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Identifier la contribution humaine aux émissions de CO2 pour maîtriser le réchauffement climatique

Identifier la contribution humaine aux émissions de CO2 pour maîtriser le réchauffement climatique
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Dans le cadre de l’Accord de Paris, 195 pays se sont engagés à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre, dans le but de maintenir la hausse des températures bien en-deçà de 2 °C à l’échelle mondiale par rapport à la température de l’ère préindustrielle. Il est indispensable de surveiller la quantité de dioxyde de carbone, le principal facteur à l’origine du réchauffement climatique, dégagée par l’activité humaine dans l’atmosphère, afin de savoir si l’on est ou non sur la bonne voie pour lutter contre le changement climatique. Mais parce que ses sources, ses puits et ses flux prennent différentes formes, ce gaz continue de mettre à l’épreuve scientifiques et gouvernements.

L’activité humaine déséquilibre clairement le cycle naturel du carbone

La combustion d’énergies fossiles, la production de ciment et le changement d’affectation des terres sont les principales activités humaines à l’origine de la hausse exponentielle de la quantité de CO2 dans l’atmosphère, qui atteint désormais des niveaux records. Selon Petteri Taalas, secrétaire général de l’organisation météorologique mondiale : « Il est utile de rappeler qu’il faut remonter 3 à 5 millions d’années en arrière pour retrouver une telle concentration de CO2 sur Terre. À l’époque, il faisait 2 à 3 °C plus chaud et le niveau de la mer était 10 à 20 mètres plus haut qu’actuellement. »

Si les océans et la végétation terrestre absorbent la majeure partie du CO2, le reste s’accumule dans l’atmosphère, les puits naturels n’étant plus capables de compenser un tel taux d’émissions, tandis que les efforts entrepris à l’échelle mondiale pour réduire la quantité de CO2 s’avèrent nettement insuffisants.

Les pays devront faire un premier point sur la réalisation de leurs ambitions climatiques en 2023. Lorsque l’on connaît la quantité de CO2 imputable à l’activité humaine et ce qu’elle devient, il est indispensable de mettre en place des politiques climatiques efficaces. « Le travail est immense et il est de plus en plus complexe », affirme Greet Janssens-Maenhout, à la tête du groupe de travail en charge de la surveillance des émissions de CO2 à la Commission européenne. « 195 pays doivent déclarer leurs émissions en utilisant la même méthodologie. À l’heure actuelle, ils ne disposent pas des mêmes ressources. »

Pour évaluer leurs émissions, les pays comptent actuellement la quantité d’énergies fossiles consommées. Mais les États n’ont pas tous les mêmes capacités. « Les pays développés sont aujourd'hui les seuls à pouvoir fournir des données précises, transparentes, complètes, homogènes et comparables sur leurs gaz à effet de serre. Mais dans le cadre de l’Accord de Paris et de sa transparence renforcée, les pays en voie de développement devront eux aussi rendre des comptes tous les deux ans », prévient Lucia Perugini, chef de projet à l’Euro-Mediterranean Centre for Climate Change. « Les pays en voie de développement sont nombreux à ne pas disposer de suffisamment de données pour calculer leurs émissions de gaz à effet de serre : ils ne savent pas dire quelles sont les activités humaines concernées, dans quelle mesure, à quel endroit et à quel moment, ainsi que la quantité d’émissions produite par chacune d’entre elles », poursuit Lucia Perugini.

Des outils scientifiques pour une évaluation plus précise du carbone

Un service de surveillance du CO2 devrait être mis en place d’ici 2026, alors que les services dédiés au changement climatique et à la surveillance de l’atmosphère au sein du programme européen Copernicus et d’autres partenaires européens, à l’instar du CEPMMT, de l’ESA et de l’EUMETSAT, mettent actuellement au point de nouvelles méthodes pour mieux évaluer le carbone tout au long du cycle. « Le service pourra fournir des estimations plus promptes, avec une meilleure résolution spatiale et temporelle que les méthodes actuellement basées sur des bilans comptables », explique Richard Engelen, directeur adjoint du service dédié à la surveillance de l’atmosphère au sein du programme Copernicus au Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT). Les résolutions spatiale et temporelle correspondent respectivement au degré de détail d'une image et à sa fréquence d’enregistrement.

Plusieurs satellites, lancés par des organisations et agences spatiales européennes, américaines, japonaises ou autres, mesurent aujourd’hui les concentrations de CO2 ainsi que leur absorption par les plantes et les phytoplanctons. « Mais aucun des systèmes actuels n’est capable de faire la distinction entre le CO2 généré par l’Homme et celui généré par la nature », déplore Guido Levrini, à la tête du secteur spatial au sein du programme Copernicus à l’agence spatiale européenne (ESA). Dans le cadre de la mise en place de ce nouveau service, trois nouveaux satellites, les fameux « Sentinels », devraient rejoindre la flotte d’observation en orbite autour de la Terre en 2025, dans le but de clarifier les sources ainsi que les flux de carbone. « Le Sentinel CO2M de Copernicus aura pour mission principale de repérer la quantité de carbone provenant de l’activité humaine », ajoute Guido Levrini.

