Pourquoi le monoxyde de carbone
est-il le plus dangereux quand on ne le « sent » pas ?
Pas de couleur. Pas d'odeur. Pas de goût. Pas de fumée. Sans détecteur, nos sens sont totalement incapables de déceler sa présence. Et ce gaz commence par affaiblir notre capacité même à penser « il faut fuir ». Ce n'est pas qu'on ne le remarque pas : on est rendu incapable de le remarquer.
Une nuit froide. Un poêle à pétrole est allumé dans la pièce, vous regardez la télévision. Le vent souffle fort dehors, les fenêtres sont fermées. La hotte d'aération n'est pas en marche. Quelques heures passent.
Vous commencez à avoir vaguement mal à la tête. Une légère lourdeur. Vous pensez : « je suis peut-être fatigué », « je sens venir un rhume ». Les symptômes ressemblent en effet à ceux d'un rhume. Personne ne pense qu'il y a un problème.
Puis vous commencez à somnoler. L'envie de dormir est elle-même un symptôme, mais la capacité de s'en rendre compte a déjà, elle aussi, diminué.
Pendant tout ce temps, la pièce se remplit de monoxyde de carbone. Sans que les yeux ni le nez ne perçoivent rien.
Incolore, inodore, sans goût. Le gaz de ville et le propane reçoivent une odeur ajoutée volontairement, mais pas le monoxyde de carbone. L'être humain n'a aucun moyen de le détecter : seul un détecteur peut le faire.
Les premiers symptômes sont le mal de tête, la lourdeur, la somnolence. C'est-à-dire que la capacité même de penser « c'est anormal, il faut fuir » s'émousse en premier. On devient incapable de juger avant même de s'effondrer.
C'est la combinaison de ces deux facteurs qui fait que l'intoxication au monoxyde de carbone se produit selon ce schéma : « quand on s'en rend compte, on ne peut déjà plus bouger ». Voyons cela en détail.
Raison 1 : il détourne le « transporteur d'oxygène » du corps
Nous pouvons respirer parce que les globules rouges du sang transportent l'oxygène vers tout le corps. Le rôle de transporteur est assuré par une protéine présente dans les globules rouges : l'hémoglobine.
L'hémoglobine possède un siège où se fixe l'oxygène. Elle le charge dans les poumons et le relâche délicatement là où il est nécessaire. Cette propriété de « liaison faible, facile à relâcher » est absolument essentielle à son rôle de transporteur.
Or le monoxyde de carbone s'accroche à ce même siège, bien plus fortement que l'oxygène. Cette force est, selon une valeur souvent citée, plus de 200 fois supérieure à celle de l'oxygène.
Résultat : même une infime quantité de monoxyde de carbone dans l'air suffit à occuper les sièges les uns après les autres. Et une fois fixé, il ne se détache guère. Les poumons fonctionnent normalement, on ne suffoque pas, et pourtant l'oxygène seul n'arrive plus au corps.
La sensation de « manquer d'air » provient surtout d'une augmentation du dioxyde de carbone dans le sang. Lors d'une intoxication au monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone continue d'être éliminé normalement.
C'est-à-dire que le corps manque d'oxygène, mais aucune alarme d'étouffement ne se déclenche. On ne ressent pas cette envie violente de « reprendre son souffle » que l'on éprouve sous l'eau. On s'endort donc simplement.
Raison 2 : on en respire autant, où que l'on soit dans la pièce
Le chlore, traité dans un article précédent, est plus lourd que l'air et s'accumule au sol. Le monoxyde de carbone, lui, a presque exactement le même poids que l'air.
Il ne se concentre donc ni en haut ni en bas. Il se mélange uniformément à toute la pièce. Des réflexes comme « debout, ça va » ou « fuyons vers le haut » ne fonctionnent pas. Il passe aussi sans problème sous les portes jusqu'à la pièce voisine.
Aucun indice, nulle part.
Où se produit-il ?
Le monoxyde de carbone naît quand une combustion manque d'oxygène. On appelle cela une combustion incomplète. Autrement dit, il peut se produire avec n'importe quel combustible, dès qu'on l'utilise dans une pièce fermée.
