Guide : tout comprendre au cycle du carbone et à son dérèglement

Le carbone est partout. Dans l'air que l'on respire, dans les océans, dans les sols, dans les êtres vivants, dans les combustibles fossiles que l'on brûle. Depuis des millions d'années, il circule en permanence entre ces différents réservoirs, selon un mécanisme naturel parfaitement régulé : le cycle du carbone. Mais depuis la révolution industrielle, les activités humaines ont profondément perturbé cet équilibre. Résultat : une accumulation de CO₂ et d'autres gaz à effet de serre dans l'atmosphère, qui est aujourd'hui la principale cause du dérèglement climatique. Alors, comment fonctionne le cycle du carbone ? Quels sont ses grands réservoirs ? En quoi les activités humaines le perturbent-elles ? Et que peut-on faire à notre échelle (particulier et/ou entreprise) ?

Le cycle du carbone en bref 🔍

Qu'est-ce que le cycle du carbone ?

Le cycle du carbone, c'est le grand circuit qu'emprunte le carbone pour voyager en permanence entre les différents compartiments de la Terre. Atmosphère, océans, sols, végétation, roches : le carbone ne disparaît jamais, il se transforme et se déplace. Mais le cycle du carbone c’est aussi et surtout ce qui permet à la vie sur terre d’exister. Tout simplement.

Ce cycle existe depuis plus de 4 milliards d'années. Il est à la fois biologique (porté par les êtres vivants, via la photosynthèse et la respiration), géologique (via l'altération des roches et le volcanisme) et océanique (via les échanges entre l'atmosphère et les eaux marines). Ces trois dimensions s'entrelacent en permanence pour maintenir un équilibre dynamique.

Quels sont les différents types de carbone ? 

Le carbone, un élément présent de manière naturelle 

Le carbone est le 4^e élément le plus abondant dans l'univers (avec l'hydrogène H, l'hélium He et l'oxygène O) et le 15^e le plus abondant dans la croûte terrestre. Il est également le constituant majeur de deux Gaz à Effet de Serre (GES) que vous connaissez très probablement : CO2 et CH4, sans lesquels, il n’y aurait pas de vie sur Terre.

Les 3 formes du carbone sur Terre

• Inorganique (CO₂) : Cette forme est la plus rare. 
• Organique (biomasse, pétrole et gaz naturel) : Il est produit par des organismes vivants. Ces derniers contiennent au moins un atome de carbone lié à au moins un atome d'hydrogène. C’est la liaison carbone-hydrogène (C - H). Pour le dire autrement, le carbone organique a été fabriqué par un organisme, donc par le vivant.
• Minéral : C’est la forme la plus courante puisque c’est celle que l’on retrouve dans le dioxyde de carbone, le fameux CO₂ dont on entend tant parler, notamment dans les rapports du GIEC et aux actualités. Précisons d’ailleurs que le dioxyde de carbone se retrouve sous forme gazeuse dans l'atmosphère, sous forme dissoute dans l'eau, ou sous forme de composé complexe par de multiples réactions chimiques menant à la formation de ce que l’on appelle des "carbonates". 

Découvrez notre décryptage en 8 points du dernier rapport du GIEC

Quels sont les grands réservoirs de carbone sur Terre ?

Pour comprendre le carbone, il faut analyser le cycle dans lequel il s’intègre et en particulier ses acteurs principaux : les réservoirs de carbone, aussi appelés "puits de carbone" dès lors qu’ils absorbent plus de carbone qu'ils n'en émettent.

Le cycle du carbone 

Le cycle du carbone, c'est le grand circuit qu'emprunte le carbone pour se déplacer en permanence entre les différents compartiments de la Terre. Sur notre planète, ce cycle est particulièrement complexe pour deux raisons : l'existence des océans, qui constituent d'immenses réservoirs d'eau, et la présence du vivant, qui repose entièrement sur des composés carbonés.

Concrètement, le carbone est stocké dans quatre grands réservoirs naturels :

• l'atmosphère (sous forme de dioxyde de carbone donc CO₂ et de méthane)
• la biosphère (dans les êtres vivants et la matière organique)
• l’hydrosphère (dissous dans l'eau marine)
• la lithosphère (sous forme de minéraux, de combustibles fossiles et de matière organique)

💡 À retenir : le cycle du carbone n'est pas un phénomène statique. Il s'agit d'un équilibre en mouvement permanent, où des quantités colossales de carbone s'échangent chaque année entre réservoirs. 

