Carbone

Le carbone (du latin : carbo “charbon”) est un élément chimique portant le symbole C et le numéro atomique 6. Il est non métallique et tétravalent, ce qui rend quatre électrons disponibles pour former des liaisons chimiques covalentes. Il appartient au groupe 14 du tableau périodique. Trois isotopes existent à l'état naturel, 12C et 13C étant stables, tandis que le 14C est un radionucléide, qui se désintègre avec une demi-vie d’environ 5 730 ans. Le carbone est l’un des rares éléments connus depuis l’antiquité.

Le carbone est le 15ème élément le plus abondant de la croûte terrestre et le quatrième élément le plus abondant de l’univers en masse après l’hydrogène, l’hélium et l’oxygène. L’abondance du carbone, sa diversité unique de composés organiques et sa capacité inhabituelle à former des polymères aux températures couramment rencontrées sur Terre permettent à cet élément de servir d'élément commun à toute la vie connue. Il est le deuxième élément le plus abondant dans le corps humain en masse (environ 18,5%) après l’oxygène.

Les atomes de carbone peuvent se lier entre eux de diverses manières, ce qui donne des allotropes de carbone variés. Les allotropes les plus connues sont le graphite, le diamant et le buckminsterfullerène. Les propriétés physiques du carbone varient considérablement en fonction de la forme allotropique. Par exemple, le graphite est opaque et noir alors que le diamant est très transparent. Le graphite est assez mou pour former une strie sur le papier (d’où son nom, du verbe grec “γράφειν” qui signifie “écrire”), tandis que le diamant est le matériau naturel le plus dur connu. Le graphite est un bon conducteur électrique, tandis que le diamant a une faible conductivité électrique. Dans des conditions normales, le diamant, les nanotubes de carbone et le graphène ont les conductivités thermiques les plus élevées de tous les matériaux connus. Tous les allotropes de carbone sont solides dans des conditions normales, le graphite étant la forme la plus stable thermodynamiquement à température et pression normales. Ils sont chimiquement résistants et nécessitent une température élevée pour réagir, même avec de l’oxygène.

L'état d’oxydation le plus courant du carbone dans les composés inorganiques est de +4, tandis que +2 se trouve dans le monoxyde de carbone et les complexes carbonyles de métaux de transition. Les plus grandes sources de carbone inorganique sont les calcaires, les dolomites et le dioxyde de carbone, mais des quantités importantes se trouvent dans les dépôts organiques de charbon, de tourbe, de pétrole et de clathrates de méthane. Le carbone forme un grand nombre de composés, plus que tout autre élément, avec près de dix millions de composés décrits à ce jour, et pourtant ce nombre n’est qu’une fraction du nombre de composés théoriquement possibles dans des conditions normales. C’est pourquoi le carbone a souvent été qualifié de “roi des éléments”.

Histoire

Le nom anglais carbon vient du latin carbo, qui signifie charbon et charbon de bois, d’où vient également le français charbon, qui signifie charbon de bois. En allemand, néerlandais et danois, les noms pour le carbone sont respectivement Kohlenstoff, koolstof et kulstof, qui signifient littéralement “charbon”.

Le carbone a été découvert dans la préhistoire et était connu sous les formes de suie et de charbon de bois par les premières civilisations humaines. Les diamants étaient connus probablement dès 2500 avant Jésus-Christ en Chine, tandis que le carbone sous forme de charbon de bois était fabriqué vers l'époque romaine par la même chimie qu’aujourd’hui, en chauffant du bois dans une pyramide recouverte d’argile pour exclure l’air.

En 1722, René Antoine Ferchault de Réaumur a démontré que le fer était transformé en acier par l’absorption d’une substance, aujourd’hui connue sous le nom de carbone. En 1772, Antoine Lavoisier a montré que le diamant est une forme de carbone ; lorsqu’il a brûlé des échantillons de charbon de bois et de diamant, il a constaté que ni l’un ni l’autre ne produisait d’eau et que les deux dégageaient la même quantité de dioxyde de carbone par gramme. En 1779, Carl Wilhelm Scheele a montré que le graphite, qui avait été considéré comme une forme de plomb, était au contraire identique au charbon de bois mais avec un petit mélange de fer, et qu’il donnait de l’“acide aérien” (son nom pour le dioxyde de carbone) lorsqu’il était oxydé avec de l’acide nitrique. En 1786, les scientifiques français Claude Louis Berthollet, Gaspard Monge et C. A. Vandermonde ont confirmé que le graphite était principalement du carbone en l’oxydant à l’oxygène, comme l’avait fait Lavoisier avec le diamant. Il restait encore un peu de fer, que les scientifiques français jugeaient nécessaire à la structure du graphite. Dans leur publication, ils ont proposé le nom de carbone (du latin carbonum) pour l'élément du graphite qui était dégagé sous forme de gaz lors de la combustion du graphite. Antoine Lavoisier a ensuite inscrit le carbone comme élément dans son manuel de 1789.