- Poêle à pétrole ou à gaz dans une pièce fermée. Pendant le sommeil surtout, on ne peut plus fuir
- Braises ou réchaud à gaz sous tente ou en bivouac en voiture. Les espaces exigus sont les plus dangereux. « J'ai laissé une petite ouverture, donc ça va » ne suffit pas
- Voiture dont le pot d'échappement est enseveli sous la neige. Les gaz d'échappement refluent dans l'habitacle. En cas d'immobilisation, commencez par dégager les abords du pot d'échappement
- Groupe électrogène utilisé en intérieur, au garage ou sous un auvent. Des accidents se répètent lors de coupures de courant. Un groupe électrogène doit toujours fonctionner en extérieur, à l'air libre
- Combustion incomplète d'un chauffe-eau. Elle survient quand la sortie d'évacuation est obstruée ou l'arrivée d'air insuffisante
- Cuisson au charbon de bois ou braséro sans hotte en marche
Le rare indice que l'on peut repérer : la couleur de la flamme. Si la flamme d'une cuisinière à gaz n'est pas bleue mais vacille en orange ou en rougeâtre, s'il y a de la suie, ou si le verre ou le mur noircit, suspectez une combustion incomplète.
Que faire ?
- Au premier mal de tête, nausée ou lourdeur, sortez immédiatementC'est justement au moment où l'on pense « c'est peut-être un rhume » qu'il faut agir. Si d'autres personnes de la même pièce se sentent mal en même temps, ou si l'animal de compagnie semble abattu, soupçonnez fortement une intoxication. Respirer de l'air extérieur passe avant la recherche de la cause.
- Aérez en ouvrant fenêtres et portes, et coupez le feuMais votre propre évacuation vient d'abord. Ne vous précipitez pas directement dans une pièce où quelqu'un est effondré. Retenez votre respiration, ouvrez une fenêtre et sortez tout de suite. Des secouristes improvisés s'effondrent eux-mêmes en tentant un sauvetage.
- Appelez les secours (le 15 ou le 112 en France). Consultez même si les symptômes sont légersMême si « ça va mieux depuis que je suis sorti », faites-vous examiner. On rapporte que des troubles de la mémoire ou moteurs peuvent apparaître plusieurs jours à plusieurs semaines après une récupération apparente. Au moment du transport, précisez ce qui brûlait et depuis combien de temps.
Puisque nos sens sont incapables de le détecter, il faut s'en remettre à une machine. Un détecteur de monoxyde de carbone (détecteur CO) coûte quelques dizaines d'euros.
- Au Japon, les détecteurs d'incendie résidentiels sont obligatoires, mais le détecteur de CO ne l'est pas. Les détecteurs de fumée ne détectent pas le monoxyde de carbone : il faut en installer un séparément
- Installez-le dans la pièce où se trouve l'appareil de combustion et dans la chambre. Le monoxyde de carbone ayant presque le même poids que l'air, la hauteur d'installation a peu d'importance (suivez cependant les instructions du fabricant)
- Vérifiez les piles et la durée de vie (souvent 5 à 10 ans). Un détecteur expiré équivaut à n'en avoir aucun
- Un modèle portable de petite taille est aussi utile en camping, en bivouac en voiture, ou en cas d'utilisation d'un groupe électrogène pendant une coupure de courant
Ce que l'on peut vérifier dans sa cuisine (sans aucun danger)
- Allumez une cuisinière à gaz et observez la couleur de la flamme. Normalement, elle est d'un bleu net
- Vérifiez l'absence de suie sous la casserole. Un noircissement est le signe d'une combustion incomplète
- Vérifiez aussi l'absence d'encrassement du brûleur ou de poussière sur l'arrivée d'air
Une flamme bleue signale que le combustible brûle complètement, bien mélangé à l'oxygène. Une flamme orange indique un manque d'oxygène, c'est-à-dire un état propice à la production de monoxyde de carbone. La couleur orange d'une bougie ou d'un feu de camp a la même origine (des particules de carbone non brûlées qui brillent), ce qui signifie aussi qu'une aération est nécessaire en intérieur.
En résumé
Le monoxyde de carbone n'est pas dangereux uniquement parce que sa toxicité serait exceptionnelle. C'est la structure même de l'accident qui est redoutable : ①indétectable par les sens, ②n'entraîne aucune sensation d'étouffement, ③respiré de la même façon où que l'on se trouve dans la pièce, ④affaiblit d'abord le jugement nécessaire pour fuir — aucune alarme ne se déclenche jamais.
Nos sens ne peuvent pas le détecter.
C'est pourquoi il faut installer un détecteur.
