Altération des roches silicatées : le thermostat trop lent

Comment un mécanisme capable de faire baisser la température de la planète peut-il être, en même temps, totalement impuissant face au réchauffement en cours ? La question n'est pas rhétorique : c'est exactement ce que décrit l'altération des roches silicatées, le thermostat géologique du carbone. Le mécanisme est réel, documenté depuis les années 1980, et il fonctionne. Le problème, c'est son horloge.

L'altération des silicates consomme du CO2 atmosphérique à un rythme de l'ordre de 0,13 GtC par an, sur une échelle de temps de centaines de milliers d'années. Les émissions humaines actuelles atteignent 11,5 à 11,6 GtC par an (environ 42 GtCO2 par an), livrées en quelques décennies. L'écart d'échelle, temporel et quantitatif, explique pourquoi ce thermostat ne peut pas absorber la perturbation anthropique en cours.

Pour bien comprendre ce mécanisme, il faut partir de l'hypothèse posée en 1981 par Walker, Hays et Kasting : plus la température de surface augmente, plus l'altération chimique des roches silicatées s'accélère, et plus cette altération consomme de CO2 atmosphérique, ce qui refroidit en retour la planète. Futura Sciences résume la logique ainsi : "plus la température de surface est élevée, plus l'altération est efficace et pompe du CO2, faisant baisser son taux dans l'atmosphère et donc refroidissant l'atmosphère." C'est une rétroaction négative, au sens propre du terme : le système corrige sa propre dérive, mécaniquement, sans intervention extérieure.

Rappelons que ce couple altération des silicates / précipitation des carbonates n'a rien d'un détail technique : c'est lui qui a maintenu la Terre habitable sur des centaines de millions d'années, en évitant que le CO2 volcanique ne s'accumule indéfiniment dans l'atmosphère. Et c'est précisément parce qu'il fonctionne sur ces durées géologiques que son utilité pour notre problème immédiat mérite d'être interrogée plutôt que supposée.

C'est le point que la plupart des pages de vulgarisation n'abordent pas : elles expliquent le mécanisme, rarement son ordre de grandeur. Une précision d'unité s'impose avant le tableau, parce que les sources ne mesurent pas toutes la même chose de la même façon : l'altération des silicates se chiffre en GtC (gigatonnes de carbone) par an, les émissions anthropiques se donnent à la fois en GtC et en GtCO2 par an selon les publications. Je garde chaque valeur dans l'unité de sa source, sans la reconvertir de tête, un point sur lequel je préfère perdre en confort de lecture plutôt que de risquer une conversion silencieuse. Une réserve, d'ailleurs, sur la première ligne : le résumé de Zhang et al. publie son flux en téragrammes par an sans préciser s'il s'agit de carbone ou de dioxyde de carbone. Je le lis en carbone, parce que c'est le seul choix qui rende ce flux cohérent avec la mesure du CNRS INEE ligne suivante, mais je le signale plutôt que de le taire.

La deuxième ligne du tableau mérite un avertissement : le chiffre du CNRS INEE porte sur l'altération chimique des roches dans son ensemble, silicates et carbonates confondus, pas sur les silicates seuls. Confondre les deux serait une erreur, parce que seule l'altération des silicates est un puits net de CO2 sur le temps long : celle des carbonates libère, dans une bonne partie du cycle, autant de CO2 qu'elle n'en piège lors de la sédimentation ultérieure. Je le précise parce que c'est exactement le genre de raccourci qui traîne dans certaines synthèses grand public.

Sur le plan strictement quantitatif, l'écart entre la première et la troisième ligne du tableau se compte en ordres de grandeur : environ 0,13 GtC/an captés par l'altération des silicates, contre 11,5 à 11,6 GtC/an émis chaque année par les activités humaines. Une estimation antérieure, publiée en 2019 par des chercheurs du CRPG-CNRS dans The Conversation, situait le flux anthropique supplémentaire à 28 GtCO2/an, soit environ 50 fois le flux volcanique naturel de l'époque. Ce chiffre de 2019 est aujourd'hui dépassé par les émissions totales 2024-2025 du Global Carbon Budget, mais le ratio qu'il pose, l'humanité émettant plusieurs dizaines de fois ce que rejettent les volcans, donne une idée de l'échelle à laquelle raisonne ce système.

