Pourquoi le monoxyde de carbone est-il si dangereux
quand on ne le remarque pas ?
Pas de couleur. Pas d'odeur. Pas de goût. Pas de fumée. Sans détecteur, nos sens sont totalement incapables de le repérer. Pire encore : ce gaz commence par nous priver de notre capacité à décider de fuir. Ce n'est pas qu'on ne le remarque pas, c'est qu'on est empêché de le remarquer.
Une nuit d'hiver. Un poêle à pétrole allumé dans une pièce où vous regardez la télévision. Dehors, le vent souffle fort, alors les fenêtres restent fermées. La hotte n'est pas en marche. Plusieurs heures passent.
Vous commencez à avoir mal à la tête. Une fatigue diffuse. Vous pensez : « je dois être fatigué », « je couve peut-être un rhume ». En effet, les symptômes ressemblent beaucoup à ceux d'un rhume. Personne ne pense qu'il y a un problème.
Vous commencez à somnoler. La somnolence est elle-même un symptôme, mais la capacité de s'en rendre compte a déjà baissé, elle aussi.
Pendant tout ce temps, la pièce se remplit de monoxyde de carbone. Sans que les yeux ni le nez ne perçoivent quoi que ce soit.
Incolore, inodore, sans goût. Le gaz de ville et le propane reçoivent volontairement une odeur, mais pas le monoxyde de carbone. L'humain n'a aucun moyen de le détecter : seul un détecteur peut le faire.
Les premiers symptômes sont maux de tête, fatigue, somnolence. Autrement dit, c'est la capacité de penser « quelque chose ne va pas, il faut fuir » qui s'émousse en premier. Avant même de s'effondrer, on ne peut déjà plus juger la situation.
C'est la combinaison de ces deux facteurs qui fait que l'intoxication au monoxyde de carbone se produit selon ce schéma : « au moment où l'on s'en rend compte, on ne peut plus bouger ». Voyons cela en détail.
Raison n°1 : il détourne le « transporteur d'oxygène » du corps
Si nous pouvons respirer, c'est parce que les globules rouges de notre sang transportent l'oxygène dans tout le corps. Le rôle de transporteur est assuré par une protéine des globules rouges : l'hémoglobine.
L'hémoglobine possède une place réservée à l'oxygène. Elle le charge dans les poumons et le relâche doucement là où il est nécessaire. Cette propriété de « liaison lâche, facile à relâcher » est absolument déterminante pour son rôle de transporteur.
Or le monoxyde de carbone s'accroche à cette même place, avec une force bien supérieure à celle de l'oxygène. Cette force est souvent estimée à plus de 200 fois celle de l'oxygène.
Résultat : il suffit d'une infime quantité de monoxyde de carbone dans l'air pour que les places soient occupées les unes après les autres. Et une fois fixé, il se détache difficilement. Les poumons fonctionnent normalement, la respiration n'est pas gênée, mais l'oxygène, lui, n'arrive plus jusqu'au corps.
La sensation d'« essoufflement » vient surtout d'une augmentation du dioxyde de carbone dans le sang. Or dans l'intoxication au monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone continue d'être évacué normalement.
Autrement dit, le corps manque d'oxygène, mais aucune alarme d'essoufflement ne se déclenche. On ne ressent pas ce besoin impérieux de « reprendre son souffle » comme en apnée sous l'eau. On finit donc simplement par s'endormir.
Raison n°2 : on en respire autant, où qu'on se trouve dans la pièce
Le chlore, dont nous avons parlé dans un précédent article, s'accumulait au sol car il est plus lourd que l'air. Le monoxyde de carbone, lui, a une masse quasiment identique à celle de l'air.
Il ne se concentre donc ni en haut ni en bas. Il se mélange uniformément dans toute la pièce. Des stratégies comme « rester debout, ça va » ou « fuir vers le haut » ne fonctionnent pas ici. Il passe aussi par les interstices des portes vers les pièces voisines.
Aucun indice, nulle part.
Où se produit-il ?
Le monoxyde de carbone naît quand une combustion manque d'oxygène : c'est ce qu'on appelle la combustion incomplète. Autrement dit, dans une pièce fermée, n'importe quel combustible peut en produire.
- Poêle à pétrole ou au gaz dans une pièce fermée. La nuit, pendant le sommeil, on ne peut pas fuir
- Braises, réchaud à gaz ou brûleur en tente ou en camping-car. Les espaces exigus sont les plus dangereux. « Il y a une petite ouverture, ça va » ne suffit pas
- Voiture avec le pot d'échappement 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 à l'intérieur, au garage ou sous un auvent. Des accidents se répètent lors des coupures de courant. Un groupe électrogène doit toujours être utilisé 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 sur brasero, sans hotte en marche
Un des rares indices détectables : la couleur de la flamme. Si la flamme du gaz oscille en orange ou rougeâtre au lieu d'être bleue, si elle produit de la suie, si la vitre ou le mur noircissent, soupçonnez une combustion incomplète.