Un nouvel allotrope du carbone, le fullerène, découvert en 1985, comprend des formes nanostructurées telles que les buckyballs et les nanotubes. Leurs découvreurs - Robert Curl, Harold Kroto et Richard Smalley - ont reçu le prix Nobel de chimie en 1996. Le regain d’intérêt pour les nouvelles formes qui en a résulté a conduit à la découverte d’autres allotropes exotiques, dont le carbone vitreux, et à la réalisation que le “carbone amorphe” n’est pas strictement amorphe.

Présence naturelle

Le carbone est le quatrième élément chimique le plus abondant dans l’univers observable en termes de masse, après l’hydrogène, l’hélium et l’oxygène. Le carbone est abondant dans le Soleil, les étoiles, les comètes et dans l’atmosphère de la plupart des planètes. Certaines météorites contiennent des diamants microscopiques qui se sont formés lorsque le système solaire était encore un disque protoplanétaire. Des diamants microscopiques peuvent également être formés par la pression intense et la température élevée sur les sites d’impact des météorites.

En 2014, la NASA a annoncé une base de données considérablement améliorée pour le suivi des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans l’univers. Plus de 20 % du carbone dans l’univers peut être associé aux HAP, des composés complexes de carbone et d’hydrogène sans oxygène. Ces composés figurent dans l’hypothèse du monde des HAP, où l’on suppose qu’ils jouent un rôle dans l’abiogénèse et la formation de la vie. Les HAP semblent s'être formés “quelques milliards d’années” après le Big Bang, sont répandus dans tout l’univers et sont associés à de nouvelles étoiles et exoplanètes.

On a estimé que la terre solide dans son ensemble contient 730 ppm de carbone, dont 2000 ppm dans le noyau et 120 ppm dans le manteau et la croûte combinés. Comme la masse de la terre est de 5,972×1024 kg, cela impliquerait 4360 millions de gigatonnes de carbone. C’est beaucoup plus que la quantité de carbone dans les océans ou dans l’atmosphère (ci-dessous).

En combinaison avec l’oxygène contenu dans le dioxyde de carbone, le carbone se trouve dans l’atmosphère terrestre (environ 900 gigatonnes de carbone - chaque ppm correspond à 2,13 Gt) et est dissous dans toutes les masses d’eau (environ 36 000 gigatonnes de carbone). Le carbone dans la biosphère a été estimé à 550 gigatonnes, mais avec une grande incertitude, due principalement à une énorme incertitude sur la quantité de bactéries terrestres de la subsurface profonde. Les hydrocarbures (tels que le charbon, le pétrole et le gaz naturel) contiennent également du carbone. Les “réserves” (et non les “ressources”) de charbon s'élèvent à environ 900 gigatonnes, avec peut-être 18 000 Gt de ressources. Les réserves de pétrole sont d’environ 150 gigatonnes. Les sources prouvées de gaz naturel sont d’environ 175×1012 mètres cubes (contenant environ 105 gigatonnes de carbone), mais des études estiment à 900×1012 mètres cubes supplémentaires les gisements “non conventionnels” tels que le gaz de schiste, représentant environ 540 gigatonnes de carbone.

On trouve également du carbone dans les hydrates de méthane des régions polaires et sous les mers. Diverses estimations situent ce carbone entre 500, 2500 Gt, ou 3000 Gt.

Dans le passé, les quantités d’hydrocarbures étaient plus importantes. Selon une source, entre 1751 et 2008, environ 347 gigatonnes de carbone ont été libérées sous forme de dioxyde de carbone dans l’atmosphère suite à la combustion de combustibles fossiles. Une autre source estime à 879 Gt la quantité ajoutée à l’atmosphère depuis 1750, et à près de 2 000 Gt la quantité totale rejetée dans l’atmosphère, la mer et la terre (comme les tourbières).