C'est ici que la démonstration devient vraiment parlante. Futura Sciences est explicite sur ce point : les effets du thermostat géologique "ne sont observables que sur plusieurs dizaines voire centaines de milliers d'années." Le même article tranche sans détour sur l'implication pratique : "il ne faudra donc pas compter dessus à court terme pour absorber l'excédent massif de CO2 que l'Humanité est en train d'émettre."

Un parallèle aide à sentir l'écart. Selon Paris, Blard et Deloule (CRPG-CNRS), le réchauffement anthropique actuel est au moins 10 fois plus rapide que la dernière déglaciation naturelle, durant laquelle la température moyenne a augmenté de 5,5 °C en 7 000 ans. Le thermostat géologique n'a même pas eu le temps de réagir de façon significative lors de cet épisode pourtant étalé sur des millénaires. Face à une perturbation compressée en quelques décennies, l'écart de rythme n'est plus une nuance, c'est un changement de nature du problème.

Honnêtement, la première fois que j'ai aligné ces deux chiffres, l'échelle de temps du mécanisme et celle de nos émissions, ça m'a fait un peu le même effet qu'un collègue de promo qui avait confondu un cycle de recharge de nappe phréatique avec un cycle d'irrigation annuel dans un rapport de stage : deux horloges qui n'appartiennent pas au même monde, posées côte à côte comme si elles étaient comparables.

C'est la question que pose l'enhanced rock weathering (ERW), ou altération accélérée des roches : épandre de la roche silicatée broyée, du basalte en général, sur des terres agricoles pour reproduire volontairement, et plus vite, le même mécanisme chimique. L'idée n'est pas de remplacer le thermostat géologique mais de le forcer artificiellement à un rythme humain.

Une étude de Gaucher, Tanaka, Johansson, Goll et Ciais, publiée dans Nature Communications, chiffre le potentiel physique maximal de cette technique sur les terres cultivées à 4,9 GtCO2 par an, sous des hypothèses précises : un taux d'épandage de basalte de 15 kg par mètre carré, sur 7,9 millions de km² de terres cultivées adaptées (climat suffisamment chaud et pluvieux, soit un tiers des terres cultivées mondiales), avec un taux d'altération de 1 à 26 % par an selon les conditions. La même étude évoque, en combinant forêts et cultures dans un scénario climatique à 1,5 °C avec fort dépassement, un pic de captage à 12,4 GtCO2 par an et une capture cumulée de 446 GtCO2 sur le siècle, des chiffres que je présente avec une réserve : la citation exacte de la source primaire n'a pas pu être isolée caractère près, donc je les rapporte sans guillemets. Ces mêmes auteurs rappellent aussi que des estimations antérieures, dans la littérature qu'ils citent, situaient le potentiel global de l'ERW plutôt entre 2 et 5 GtCO2 par an.

Ces ordres de grandeur, même au maximum théorique, restent d'un autre monde que le rythme actuel des émissions. Ils rejoignent la même logique que le biochar ou que les crédits carbone volontaires : des leviers réels, mesurables, mais qui opèrent à une échelle très inférieure à celle du problème qu'ils prétendent résoudre seuls.

Un point d'histoire des sciences mérite d'être posé avec précaution. L'hypothèse formulée en 1992 par Raymo et Ruddiman propose que la surrection de l'Himalaya et du plateau tibétain, en exposant une masse considérable de roches silicatées fraîches à l'altération, aurait accéléré ce thermostat et contribué au refroidissement global observé au cours du Cénozoïque. C'est une hypothèse influente, mais elle reste discutée : des travaux plus récents remettent en cause son rôle dans ce refroidissement, en avançant que les flux d'altération chimique n'auraient pas réellement augmenté au Néogène. Je n'ai pas pu consulter directement ces publications les plus récentes pour en citer le contenu précis, donc je m'arrête là où la vérification s'arrête : c'est un débat ouvert, pas un fait établi.