Que faire ?
- Dès que vous ressentez maux de tête, nausées, fatigue, sortez d'abordC'est justement quand vous pensez « c'est peut-être un rhume » qu'il faut agir. Si les personnes présentes dans la même pièce se sentent mal en même temps, ou si l'animal domestique semble aussi abattu, soupçonnez fortement une intoxication. Respirer de l'air frais dehors passe avant de chercher la cause.
- Ouvrez portes et fenêtres pour aérer, et éteignez la source de combustionMais votre propre évacuation vient d'abord. Ne vous précipitez pas dans une pièce où quelqu'un est effondré. Retenez votre respiration, ouvrez une fenêtre, et sortez immédiatement. Des sauveteurs se sont eux-mêmes effondrés en intervenant.
- Appelez les secours. Consultez même si les symptômes sont légersMême si « ça va mieux dehors », consultez quand même. Il est établi que des troubles de la mémoire ou moteurs peuvent apparaître plusieurs jours à plusieurs semaines après une amélioration apparente. Lors du transport, indiquez ce qui brûlait et depuis combien de temps.
Puisque nos sens ne peuvent pas 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, l'installation d'un détecteur de fumée/incendie résidentiel est obligatoire, mais le détecteur CO ne l'est pas. Un détecteur de fumée ne détecte pas le monoxyde de carbone : il faut donc s'en procurer un séparément
- Installez-le dans la pièce où se trouve l'appareil de combustion et dans la chambre. Comme le CO a une masse presque identique à celle de l'air, la hauteur n'a guère d'importance (suivez les instructions du fabricant)
- Vérifiez la pile et la durée de vie (souvent 5 à 10 ans). Un détecteur périmé équivaut à une absence de détecteur
- Un modèle portable est aussi utile en camping, en camping-car, ou lors de l'utilisation d'un groupe électrogène pendant une coupure de courant
Ce qu'on peut vérifier dans sa cuisine (sans aucun danger)
- Allumez la 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 que le brûleur n'est pas encrassé et que l'arrivée d'air n'est pas obstruée par la poussière
Une flamme bleue signale que le combustible se mélange bien à l'oxygène et brûle complètement. Une flamme orange indique un manque d'oxygène, une situation propice à la production de monoxyde de carbone. La couleur orange d'une bougie ou d'un feu de camp vient de la même cause (des particules de carbone imbrûlées qui brillent), ce qui signifie aussi qu'une aération est nécessaire en intérieur.
En résumé
Le monoxyde de carbone n'est pas seulement dangereux parce que sa toxicité est exceptionnellement forte. Le vrai danger tient à une structure où aucune alarme ne se déclenche jamais : ① il échappe à nos sens, ② il ne provoque aucun essoufflement, ③ on en respire autant partout dans la pièce, et ④ il attaque en premier la capacité même de décider de fuir.
Nos sens ne peuvent pas le détecter.
Alors installez un détecteur.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules chimiques, liens avec les manuels scolairesDu collège aux sujets encore en recherche, le niveau de chaque point est indiqué
- CollègeAu programme des sciences au collège
- LycéeAu programme de « chimie de base » ou « biologie de base » au lycée
- Lycée+Chimie ou biologie de spécialité au lycée, ou contenu approfondi/encadré des manuels
- UniversitéNon enseigné au lycée : matière spécialisée universitaire (toxicologie, biochimie)
- RechercheSujet non encore établi comme « vérité admise », même à l'université : recherche en cours
CollègeVocabulaire, et pourquoi ce gaz apparaît
- Combustion complète : quand l'oxygène est suffisant. Le carbone devient du dioxyde de carbone (CO2). C + O₂ → CO₂
- Combustion incomplète : quand l'oxygène manque. Le carbone n'est oxydé qu'à moitié, et il se forme 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 qu'il se répartisse uniformément dans une pièce.
- Hémoglobine : protéine des globules rouges qui transporte l'oxygène. Elle contient du fer en son centre, sur lequel l'oxygène vient se fixer.
- Carboxyhémoglobine (CO-Hb) : hémoglobine liée au monoxyde de carbone. Sa proportion (%) dans le sang sert d'indicateur de gravité de l'intoxication.
Notez que le gaz de ville et le propane reçoivent volontairement une odeur (agent odorisant) pour qu'on puisse détecter une fuite. Le monoxyde de carbone, lui, est un gaz produit sur place par la combustion elle-même : on ne peut pas lui ajouter d'odeur à l'avance. Cette différence explique à elle seule l'écart de dangerosité.
