Quantité de CO2 rejetée par le corps humain au repos et à l'effort physique

La respiration humaine est un processus naturel d’échange gazeux dont la fonction première est de prendre l’oxygène et d’éliminer le dioxyde de carbone. L’oxygène inhalé pénètre dans les poumons et atteint les alvéoles. Comme illustré ci-dessous, l’oxygène inhalé passe des alvéoles au sang des capillaires, et le dioxyde de carbone du sang des capillaires à l’air dans les alvéoles. Les couches cellulaires des parois des alvéoles et des capillaires adjacents ne comptent qu’une seule cellule d’épaisseur et sont en contact très étroit.

Cette barrière entre l’air et le sang a une épaisseur moyenne d’environ 1 micron (1/1 000 de centimètre, ou 0,00004 pouce). L’oxygène passe rapidement au travers de cette barrière séparant l’air et le sang et pénètre dans le sang capillaire. À l’inverse, le dioxyde de carbone passe du sang vers les alvéoles d’où il sera expiré.

Volumes respiratoires et transferts d'oxygène au repos et à l'effort

Pour soutenir l’absorption de l’oxygène et la libération du dioxyde de carbone, environ 5 à 8 litres (environ 1 à 2 gallons) d’air par minute sont inspirés et expirés par les poumons et environ 30 cl d’oxygène (environ 3/10 de quart) sont transférés des alvéoles vers le sang chaque minute, même lorsque la personne est au repos. Simultanément, un volume équivalent de dioxyde de carbone passe du sang vers les alvéoles, d’où il sera évacué par l’expiration.

Au cours d’exercices physiques, il est possible d’inspirer et d’expirer plus de 100 litres d’air par minute et d’extraire 3 litres d’oxygène de cet air par minute. La mesure de la vitesse à laquelle l’oxygène pénètre dans l’organisme est l’un des moyens permettant de mesurer la quantité totale d’énergie dépensée par cet organisme.

Processus physiologiques qui déterminent la production de CO2

L’inspiration et l’expiration sont effectuées par les muscles respiratoires. La diffusion est le transfert passif des gaz, qui ne nécessite aucun effort ou énergie de la part de l’organisme, entre les alvéoles et les capillaires dans les poumons. La perfusion est le processus par lequel le système cardiovasculaire pompe le sang vers les poumons et les autres organes et tissus de l’organisme. La circulation sanguine représente le lien entre l’atmosphère, qui contient l’oxygène, et les cellules de l’organisme, qui consomment l’oxygène. Par exemple, le transfert d’oxygène vers les cellules musculaires ne dépend pas que des poumons mais aussi de la capacité du sang à véhiculer l’oxygène et de la capacité de la circulation à transporter le sang jusqu’au muscle.

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Estimation quantitative du CO2 rejeté par la respiration humaine

Selon un calcul de The Globe Program, la respiration humaine génère en moyenne entre 700 et 900 grammes de CO2 par jour, il s'agit toutefois d'une estimation basique car, au repos, la consommation d'oxygène peut être multipliée par 5 quand nous faisons du sport. En prenant le chiffre de 800 grammes et une population de 7,7 milliards au 1er janvier 2020, nous pouvons donc estimer que la respiration humaine émet 6,16 millions de tonnes de CO2 par jour, soit 2.248 millions de tonnes par an.

Si l'on rapporte ce chiffre aux émissions totales de CO2 (55,3 gigatonnes en 2018 selon le Programme des nations Unies pour l’Environnement), la respiration humaine contribue donc à 4 % des émissions de CO2. Par comparaison, le transport aérien est responsable de 2,8 % des émissions globales de CO2. La respiration n'est donc pas négligeable dans la part des émissions de CO2, le principal gaz contributeur du réchauffement climatique anthropique.

Stockage de carbone dans le corps humain et émissions liées à la nourriture

L'Homme absorbe aussi du carbone par son alimentation. 18 % de notre corps est ainsi constitué de carbone. Le poids moyen d'un adulte est de 62 kg. En prenant en compte les enfants, on peut ramener ce chiffre à 55 kg, ce qui nous donne 9,9 kg de carbone « séquestré » pour chaque humain selon une étude de 2012. Au total, la population humaine stocke donc collectivement 79,23 millions de tonnes de carbone.

Mais, évidemment, la fabrication de nourriture génère elle-même des gaz à effet de serre. Selon un calcul de Jean-Marc Jancovici, spécialiste de l'énergie, 31,6 % des émissions de gaz à effet de serre sont liées à la production et à la transformation de nourriture.