L'atmosphère

L'atmosphère contient du carbone principalement sous forme de CO₂ (dioxyde de carbone) et de CH₄ (méthane). C'est le réservoir le plus "visible" car c'est lui qui influence directement l'effet de serre et donc le climat.

Consultez notre guide complet sur l’effet de serre.

Chaque année, l’organisation météorologique mondiale (OMM) publie un Bulletin sur les gaz à effet de serre. Ce dernier évalue la concentration de CO2 (ppm) dans l'atmosphère. Et chaque année, on constate que le volume de CO2 dans l’atmosphère est de plus en plus élevé ce qui implique de nombreux risques et enjeux (risques sur les puits de carbone tels que les forêts et les océans, hausse des températures, intensification des phénomènes météorologiques extrêmes, etc.).

L’hydrosphère (ou les océans)

Les océans sont le deuxième grand réservoir actif du cycle du carbone. Ils absorbent naturellement une partie du gaz carbonique (CO₂) atmosphérique par dissolution en surface, et le stockent en profondeur via des mécanismes biologiques et physiques. Ils constituent aujourd'hui le principal puits de carbone de la planète, absorbant environ 25 à 30 % des émissions humaines annuelles.

La biosphère (ou la végétation et les sols)

Les forêts, prairies, tourbières et autres écosystèmes terrestres stockent d'immenses quantités de carbone. La végétation capte le gaz carbonique (CO₂) atmosphérique via la photosynthèse et le stocke dans sa biomasse. Les sols (et notamment les tourbières) sont des réservoirs particulièrement importants : ils contiennent deux fois plus de carbone que l'atmosphère. 

Une tourbière est une zone humide colonisée par la végétation dans un milieu saturé en eau

La lithosphère (ou les roches et les combustibles fossiles)

C'est le réservoir le plus massif, et le plus lent. Le carbone y est stocké sous forme de calcaire, de charbon, de pétrole et de gaz naturel, issus de la décomposition d'organismes vivants sur des millions d'années. Dans le cycle naturel, ce carbone est libéré très lentement, par érosion ou volcanisme. C'est ce réservoir que les activités humaines ont décidé d'exploiter massivement et rapidement.

Dans la Fresque du Climat (que l’on affectionne tant chez Carbo), voilà la carte dédiée aux puits de carbone. Elle permet de bien se rendre compte du poids de chaque puits de carbone. La moitié du CO₂ que nous émettons chaque année est absorbée par les puits de carbone : la végétation pour 1/4 (via la photosynthèse), l'océan pour ¼ et le reste (1/2) reste dans l'atmosphère.

Comment le carbone circule-t-il naturellement ?

Dans un cycle naturel non perturbé, les échanges entre réservoirs s'équilibrent sur le long terme. Et cela se fait via différents mécanismes : 

• La photosynthèse et la respiration : C'est le moteur biologique du cycle. Les plantes, algues et certaines bactéries captent le CO₂ atmosphérique pour produire de la matière organique grâce à l'énergie solaire (photosynthèse). En sens inverse, tous les êtres vivants (végétaux compris) rejettent du CO₂ en respirant. Lorsqu'un organisme meurt, sa décomposition libère à son tour du CO₂ dans l'atmosphère ou dans le sol.
• Les échanges océan-atmosphère : L'océan et l'atmosphère échangent en permanence du CO₂ par simple contact en surface. Quand la concentration en CO₂ atmosphérique augmente, l'océan en absorbe davantage (ce qui est une bonne nouvelle à court terme, mais qui acidifie progressivement les eaux marines).
• Le cycle géologique : Sur des échelles de temps bien plus longues (des millions d'années), le carbone circule entre l'atmosphère et les roches via l'altération chimique des minéraux, le volcanisme et la formation de sédiments. C'est ce cycle lent qui a, sur des ères géologiques, régulé le climat terrestre.

En quoi les activités humaines perturbent-elles le cycle du carbone ?

C'est le cœur du problème. Depuis la révolution industrielle, les activités humaines ont introduit dans le cycle du carbone une variable qu'il n'avait jamais connue à cette vitesse : une libération massive de carbone fossile. Ainsi, la concentration en CO2 est la plus élevée depuis au moins 2 millions d’années. Cela vient ainsi déséquilibrer l’ensemble du cycle.

