Le Developpement Durable et l'effet de serre

Index
1. Qu’est-ce que l’effet de serre ?
2. Comment les activités humaines accroissent-elles l’effet de serre ?
3. Le Protocole de Kyoto
4. Comment réduire les émissions de CO2 ?

       1) réduire les consommations

       2) piéger le CO2

       3) énergies émettant peu de CO2

       4) biomasse

       5) pénalisation fiscale

Renvois explicatifs

 


 

1. Qu’est-ce que l’effet de serre ?

L’effet de serre atmosphérique est un phénomène naturel dû à certains gaz présents dans l’atmosphère terrestre. Une bonne partie de l’énergie reçue du soleil par notre planète sous forme de rayons dans les longueurs d’onde du visible, est renvoyée vers l’espace  sous forme de rayons infra-rouges. Les gaz présents dans l’atmosphère, notamment la vapeur d’eau, absorbent et renvoient vers le sol une partie de ces infra-rouges dans leur trajet de retour vers l’espace, ce qui se traduit par une élévation de température. En moyenne et sans prendre en compte les émissions anthropiques, 65% de l’effet de serre est dû à la vapeur d’eau, 15% aux nuages et 20% au CO2. C’est grâce à cet effet qu’il fait plus chaud dans les habitations exposées au sud ou dans les serres de nos jardins. Au contraire il fait froid ou frais la nuit dans les régions à climat continental et dans les déserts, car l’atmosphère y est très sèche et ne retient donc guère les rayons infra-rouges dans leur retour vers l’espace ; de même il fait froid en altitude, car l’air raréfié ne peut contenir que très peu de vapeur d’eau; enfin, pour la même raison, le froid hivernal est plus vif par temps clair que sous une couverture nuageuse.
 Grâce à l’effet de serre, la température moyenne sur Terre est de 14°C, alors que, sans lui, elle serait de –16°C ! Et encore  : la neige glacée, qui recouvrirait alors la Terre, au lieu du vert des forêts et campagnes doublerait l’albédo*  et ferait descendre la température vers les – 40°C. L’effet de serre est donc une bénédiction.

* On appelle albédo le pourcentage des rayons solaires qui est réfléchi par la Terre (la partie du rayonnement qui est réfléchie  mais ne participe pas au maintien de la chaleur dans la biosphère, ces rayons retournant dans l’espace) ; l’albédo moyen est de 30% actuellement alors qu’il serait de 60% avec une Terre recouverte de neige.

 

2. Comment les activités humaines accroissent-elles l’effet de serre ?

Ce n’est donc pas l’effet de serre qui est préoccupant aujourd’hui, c’est son accroissement rapide et incontrôlé, accroissement dû à certains gaz qu’engendrent les activités humaines : gaz carbonique CO2 (responsable de 65% de cet accroissement) et méthane CH4 (responsable de 20%) principalement, oxydes d’azote (surtout le protoxyde N2O), ozone et CFC à un moindre degré. Le CO2 provient à peu près exclusivement de la combustion des fossiles carbonés : charbon - près de 100% de carbone -, pétrole - 95% de carbone -, et gaz naturel - le méthane a 75% en poids de carbone -.
 Mais, me direz-vous, ces combustibles fossiles quand on les brûle, conduisent aussi à émettre de la vapeur d’eau ; pourquoi cette émission ne contribue-t-elle pas à augmenter l’effet de serre ? C’est que le temps de séjour moyen de la vapeur d’eau dans l’atmosphère n’est que de quelques jours, alors qu’elle atteint une centaine d’années pour le CO2 : la vapeur d’eau est donc éliminée très rapidement, le CO2, lui, s’accumule.