Comparaison entre flux absolus et flux nets de CO2 dans l'atmosphère

Pour les climatosceptiques, l'argument paraît mathématiquement imparable pour nier la responsabilité de l'activité humaine dans le réchauffement climatique. "Le CO2 ne représente que 0,04% de l'atmosphère et l'activité humaine n'y contribue que pour 5%", assure un média complotiste dans un tweet. Or, il apparaît que les auteurs du calcul des 5% cités ont pris en compte "les flux absolus et pas les flux nets des émissions", pointe Gerhard Krinner.

La nature et les activités humaines rejettent du carbone - un flux absolu d'émissions de CO2 - mais elles en absorbent aussi, ce qui permet de calculer, par une soustraction, un flux net des rejets. Ainsi par exemple, les océans émettent naturellement environ 54 gigatonnes (Gt) de CO2 par an vers l'atmosphère. Si l'on calcule la part des émissions d'origine humaine (11 Gt) par rapport au flux absolu des émissions (environ 225 Gt), on obtient un peu moins de 5%.

Mais pour obtenir une évaluation correcte de l'impact des émissions humaines, il faut tenir compte des quantités de CO2 absorbées par les océans et les forêts. Et cela change tout : le solde net des émissions de carbone est, selon le Giec, d'environ 5 gigatonnes de CO2, attribuable en quasi-totalité à l'activité humaine. Contrairement à ce qu'affirme le tweet, l'activité humaine est bien responsable de la montée des niveaux de CO2 et donc du réchauffement climatique.

Comment créer sa cartographie des flux ?

Preuves que le CO2 supplémentaire provient des activités humaines

"Il existe beaucoup de preuves pour justifier cela", soutient Gerhard Krinner. "L'étude des isotopes du CO2, le carbone 13 et le carbone 14, a révélé que le CO2 provient d'une végétation d'origine très ancienne qui s'est transformée il y a des millions d'années en pétrole et charbon. On a également mesuré une diminution de la concentration d'oxygène, ce qui correspond à une combustion à grande échelle. Nous avons aussi repéré une concentration plus élevée de CO2 dans l'hémisphère nord, énumère le chercheur du CNRS.

L'augmentation du CO2 observée actuellement a commencé à l'époque de la révolution industrielle. Le CO2 atmosphérique est ainsi passé de 280 parties par millions (ppm) en 1850 à environ 420 ppm en 2021, rappelle cet article du CNRS. "On sait combien de CO2 est émis chaque année, parce qu'on connaît la quantité brûlée de charbon, de pétrole et de gaz, et combien de forêts sont coupées. La hausse du CO2 dans l'atmosphère correspond à environ la moitié de ces quantités, l'autre moitié étant absorbée par l'océan et la végétation, ajoute Gerhard Krinner.

Place de la respiration humaine dans le bilan global

Bref, difficile d'établir un bilan global. Ce qui est certain, c'est que l'Homme contribue bien plus au réchauffement climatique par ses activités (transport, agriculture, chauffage, industrie...) qu'en respirant. La respiration humaine génère des quantités mesurables de CO2 mais la majorité de l'augmentation atmosphérique provient de la combustion de combustibles fossiles et des changements d'utilisation des terres.

Source	Émission approximative
Respiration humaine (population 7,7 G)	~2,248 Mt CO2/an (800 g/jour/personne)
Émissions mondiales totales (2018)	55,300 Mt CO2/an (55,3 Gt)
Flux nets attribués aux activités humaines	~5 Gt CO2/an (selon le GIEC)
Océans (émissions naturelles)	~54 Gt CO2/an (flux absolu)

Points essentiels à retenir

La respiration humaine émet en moyenne entre 700 et 900 g de CO2 par jour selon les estimations; la valeur de 800 g/jour permet d'estimer ~2,25 Mt CO2/an pour la population mondiale de 2020.
Au repos, environ 5-8 L d’air/min sont ventilés et ~30 cl d'oxygène/min sont transférés au sang; pendant l'effort, ces valeurs peuvent fortement augmenter (jusqu'à >100 L/min et ~3 L O2/min).
Comparer les émissions humaines à des flux naturels nécessite de distinguer flux absolus et flux nets; les émissions anthropiques expliquent la quasi-totalité du solde net actuel de CO2 dans l'atmosphère.
La production alimentaire stocke du carbone dans les organismes, mais sa fabrication génère aussi des gaz à effet de serre: environ 31,6 % des émissions seraient liées à la production et transformation de nourriture selon Jancovici.

La respiration est un élément du cycle naturel du carbone et son bilan doit être mis en relation avec les vastes flux naturels et surtout avec les émissions fossiles qui perturbent durablement l'équilibre atmosphérique.

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