Comprendre les limites de CO2 dans l'atmosphère

samedi 14 novembre 2009 Écrit par  Yves Heuillard

compteur de CO2 à New York

La concentration de CO2 dans l'atmosphère est au centre de tous les débats sur le changement climatique. Selon un consensus scientifique mondial nous devons limiter la concentration de CO2 dans l'atmosphère. Mais comment s'exprime-t-elle ? Quelle est la dose maximale ? Quand allons-nous l'atteindre ?

La photo ci-contre a été prise à New York. Il s'agit d'un compteur de concentration de CO2 de 21 mètres de haut sur un immeuble proche de la station de métro Penn Station. Le compteur est mis à jour en temps réel. L'affichage se fait grâce à 40 969 LEDs.compteur de CO2 à New York vu de Penn Station

Au moment de l'écriture de ces lignes le compteur indique le chiffre de 3 647 381 460 592 tonnes de gaz à effet de serre, soit un ordre de grandeur de 4000 milliards de tonnes. Chaque seconde, la quantité de CO2 (ou plus exactement d'équivalent CO2) dans l'atmosphère s'accroît environ de 800 tonnes. La mise à jour s'effectue sur la base de chiffres fournis par les scientifiques du MIT (Masachussetts Institute of Technology). Le compteur est l'émanation de la Deutsche Bank Climate Change Advisors (DBCCA), qui fait partie de la division de gestion d'actifs financiers de la Deutsche Bank. L'objectif est de sensibiliser le public et d'influencer les décisions politiques de manière à créer les conditions d'investissements rentables dans les technologies propres (cleantech).
Voir le compteur de CO2 en temps réeel
Voir la vidéo du lancement du compteur à New York.

Comprendre la concentration en CO2

La concentration de CO2 dans l'atmosphère au moment de l'écriture de ces lignes est de 387 ppm, autrement dit 387 parties par million. Que veut dire ce chiffre ?

Il s'agit du nombre de molécules de gaz carbonique dans un volume d'air sec (la vapeur d'eau est enlevée) qui contiendrait 1 million de molécules (tous gaz confondus dans l'air y compris le CO2). Autrement dit, 387 ppm signifie que l'air une fois séché contient 387 molécules de gaz carbonique par million de molécules. Les élèves des classes scientifiques du secondaire savent que le volume occupé par un nombre donné de molécules de gaz est indépendant de la nature du gaz. 387ppm de CO2 peut donc s'interpréter aussi en volume soit 0,000 387 m3 (387 cm3) de gaz carbonique par m3 d'air sec.

co2 concentration dans l'atmosphèreL'observatoire atmosphérique de Mauna Loa (Hawaï) qui dépend de l'administration américaine National Oceanic & Atmospheric Administration (NOAA) publie le résultat de ses mesures, mois par mois, depuis 1959 et il est souvent cité comme référence. Ci-contre le graphique de l'évolution depuis 2005. la courbe rouge est la valeur mesurée, la courbe noire la valeur corrigée des variations saisonnières. Cliquez sur la photo pour voir en grand sur le site de l'observatoire.

D'autres gaz a effet de serre. Des pouvoirs de réchauffement variables

En fait, la concentration de CO2 exprimée en ppm est un peu plus compliquée. L'atmosphère comprend d'autres gaz à effet de serre (1), le plus notable étant le méthane, dont le pouvoir de réchauffer la planète, appelé potentiel de réchauffement global ou PRG dans sa forme abrégée (en anglais Global Warming potential, ou GWP) est 23 fois plus important que le CO2. Pour compliquer encore les choses, les durées de séjour dans l'atmosphère des différents gaz à effet de serre ne sont pas les mêmes. Ainsi le méthane est 72 fois plus puissant que le gaz carbonique sur 20 ans mais 23 fois plus puissant sur 100 ans. Les scientifiques prennent généralement la valeur sur 100 ans, soit 23 pour le méthane. Les potentiels de réchauffement global de chaque gaz sont évalués par le GIEC, mais les évaluations ont changé un peu dans le temps (2).

Raisonner en équivalent CO2

Pour tenir compte de ces autres gaz, les scientifiques les ramènent en équivalents CO2, noté CO2e ou CO2eq en tenant comprte des potentiels de réchauffement de chaque gaz. Mais il faut garder à l'esprit que selon les sources d'informations, il n'est pas tenu compte des mêmes gaz à effet de serre, et des mêmes potentiels de réchauffement des gaz ; et ce pour des raisons historiques car la connaissance, et les modes de calcul ont évolué.

Les principaux gaz à effet de serre

Gaz naturels : le gaz carbonique (CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d'azote (N2O) appelé aussi oxyde nitreux, l'ozone (O3), la vapeur d'eau (H2O).
Gaz industriels : les hydrofluorocarbures (HFC), les perfluorocarbures (PFC), l'hexafluorure de soufre (SF6).

Ainsi le protocole de Kyoto tient compte du CO2, du méthane, du protoxyde d'azote, et des familles de gaz industriels cités dans l'encadré ci-contre. Les pouvoirs de réchauffement respectifs des gaz sont ceux estimés par le GIEC en 1995.

Les calculs du GIEC (groupement d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) incluent aujourd'hui une liste de gaz plus exhaustive, et les pouvoirs de réchauffement ont fait l'objet de quelques évolutions. Les documents de références sont les rapports d'évaluation du GIEC (en anglais Assessment Report ). On parle ainsi du premier rapport d'évaluation noté AR1 (Assessment Report 1) publié en 1990 ou du quatrième, celui qui fait référence à ce jour, noté AR4 et publié en 2007.

