Quatre représentations que les chimistes utilisent pour le dioxyde de carbone. Dans les modèles colorés, le carbone est gris clair et l’oxygène est rouge.
Crédit : Randy Russell (©2006 NESTA)
Le dioxyde de carbone est un gaz incolore et ininflammable à température et pression normales. Bien que beaucoup moins abondant que l’azote et l’oxygène dans l’atmosphère terrestre, le dioxyde de carbone est un constituant important de l’air de notre planète. Une molécule de dioxyde de carbone (CO2) est composée d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène.
Le dioxyde de carbone est un important gaz à effet de serre qui contribue à piéger la chaleur dans notre atmosphère. Sans lui, notre planète serait d’un froid inhospitalier. Cependant, une augmentation progressive des concentrations de CO2 dans l’atmosphère terrestre contribue au réchauffement climatique, menaçant de perturber le climat de notre planète alors que les températures moyennes mondiales augmentent progressivement.
Le dioxyde de carbone est le quatrième composant le plus abondant de l’air sec. Sa concentration est d’environ 400 ppmv (parties par million en volume) dans l’atmosphère terrestre. Les scientifiques estiment qu’avant l’activité industrielle humaine, la concentration de CO2 était d’environ 270 ppmv. Les niveaux de dioxyde de carbone dans notre atmosphère ont donc augmenté d’environ 40 % depuis le début de l’industrialisation humaine, et devraient jouer un rôle inquiétant dans l’augmentation de la température mondiale. Les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone ont considérablement varié au cours de l’histoire préhumaine de notre planète, et ont eu de profondes répercussions sur les températures mondiales dans le passé.
Le dioxyde de carbone joue un rôle clé dans le cycle du carbone de la Terre, l’ensemble des processus qui font circuler le carbone sous de nombreuses formes dans tout notre environnement. Les dégagements gazeux volcaniques et les incendies de forêt sont deux sources naturelles importantes de CO2 dans l’atmosphère terrestre. La respiration, le processus par lequel les organismes libèrent l’énergie des aliments, émet du dioxyde de carbone. Lorsque vous expirez, c’est du dioxyde de carbone (entre autres gaz) que vous expirez. La combustion, que ce soit sous la forme de feux de forêt, à la suite de pratiques agricoles sur brûlis ou dans les moteurs à combustion interne, produit du dioxyde de carbone.
La photosynthèse, le processus biochimique par lequel les plantes et certains microbes créent de la nourriture, consomme du dioxyde de carbone. Les organismes photosynthétiques combinent le CO2 et l’eau (H2O) pour produire des hydrates de carbone (comme les sucres) et émettent de l’oxygène comme sous-produit. Les endroits tels que les forêts et les zones océaniques qui abritent des microbes photosynthétiques agissent donc comme des « puits » de carbone massifs, éliminant le dioxyde de carbone de l’atmosphère par la photosynthèse. L’atmosphère primitive de la Terre avait des niveaux de CO2 beaucoup plus élevés et presque pas d’oxygène ; l’essor des organismes photosynthétiques a entraîné une augmentation de l’oxygène qui a permis le développement de créatures respirant de l’oxygène comme nous !
La combustion génère du CO2, bien qu’une combustion incomplète due à un apport limité en oxygène ou à un excès de carbone puisse également produire du monoxyde de carbone (CO). Le monoxyde de carbone, un polluant dangereux, finit par s’oxyder en dioxyde de carbone.
De petits bidons contenant du CO2 sous pression sont utilisés pour gonfler les pneus des vélos et les gilets de sauvetage et pour alimenter les fusils de paintball. Le « pétillement » des boissons gazeuses est fourni par le dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone est également libéré par les levures pendant la fermentation, ce qui donne à la bière sa mousse et rend le champagne pétillant. Comme il n’est pas inflammable, le CO2 est utilisé dans certains extincteurs. Le dioxyde de carbone forme un acide faible, appelé acide carbonique (H2CO3), lorsqu’il est dissous dans l’eau.
Le dioxyde de carbone est le gaz le plus abondant dans les atmosphères de Mars et de Vénus. Le dioxyde de carbone solide et gelé est appelé « glace sèche ». Les calottes polaires de Mars sont un mélange de glace d’eau normale et de glace sèche. Le CO2 liquide ne se forme qu’à des pressions supérieures à environ 5 fois la pression atmosphérique sur Terre au niveau de la mer, si bien que dans de nombreuses situations, la glace sèche ne fond pas sous forme liquide. Au lieu de cela, elle passe directement d’un état solide à un état gazeux dans un processus appelé sublimation.