Texte rédigé par Jean-Pascal van YPERSELE (1998): Climatologue à l’UCL et membre du Conseil Fédéral du Développement Durable.

En 1990, 75 % de l’énergie mondiale provenait de la combustion des combustibles fossiles3 (charbon, 24 %, pétrole, 33 %, gaz naturel, 18 %). Lors de la combustion, le carbone (C) contenu dans ces produits se combine avec l’oxygène de l’air (O2 ), ce qui dégage de la chaleur et un déchet inévitable : le CO2 ou dioxyde de carbone. Par unité d’énergie, le charbon est 1.7 fois plus polluant en CO2 que le gaz naturel, et le pétrole 1.3 fois4. Le dioxyde de carbone a la propriété d’être transparent au rayonnement solaire mais de laisser passer difficilement le rayonnement infrarouge invisible émis par la surface de la Terre en réponse au chauffage par le soleil. C’est un gaz dit « à effet de serre », qui joue un rôle similaire à celui des vitrages d’une serre. Si le pourcentage de CO2 augmente dans l’atmosphère, la Terre ne peut plus aussi bien se refroidir par émission d’infrarouges. La chaleur est piégée au niveau de la surface. Le climat se réchauffe, les océans envoient plus de vapeur d’eau dans l’atmosphère, les pluies deviennent plus abondantes subtils équilibres qui gouvernent les climats de la planète sont perturbés (cfr. par ex. Berger, 1992).

Le mécanisme de l’effet de serre naturel, dû principalement à la vapeur d’eau, a été décrit dès 1827 par J.B. Fourier. En 1895, S. Arrhénius suggère déjà que les émissions de CO2 contribueront à renforcer l’effet de serre et à réchauffer le climat Terrestre. Or les émissions de CO2 sont importantes : environ 6 milliards de tonnes de carbone (6 GtC) ont ainsi été brûlées en 1990, soit 1.1 tonne par terrien moyen. Près de 22 milliards de tonnes de CO2 par an sont émises du même coup dans l’atmosphère5 , soit 4 tonnes de CO2 par personne6.

Le cycle du carbone

Les émissions massives de CO2, issues d’un réservoir (l’ensemble des combustibles fossiles) qui était resté intact pendant des dizaines de millions d’années, perturbent le cycle naturel du carbone. Et cela malgré que les flux de carbone liés aux activités humaines apparaissent faibles par rapport aux échanges très importants de carbone qui ont lieu naturellement entre l’atmosphère d’une part, et la surface de la Terre (sols, végétation et océans) d’autre part (cfr Figure 1). en effet, ces flux naturels vers l’atmosphère sont parfaitement compensés par les flux naturels vers la surface (en l’absence d’émissions anthropiques). Avant la révolution industrielle, la concentration en CO2 (son pourcentage dans l’air) était restée stable pendant près de 10 000 ans, et s’élevait à 280 Parties par million en volume (ppmv). Mais à présent que nous déversons chaque année dans l’atmosphère une quantité de carbone que la nature avait mis environ un million d’années à enfouir dans les réserves fossiles7, le cycle naturel du carbone est gravement déséquilibré. Seule environ la moitié du carbone émis parvient à être réabsorbée par la biomasse et les océans, l’autre moitié s’accumule dans l’atmosphère, contribuant ainsi à l’augmentation observée de la concentration en CO2.8

Et ce CO2 supplémentaire reste en moyenne de l’ordre de 50 à 200 ans9 dans l’atmosphère avant d’être finalement réabsorbé. Contrairement à d’autres pollutions, pour lesquelles une réduction des émissions s’accompagne très rapidement d’une baisse des concentrations correspondantes dans l’air (ex : plomb dans l’essence), la pollution par le CO2 est très persistante. Et si l’on voulait stabiliser la concentration atmosphérique en CO2 à son niveau actuel, il faudrait des réductions globales des émissions de l’ordre de 70 %10 . Or la tendance historique est à la croissance, car les humains, dont le corps n’est capable que de développer une puissance soutenue d’environ 100 watts, ont toujours cherché à disposer d’esclaves énergétiques qui multipliaient leurs propres possibilités11 . De plus, la population mondiale augmente également12. La consommation mondiale d’énergie primaire croît ainsi à un taux moyen de 2 % l’an depuis environ 200 ans13 . La plus grande partie de cette augmentation est due aux pays développés. Aujourd’hui, environ 25 % de la population mondiale y consomme 80 % de l’énergie, et 85 % de toute l’énergie consommée depuis 1860 l’a été par moins de 20 % de la population globale cumulée (en termes de personnes-années cumulées)14. Au fil du temps, la production d’énergie est devenue de moins en moins dépendante des sources traditionnelles (comme le bois de feu, renouvelable) et de plus en plus des combustibles fossiles. Ces différents facteurs expliquent la croissance des émissions de CO2, qui ont été multipliées par plus de 6 depuis le début du siècle.