LycéeVérifions par le calcul : pourquoi ne serait-ce que 0,02 % engage la vie
Ce qui rend le monoxyde de carbone si redoutable, c'est qu'il agit même à très faible concentration. On peut estimer à quel point, par le calcul.
Occupation des places ＝ rapport des quantités ÷ rapport d'affinité
| Rapport des quantités | Combien chaque gaz est présent dans l'air, l'un par rapport à l'autre |
| Rapport d'affinité | Le monoxyde de carbone est estimé à environ 200 à 250 fois plus affin que l'oxygène |
| Places | Les sites de liaison de l'hémoglobine dans le sang |
L'oxygène et le monoxyde de carbone se disputent la même place sur l'hémoglobine. Celui qui est le plus abondant a un avantage, mais celui qui adhère le mieux en a un aussi. C'est ce tir à la corde entre les deux qui donne lieu à une division.
C'est là qu'intervient le « facteur 250 ». Ce chiffre signifie que même avec 250 fois moins de quantité, les deux se retrouvent à égalité.
| Oxygène dans l'air | environ 21 % ＝ 210 000 ppm |
| Monoxyde de carbone | 200 ppm (0,02 %), pris comme exemple |
| Rapport des quantités (oxygène/CO) | 210 000 ÷ 200 ＝ 1050 fois |
| Division par le rapport d'affinité | 1050 ÷ 250 ＝ 4,2 |
| Rapport des places occupées (O₂ contre CO) | 4,2 contre 1 |
| Total | 4,2 ＋ 1 ＝ 5,2 |
| Proportion des places prises par le CO | 1 ÷ 5,2 ≈ 0,19 (environ 19 %) |
Un gaz présent à seulement 0,02 % de l'air accapare environ 20 % de la capacité de transport du sang. À une concentration de 2 pour 10 000.
※ Ceci est un ordre de grandeur pour un état stabilisé 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 baisse de 20 % de la capacité de transport peut se comprendre comme un état proche de celui où l'on aurait perdu 20 % de son sang. Au repos, cela peut passer inaperçu, mais dès qu'on bouge, cela devient insuffisant.
À cela s'ajoute la caractéristique la plus dangereuse de cet accident.
- Ni couleur, ni odeur, ni goût. Le seul indice possible est un changement d'état physique
- Les premiers symptômes sont maux de tête, fatigue, somnolence. On pense alors « je suis fatigué, reposons-nous un peu »
- En s'allongeant pour se reposer, on ne bouge plus, et on continue donc d'en respirer
- C'est le jugement lui-même qui décline en premier. La capacité même de penser à fuir disparaît
Le calcul montre « 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 parce que nos sens sont totalement incapables de repérer 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.
| Combustion du composant principal du gaz de ville | il faut 2 d'oxygène pour 1 de combustible |
| Proportion d'oxygène dans l'air | environ 21 % ＝ 0,21 |
| Volume 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.
Une pièce fermée, une sortie d'évacuation bouchée par la neige, une tente, un garage. Quand le renouvellement d'air devient insuffisant, la combustion ne s'arrête pas mais se poursuit de façon incomplète. C'est alors que le monoxyde de carbone se forme.
Si la flamme s'éteint, tout s'arrête, mais le plus dangereux est justement quand elle continue de brûler « incomplètement » sans s'éteindre. Il fait chaud, il y a de la lumière, rien ne semble anormal, et pendant ce temps le calcul du point ② progresse.
| Quelques dizaines de ppm | Des maux de tête peuvent apparaître après une longue exposition |
| Environ 200 ppm | Maux de tête et nausées en quelques heures |
| Quelques centaines à 1000 ppm | Risque de trouble de la conscience en peu de temps |
| Plusieurs milliers de ppm et au-delà | Danger vital en peu de temps |
※ Les effets dépendent de la combinaison concentration/durée, et les différences individuelles sont importantes. Les femmes enceintes, les personnes cardiaques ou pulmonaires, et les jeunes enfants seraient affectés à des concentrations plus faibles.
LycéeLycée+Un autre méfait, moins connu
Le méfait du monoxyde de carbone ne se limite pas à « prendre la place ». L'hémoglobine possède quatre sites de fixation, et ils coopèrent entre eux lorsqu'ils relâchent l'oxygène (c'est pourquoi la courbe de dissociation de l'oxygène a une forme en S).
Quand le monoxyde de carbone occupe certaines places, l'oxygène fixé sur les places restantes se détache plus difficilement là où il est nécessaire. En termes biologiques, la courbe de dissociation de l'oxygène se déplace vers la gauche. Autrement dit, la quantité transportée diminue, et en plus, elle n'est plus délivrée là où elle est nécessaire. Une double entrave.