 

 

Cette combustion a fait croître la teneur de l’atmosphère en CO2 d’un tiers depuis 1850, pour atteindre environ 360 ppm (I)  aujourd’hui. Compte tenu des milliards de tonnes de CO2, rejetés annuellement dans le monde, et dont un peu plus de 50% se retrouvent dans l’atmosphère (le reste dans les océans et les écosystèmes terrestres), le doublement dans moins d’un siècle de la teneur actuelle en CO2 est tenu pour probable et inquiète les spécialistes. Quant au CH4, il provient de l’agriculture (notamment les rizières) et de l’élevage, ainsi que des marigots et zones de décomposition organiques, sans oublier les fuites sur les réseaux de gazoducs. Les oxydes d’azote proviennent essentiellement des carburants utilisés dans les transports ; les CFC, interdits depuis la conférence de Montréal (1986) pour leur effet destructif sur la couche d’ozone, voient leur teneur dans l’atmosphère diminuer lentement depuis.
La corrélation entre la concentration en CO2 dans l’air et l’élévation des températures n’est plus guère mise en doute par la communauté scientifique ; elle a été vérifiée en particulier dans les carottages glaciaires et sédimentaires (II) . L’augmentation des teneurs en CO2 et en CH4 dans l’atmosphère sont probablement responsables de l’accroissement constaté de la température moyenne du globe de 0,6°C au cours du 20ème siècle. Il atteindra certainement plusieurs degrés d’ici 2100 (entre 1,5 et 6°C selon les modélisations utilisées), conduisant à une hausse significative du niveau des mers par fonte des glaciers et calottes polaires et, surtout, par la dilatation des eaux océaniques. On imagine sans peine les conséquences sur les nombreuses populations qui vivent en bord de mer dans des régions plates. La plupart des spécialistes prévoient également une multiplication de phénomènes climatiques tels que tempêtes, pluies diluviennes et canicules.  

 

Certes il y a encore beaucoup d’inconnues, en particulier l’impact des océans sur le climat. En effet, autant la dispersion des gaz dans l’atmosphère est rapide et conduit à une homogénéité en quelques semaines, autant au contraire, l’absence de brassage au delà de 100m de profondeur et l’inertie thermique des océans (III) font que les impacts climatiques des quelques 30 milliards de tonnes de CO2 dispersés chaque année dans les airs, continueraient d’apparaître pendant  des siècles, même si on arrêtait aujourd’hui les rejets anthropiques de CO2. Aussi les spécialistes pensent-ils que le futur du climat est déjà irréversiblement déterminé bien que mal connu.  Mais ce n’est pas une raison pour ne pas essayer de freiner son évolution, d’autant plus que la vitesse d’évolution, vitesse qui semble déborder les capacités d’adaptation des écosystèmes, est plus préoccupante encore que l’évolution elle-même*.

Bien qu’il y ait encore des contestations sur la précision des mesures et surtout sur leurs interprétations, les présomptions sont suffisamment fortes et la menace suffisamment sévère pour que le ralentissement de l’accroissement de l’effet de serre devienne un objectif essentiel du développement durable. 

 

* On connaît maintenant assez bien l’évolution du climat et des teneurs en CO2 sur Terre au cours des dernières 600 millions d’années ; il y a eu des variations considérables de teneur en CO2, mais étalées sur des milliers, voire des centaines de milliers d’années ; jamais les variations n’ont été aussi rapides qu’actuellement

3. Le Protocole de Kyoto

C’est dans cette optique que l’ONU et l’OMM (Office Mondial de la Météorologie) ont créé en 1988 l’IPCC (International Panel for Climate Change, GIEC en français), chargé de coordonner les études climatiques et de proposer des solutions. C’est ainsi qu’en 1997 à Kyoto (Japon), les pays développés se sont fixé un objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre : ces émissions devront en 2008-2012, être inférieures de 5% à ce qu’elles furent en 1990 ; objectif ambitieux et cependant jugé à l’époque déjà bien insuffisant ; en particulier, les pays en voie de développement, dont le développement est à juste titre un objectif plus urgent, ne devaient pas être concernés par ces réductions.

L’objectif fixé à Kyoto fut donc distribué entre les pays de l’OCDE : par exemple l’objectif de la France, bonne élève grâce à son nucléaire et son hydraulique, est 0% (c’est à dire émissions 2008-2012 = émissions 1990), celui de l’Allemagne de –21% ! Hélas, 7 ans après Kyoto, force est de constater que la prise de conscience mondiale a beaucoup de mal à passer dans les faits. Ainsi, en 2003, les rejets de CO2, loin d’avoir diminués, ont augmenté de plus de 16% par rapport à ceux de 1990 dans les pays de l’OCDE ! Et si ce protocole est enfin officiellement entré en application le 16 février 2005 avec la ratification de 141 pays, il faut rappeler que les deux pays les plus gros émetteurs de CO2 (États-Unis et Chine) ne l’ont pas ratifié.

