CO₂, activité humaine et atmosphère

L’augmentation de CO₂ atmosphérique et ses enjeux

vendredi 6 juin 2008
par Bialis Team

Les émissions de gaz carbonique (CO₂) liées aux activités humaines ont un effet sur le climat. Leur absorption par les océans entraîne une inexorable acidification de l’eau de mer.

Le dioxyde de carbone (CO₂) est un gaz incolore et inodore et un composant naturel de l’air. Le CO₂ se forme avec la respiration cellulaire des organsimes vivants ainsi que pendant la combustion des substances contenant du carbone en présence de l’oxygène. D’un autre coté, les plantes, les algues et certaines bactéries sont capables de fixer du CO₂ et de le transformer en biomasse (ex : transformation de CO₂ en glucose lors de la photosynthèse).

Avant le XIX^e siècle, la concentration atmosphérique de CO₂ restait stable à 3% près pendant 2000 ans avec une teneur en volume de 0,028 %, soit 280 parties par million en volume (ppmv). Le pourcentage en masse de CO₂ de l’eau de mer est de 0,005%. (source : IGBP)

Intervention dans le cycle du CO₂ ?

Tandis que la concentration atmosphérique en CO₂ a varié entre 180 et 280-300 ppmv au cours des 400 000 ans passés un net accroissement du CO₂ atmosphérique est constaté, atteignant une valeur supérieure à 360 ppmv en 1995, 371 ppmv fin 2001 et 381 en 2005 (source : NOAA)

L’activité humaine se traduit en terme CO₂ par la combustion des énergies notamment fossiles et par la déforestation. L’activité humaine est mise en corrélation avec l’augmentation de CO₂ perceptible dès le début de l’ère industrielle vers 1800, fortement marquée depuis 1950. Par exemple une étude réalisée par le ministère de l’environnement et de la protection de l’environnement allemand indique qu’une centrale nucléaire génère entre 31 et 61g de CO₂ par KWh produit, alors que les énergies renouvelables produisent 23g de CO₂/KWh pour l’éolien et 39g de CO₂/KWh pour l’énergie hydraulique et 89g de CO₂/KWh pour l’électricité photovoltaïque (source : BMU).

Cette activité se traduit par un taux d’accroissement de la concentration de CO₂ de 30% (de l’ordre de 0,5 % par an) depuis le début de l’ère industrielle.
Cette variation récente de concentration de CO₂ est comparable à celles observées du passage d’une période glaciaire à une période interglaciaire, à la différence près qu’elle s’est réalisée beaucoup plus rapidement (une centaine d’années contre 10 000 ans) et que les concentrations atmosphériques atteintes n’ont jamais été observées depuis 400 000 ans (source : CNRS et IGBP).

L’absorption de CO₂

Les scientifiques observent que l’augmentation du CO₂ atmosphérique est d’origine anthropique et que les réservoirs naturels constitués par les océans, la végétation terrestre et les sols en absorbent une partie. En général, les temps de stockage du CO₂ par la biosphère terrestre (végétation et sols) sont courts, quelques années à quelques décennies, tandis que les périodes de stockage du CO₂ par les océans peuvent dépasser plusieurs siècles.Cette augmentation se propage à la fois au climat terrestre à travers l’effet de serre du CO₂, à la biomasse et à la géochimie marine. Biomasse et océans ne sont pas en équilibre avec la nouvelle concentration de CO₂ de l’atmosphère qui évolue de facon continue et rapide.

D’aprés NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), les océans ont déjà absorbé 525 billions tonnes de CO₂ de l’atmosphère ou un tier des emissions rejectées par l’homme.
Quand du CO₂ réagit avec de l’eau de mer, la réduction du pH de l’eau (acidification) réduit aussi la concentration d’ions de carbonate. Ces derniers jouent un rôle important pour la formation des coquillages des corails, du plancton et des crustacés. Ainsi, l’acidification des océans peut avoir des impacts sur des processus biologiques et geochimiques fondamentaux pendant des décennies. Le pH des eaux de surface des océans a déjà diminué de 0,1 unité de pH de 8,2 à 8,1. L’IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) aux Etats Unis suggère qu’une augmentation possible de CO₂ à des niveaux de 500ppm (vers l’an 2050) à 800ppm (vers l’an 2100) va provoquer une baisse du pH de 0,3 unité de pH (source : NOAA).

Aspects positifs

La nécessité d’appréhender les mécanismes de base régulant les rejets massifs de CO₂ et de connaître l’état transitoire dans lequel est le cycle du carbone a conduit à deux approches scientifiques :
- une approche expérimentale cherchant à déterminer les flux de CO₂ échangés entre la surface du globe et l’atmosphère ;
- une approche prédictive du cycle du carbone dans les réservoirs océaniques et continentaux (végétation et sols).
Cette dernière approche vise à reconstruire l’évolution du cycle au cours des deux derniers siècles, puis à prévoir l’évolution future du CO₂ pour un scénario donné de rejets anthropiques.