Ci-dessous l'évolution des concentrations dans l'atmosphère (3), selon que l'on parle du CO2 seulement, des gaz à effet de serre mesurés dans le cadre du protocole de kyoto, ou des gaz à effet de serre mesurés selon la dernière méthode d'évaluation du GIEC.

co2 en ppm selon protocoole de Kyoto ou selon le Giec

Quelle est la dose à ne pas dépasser ?

Fatih Birol, l'auteur du 2009 World Energy Outlook, rapport annuel sur les perspectives mondiales de l'énergie qui vient d'être publié par l'AIE (Agence Internationale de l'énergie) fait référence à un objectif de stabilisation de la concentration dans l'atmosphère des gaz à effet de serre de 450 ppm en équivalent CO2. Ce chiffre ne tombe pas du ciel. Nombre d'organismes et d'experts, dont ceux du GIEC (groupement d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) et de l'Union Européenne, considèrent que ce chiffre de 450ppm constitue la limite à ne pas dépasser (après un court pic à 500 ppm) pour une probabilité raisonnable de contenir l'élévation de température moyenne du globe à moins de 2°C. Cette limite suppose que l'ensemble des pays développés (5) doit réduire ses émissions de 25 à 40% d'ici 2020, et de 80 à 95% d'ici 2050.

Mais nombreux sont ceux qui ne partagent pas ce point de vue. James Hansen, climatologue américain du Goodard Institute for Space (qui dépend de la Nasa), l’un des premiers scientifique à avoir formulé la thèse de l’origine humaine du réchauffement climatique, considère lui, dans un article de référence publié en 2008 avec 8 autres experts (4), que nous avons déjà dépassé le chiffre qui correspond au taux de CO2 acceptable pour une planète vivable et dans laquelle la civilisation pourra continuer à se développer. Il estime qu'il faut revenir sous les 350 ppm de CO2 (et non CO2eq), valeur atteinte en 1998, et qu'au delà, le réchauffement climatique peut devenir incontrôlable. Une thèse partagée par l’ancien vice-président américain et Prix Nobel de la Paix Al Gore et que l'écrivain et écologiste américain Bill Mc Kibben a transformé en mouvement militant mondial au travers de son site Internet 350.org. A l'origine le mouvement de Bill Mc Kibben faisait référence à 350 ppm de CO2, aujourd'hui le site indique que l'objectif de 350 doit se comprendre en CO2eq.

L'observation de la croissance des gaz à effet de serre dans l'atmosphere montre que le chiffre de 450 ppm de CO2eq est déjà dépassé. En fait, avec l'augmentation de la consommation énergétique dans le monde, les 2000 scientifiques présents au congrès de Copenhague sur le changement climatique (6), qui a eu lieu au printemps dernier, considèrent que le chiffre de 450 ppm n'est pas tenable et que les scénarios les plus pessimistes du GIEC sont désormais probables.

Références
1) Gaz à effet de serre (Excellent article de Wikipedia)
2) Potentiel de réchauffement global, GWP ou Global Warming Potential ( Wikipedia)
3) MIT joint Programme on the Science and Policy of Global Change
4) Target Atmospheric CO2 Where Should Humanity Aim ?
5) il s'agit des nations citées à l'annexe 1 de la Convention cadre des Nations Unies sur le changement climatique
6) Climate Change Congress - Copenhagen 10-12 Mars 2009

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Photo Licence CC Ryan Somma @Flickr

4 Commentaires

  • Lien vers le commentaire lundi 14 mars 2011 Posté par SEB

    il n'y a aucune preuve formelle que l'élévation de la température moyenne du globe(si celle ci existe car ce n'est pas certain) soit due à  l'élévation du Co2 d'origine anthropique.
    Certes il faut reduire les emissions de Co2, de particules et de gaz polluants carcela pose des problemes d'acification des oceans et des problemes de sante publiques mais arretons cet alarmisme pour des previsions probablement fausses d'elevation de 2 degres de la temperature moyenne
    et alors?

  • Lien vers le commentaire mercredi 07 juillet 2010 Posté par yves

    Eh bien vous avez raison et votre remarque est bonne. Sauf que l'air n'est pas statique comme il peut l'être dans une grotte. Il y a du vent, l'énergie du soleil, et tout ça agit comme une petite cuillière qui tournerait doucement dans un verre de grenadine. La grenadine ne retombe jamais au fond. Sinon la couche d'ozone, plus dense encore, serait au niveau du sol... D'autres explications et précisions sont bienvenues... Merci de cette question troublante !

  • Lien vers le commentaire mercredi 07 juillet 2010 Posté par Simons antoine

    on apprenait à  l'école de la IIIRépublique QUE LE GAZ CARBONIQUE?était plus lourd que l'air et de ce fait se comportait comme tous les plus lourds que l'air. Ceci est avéré et ne peut être contredit. Comme l'huile par rapport à  l'eau il ne se mélange pas à  l'air. On nous citait l'exemple de la grotte du chien en Scicile et les cas d' asphyxies dans les cuves de fermention. et comme Icare un plus lourd que l'air tombe toujour parterre, sauf les réveurs

  • Lien vers le commentaire vendredi 02 avril 2010 Posté par jean-pierre

    Les thèses du Giec sont de plus en plus controversés. La raison en est simple, leur modèle ne fonctionne pas et est contredit par les faits.

    De mêmes les études menés à  Vostok démontrent largement que l'origine antropique des variations climatiques est battus en brêche.

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