 

4. Comment réduire les émissions de CO2 ?

1) La première idée est évidemment de réduire les consommations d’énergie et d’améliorer les rendements, tant au niveau du consommateur (transports, ampoules de basse tension, etc.) qu’au niveau industriel ; pour ce dernier par

Consommation d’énergie primaire en France en 2003
Résidentiel :     39%
Industrie :         22,5%
Transports :     20,9%
Agriculture :       1,3%
Divers :            16,3%
exemple, on pourrait multiplier l’utilisation du gaz naturel en co-génération (chaleur électricité) et en cycle combiné : mais même si le gain en CO2 émis n’est pas négligeable comparé à l’utilisation du charbon, les problèmes liés à la distribution et aux réserves (60 ans au rythme actuel de consommation) font que la solution tout gaz est loin d’être suffisante pour réduire les émissions globales de CO2. Quant aux réductions chez les consommateurs, même si elles sont souhaitables et soutenues par des incitations fiscales (rôle de l’ADEME en France), il est utopique de penser qu’elles feront beaucoup mieux que de stopper l’augmentation continue de la consommation énergétique par habitant*. De là à dire comme certains qu’on pourrait la diviser par quatre sans perte de confort, il y a un pas énorme...que nous ne franchirons pas

* 4,5 tonne équivalent pétrole en France (contre 9 aux États-Unis, 1,1 en Chine et 0,2 en Afrique Centrale) ; elle n’était que de 2,1 t en 1960.


 

Consommation d’énergie primaire dans le monde en 2003
Charbon :       27%
Pétrole :         40%
Gaz naturel :  23%
Nucléaire :      7%
Hydraulique :  3%
Autres          < 0,2%
(hors bois de chauffage)
2) La deuxième idée est de piéger le CO2 émis par les gros émetteurs (centrales thermiques, cimenteries,...) qui brûlent des combustibles carbonés : c’est ce qu’on appelle la séquestration du CO2 ; elle peut prendre différentes formes, biologiques (par la biomasse, l’augmentation de la teneur en CO2 étant un fertilisant), géologiques (dans d’anciens gisements de gaz*) ou océaniques (sous forme solide dans des fosses océaniques) ; le coût en est encore mal connu, l’ordre de grandeur étant une augmentation du coût d’exploitation des énergies fossiles de 50% sur la base d’un pétrole à 50$ le baril. On peut penser néanmoins que la séquestration du CO2 sera inévitable car les énergies fossiles carbonées ont un tel poids dans le bilan énergétique mondial (près de 90%) que leur utilisation restera massive durant encore des décennies.

*Premières réalisations effectives en Mer du Nord par une compagnie norvégienne (la Statoil) en réinjectant le CO2 présent dans le gisement de gaz dans un réservoir d’eau salée à 1000 mètres de profondeur. D’autres réalisations sont testées au Canada.


 

3) La troisième idée est d’utiliser des énergies n’émettant pas ou peu de CO2 : on pense bien sûr à l’hydraulique, aux énergies renouvelables, à l’hydrogène, au nucléaire.

 

a) L’hydraulique est peu émettrice de CO2 (pas d’émission pendant la phase de production mais beaucoup pendant la phase de construction des barrages compte tenu des quantités énormes de béton nécessaires) mais outre qu’elle ne peut produire que de l’électricité, les grands projets hydroélectriques sont toujours des sources de traumatisme pour les populations déplacées et sont donc très mal acceptés. Enfin dans un pays comme la France, pratiquement tous les sites potentiels sont déjà utilisés. Aussi l’hydraulique, qui représente aujourd’hui 13% de la production électrique mondiale (soit 3% du bilan énergétique mondial), verra en réalité son importance relative diminuer dans les prochaines années.