Les activités de recherche ont été lancés pour mieux comprendre les conséquences de l’augmentation de CO₂ (et des autres gaz à effet de serre) dans notre écosystémes et du rechauffement de la planète. D’autres programme de recherche en France et à l’internatonal s’intéressent à développer des solutions durables contrebraquant les effezs négatifs. Voici quelques exemples :

- Le projet EPOCA (pour European Project on Ocean Acidification) vise à mieux comprendre l’acidification des océans, à étudier ses conséquences sur la biologie marine, les prédire pour le siècle à venir et surtout, émettre des recommandations vers les décisionnaires politiques. Le programme poursuit quatre objectifs principaux : (i) documenter les modifications chimiques et la distribution des espèces, (ii) préciser la réponse des organismes et des écosystèmes à l’acidification de l’océan, (iii) prédire des réponses de l’océan d’ici 2100 à l’acidification de l’eau de mer et enfin (iv) estimer les incertitudes et les risques associés à l’acidification des océans. Le programme EPOCA qui démarre à Nice le 10 juin 2008, réunit 27 partenaires, parmi lesquels le CNRS et le CEA, répartis sur 9 pays. Il bénéficie d’un budget de 16,5 millions d’euros sur 4 ans, dont 6,5 millions d’euros financés par l’Union européenne (source CEA, CNRS).

- L’exploitation des énergies renouvelables peut apporter des solutions de reductions des emissions de gaz à effets de serre (ex : biocarburants, éoliennes, hydaulique).

- Les citoyens plus conscients de la nocivité de CO₂ sur le climat sont prêts à payer plus cher pour des produits au bilan CO₂ neutre comme l’indique une étude menée à l’Université de Mayence, Allemagne (résumé de l’étude en francais).

Aspects négatifs

Les cycles du carbones, les flux de CO₂ et la capacité de stockage de CO₂ par les systèmes naturels reste encore mal connus. Les conséquences de l’injection massive de CO₂ par les océans ne sont étudiées qu’à partir de la fin des années 1990.

- Bien que l’effet nocif du CO₂ sur le climat soit bien connu aujourd’hui, les mesures politiques ainsi que les efforts de l’industrie restent encore insuffisant pour rammener à zéro le taux d’accroissement de CO₂ dans l’atmosphère et entrevoir des possibilités de réduction des emissions de gaz a effet de serre.

Contraintes

- Pratiquement toutes nos activités industrielles et domestiques créent des besoins d’énergie. Aujourd’hui, nous fonctionnons essentiellement avec des ressources d’énergie fossile polluantes en terme d’emissions de CO₂. La prise au sérieux des observations réalisées sur le climat et les émissions de gaz à effet serre est une étape nécessaire et déterminante pour un développement industriel respectueux des intêrets des générations futures.

- Les contraintes politiques, financières et temporelles s’opposent à une évolution souhaitable : L’utilisation à grande échelle de ressources d’énergie non polluante demande des efforts et des investissements forts tant pour les autorités publiques que pour les entreprises pionnières.

Axes de réflexions

- Quels sont les impacts de l’augmentation de CO₂ sur les océans notamment leur acidification ? En cascade quels impacts avec le réchauffement climatique pour les organismes et les écosystèmes marins ? Les impacts sont mal connus et les premières études datent de la fin des années 90.

- Au 1^er janvier 2005, l’Union européenne a introduit un système afin de suivre et règlementer à terme les entreprises emettrices de CO₂ . Après une évaluation initiale, des quotas d’emissions sont attribuées aux entreprises concernées (entreprises avec forte demande d’énergie et rejetant des emissions importantes). Pour arriver à respecter ces objectifs d’emission, l’enteprise a le choix entre les investissements dans ses installations et l’achat de droits d’emissions d’autres entreprises sur le marché européen ou une combinaison des deux. Quand une entreprise rejecte moins de CO₂ qu’elle devrait, elle peut vendre ses quotas sur le marché. Entre 2005 et 2007, environ 530 millions de certificats ont été transférés en Allemagne ce qui correspond à plus qu’un tier du total des certificats distribués et à un budget annuel d’environ 500 millions d’euros. Les deux tiers des quotas restant ont été utilisées par les entreprises pour leurs propres émissions (source : Agence Nationale de l’Environnement Allemand, informations de presse en anglais). En France, l’investissement anti-CO₂ est stimulé par le système de quotas mais reste modeste. En 2006, des installations françaises soumises à quotas ont consacré 250 millions d’euros à des équipements de production visant à réduire les émissions atmosphériques (source : SESSI).

Perspectives

- Financer davantage la recherche sur ces sujets afin de mieux comprendre et appréhender les mécanismes régulant les rejets de CO₂, les dérèglements climatiques et autres impacts sur l’environnement terrestre ou marin.

- Le developpement, le financement et la mise en place des technologies de captage et de stockage du CO₂ (CSC ou CCS)

- Un investissement plus fort dans l’exploitation des énergies moins polluant en terme d’émissions de CO₂.