C'est pourquoi mesurer seulement « le taux d'oxygène dans le sang » peut faire passer le danger inaperçu. Le fait que l'oxymètre de pouls, posé sur le doigt, affiche parfois une valeur proche de la normale en cas d'intoxication au monoxyde de carbone, est lié à ce phénomène.
UniversitéUne perturbation qui va jusqu'au niveau cellulaire
On sait que le monoxyde de carbone se fixe aussi sur une enzyme de la chaîne respiratoire des mitochondries des cellules (la cytochrome c oxydase), et pas seulement sur l'hémoglobine. Autrement dit, même si l'oxygène parvient jusque-là, son utilisation elle-même est entravée.
Il se fixe également sur la myoglobine, qui stocke l'oxygène dans les muscles. C'est pour cette raison que l'atteinte du muscle cardiaque est considérée comme un problème important.
Le traitement consiste à faire respirer de l'oxygène à haute concentration pour expulser le monoxyde de carbone. Une méthode plus intensive, l'oxygénothérapie hyperbare, consiste à faire respirer de l'oxygène pur dans un environnement pressurisé, ce qui réduirait considérablement le temps nécessaire à cette expulsion.
RechercheCe qui n'est pas encore tranché
- On ne sait pas encore vraiment si l'oxygénothérapie hyperbare réduit réellement les séquelles. Plusieurs essais randomisés contrôlés ont été menés, mais leurs résultats ne concordent pas. Certains essais montrent un effet, d'autres aucune différence ; les critères de sélection des patients et le moment du traitement diffèrent, ce qui empêche une comparaison directe. Le débat se poursuit sur le patient et le moment appropriés pour ce traitement.
- Impossible de prédire qui développera des troubles neurologiques retardés. Après une amélioration 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 forcément à la gravité des séquelles.
- En réalité, le corps produit lui-même du monoxyde de carbone. Une enzyme qui dégrade l'hème (l'hème oxygénase) génère en permanence une infime quantité de monoxyde de carbone, et l'on découvre qu'il agit comme messager, en relâchant les vaisseaux sanguins ou en atténuant l'inflammation. Un gaz connu pour sa toxicité se révèle donc utile à l'intérieur du corps. Des médicaments exploitant ce principe (des composés qui libèrent une petite quantité de monoxyde de carbone à un endroit ciblé) sont en cours d'étude, sans être encore commercialisés.
- Les effets d'une exposition prolongée à faible concentration restent flous eux aussi. L'impact, sur le système cardiovasculaire ou nerveux, d'une combustion incomplète continue dans un logement, ou d'une exposition chronique dans une zone très fréquentée par le trafic, fait toujours l'objet de recherches.
Ce qui ressemble à un « poison simple » cache en réalité encore beaucoup d'inconnues. C'est précisément pour cela qu'empêcher son apparition et le détecter tôt compte bien plus que d'espérer un traitement efficace.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie de l'article concernée |
|---|---|---|
| Collège | Sciences・combustion et oxygène / propriétés des gaz / respiration humaine | Combustion incomplète, couleur de la flamme, fonction des globules rouges |
| Lycée | Chimie de base・équations de réaction / quantité de matière | Équations de combustion complète et incomplète, comparaison masse molaire 28 / air |
| Lycée | Biologie de base・sang et hémoglobine | Transport de l'oxygène, comparaison d'affinité |
| Lycée+ | Biologie・courbe de dissociation de l'oxygène / chimie・équilibre chimique | Décalage 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・éducation à la sécurité | Sortir → aérer → appeler les secours, détecteur CO, prévention des sur-accidents chez les sauveteurs |
- Mises en garde sur l'intoxication au monoxyde de carbone par l'Agence des incendies et des secours du ministère japonais des Affaires intérieures (総務省消防庁, Fire and Disaster Management Agency) et divers services d'incendie (chauffage, groupes électrogènes, immobilisation en voiture).
- Informations sur l'intoxication au monoxyde de carbone du Centre japonais d'information sur les intoxications (公益財団法人 日本中毒情報センター, Japan Poison Information Center).
- U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC), Carbon Monoxide Poisoning (symptômes, repères de concentration, recommandations sur les 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 non concordants).
- 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).
- Mises en garde et cas d'accidents d'appareils de combustion par l'Organisme national d'évaluation des produits et de la technologie (独立行政法人 製品評価技術基盤機構, NITE).
※ Les rapports d'affinité et la correspondance entre concentration et symptômes varient selon les conditions de mesure. Cet article présente les ordres de grandeur généralement cités.
※Cet article est une explication grand public destinée à prévenir les accidents. En cas de malaise, ne restez pas seul juge : quittez immédiatement les lieux, 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 impérativement le manuel d'utilisation ainsi que les consignes du revendeur ou de l'installateur. Les valeurs indiquées sont des repères destinés à faciliter la compréhension des mécanismes.