Le carbone est un constituant (environ 12 % en masse) des très grandes masses de roches carbonatées (calcaire, dolomie, marbre, etc.). Le charbon est très riche en carbone (l’anthracite en contient 92 à 98 %) et constitue la plus grande source commerciale de carbone minéral, représentant 4 000 gigatonnes, soit 80 % des combustibles fossiles.

Quant aux allotropes de carbone individuelles, le graphite se trouve en grande quantité aux États-Unis (principalement à New York et au Texas), en Russie, au Mexique, au Groenland et en Inde. Les diamants naturels se trouvent dans la roche kimberlite, que l’on trouve dans les anciens “cous” volcaniques, ou “pipes”. La plupart des gisements de diamants se trouvent en Afrique, notamment en Afrique du Sud, en Namibie, au Botswana, en République du Congo et en Sierra Leone. Des gisements de diamants ont également été découverts en Arkansas, au Canada, dans l’Arctique russe, au Brésil et dans le nord et l’ouest de l’Australie. Des diamants sont maintenant également récupérés au fond des océans au large du cap de Bonne-Espérance. Les diamants se trouvent à l'état naturel, mais environ 30 % de tous les diamants industriels utilisés aux États-Unis sont maintenant fabriqués.

Le carbone 14 se forme dans les couches supérieures de la troposphère et de la stratosphère à des altitudes de 9 à 15 km par une réaction qui est précipitée par les rayons cosmiques. Des neutrons thermiques sont produits qui entrent en collision avec les noyaux de l’azote 14, formant ainsi du carbone 14 et un proton. Ainsi, 1,5 %×10-10 du dioxyde de carbone atmosphérique contient du carbone 14.

Les astéroïdes riches en carbone sont relativement prépondérants dans les parties extérieures de la ceinture d’astéroïdes de notre système solaire. Ces astéroïdes n’ont pas encore été directement échantillonnés par les scientifiques. Les astéroïdes peuvent être utilisés dans le cadre d’une hypothétique extraction de carbone dans l’espace, qui pourrait être possible dans le futur, mais qui est actuellement technologiquement impossible.

Production

Graphite

Il existe des gisements naturels de graphite commercialement viables dans de nombreuses régions du monde, mais les sources les plus importantes sur le plan économique se trouvent en Chine, en Inde, au Brésil et en Corée du Nord. Les gisements de graphite sont d’origine métamorphique et se trouvent en association avec le quartz, le mica et les feldspaths dans les schistes, les gneiss et les grès et calcaires métamorphisés sous forme de lentilles ou de veines, parfois d’un mètre ou plus d'épaisseur. Les gisements de graphite de Borrowdale, dans le Cumberland, en Angleterre, étaient au départ d’une taille et d’une pureté suffisantes pour que, jusqu’au XIXe siècle, on fabrique des crayons en sciant simplement des blocs de graphite naturel en bandes avant de les encastrer dans du bois. Aujourd’hui, on obtient de plus petits dépôts de graphite en écrasant la roche mère et en faisant flotter le graphite plus léger sur l’eau.

Il existe trois types de graphite naturel : amorphe, en paillettes ou cristallin, et en veines ou en morceaux. Le graphite amorphe est de la plus basse qualité et le plus abondant. Contrairement à la science, dans l’industrie, le terme “amorphe” fait référence à la très petite taille des cristaux plutôt qu'à l’absence totale de structure cristalline. Le graphite amorphe est utilisé pour les produits de graphite de moindre valeur et est le graphite le moins cher. On trouve de grands gisements de graphite amorphe en Chine, en Europe, au Mexique et aux États-Unis. Le graphite en paillettes est moins courant et de meilleure qualité que le graphite amorphe ; il se présente sous forme de plaques séparées qui se cristallisent dans la roche métamorphique. Le prix du graphite en paillettes peut être quatre fois supérieur à celui du graphite amorphe. Les paillettes de bonne qualité peuvent être transformées en graphite expansible pour de nombreux usages, comme les retardateurs de flamme. Les principaux gisements se trouvent en Autriche, au Brésil, au Canada, en Chine, en Allemagne et à Madagascar. Le graphite en veines ou en morceaux est le type de graphite naturel le plus rare, le plus précieux et de la plus haute qualité. Il est présent dans des veines le long de contacts intrusifs dans des grumeaux solides, et il n’est exploité commercialement qu’au Sri Lanka.