Deux points sur lesquels je préfère assumer une lacune plutôt qu'inventer une précision. D'abord, le texte original de Walker, Hays et Kasting (1981) : je n'ai pas pu en extraire une citation vérifiée caractère près, le mécanisme n'est donc rapporté ici que via des sources secondaires, fiables mais indirectes. Ensuite, le temps de réponse exact de la rétroaction, à ne pas confondre avec le temps de résidence d'une molécule de CO2 dans l'atmosphère, qui relève d'une tout autre notion et pour lequel je n'ai pas de chiffre sourcé à avancer : les publications qui donnent une fourchette précise en dizaines de milliers d'années n'ont pas pu être vérifiées mot pour mot ici. Je garde donc la formulation la plus large mais vérifiée, "centaines de milliers d'années", plutôt qu'un chiffre plus précis que je ne peux pas garantir.

Ce mécanisme n'a rien à voir avec la pompe biologique océanique, qui capte du carbone via le phytoplancton sur des échelles de temps bien plus courtes, ni avec le cycle rapide du carbone entre atmosphère, océan et biosphère, qui se rééquilibre en quelques années à quelques siècles. Le thermostat géologique appartient à une tout autre famille de boucles de rétroaction climatique : lentes, puissantes sur le temps long, et pour cette raison même incapables de répondre à une perturbation d'un siècle. Le puits de carbone terrestre actuel, qui montre des signes d'essoufflement sur des échelles de temps bien plus courtes, illustre à quel point les mécanismes qui comptent aujourd'hui ne sont pas ceux du cycle géologique.

L'altération des roches silicatées peut-elle compenser nos émissions de CO2 ?#

Non, pas à l'échelle d'un siècle. Le mécanisme consomme environ 0,127 GtC/an selon la mesure fluviale mondiale de Zhang et al., quand les émissions anthropiques atteignent 11,5 à 11,6 GtC/an. L'écart de rythme, des centaines de milliers d'années pour le thermostat contre quelques décennies pour la perturbation actuelle, rend toute compensation naturelle impossible sur cette période.

Quelle est la différence entre altération des silicates et altération des carbonates ?#

Seule l'altération des silicates est un puits net de CO2 sur le temps long. L'altération des carbonates s'inscrit dans un cycle où le carbone libéré est en grande partie repiégé lors de la sédimentation ultérieure. Le chiffre du CNRS INEE (0,247 à 0,273 PgC/an) porte d'ailleurs sur les deux processus combinés, pas sur les silicates seuls, un point souvent gommé dans les synthèses grand public.

L'enhanced rock weathering (ERW) est-il une solution suffisante ?#

Son potentiel physique maximal sur les terres cultivées atteint 4,9 GtCO2/an selon Gaucher et al., avec un pic possible à 12,4 GtCO2/an en combinant forêts et cultures dans un scénario à 1,5 °C avec fort dépassement. Même à ce maximum, l'ordre de grandeur reste très inférieur aux 42 GtCO2/an d'émissions anthropiques actuelles.

L'hypothèse himalayenne du refroidissement climatique est-elle validée ?#

Non, elle reste débattue. Proposée en 1992 par Raymo et Ruddiman, l'hypothèse d'un rôle de la surrection himalayenne dans le refroidissement du Cénozoïque via l'accélération de l'altération des silicates est remise en cause par des travaux plus récents, qui contestent une hausse réelle des flux d'altération au Néogène.

Pourquoi ne peut-on pas comparer directement le flux volcanique et les émissions anthropiques ?#

Parce que les sources disponibles ne les chiffrent pas dans la même unité ni à la même date. Une estimation de 2019 situait le flux anthropique supplémentaire à 28 GtCO2/an, soit environ 50 fois le flux volcanique de l'époque : ce ratio reste indicatif, mais la valeur absolue anthropique a depuis été remplacée par les chiffres 2024-2025 du Global Carbon Budget (42,2 à 42,4 GtCO2/an).

• Futura Sciences, "Comment la Terre régule sa température"
• Zhang et al., "Global CO2 Consumption by Silicate Rock Chemical Weathering: Its Past and Future", Earth's Future (AGU)
• CNRS INEE, "Séquestration du CO2 par altération chimique des roches dans un contexte de changement"
• Friedlingstein et al., "Global Carbon Budget 2025", Earth System Science Data (Copernicus)
• Paris, Blard, Deloule, "Le CO2, une histoire au long cours chamboulée par les sociétés industrielles", The Conversation
• Gaucher, Tanaka, Johansson, Goll, Ciais, "Leveraging ecosystems responses to enhanced rock weathering in mitigation scenarios", Nature Communications