Ces émissions viennent de différentes choses comme par exemple :

• La combustion des énergies fossiles : En brûlant du charbon, du pétrole et du gaz naturel, l'humanité libère dans l'atmosphère du carbone qui était jusque-là stocké depuis des millions d'années sous forme fossile. Ce carbone "ancien" s'ajoute aux flux naturels du cycle, sans que les puits naturels aient le temps de l'absorber. 
• La déforestation : Les forêts sont des puits de carbone majeurs. Quand on les abat ou les brûle, le carbone qu'elles stockaient est libéré dans l'atmosphère (et leur capacité d'absorption est durablement réduite). Selon un rapport des Nations Unies datant de 2018, la déforestation contribuerait à elle seule à environ 10 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre liées aux activités humaines.
• L'agriculture intensive et l'artificialisation des sols : Les pratiques agricoles intensives (labour profond, utilisation d'engrais azotés, drainage des zones humides) appauvrissent les sols en matière organique et libèrent du CO₂ et du méthane.
• L'artificialisation des sols (bétonisation, imperméabilisation) détruit quant à elle des écosystèmes entiers, supprimant leur rôle de puits de carbone.

💡 Bon à savoir : toutes ces émissions sont précisément ce que mesure un bilan carbone d'entreprise. Réaliser son bilan carbone, c'est d'abord quantifier sa contribution personnelle à la perturbation du cycle du carbone au global. Envie de passer le cap ? Écrivez-nous 💛

Quelles sont les conséquences de ce dérèglement ?

La perturbation du cycle du carbone a des effets en cascade, qui se renforcent mutuellement.

• Premièrement, le réchauffement climatique est la conséquence la plus connue. L'accumulation de dioxyde de carbone (CO₂) et de méthane dans l'atmosphère renforce l'effet de serre naturel. Cela élève la température moyenne de la planète. 
• Ensuite, l'acidification des océans est une conséquence moins visible mais tout aussi préoccupante. En absorbant davantage de gaz carbonique (CO₂), les océans deviennent progressivement plus acides, ce qui menace les écosystèmes marins (coraux, coquillages, plancton). Cela perturbe à son tour leur capacité à jouer leur rôle de puits de carbone.
• Enfin, la déstabilisation des puits naturels est peut-être le risque le plus inquiétant à long terme. Le réchauffement entraîne le dégel du permafrost (sol gelé en permanence dans les régions arctiques), qui libère à son tour des quantités massives de méthane et de CO₂ (créant un cercle vicieux d'emballement climatique).

3 actions pour limiter la perturbation du cycle du carbone en tant qu’entreprise

Trois leviers complémentaires se dessinent.

1. Réduire les émissions à la source : Décarboner l'énergie, l'industrie, les transports et l'agriculture… C'est réduire les flux de carbone fossile injectés dans l'atmosphère. En tant qu’entreprise, vous pouvez réaliser un bilan carbone. C’est un outil de diagnostic qui permet d'analyser les émissions directes et indirectes de gaz à effet de serre générées par l'ensemble de l'activité. Ce bilan permet de connaître son empreinte carbone et d’identifier les leviers à activer pour la réduire efficacement.
2. Préserver et restaurer les puits naturels : Protéger les forêts primaires, restaurer les tourbières, préserver les océans et développer des pratiques agricoles qui enrichissent les sols en carbone (agroforesterie, agriculture régénératrice). Autant de façons de renforcer la capacité d'absorption naturelle de la planète. Pour une entreprise, cela peut se traduire par de la compensation carbone. Une approche qui consiste à financer ou soutenir des projets externes de réduction ou de séquestration de gaz à effet de serre (GES) pour compenser les émissions que l’organisation ou entreprise ne peut pas éliminer directement. 
3. Développer des solutions de captage et stockage : Les technologies de captage et stockage du carbone (CSC) permettent de capter le CO₂ à la source (cheminées industrielles, centrales électriques) ou directement dans l'atmosphère. Elles permettent aussi de le stocker durablement dans des formations géologiques. Certaines entreprises peuvent choisir d’investir dans la recherche sur le sujet afin d’identifier de nouvelles solutions et leviers.

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FAQ : tout savoir sur le cycle du carbone