Selon l’USGS, la production mondiale de graphite naturel était de 1,1 million de tonnes en 2010, à laquelle la Chine a contribué pour 800 000 t, l’Inde pour 130 000 t, le Brésil pour 76 000 t, la Corée du Nord pour 30 000 t et le Canada pour 25 000 t. Aucun graphite naturel n’a été signalé comme étant extrait aux États-Unis, mais 118 000 t de graphite synthétique d’une valeur estimée à 998 millions de dollars ont été produites en 2009.

Diamant

La chaîne d’approvisionnement en diamants est contrôlée par un nombre limité d’entreprises puissantes, et est également très concentrée dans un petit nombre d’endroits dans le monde (voir figure).

Seule une très petite fraction du minerai de diamant est constituée de véritables diamants. Le minerai est broyé, ce qui nécessite une attention particulière afin d'éviter la destruction des gros diamants au cours de ce processus, et les particules sont ensuite triées par densité. Aujourd’hui, les diamants sont localisés dans la fraction de densité riche en diamants à l’aide de la fluorescence aux rayons X, après quoi les étapes finales de tri sont effectuées à la main. Avant que l’utilisation des rayons X ne devienne courante, la séparation se faisait à l’aide de bandes de graisse ; les diamants ont une plus forte tendance à adhérer à la graisse que les autres minéraux du minerai.

Historiquement, on savait que les diamants ne se trouvaient que dans les dépôts alluviaux du sud de l’Inde. L’Inde était le leader mondial de la production de diamants depuis leur découverte vers le 9ème siècle avant J.-C. jusqu’au milieu du 18ème siècle après J.-C., mais le potentiel commercial de ces sources avait été épuisé à la fin du 18ème siècle et à cette époque, l’Inde a été éclipsée par le Brésil où les premiers diamants non indiens ont été trouvés en 1725.

La production de diamants des gisements primaires (kimberlites et lamproïtes) n’a commencé que dans les années 1870, après la découverte des champs de diamants en Afrique du Sud. La production a augmenté au fil du temps et aujourd’hui, un total cumulé de 4,5 milliards de carats a été extrait depuis cette date. Environ 20 % de cette quantité a été exploitée au cours des cinq dernières années seulement, et au cours des dix dernières années, neuf nouvelles mines ont commencé à produire, tandis que quatre autres attendent d'être ouvertes prochainement. La plupart de ces mines sont situées au Canada, au Zimbabwe, en Angola et une en Russie.

Aux États-Unis, des diamants ont été trouvés en Arkansas, au Colorado et au Montana. En 2004, la découverte surprenante d’un diamant microscopique aux États-Unis a conduit à l'échantillonnage en vrac de pipes de kimberlite dans une région éloignée du Montana en janvier 2008.

Aujourd’hui, la plupart des gisements de diamants commercialement viables se trouvent en Russie, au Botswana, en Australie et en République démocratique du Congo. En 2005, la Russie a produit près d’un cinquième de la production mondiale de diamants, rapporte le British Geological Survey. L’Australie possède la cheminée diamantifère la plus riche, avec une production atteignant un pic de 42 tonnes métriques (41 tonnes longues ; 46 tonnes courtes) par an dans les années 1990. Il existe également des gisements commerciaux activement exploités dans les Territoires du Nord-Ouest du Canada, en Sibérie (principalement dans le territoire de la Yakoutie ; par exemple, la pipe Mir et la pipe Udachnaya), au Brésil et dans le nord et l’ouest de l’Australie.

Utilisation économique

Le carbone est essentiel à tous les systèmes vivants connus, et sans lui, la vie telle que nous la connaissons ne pourrait pas exister (voir biochimie alternative). La principale utilisation économique du carbone autre que la nourriture et le bois se fait sous forme d’hydrocarbures, notamment le méthane, combustible fossile, et le pétrole brut (pétrole). Le pétrole brut est distillé dans les raffineries par l’industrie pétrochimique pour produire de l’essence, du kérosène et d’autres produits. La cellulose est un polymère naturel contenant du carbone, produit par les plantes sous forme de bois, de coton, de lin et de chanvre. La cellulose est principalement utilisée pour maintenir la structure des plantes. Les polymères carbonés d’origine animale ayant une valeur commerciale comprennent la laine, le cachemire et la soie. Les plastiques sont fabriqués à partir de polymères de carbone synthétiques, souvent avec des atomes d’oxygène et d’azote inclus à intervalles réguliers dans la chaîne principale du polymère. Les matières premières de nombre de ces substances synthétiques proviennent du pétrole brut.

