Histoire de la Terre et de la vie - Actualités géologiques

Energies et climat

Les émissions actuelles de gaz à effet de serre

Gaz à effet de serre

Depuis une décennie, l’humanité émet environ 10,9 milliards de tonnes de carbone par an (10 GtC/an). Outre l’utilisation massive des combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz), les changements d’utilisation des sols et la fabrication du ciment interviennent. La quantité de carbone dans l’atmosphère en 1750 était à peu près de 591 Gt. À présent, ce chiffre a augmenté de 279 GtC. Il serait plus important si les océans et la végétation n’avaient pas absorbé une partie de ces émissions. Le carbone émis durant la décennie 2010-2019 est resté à 46 % dans l’atmosphère. Il a été absorbé à 23 % par les océans, provoquant leur acidification par dissolution du CO2. Le reste, 31 %, a été stocké par la végétation. Comme elle se nourrit du CO2 atmosphérique, elle apprécie une augmentation de la concentration, mais le réchauffement climatique a aussi des effets indésirables pour les plantes, comme des sécheresses.

Émissions anthropiques de dioxyde de carbone en pétagrammes de carbone par an (1 Pg = 1 gigatonnes = 1 milliard de tonnes). En premier lieu, figure le changement d’utilisation des sols, dont la déforestation. Le charbon (coal) a été massivement utilisé depuis le XIXe siècle, puis sont venus le pétrole (oil) et le gaz.

Il n’existe pas de différence entre une molécule de CO2 d’origine naturelle et une molécule émise par l’activité humaine. Cependant, la composition isotopique du carbone donne des indications utiles. Cet élément possède un isotope lourd, le carbone 13, stable mais présent en beaucoup plus faible quantité que le carbone 12. À partir du rapport 13C/12C, les géochimistes définissent un indice noté δ13C, qui vaut 0 pour le carbone de l’eau de mer (présent principalement sous forme d’ions bicarbonate). Pour le carbone de l’atmosphère, présent essentiellement sous forme de CO2, cet indice valait – 6,3 ‰ (ou – 0,63 %) jusqu’au XVIIIe siècle. Cela signifie que le carbone atmosphérique est appauvri en carbone 13 par rapport à celui de l’eau de mer.

Les plantes prélèvent du CO2 dans l’atmosphère pour effectuer la photosynthèse, mais elles ont une préférence pour le carbone léger. Leur carbone est donc encore plus pauvre en carbone 13 que celui de l’atmosphère : tous les arbres ont un δ13C égal à – 27 ‰. Quand ils sont transformés en charbon, cette caractéristique est conservée. Le CO2 émis par la combustion de ce charbon est par conséquent beaucoup plus pauvre en carbone 13 que le CO2 « naturel », surtout d’origine volcanique. Comme le pétrole est également issu de la photosynthèse, mais effectuée par le phytoplancton dans la mer, son utilisation aboutit au même résultat. Le rejet massif de carbone allégé dans l’atmosphère a fait baisser le δ13C à partir des années 1860. Sa valeur est actuellement inférieure à – 8 ‰. Ainsi, l’activité humaine n’a pas seulement augmenté la concentration en dioxyde de carbone dans l’atmosphère et les océans, elle a également modifié sa composition isotopique. Celle-ci reflète la combustion massive de matière organique, d’origine végétale dans le cas du charbon. On observe d’ailleurs une légère baisse de la concentration en oxygène de l’atmosphère terrestre, causée par cette combustion.

Variations de la concentration en dioxyde de carbone, en méthane et en protoxyde d’azote durant les deux derniers millénaires.

Ces informations proviennent d’un flot de glace appelé WAIS Divide en Antarctique occidental et du dôme Law en Antarctique oriental. C’est un dôme de glace de 1 390 mètres d’altitude situé en bord de mer, d’où une carotte de plus de 1 000 mètres de long a été extraite. Les glaces de l’Antarctique, comme celles du Groenland, sont faites de neige compactée dans laquelle de l’air a été piégé. Le carottage du dôme C a permis de remonter jusqu’à 800 000 ans. L’âge du dôme Law ne va pas aussi loin, mais il est important de savoir ce qui s’est passé peu avant l’avènement de la météorologie moderne et de ses relevés. Il a permis de savoir que la concentration en CO2 a été relativement stable durant les deux premiers millénaires de notre ère, avant de monter brusquement durant l’ère industrielle. Il en est de même pour deux autres gaz à effet de serre : le méthane CH4 et le protoxyde d’azote N2O. La concentration de ces derniers s’expriment en partie par milliard (ppb). Ils sont donc beaucoup moins abondants que le CO2 mais leur action sur l’effet de serre radiatif, rapportée à la quantité de molécules, est plus important.

Toutes les carottes de glace prélevées en Antarctique donnent des résultats similaires, pour la concentration en CO2 atmosphérique depuis un millénaire.

Les sources naturelles de méthane sont les zones inondées, où ce gaz est produit par la décomposition de la matière organique en condition anaérobie, les insectes et les ruminants. On sait que ces derniers sont devenus plus nombreux depuis que les hommes les élèvent. Les rizières émettent maintenant autant de méthane que les zones inondées naturelles. Ce gaz a une durée de vie de 10 ans dans l’atmosphère, où il est détruit par les radicaux libres OH. Les sols des forêts tropicales émettent du protoxyde d’azote, ainsi que les océans. L’emploi d’engrais azotés par les hommes est une nouvelle source. Ces molécules, dont la durée de vie moyenne est de 150 ans, sont détruites par photolyse dans la stratosphère.

Les molécules de CO2 ne peuvent pas être détruites dans l’atmosphère. C’est la photosynthèse qui s’en charge. Dans les océans, le CO2 dissout se transforme en ions bicarbonates et carbonates. Des mêmes réactions ont lieu dans les eaux de pluie et du sol et contribue à l’altération des roches silicatées. C’est le seul puits de carbone qui existe à l’échelle des temps géologiques.

Leave a Reply

%d blogueurs aiment cette page :