Par Kevin Beck
Mis à jour le 30 août 2022
Le dioxyde de carbone (CO₂) est une molécule simple mais profondément influente. Chez les animaux, c'est un sous-produit du métabolisme aérobie; chez les plantes, c'est le substrat essentiel à la photosynthèse. Son statut de gaz à effet de serre en a fait un point central dans les discussions sur le changement climatique, tandis que sa polyvalence le rend indispensable dans d'innombrables processus industriels.
Le dioxyde de carbone est un gaz incolore et inodore à température ambiante. Sa géométrie moléculaire linéaire (O=C=O) est constituée d'un seul atome de carbone doublement lié à deux atomes d'oxygène. La grande stabilité de la molécule provient des doubles liaisons qui satisfont aux exigences de valence de chaque atome.
Avec un poids moléculaire de 44 amu (12 pour le carbone + 2 × 16 pour l'oxygène), une mole de CO₂ (6,02 × 10²³ molécules) a une masse de 44 g. Cette valeur suit la convention selon laquelle 12 g de carbone contiennent exactement le nombre d'atomes d'Avogadro.
Le CO₂ existe dans trois états. Sous forme liquide, il est utilisé comme réfrigérant et dans les systèmes d'extinction d'incendie ; sous forme solide (neige carbonique), elle sert à la réfrigération et peut provoquer des engelures au contact de la peau.
Bien que le CO₂ puisse être toxique à des concentrations élevées, il s’agit généralement d’un marqueur inoffensif de la respiration. Lorsque la respiration s'arrête, le CO₂ s'accumule dans la circulation sanguine, entraînant une asphyxie, de la même manière que l'eau n'est pas toxique, sauf si elle provoque la noyade.
Dans l'atmosphère, le CO₂ représente environ 0,04 % de l'air, soit environ 400 ppm aujourd'hui, soit une forte augmentation par rapport à la fourchette de 200 à 300 ppm qui prévalait pendant des milliers d'années avant la révolution industrielle.
Lors de la respiration cellulaire, les glucides, les protéines et les graisses sont oxydés en CO₂ et en eau, produisant de l'ATP via le cycle de Krebs et la chaîne de transport d'électrons. Ce processus alimente pratiquement tous les organismes aérobies.
Le CO₂ est un gaz à effet de serre naturel qui modère la température de la Terre. Cependant, la combustion de combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) a considérablement augmenté le CO₂ atmosphérique depuis le 19e siècle, accélérant ainsi le réchauffement climatique.
Les conséquences incluent une hausse des températures moyennes, une élévation du niveau de la mer, la fonte des glaciers, l'acidification des océans, le rétrécissement des glaces polaires et une augmentation des événements météorologiques extrêmes tels que les ouragans.
Les propriétés physiques du CO₂ le rendent inestimable dans tous les secteurs. Il est utilisé comme réfrigérant (solide et liquide), propulseur d'aérosol, rodenticide, milieu cryogénique dans les expériences de physique et gaz enrichissant dans les serres.
D'autres applications incluent la fracturation hydraulique des puits de pétrole, les processus miniers, la modération des neutrons dans certains réacteurs nucléaires et les lasers spécialisés.
Sur le plan personnel, un adulte moyen produit environ 500 g de CO₂ par jour, soit environ une livre de gaz invisible, grâce à son activité métabolique.
Pour des informations plus détaillées, consultez les Ressources CO₂ de la NASA et des revues de chimie évaluées par des pairs .