Totalement identiques, les Sentinels mesureront les concentrations de CO2 à chaque endroit de la planète tous les trois jours, balayant la Terre sur des bandes d’environ 200 km de large et fournissant des images d’une résolution de 2x2 km. « Associer une haute résolution à des bandes d’une telle largeur est une première spectaculaire pour un satellite d'observation terrestre civil », affirme Greet Janssens-Maenhout, précisant que certains satellites se limitent actuellement à un seul de ces paramètres. « C’est un énorme défi de faire voler des satellites si vite ; le timing est très serré, compte tenu de la précision exigée et de la forte sensibilité des informations. »

S’il est compliqué de mesurer les concentrations de CO2 depuis l’espace, il l’est encore plus de déterminer la quantité de carbone générée par l’activité humaine, surenchérit Guido Levrini. Une fois dans l’atmosphère, le gaz se mélange vite ; c’est la raison pour laquelle il est très difficile de séparer les sources humaines de l’échange naturel de CO2 entre l’atmosphère et la surface terrestre. Les trois satellites s’allieront pour traquer l’insaisissable CO2. « La couverture géographique de cette mission de surveillance du CO2 est sans précédent. Du jamais vu auparavant », s’enthousiasme Richard Engelen.

Une collaboration internationale indispensable, au sol et dans l’espace

À travers le monde, plusieurs projets, comme le laboratoire ESRL de la NOAA, le système ICOS et le programme GAW de l’organisation météorologique internationale, ont vu le jour pour relever les concentrations de carbone à la surface de la Terre. Ces relevés de CO2 superficiels sont cruciaux pour le futur service de surveillance. Ce que l’on appelle les mesures in situ fournissent des données sur la concentration en gaz à effet de serre à partir de différentes sources, notamment des stations au sol, des tours d’observation et des avions chargés de prélever des échantillons d’air, sans oublier les détecteurs à distance. Étant donné que le CO2 varie plus à faible altitude, les relevés au sol le repèrent mieux que les satellites, mais ils doivent aussi couvrir une grande superficie très régulièrement, selon un récent rapport de la Commission européenne.

La surveillance in situ permet en outre de valider les données des satellites et de prendre le relais lorsque les mauvaises conditions météorologiques empêchent l’observation d’en haut. Elle aide aussi les experts à établir les tendances de l’évolution du CO2. « Les satellites surveilleront les colonnes de CO2 », explique Greet Janssens-Maenhout, « mais il faudra décompter les flux naturels pour repérer précisément le CO2 anthropique. Les informations in situ nous permettront d’identifier les flux naturels. En Europe, nous disposons d’une bonne estimation des émissions naturelles de carbone, mais dans les tropiques, les nuages et le manque d’infrastructures de mesure nous compliquent la tâche. »

Le futur service de surveillance visera aussi à améliorer la modélisation de l’échange de CO2 entre la surface de la Terre et l’atmosphère, ainsi que la circulation du CO2 dans l’atmosphère sous l’effet des vents. « Les scientifiques doivent pouvoir établir un meilleur profil des courants naturels de carbone entre le sol / l’océan et l’atmosphère », explique Richard Engelen. « Le CEPMMT collabore avec de nombreux instituts partenaires en Europe pour relever ces défis. »

Impossible de brosser le tableau complet des émissions de CO2 sans identifier l’impact de l’activité humaine sur le cycle naturel du carbone

Illustration des principales sources et puits de CO2 à la surface terrestre en Europe. Source : projet VERIFY

Bien que les pays ne doivent communiquer que leur bilan carbone global, les élus nationaux et locaux pourraient adopter des politiques climatiques plus efficaces s’ils connaissaient l’origine de la plupart de leurs émissions de CO2.

La résolution spatiale et temporelle élevée du service de surveillance à l’échelle du Globe permettra également d’identifier les différentes colonnes liées aux centrales électriques, aux industries et aux villes. Autre défi de taille : suivre les émissions de gaz à effet de serre liées à l’utilisation du sol, au changement d'affectation des terres et à l’exploitation forestière, afin d’inciter les pays à les réduire. « Il s’agit de la partie la plus complexe du bilan des gaz à effet de serre », admet Lucia Perugini. « Actuellement, les émissions dégagées et absorbées par ce secteur demeurent très floues. »

Dans beaucoup de pays en voie de développement, les émissions liées au changement d’affectation des terres représentent une partie importante du bilan carbone à l’échelle nationale et contribuent à près de 10 % des émissions de CO2 mondiales, d’après Lucia Perugini. Il est extrêmement compliqué d’y évaluer le CO2, car les forêts sont très vastes et demeurent inaccessibles. À cela s’ajoute le manque de relevés forestiers et d’infrastructures de mesure in situ à l’échelle nationale. Mais les images des satellites peuvent contribuer à repérer les déforestations, là où l’on dispose également de relevés au sol.

« C’est un vrai défi, mais en combinant les observations de plusieurs sources de données, des satellites et des mesures au sol, nous espérons pouvoir fournir des estimations raisonnables », conclut Richard Engelen.

Pour préparer la mise en place du nouveau service, le projet Carbon Dioxide Human Emissions (CHE) financé par l’UE constitue un premier pas vers la distinction des émissions anthropiques à différentes échelles. Il s’appuie sur les infrastructures existantes des services dédiés au changement climatique et à la surveillance de l’atmosphère du programme Copernicus, qui font appel à l’expertise de la communauté scientifique européenne. Lui aussi subventionné par l’UE, le projet VERIFY met au point un système européen d’estimation des gaz à effet de serre pour aider les pays à déclarer leurs émissions, conformément à la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (CCNUCC). Il contribuera lui aussi à l’avènement du service.

Une fois en place, le service sera disponible à tous. « Notamment la CCNUCC, les pays, la Commission européenne, mais aussi les industries et les villes », précise Richard Engelen. « Pour cela, nous devrons dans les années à venir définir avec ces communautés les besoins des utilisateurs, afin que le service réponde bien à l’objectif. »