Les émissions anthropiques de CO2 ont donc pour effet d’augmenter la concentration en CO2 dans l’atmosphère (qui vaut actuellement 360 ppmv). Elle a augmenté de 30 % depuis l’ère pré-industrielle. Le rythme actuel d’augmentation est de 0.4 % par an (Figure 2). Les projections d’émissions pour le siècle prochain suggèrent que la concentration en CO2 atteindrait, vers 2070, 550 ppmv, soit près de deux fois la concentration préindustrielle, à moins que d’importantes mesures de réduction d’émissions ne soient prises15.

Le cycle du carbone est un des principaux cycles bio-géochimiques de notre planète. Chaque année, près de 60 GtC (milliards de tonnes de carbone) provenant du CO2 (dioxyde de carbone) atmosphérique sont absorbées par la végétation (photosynthèse). Mais une quantité équivalente de carbone est rejetée sous la forme de CO2 par la respiration de cette matière végétale et lors de sa décomposition (partie I).

L’océan absorbe lui aussi de grandes quantités de carbone : près de 90 GtC par an, principalement dans les eaux froides (qui dissolvent mieux le CO2). Une quantité quasi identique de carbone est cependant dégagée par les eaux océaniques chaudes (partie II).

Depuis 1750, la combustion massive de charbon, de pétrole et de gaz naturel ainsi que le déboisement ont contribué à déséquilibrer ces deux boucles. La consommation d’énergie fossile est à l’origine de l’émission d’environ 6 GtC par an (partie IV), et le déboisement d’environ 1.5 GtC (partie III).

En conséquence, la quantité de CO2 qui reste dans l’atmosphère (sa « concentration ») augmente, ce qui intensifie l’effet de serre et provoque un réchauffement global. Chaque Belge émet en moyenne environ 3.3 tonnes de carbone par an, soit 12 tonnes de CO2. Pour protéger le climat à long terme, les émissions ne devraient probablement pas dépasser une demi-tonne de carbone par habitant de la Terre et par an.

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

1 Communication au Symposium Le Protocole de Kyoto : contrainte ou opportunité ? – Le défi des changements climatiques organisé par le Conseil Fédéral du Développement Durable, Bruxelles, 19 mai 1998.

2 Les opinions exprimées ici n’engagent que l’auteur.

3 Le reste provenait de la combustion de la biomasse (14 %), de l’hydroélectricité (6 %), et du nucléaire (5 % (IPCC WGII, 1996, p. 83).

4 IPCC WGII (1996, p. 80).

5 Chaque kg de CO2 contient 273 g de carbone, et chaque kg de carbone se combine avec 2.67 kg d’oxygène (O2) pour donner 3.67 kg de CO2.

6 Comme souvent, les valeurs moyennes cachent de grandes inégalités : chaque Belge émet en moyenne 11 t CO2 /an, mais un Haïtien n’en émet qu’environ 200 kg/an. À l’intérieur de chaque pays, les inégalités de revenus se reflètent également dans la consommation d’énergie et les émissions de CO2.

7 Houghton (1994, p. 117).

8 Pour la période 1980-89, le total des émissions anthropiques est estimé à 7.1 milliards de tonnes de carbone par an (GtC), et l’atmosphère s’est enrichie de 3.3 GtC chaque année (IPCC WGI, 1996, p 17).

9 Caractériser le comportement du CO2 par un seul temps caractéristique représente une forte simplification, car en réalité, le CO2 est retiré de l’atmosphère par un ensemble de processus qui opèrent à des échelles de temps différentes, et le transfèrent dans différents « réservoirs » plus ou moins étanches.

10 IPCC WGI (1990).

11 L’homme préhistorique en Europe consommait l’énergie à un taux moyen d’environ 200 watts (W); un Chinois il y a 2000 ans en consommait 600 W, un Européen vers l’an 1300, 1 200 W; un Anglais en 1880 ou un Japonais en 1990 sont à 3 400 W et un Américain du Nord en 1990 à 7 800 W. La moyenne mondiale était de 2 300 W en 1990. (Calculs basés sur Smil, 1994, p. 236).

12 L’essentiel de cette croissance démographique a lieu dans les pays en développement, où la consommation d’énergie par tête est en moyenne près de 6 fois plus faible que dans les pays développés. Au cours des 40 dernières années, l’augmentation des émissions de CO2 par habitant dans les pays développés a joué un plus grand rôle dans l’augmentation des émissions mondiales de CO2 que la croissance démographique dans les pays en développement (Bartiaux et van Ypersele, 1993).

13 IPCC WGII (1996, p . 82).

14 IPCC WGII (1996, p . 83).8

15 Scénario IS92a (IPCC WGI, 1996, p 23).