 

b) Les énergies renouvelables, vent, soleil, géothermie n’émettent pratiquement pas de CO2. Le vent et le soleil, gratuits, inépuisables et disponibles (quoique non permanents) sont une bonne solution si l’on peut s’accommoder de leur intermittence. Ce  sont des énergies douces, diluées et de ce fait peu adaptées à une production de dimension industrielle qui requiert puissance, constance et fiabilité. Les éoliennes devraient cependant permettre d’apporter rapidement l’électricité aux populations nombreuses et isolées d’Afrique et d’Asie (2 milliards d’hommes n’ont pas encore l’électricité) ; mais les batteries de stockage qu’elles impliquent posent de sérieux problèmes écologiques. Les capteurs solaires, outre leur coût aujourd’hui prohibitif, ont des rendements faibles pour produire de la chaleur et très faibles si on veut produire de l’électricité : beaucoup de R&D sera nécessaire pour qu’ils puissent contribuer significativement au bilan énergétique mondial. Quant à la géothermie, hormis quelques situations spécifiques (Islande) elle restera très marginale dans le bilan énergétique mondial.
Le développement des énergies douces dans les pays en voie de développement est cependant souhaitable : l’absence de réseau crée des problèmes de transport que seules peuvent résoudre des productions locales ; le solaire et l’éolien entrent dans ce cadre. Alors que dans les pays développés, leur déploiement ne dépassera pas quelques % de la production électrique, elle offrira aux constructeurs un champ d’expérimentation pour exporter vers les pays pauvres du matériel éprouvé; en outre il permet aux politiques et aux écologistes de s’octroyer un satisfecit,  bien que fort onéreux pour les consommateurs.

Retour haut de page

c)  Les réacteurs nucléaires ne produisent pas de CO2, et ils ont l’avantage de fournir de fortes puissances, fiables et très compétitives. A l’inverse de pays comme l’Allemagne et la Belgique qui, pour des raisons politiques de court terme, ont décidé de sortir du nucléaire, les américains prolongent à 60 ans leur licence d’exploitation et envisagent  très sérieusement la construction de réacteurs supplémentaires ; les espagnols s’engagent eux aussi sur la voie de l’extension de la durée des licences d’exploitation ; les japonais, comme partout en Asie du Sud-Est, poursuivent un programme de construction soutenu. Même l’Italie, pourtant farouchement opposée à l’énergie nucléaire (moratoire de 1987), se repose des questions sur son opportunité (participation dans le prototype EPR français qui va être construit à Flamanville ?). Le nucléaire est bien une solution disponible dans les pays industrialisés pour réduire les émissions de CO2 ; c’est d’ailleurs l’opinion des véritables écologistes, dont James Lovelock, considéré par beaucoup comme le  père de l’écologie : « Seule l’énergie nucléaire peut éviter le réchauffement de la planète ».
Cependant, les réacteurs aujourd’hui opérationnels sont mal adaptés aux besoins des pays les plus pauvres qui devraient être les bénéficiaires de l’accroissement de la consommation énergétique mondiale : ces réacteurs sont de trop grosse puissance unitaire pour des régions non équipées de réseau de transport de l’électricité vers des populations souvent rurales et très disséminées : il est donc urgent de développer de petits réacteurs qui devront produire, outre de l’électricité, de la chaleur, de l’hydrogène et de l’eau douce par dessalement de l’eau de mer et des eaux saumâtres ; leur petite taille en fera des outils mieux adaptés aux besoins de ces pays. Quelques projets vont dans ce sens (Afrique du Sud, Russie, E.U., France). Enfin, ils coûtent aujourd’hui trop cher en investissement pour les pays pauvres et nécessitent un niveau de culture de sûreté au delà de leurs possibilités actuelles.
Mais soyons réalistes : la multiplication souhaitable des réacteurs nucléaires ne suffira pas à maîtriser les consommations d’énergies fossiles carbonées, comme on le voit  avec le développement rapide de la Chine* et de l’Inde. Un exemple : les 500 millions de véhicules qui sillonnent les routes de notre planète sont entre les mains de moins de 30% de la population mondiale et consomment essence, gazole, GPL. Le reste de la population mondiale en rêve. Dans 30 ans il y aura sans doute 1 milliard de véhicules routiers qui rejetteront 2 fois plus de CO2 qu’aujourd’hui