Pour en savoir plus ― vocabulaire, formules chimiques, liens avec les programmes scolairesDu collège jusqu'aux sujets encore en recherche, le niveau de chaque notion est indiqué explicitement
- CollègeNiveau du programme de sciences du collège
- LycéeNiveau des matières de base du lycée (chimie, biologie générales)
- Lycée+Niveau des spécialités de lycée (chimie, biologie), ou contenu avancé/encadré du manuel
- UniversitéContenu universitaire spécialisé (toxicologie, biochimie), non enseigné au lycée
- RechercheSujet qui n'est pas encore un « fait établi », même à l'université — en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire et origine du phénomène
- Combustion complète : quand l'oxygène est suffisant. Le carbone devient du dioxyde de carbone (CO2). C + O₂ → CO₂
- Combustion incomplète : quand l'oxygène est insuffisant. Le carbone n'est que partiellement oxydé et donne du monoxyde de carbone (CO). 2C + O₂ → 2CO
- Monoxyde de carbone (CO) : gaz incolore, inodore, sans goût. Sa masse molaire de 28 est presque identique à celle de l'air en moyenne (environ 29), ce qui explique sa diffusion uniforme dans une pièce.
- Hémoglobine : protéine présente dans les globules rouges, transportant l'oxygène. Elle contient un atome de fer en son centre, auquel se fixe l'oxygène.
- Carboxyhémoglobine (CO-Hb) : hémoglobine liée au monoxyde de carbone. Le pourcentage qu'elle représente dans le sang sert d'indicateur de gravité de l'intoxication.
Pour rappel, le gaz de ville et le propane reçoivent volontairement une odeur (agent odorisant) afin qu'on puisse détecter une fuite. Le monoxyde de carbone est un gaz produit sur le moment même, comme résultat de la combustion : on ne peut donc pas lui ajouter d'odeur à l'avance. Cette différence explique directement la différence de dangerosité.
LycéeVérification par le calcul : pourquoi seulement 0,02 % met-il la vie en danger ?
Ce qui rend le monoxyde de carbone redoutable, c'est qu'il agit déjà à des concentrations très faibles. On peut calculer à quel point.
Partage des sièges ＝ rapport des quantités ÷ rapport des affinités
| Rapport des quantités | Combien y a-t-il de chaque gaz dans l'air, comparativement |
| Rapport des affinités | Le monoxyde de carbone se fixerait environ 200 à 250 fois plus facilement que l'oxygène |
| Siège | Le point de fixation sur l'hémoglobine du sang |
L'oxygène et le monoxyde de carbone se disputent le même site sur l'hémoglobine. Celui qui est le plus abondant a l'avantage, mais celui qui s'accroche le mieux a aussi l'avantage. Comme c'est un bras de fer entre ces deux facteurs, cela se traduit par une division.
C'est ici que le facteur « 250 fois » devient décisif. Ce chiffre signifie que même 250 fois moins abondant, le monoxyde de carbone fait jeu égal avec l'oxygène.
| Oxygène dans l'air | environ 21 % ＝ 210000 ppm |
| Monoxyde de carbone | supposons 200 ppm (0,02 %) |
| Rapport des quantités (combien de fois plus d'oxygène) | 210000 ÷ 200 ＝ 1050 fois |
| On divise par l'affinité | 1050 ÷ 250 ＝ 4,2 |
| Rapport des sièges (oxygène contre monoxyde de carbone) | 4,2 contre 1 |
| Le total fait | 4,2 ＋ 1 ＝ 5,2 |
| Proportion de sièges pris par le monoxyde de carbone | 1 ÷ 5,2 ≒ 0,19 (environ 19 %) |
Un gaz présent à seulement 0,02 % dans l'air accapare environ 20 % de la capacité de transport du sang. Avec une concentration de deux dix-millièmes.
※ Ceci n'est qu'un ordre de grandeur, une fois l'équilibre atteint après un temps suffisant. En réalité, cela varie fortement selon la durée d'exposition, la profondeur de la respiration et les différences individuelles, et le rapport d'affinité lui-même varie selon les sources.
Une capacité de transport réduite de 20 %, c'est comparable à un état où l'on aurait perdu 20 % de son sang. Au repos, cela peut passer, mais en mouvement, cela devient insuffisant.
Et c'est là que s'ajoute la propriété la plus dangereuse de cet accident.