Les utilisations du carbone et de ses composés sont extrêmement variées. Il peut former des alliages avec le fer, dont le plus courant est l’acier au carbone. Le graphite est associé à des argiles pour former la “mine” des crayons utilisés pour écrire et dessiner. Il est également utilisé comme lubrifiant et pigment, comme matériau de moulage dans la fabrication du verre, dans les électrodes pour les piles sèches et dans la galvanoplastie et l'électroformage, dans les balais pour les moteurs électriques et comme modérateur de neutrons dans les réacteurs nucléaires.

Le charbon de bois est utilisé comme matériau de dessin dans les œuvres d’art, les grillades au barbecue, la fonte du fer et dans de nombreuses autres applications. Le bois, le charbon et le pétrole sont utilisés comme combustible pour la production d'énergie et le chauffage. Le diamant de qualité gemme est utilisé en bijouterie, et les diamants industriels sont utilisés dans les outils de forage, de coupe et de polissage pour l’usinage des métaux et de la pierre. Les plastiques sont fabriqués à partir d’hydrocarbures fossiles, et la fibre de carbone, obtenue par pyrolyse de fibres de polyester synthétique, est utilisée pour renforcer les plastiques afin de former des matériaux composites avancés et légers.

La fibre de carbone est fabriquée par pyrolyse de filaments extrudés et étirés de polyacrylonitrile (PAN) et d’autres substances organiques. La structure cristallographique et les propriétés mécaniques de la fibre dépendent du type de matériau de départ et du traitement ultérieur. Les fibres de carbone fabriquées à partir de PAN ont une structure ressemblant à des filaments étroits de graphite, mais le traitement thermique peut réorganiser la structure en une feuille continue laminée. Il en résulte des fibres dont la résistance spécifique à la traction est supérieure à celle de l’acier.

Le noir de carbone est utilisé comme pigment noir dans l’encre d’imprimerie, la peinture à l’huile et les aquarelles d’artistes, le papier carbone, les finitions automobiles, l’encre de Chine et le toner pour imprimantes laser. Le noir de carbone est également utilisé comme matière de charge dans les produits en caoutchouc tels que les pneus et dans les composés plastiques. Le charbon actif est utilisé comme absorbant et adsorbant dans les matériaux de filtration dans des applications aussi diverses que les masques à gaz, la purification de l’eau et les hottes aspirantes de cuisine, et en médecine pour absorber les toxines, les poisons ou les gaz du système digestif. Le carbone est utilisé pour la réduction chimique à haute température. Le coke est utilisé pour réduire le minerai de fer en fer (fusion). La cémentation de l’acier est obtenue en chauffant les composants finis de l’acier dans de la poudre de carbone. Les carbures de silicium, de tungstène, de bore et de titane, qui comptent parmi les matériaux les plus durs connus, sont utilisés comme abrasifs dans les outils de coupe et de meulage. Les composés de carbone constituent la plupart des matériaux utilisés dans l’habillement, tels que les textiles naturels et synthétiques et le cuir, et presque toutes les surfaces intérieures de l’environnement bâti autres que le verre, la pierre et le métal.

Diamants

L’industrie du diamant se divise en deux catégories : l’une concerne les diamants de qualité gemme et l’autre, les diamants de qualité industrielle. Bien qu’il existe un commerce important de ces deux types de diamants, les deux marchés fonctionnent de manière très différente.

Contrairement aux métaux précieux tels que l’or ou le platine, les diamants de qualité gemme ne font pas l’objet d’un commerce en tant que marchandise : il y a une marge importante dans la vente des diamants, et il n’y a pas de marché très actif pour la revente des diamants.

Les diamants industriels sont surtout appréciés pour leur dureté et leur conductivité thermique, les qualités gemmologiques de clarté et de couleur n'étant généralement pas pertinentes. Environ 80 % des diamants extraits (soit environ 100 millions de carats ou 20 tonnes par an) ne conviennent pas à l’utilisation comme pierres précieuses reléguées à l’usage industriel (connu sous le nom de bort). Les diamants synthétiques, inventés dans les années 1950, ont trouvé des applications industrielles presque immédiates ; 3 milliards de carats (600 tonnes) de diamants synthétiques sont produits chaque année.