* En 2003, les rejets en CO2 de la Chine ont été supérieurs de 44% à ceux de 1990

undefined

 

d)  L’hydrogène est un vecteur d’énergie non émetteur de CO2, mais à condition de ne pas être fabriqué à partir de fossiles carbonés ; comme il n’y a pas de gisements d’hydrogène sur Terre, il doit être produit par électrolyse ou craquage thermique de l’eau, et sans que la grande quantité d’énergie nécessaire à ces processus ne soit pas elle-même d’origine carbonée : on en revient alors àl’énergie nucléaire qui permet l’électrolyse de l’eau sans émettre de CO2 ; elle saura la craquer thermiquement avec les réacteurs du futur (HTR ou Génération IV). Ainsi produit, cet hydrogène pourrait être un des combustibles du futur pour les transports sans émission de gaz à effet de serre. Oh ! il n’a pas que des avantages : très léger, il devra être comprimé à des centaines de bars et stocké dans un réservoir bien épais et bien lourd ; et malgré cela sa masse spécifique ne sera encore que de 71 g/l, ce qui le rend 10 fois plus encombrant que l’essence ; à moins que son utilisation sous forme d’hydrures (par exemple le NaBH4) ne se développe, ce qui permettrait sans doute aussi de limiter les fuites de ce composé si léger qu’il traverse même des parois métalliques minces.
Au crédit de l’hydrogène, il faut rappeler que ce combustible est pratiquement inépuisable car, venant de l’eau, il retourne après combustion sous forme d’eau !! A son débit, on notera que fabriquer de l’hydrogène en cassant une molécule d’eau demandera plus d’énergie qu’il n’en restituera, les rendements étant nécessairement inférieurs à 1. Répétons donc que l’hydrogène ne pourra qu’être un vecteur d’énergie et non une source d’énergie alternative aux fossiles carbonés.

 

e)  Toujours dans le cadre des transports, les voitures électriques n’émettent pas de CO2. Mais il faudra que l’outil de production de l’électricité qu’elles consomment n’en émette pas non plus… et que des progrès substantiels soient faits dans le domaine des batteries (poids/puissance). En attendant, les voitures hybrides (comme la Prius de Toyota) représentent une alternative intéressante, même si c’est largement insuffisant pour limiter les émissions de CO2 dues aux transports
Enfin pour les transports, on peut évoquer les piles à combustible* qui n’émettent pas de CO2….à condition que leur combustible ne soit pas carboné. La combinaison pile à combustible et hydrogène est très étudiée actuellement.

*On connaît leur principe : on injecte de l’hydrogène à l’anode et de l’air à la cathode pour produire de l’électricité et de l’eau ; l’automobile est évidemment une cible de choix pour cette technique.


 

4) La quatrième idée est de faire appel à la bio-masse ce qui revient à puiser du carbone présent dans la biosphère pour en faire sous une forme ou une autre un combustible : ainsi le carbone devient CO2.. qui redevient carbone… et cela indéfiniment (IV). La bio-masse est une énergie douce et chère mais accessible dans tous les pays et en monnaie nationale. L’idée est séduisante en terme d’écologie car c’est autant de carbone qui ne sera pas extrait des entrailles de la Terre et rejeté ensuite dans la biosphère. Prenons l’exemple du bois: la croissance des arbres consomme du CO2 pris dans l’atmosphère (à tel point que l’on constate que leur croissance est plus rapide aujourd’hui que jadis), mais après quelques décennies l’arbre, quand on le brûle, repart en CO2 dans l’atmosphère ! Cette opération a donc au mieux un bilan nul en CO2. Et les quantités énormes de bois qui seraient nécessaires à des installations industrielles de grande taille ne permettent pas d’envisager son utilisation à grande échelle (acheminement, cendres...). Quant aux carburants biologiques que l’on sait fabriquer (V) , ils restent encore très coûteux.