- Aucune couleur, aucune odeur, aucun goût. Le seul indice possible est un changement de l'état du corps
- Les premiers symptômes sont le mal de tête, la lourdeur, la somnolence. On pense « je suis fatigué, reposons-nous un peu »
- En s'allongeant pour se reposer, on ne bouge plus, et donc on continue d'inhaler le gaz
- Le jugement lui-même décline en premier. La capacité même de penser à fuir disparaît
Le calcul indique « une baisse de 20 % », mais ce qui se produit réellement, c'est « une baisse de 20 % sans qu'on s'en rende compte ». Le détecteur est indispensable précisément parce que les sens humains ne peuvent absolument pas percevoir cet adversaire.
Le monoxyde de carbone apparaît quand la combustion se produit avec un manque d'oxygène. On peut aussi calculer la quantité d'oxygène nécessaire.
| Pour brûler le composant principal du gaz de ville | il faut 2 unités d'oxygène pour 1 unité de combustible |
| Proportion d'oxygène dans l'air | environ 21 % ＝ 0,21 |
| Quantité d'air nécessaire | 2 ÷ 0,21 ≒ 9,5 fois |
Il faut environ 10 fois le volume de combustible en air. Brûler, c'est consommer cette quantité d'air.
Pièce fermée, sortie d'évacuation bouchée par la neige, tente, garage. Quand le renouvellement de l'air devient insuffisant, la combustion ne s'arrête pas mais continue de façon incomplète. C'est alors que naît le monoxyde de carbone.
Si la flamme s'éteint, tout s'arrête ; le plus dangereux est qu'elle continue de brûler « incomplètement » sans s'éteindre. La pièce reste chaude, éclairée, rien ne paraît anormal, tandis que le calcul du point ② progresse en silence.
| Quelques dizaines de ppm | mal de tête possible après une longue exposition |
| Environ 200 ppm | mal de tête, nausées en quelques heures |
| Quelques centaines à 1 000 ppm | risque de trouble de la conscience en peu de temps |
| Plusieurs milliers de ppm et plus | danger vital en peu de temps |
※ Les effets dépendent de la combinaison concentration/durée, avec de fortes variations individuelles. Les femmes enceintes, les personnes souffrant de maladies cardiaques ou pulmonaires, et les nourrissons seraient affectés à des concentrations plus faibles.
LycéeLycée+Un autre méfait, moins connu
Le mal causé par le monoxyde de carbone ne se limite pas à « accaparer le siège ». L'hémoglobine possède quatre sites et, lorsqu'elle relâche l'oxygène, ses sous-unités coopèrent entre elles (c'est pourquoi la courbe de dissociation de l'oxygène a une forme en S).
Quand le monoxyde de carbone occupe une partie des sites, l'oxygène fixé sur les sites restants devient plus difficile à relâcher là où il est nécessaire. En termes de biologie, la courbe de dissociation de l'oxygène se déplace vers la gauche. Autrement dit, la quantité transportée diminue, et en plus elle ne peut plus être cédée à destination. Une double entrave.
C'est pourquoi mesurer seulement « la quantité d'oxygène dans le sang » peut faire passer le danger inaperçu. Le fait qu'un oxymètre de pouls, placé sur le doigt, puisse afficher une valeur proche de la normale lors d'une intoxication au monoxyde de carbone est lié à ce phénomène.
UniversitéIl perturbe aussi les cellules elles-mêmes
On sait que le monoxyde de carbone se lie non seulement à l'hémoglobine, mais aussi à une enzyme de la chaîne respiratoire des mitochondries (la cytochrome c oxydase) dans les cellules. Autrement dit, même si l'oxygène parvient jusqu'aux cellules, son utilisation elle-même est entravée.
Il se lie aussi à la myoglobine, qui stocke l'oxygène dans les muscles. C'est probablement pour cette raison que l'atteinte du muscle cardiaque pose problème.
Le traitement consiste à faire inhaler de l'oxygène à forte concentration pour chasser le monoxyde de carbone. Une méthode plus active, l'oxygénothérapie hyperbare, consiste à faire inhaler de l'oxygène pur dans un environnement pressurisé, ce qui permettrait de réduire fortement le temps nécessaire pour l'évacuer.
RechercheCe qui n'est pas encore tranché
- On ne sait pas encore si l'oxygénothérapie hyperbare réduit réellement les séquelles. Plusieurs essais contrôlés randomisés ont été menés, mais leurs résultats divergent. Certains montrent un bénéfice, d'autres aucune différence, et les critères de sélection des patients ainsi que le moment du traitement varient trop pour permettre une comparaison simple. Le débat continue sur le patient et le moment où ce traitement devrait être appliqué.