L’utilisation industrielle dominante du diamant est la coupe, le forage, le meulage et le polissage. La plupart de ces applications ne nécessitent pas de gros diamants ; en fait, la plupart des diamants de qualité gemme, à l’exception de leur petite taille, peuvent être utilisés industriellement. Les diamants sont incorporés dans des pointes de foreuse ou des lames de scie, ou sont broyés en poudre pour être utilisés dans des applications de meulage et de polissage. Les applications spécialisées comprennent l’utilisation dans les laboratoires comme confinement pour les expériences à haute pression (voir la cellule d’enclume en diamant), les roulements à haute performance et l’utilisation limitée dans les fenêtres spécialisées. Avec les progrès constants de la production de diamants synthétiques, de nouvelles applications deviennent possibles. L’utilisation possible du diamant comme semi-conducteur adapté aux micropuces et comme dissipateur de chaleur dans l'électronique, en raison de son exceptionnelle conductivité thermique, suscite beaucoup d’enthousiasme.

Biologie

Le carbone est présent dans toutes les formes de vie organiques connues et constitue la base de la chimie organique. Lorsqu’il est uni à l’hydrogène, il forme divers hydrocarbures qui sont importants pour l’industrie comme réfrigérants, lubrifiants, solvants, comme matière première chimique pour la fabrication de plastiques et de produits pétrochimiques, et comme combustibles fossiles.

Combiné à l’oxygène et à l’hydrogène, le carbone peut former de nombreux groupes de composés biologiques importants, notamment des sucres, des lignanes, des chitines, des alcools, des graisses et des esters aromatiques, des caroténoïdes et des terpènes. Avec l’azote, il forme des alcaloïdes, et avec l’ajout de soufre, il forme également des antibiotiques, des acides aminés et des produits en caoutchouc. Avec l’ajout de phosphore à ces autres éléments, il forme de l’ADN et de l’ARN, les porteurs du code chimique de la vie, et de l’adénosine triphosphate (ATP), la molécule de transfert d'énergie la plus importante dans toutes les cellules vivantes.

Sécurité

Le carbone pur a une toxicité extrêmement faible pour l’homme et peut être manipulé sans danger sous forme de graphite ou de charbon de bois. Il est résistant à la dissolution ou aux attaques chimiques, même dans les contenus acides du tube digestif. Par conséquent, une fois qu’il pénètre dans les tissus de l’organisme, il est susceptible d’y rester indéfiniment. Le noir de carbone a probablement été l’un des premiers pigments à être utilisé pour le tatouage, et on a découvert que Ötzi l’homme de glace avait des tatouages au carbone qui ont survécu pendant sa vie et pendant 5200 ans après sa mort. L’inhalation de poussière de charbon ou de suie (noir de carbone) en grande quantité peut être dangereuse, irritant les tissus pulmonaires et provoquant la maladie pulmonaire congestive, la pneumoconiose des travailleurs du charbon. La poussière de diamant utilisée comme abrasif peut être nocive si elle est ingérée ou inhalée. Des microparticules de carbone sont produites dans les gaz d'échappement des moteurs diesel et peuvent s’accumuler dans les poumons. Dans ces exemples, les dommages peuvent résulter de contaminants (par exemple, des produits chimiques organiques, des métaux lourds) plutôt que du carbone lui-même.

Le carbone est généralement peu toxique pour la vie sur Terre, mais les nanoparticules de carbone sont mortelles pour la drosophile.

Le carbone peut brûler vigoureusement et brillamment en présence d’air à haute température. De grandes accumulations de charbon, qui sont restées inertes pendant des centaines de millions d’années en l’absence d’oxygène, peuvent s’enflammer spontanément lorsqu’elles sont exposées à l’air dans les décharges de déchets des mines de charbon, les cales de navires et les soutes à charbon, ainsi que dans les décharges de stockage.

Dans les applications nucléaires où le graphite est utilisé comme modérateur de neutrons, une accumulation d'énergie de Wigner suivie d’une libération soudaine et spontanée peut se produire. Le recuit à au moins 250 °C peut libérer l'énergie en toute sécurité, bien que dans l’incendie de Windscale, la procédure ait mal tourné, provoquant la combustion d’autres matériaux du réacteur.

La grande variété de composés du carbone comprend des poisons mortels tels que la tétrodotoxine, la lectine ricine des graines du ricin Ricinus communis, le cyanure (CN-) et le monoxyde de carbone, ainsi que des éléments essentiels à la vie tels que le glucose et les protéines.