmes de surveillance continue des paramètres (CPMS) : mesure de la température, de la pression, du débit et d'autres paramètres qui reflètent l'efficacité des systèmes de contrôle de la pollution de l'air d'un site ou d'une région.
Les tests d'émissions et la surveillance de la qualité de l'air constituent l'un des aspects de la gestion du carbone. Les méthodes de l'EPA fournissent des procédures détaillées que les organisations industrielles et commerciales à forte intensité d'émissions doivent mettre en place pour respecter les normes de qualité de l'air. Des efforts de coopération comme l'Accord sur la qualité de l'air entre le Canada et les États-Unis, conclu en 1991, constituent un autre outil.
Les efforts les plus urgents consistent en des investissements à grande échelle dans de nouvelles technologies et de nouveaux processus susceptibles de contribuer à rééquilibrer le cycle du carbone le plus tôt possible. La Terre, ainsi que tout ce qui s'y trouve compte là-dessus.
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Lynne Lescott est rédactrice pour Thermo Fisher Scientific.