 


 

5)  Enfin, l’idée d’une pénalisation fiscale des émetteurs de gaz à effet de serre progresse dans les esprits, mais ne peut être imaginée que dans le cadre d’accords internationaux, faute de quoi elle pénaliserait les prix de revient des premiers pays qui en prendraient l’initiative. La Commission Européenne a opté en juillet 2003 pour les permis d’émission de CO2, assortis d’une bourse d’échange, suivant en cela les États-Unis ; avec ce mécanisme les gros émetteurs peuvent acheter des droits d’émission de CO2 à des industriels plus vertueux qui auront réduit leurs rejets au delà des prévisions.

undefined

On le voit, il n’y a pas de solution miracle qui permettrait de diminuer les émissions de gaz à effet de serre sans coûter trop cher et sans nuire au développement souhaitable des pays les plus pauvres. Mais si, dans les pays développés, on veut être sérieux vis à vis du développement durable il faudra à la fois (1) développer fortement l’énergie nucléaire, seule capable avec les techniques disponibles à l’heure actuelle d’apporter une réduction des émissions de CO2, et (2) puiser dans l’arsenal des palliatifs disponibles décrits ci-dessus, qui pourront au mieux contribuer à ralentir l’accroissement des teneurs de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Il faudra beaucoup d’imagination, d’efforts et de volonté politique mondiale pour y arriver. On en est loin…

« On n’hérite pas de la terre de ses ancêtres, on l’emprunte à ses enfants » (Saint-Exupéry)

 

 

Renvois explicatifs

(I)ppm : parties par million ; 360 ppm veut dire que sur 1 million de molécules d’air, il y a 360 molécules de CO2 ; si la combustion des fossiles carbonés est le principal contributeur, il ne faut pas oublier les déforestations et les volcans. (retour§)

 (II)Plus la température est basse aux pôles plus les précipitations qui s’y produisent sont appauvries en Oxygène 17 et 18 (puisque leurs températures de condensation sont plus élevées) tandis que les eaux océaniques en sont par contrecoup enrichies : on va donc comparer les analyses isotopiques de l’eau entre glace et sédiments marins de la même époque pour évaluer la température qui régnait alors. On vient de terminer (2004) l’analyse de carottes antarctiques sur les 740 000 dernières années, on a pu déterminer que la Terre avait subi dans la période 8 cycles d’alternances glaciaires et interglaciaires et à – 420 000 ans une période chaude analogue à la nôtre (orbite et axe de la Terre identiques) qui a duré 28 000 ans, mais avec des teneurs en CO2 plus basses que celles actuelles ! (retour§)

(III)La chaleur spécifique de l’eau liquide est environ 1000 fois supérieure à celle de l’air. Un autre effet de l’augmentation de la teneur en CO2 dans l’océan  est l’accroissement de l’acidité des océans ; en effet un bon tiers des émissions de CO2 se retrouvent dans l’eau de mer et s’accompagnent d’une baisse de concentration en oxygène avec les conséquences que l’on peut imaginer sur la vie aquatique ; enfin l’équilibre CO2 - carbonates se trouve modifié avec effets possibles sur les coraux et mollusques (cf. Science du 16/07/2004). (retour§)

(IV)On considère généralement qu’il y a trois sortes de transformation énergétique de la biomasse (1) des unités de cogénération (70% de chaleur et 30% d’électricité), (2) la fermentation, soit alcoolique (pour donner de l’éthanol après distillation, très consommatrice d’énergie), soit par méthanisation (mais on produit alors aussi du CO2) et (3) la gazéification (encore peu utilisée) ; il faudrait y ajouter le chauffage au bois . 1,1 milliard de tonnes équivalent pétrole provenaient de la biomasse en 2002 dans le monde. (retour§)

(V)La France produit 310.000 t de « biodiesel » par an (à partir de colza et mélangé au gazole) et 91.000 t d’éthanol (à partir de betteraves et mélangé à l’essence) chaque année ; ceci ne représente toutefois que 0,94% de la consommation totale de carburants. En outre il y a une petite production de « biogaz » par fermentation de déchets ménagers (ex. usine de Bouqueval d’Onyx) ; potentiel français selon l’ADEME : 10% des besoins énergétiques des transports. (retour§)

----------------------------