- On ne peut pas prédire qui développera des troubles neurologiques retardés. Après une guérison apparente, des troubles de la mémoire, une apathie ou des symptômes parkinsoniens peuvent apparaître plusieurs jours à plusieurs semaines plus tard. Mais il n'existe aucune méthode établie pour distinguer à l'avance qui en sera atteint. On sait aussi que le taux de carboxyhémoglobine dans le sang ne correspond pas toujours bien à la gravité des séquelles.
- En réalité, le corps lui-même produit du monoxyde de carbone. Une enzyme qui dégrade l'hème (l'hème oxygénase) génère en permanence une quantité infime de monoxyde de carbone, et on découvre qu'il agit comme messager, relâchant les vaisseaux sanguins ou freinant l'inflammation. Un gaz connu comme toxique se révèle utile à l'intérieur du corps. Des recherches sont en cours sur des médicaments exploitant ce principe (des composés relâchant une petite quantité de monoxyde de carbone à l'endroit ciblé), mais aucun n'a encore atteint le stade de l'usage clinique.
- Les effets d'une exposition prolongée à faible concentration restent également flous. L'ampleur de l'impact cardiovasculaire et neurologique d'une exposition chronique, dans des logements à combustion incomplète persistante ou dans des zones à fort trafic, fait encore l'objet de recherches en cours.
Un « poison simple » en apparence, mais dont il reste en réalité beaucoup de zones d'ombre. C'est précisément pour cela que prévenir sa production et le détecter vite comptent bien davantage que d'espérer un traitement.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Section de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : combustion et oxygène / propriétés des gaz / respiration humaine | Combustion incomplète, couleur de la flamme, rôle des globules rouges |
| Lycée | Chimie générale : équations chimiques / quantité de matière | Équations de combustion complète et incomplète, masse molaire 28 comparée à l'air |
| Lycée | Biologie générale : sang et hémoglobine | Transport de l'oxygène, comparaison des affinités de liaison |
| Lycée+ | Biologie : courbe de dissociation de l'oxygène / Chimie : équilibre chimique | Déplacement de la courbe vers la gauche, force de liaison et équilibre |
| Université | Biochimie, toxicologie, médecine d'urgence | Action sur la chaîne respiratoire mitochondriale, oxygénothérapie hyperbare |
| Recherche | Médecine d'urgence, biologie moléculaire (non résolu) | Efficacité de l'oxygénothérapie hyperbare, prédiction des troubles neurologiques retardés, monoxyde de carbone endogène |
| ― | Prévention des risques et éducation à la sécurité | Sortir → aérer → appeler les secours, détecteur de CO, prévention des sur-accidents chez les sauveteurs |
- Agence nationale japonaise des pompiers (消防庁) et différents centres de secours locaux, avis de prévention sur l'intoxication au monoxyde de carbone (y compris sur les appareils de chauffage, les groupes électrogènes et les véhicules immobilisés).
- Centre japonais d'information sur les intoxications, fondation d'intérêt public (公益財団法人 日本中毒情報センター), informations sur les intoxications au monoxyde de carbone.
- U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC), Carbon Monoxide Poisoning (symptômes, repères de concentration, recommandation d'installer des détecteurs).
- Weaver, L. K. et al., Hyperbaric oxygen for acute carbon monoxide poisoning, New England Journal of Medicine 347, 2002, ainsi que plusieurs essais cliniques sur l'oxygénothérapie hyperbare (résultats divergents).
- Motterlini, R. & Otterbein, L. E., The therapeutic potential of carbon monoxide, Nature Reviews Drug Discovery 9, 728–743, 2010 (monoxyde de carbone endogène et son rôle physiologique).
- Agence japonaise d'évaluation des technologies et des produits, NITE (独立行政法人 製品評価技術基盤機構), cas d'accidents liés aux appareils de combustion et avis de prévention.
※ Les rapports d'affinité ainsi que la correspondance entre concentration et symptômes varient selon les conditions de mesure. Cet article présente des ordres de grandeur couramment cités.
※ Cet article est une explication générale destinée à prévenir les accidents. En cas de malaise, ne vous fiez pas à votre propre jugement : quittez les lieux puis appelez les secours ou un établissement médical, et suivez les instructions des pompiers et du personnel médical. Pour l'entretien et l'installation des appareils de combustion, suivez toujours le mode d'emploi ainsi que les consignes du revendeur ou de l'installateur. Les valeurs chiffrées présentées ici ne sont que des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme.