La problématique du CO2 est abordée dans son ensemble. Cet article décrit les propriétés physico-chimiques de la molécule, les sources et les impacts du CO2 sur la santé et l’environnement ainsi que son identification et sa quantification dans les émissions gazeuses. La législation est abordée en relation avec les accords internationaux sur le climat. Les grandes technologies de séparation, de concentration, de transport et de stockage sont décrites. La valorisation du CO2 est illustrée par quelques exemples. Des données technico-économiques permettent d’apprécier chaque étape de l’approche technologique de réduction des émissions dans l’atmosphère.
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Pierre LE CLOIREC
: Professeur, directeur honoraire de l’ENSCR - École nationale supérieure de chimie de Rennes, France
INTRODUCTION
Effet de serre, réchauffement de la planète, augmentation du niveau de la mer, fonte de la banquise ou de glaciers…, toutes ces expressions sont maintenant entrées dans le langage du grand public du fait de propos plus ou moins alarmistes transmis par les médias.
Les conférences internationales de Rio (1992) et de Kyoto (1997) (COP3 – 38 pays signataires) marquent une volonté de réduction des polluants atmosphériques. En 1997, le protocole de Kyoto imposait aux 38 pays signataires de réduire de 5,2 % leurs émissions de gaz à effet de serre d’ici la période 2008-2012. Dans ce contexte, l’Union européenne a émis une directive, adoptée le 13 octobre 2003, prévoyant des quotas de rejets et des pénalités en cas de dépassement des engagements. La France a diminué ses émissions de CO2 d’environ 15 % et de 6 % respectivement par rapport aux années 1990 et 2010 . En décembre 2015, la COP21 (21e Conférence des Parties), regroupant 195 pays, tenue à Paris, a permis une discussion entre États et de générer un texte d’accord avec, en particulier, une limite à 2 °C de la hausse des températures en 2100. Ceci entraîne une diminution drastique (− 25 % en 2030) des gaz à effet de serre (GES) présents dans les émissions dues à l’activité humaine.
Basées sur les données françaises, les principales molécules à effet de serre (GES) sont répertoriées et définies. On trouve, avec leur valeur de contribution sur l’effet de serre, la vapeur d’eau pour 55 %, le dioxyde de carbone (CO2) pour 39 %, le méthane (CH4) 2 %, l’ozone (O3) 2 %, le protoxyde d’azote (N2O) 2 % ainsi que, pour une moindre part, les halocarbones (chlorofluorocarbones (CFC), fréon, perfluorométhanes) et l’hexafluorure de soufre (SF6) . Certains auteurs ne prennent pas en compte la vapeur d’eau et dans ce cas, bien sûr, les valeurs de répartition sont différentes. Il convient de bien spécifier que, dans les bilans et les données publiées, l’ensemble des GES est généralement donné en tonne équivalent CO2 (tCO2 eq). Dans ce présent article, nous nous intéresserons exclusivement au gaz carbonique (tCO2).
Dans une approche écologique et/ou réglementaire, il est nécessaire de contrôler et de réduire les émissions de gaz à effet de serre et en particulier les rejets de dioxyde de carbone . C’est dans ce contexte général que sera abordée, dans cet article, la problématique du CO2.
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Le dioxyde de carbone a été découvert, en 1638, par le médecin belge Jan Baptist Van Helmont. Vers 1750, il est étudié par Joseph Black, chimiste et physicien écossais. Joseph Priestley, pasteur anglais, isole le gaz carbonique en 1766 et c’est en 1776 que le chimiste français Antoine Laurent de Lavoisier met en évidence la production du CO2 lors de la combustion du carbone en présence d’oxygène.
Le tableau 1 regroupe quelques caractéristiques physicochimiques du dioxyde de carbone [6] [J 6 280].
À partir de sa structure moléculaire, certaines propriétés macroscopiques peuvent être énoncées :
le CO2 représente le degré ultime d’oxydation du carbone. C’est une molécule assez stable et relativement inerte chimiquement ;
c’est un gaz acide légèrement soluble dans l’eau (1,45 g.L−1 à P = 1 atm et T = 25 °C). La variation de la constante de Henry H (atm) avec la température T est donnée par une équation classique :
( 1 )
avec ΔH = 8,65 J.mol−1 et B = 6,73 ;
il peut être corrosif en présence de vapeur d’eau ;
en fonction du pH des solutions aqueuses, le dioxyde de carbone, après dissolution, forme des carbonates et bicarbonates (hydrogénocarbonates) plus ou moins solubles dans l’eau. Les équilibres calcocarboniques ont été largement étudiés...
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(1) -
Centre interprofessionnel technique d’études de la pollution atmosphérique (CITEPA) -
Inventaire des émissions de polluants atmosphériques en France.
-
CITEPA/CORALIE/Format SECTEN, et site web http://www.citepa.org (mise à jour 2021).
(2) -
Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) -
Rapport spécial du GIEC – Piégeage et stockage du dioxyde de carbone.
-
Conférence des Parties à la convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques, 58 p., site web http://www.ipcc.ch/activity/srecs/ IPPC % 20F.pdf (2005).
(3) -
Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) -
Changement climatique 2014, Rapport de synthèse, Résumé à l’intention des décideurs.
-
40 p., site web : http://www.developpement-dura-ble.gouv.fr/IMG/pdf/ONERC_Resume_decideurs_SYR_AR5_fr_non_officielle_V6.pdf (2014).
(4) -
Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) -
Rapport du GIEC Climate Change.
-
Rapport de synthèse, Résumé à l’intention des décideurs, 35 p., http://www.ipcc.ch/ (2022).
Qualité de l'air – Évaluation de l'aptitude à l'emploi d'une procédure de mesurage par comparaison avec une incertitude de mesure requise.
-
NF EN ISO 14956
-
2002
Essais de comportement au feu – Analyse des effluents gazeux – Partie 1 : méthodes d'analyses des gaz provenant de la dégradation thermique.
-
NF X70-100-1
-
2006
Gaz à effet de serre – Exigences de compétence pour les équipes de validation et les équipes de vérification de gaz à effet de serre.
-
NF ISO 14066
-
2011
Lignes directrices pour l'analyse des gaz et des vapeurs dans les effluents du feu par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF).
-
NF ISO 19702
-
2016
Gaz à effet de serre – Partie 1 : spécifications et lignes directrices, au niveau des organismes, pour la quantification et la déclaration des émissions et des suppressions des gaz à effet de serre.
-
NF EN ISO 14064-1
-
2019
Gaz à effet de serre – Partie 2 : spécifications et lignes directrices, au niveau des projets, pour la quantification, la surveillance et rédaction de...
Arrêté du 2 février 1998 relatif aux prélèvements et à la consommation d’eau ainsi qu’aux émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l’environnement soumises à autorisation (Journal officiel du 3 mars 1998).
Directive 1999/13/CE du Conseil de l’Union européenne du 11 mars 1999 relative à la réduction des émissions de composés organiques volatils dues à l’utilisation de solvants organiques dans certaines activités et installations (Journal officiel des Communautés européennes, 29 mars 1999).
Arrêté du 3 avril 2000 relatif à l’industrie papetière (Journal officiel du 17 juin 2000).
Arrêté du 29 mai 2000 portant modification de l’arrêté du 2 février 1998, Journal officiel du 3 mars 1998, relatif aux prélèvements et à la consommation d’eau ainsi qu’aux émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l’environnement soumises à autorisation (Journal officiel du 13 août 2000).
Décision n° 2002/358/CE du Conseil de l’Union européenne du 25 avril 2002 relative à l’approbation du protocole de Kyoto et l’exécution conjointe des engagements qui en découle.
Directive...
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