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CH4 et carbone suie : 14 mesures qui pourraient agir à la fois sur le climat, la santé et la sécurité alimentaire

  • Réf. : 2012_03_a1
  • Publié le: 1 mars 2012
  • Date de mise à jour: 16 mai 2019
  • International

Les résultats d’une étude sur les émissions de CH4 et de carbone suie, menée par une équipe de recherche internationale rassemblant 13 instituts partenaires, ont été publiés le 13 janvier 2012 dans la revue américaine Science. L’équipe, sous la direction de Drew Shindell de l’Institut Goddard des Etudes Spatiales de l’Administration Nationale de l’Aéronautique et de l’Espace (NASA, Etats-Unis), compte des chercheurs de plusieurs organismes de grande renommée internationale : Centre Commun de Recherche (CCR/JRC) de la Commission européenne, Institut International pour l’Analyse des Systèmes Appliqués (IIASA), Institut de Stockholm sur l’Environnement (SEI), Agence américaine pour la Protection de l’Environnement (EPA), l’Institut Scripps d’Océano-graphie (Université de Californie), Programme des Nations Unies pour l’Environnement (PNUE), etc.

Le carbone suie

Présent dans l’atmosphère, le carbone suie ( black carbon ou BC) est une composante importante des particules. Il est issu de la combustion incomplète des combustibles fossiles et de la biomasse. Les principales sources d’émission sont le trafic routier, les poêles à bois et les feux de forêt. Le carbone suie a des impacts significatifs sur la santé humaine et sur le climat. Tout comme le méthane (CH 4 ), il est classé comme forceur climatique à courte durée de vie (SLCF) dans la mesure où il agit sur le climat en réchauffant l’atmosphère, en interceptant et en absorbant les rayons solaires. Par ailleurs, les particules de carbone suie noircissent la neige lors de leurs dépôts terrestres et ont un impact sur la formation des nuages .

(Sources : PNUE/OMM )

L’étude, intitulée “Atténuer simultanément le changement clima-tique à court terme et améliorer la santé humaine et la sécurité alimentaire”, s’appuie sur l’évaluation intégrée sur le carbone suie et l’ozone troposphérique, réalisée par le PNUE et l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) de 2011 (lire notre article sur ce sujet).

Contexte, objet et methodologie

Les chercheurs soulignent d’abord que l’ozone troposphérique (dont un des principaux précurseurs est le CH4) et le carbone suie sont des composés connus pour leurs impacts à la fois sur le changement climatique et la qualité de l’air au niveau local. Les connaissances scientifiques publiées au jour d’aujourd’hui concernant les effets des émissions du carbone suie et des précurseurs d’ozone sur le climat sont insuffisantes pour fournir des réponses aux nombreuses questions quant aux politiques sur ces polluants à mettre en œuvre. En effet, les émissions des pré-curseurs d’ozone ont des effets multiples (réchauffement/ refroidis-sement) alors que le carbone suie, forceur climatique, est émis avec d’autres particules qui provoquent un refroidissement. Ceci rend incertain le bilan net de l’impact des émissions de ces polluants sur le climat. Ces informations sont pourtant nécessaires car plusieurs instances internationales, dont le G8 (sommet de L’Aquila, Italie, 8-10 juillet 2010) (lire notre article sur ce sujet) et le Conseil de l’Arctique (lire notre article sur ce sujet) cherchent à atténuer le changement climatique par la réduction des émissions des agents de forçage radiatif hors CO2 (comme le carbone suie).

Les chercheurs ont d’abord examiné environ 400 mesures de lutte contre la pollution à l’aide du modèle d’évaluation intégrée GAINS de l’IIASA. Les potentiels de réduction des émissions de particules et de gaz polluants à travers le monde ont été estimés sur la base des données disponibles sur l’efficacité de réduction de ces mesures déjà mises en œuvre. Ensuite, l’impact d’une application intégrale des mesures d’ici 2030 a été examiné.

Leur impact potentiel sur le climat a été évalué en utilisant les valeurs du pouvoir de réchauffement global (PRG) du 4e rapport d’évaluation (2007) du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) pour chaque polluant visé. L es chercheurs sont partis de l’hypothèse que toutes les mesures de réduction de la pollution atmosphérique améliorent la qualité de l’air. Ils ont ensuite sélectionné les mesures, qui, à la fois, atténuent le réchauffement climatique et amé-liorent la qualité de l’air, en les classant selon leur impact sur le climat. Cet exercice a révélé que les 14 premières mesures retenues pour-raient réaliser presque 90% de la réduction maximale, en PRG net.

Sept de ces 14 mesures de réduction visent les émissions de CH4 provenant des sources suivantes : extraction de charbon, production de pétrole et de gaz, transport de gaz sur de longues distances, déchets municipaux et sites de stockage de ceux-ci, traitement des eaux usées, déjections animales et rizières.

Les sept autres mesures visent les émissions de carbone suie liées à la combustion incomplète , regroupées en deux ensembles :

  • mesures techniques (mesures BC Tech ) : véhicules diesel, poêles à biomasse à combustion propre, fours à brique et à coke, etc.,
  • mesures réglementaires de base (mesures BC Reg ) y compris l’interdiction de brûlage des déchets agricoles, la mise hors circulation des véhicules hautement émetteurs et le recours aux appareils de chauffage et de cuisson modernes.

Les chercheurs se sont ensuite attachés à élaborer des scénarios de projections d’émissions afin d’évaluer les effets des mesures de réduction des émissions par rapport à un scénario de référence. Au total, cinq scénarios ont été construits :

  • scénario de référence basé sur les projections de l’Agence Internationale de l’Energie ou AIE (pour la consommation d’énergie), sur toutes les projections actuelles sur l’évolution du cheptel mondial et intégrant toutes les politiques et mesures de réduction des émissions adoptées à ce jour,
  • scénario mesures CH4 ,
  • scénario mesures CH4 + BC,
  • scénario mesures CO2 : les émissions de CO 2 suivent l’évolution projetée dans le scénario 450 ppm CO 2 e de l’AIE ( WEO, 2009 ) ,
  • scénario mesures combinées CO2 + CH4 + BC .

La durée de vie des forceurs climatiques à courte durée de vie

Tout comme le carbone suie, l’ ozone troposphérique (O 3 ) et le CH4 sont des forceurs climatiques à courte durée de vie (SLCF). (…).

Durée de vie dans l’atmosphère des principaux SLCF par rapport au CO2

(Source : PNUE, 2011)

Quant aux HFC, puissants gaz à effet de serre (lire notre article sur ce sujet), ils n’ont pas d’impact sur la qualité de l’air, mais certaines espèces sont des SLCF, notamment le HFC-134a, principal HFC émis, et le HFC-1234yf. A noter que les HFC à très courte durée de vie (allant de quelques jours à quelques semaines) ont un faible PRG. Par exemple, la durée de vie atmosphérique du HFC-1234yf est d’environ 10 jours et son PRG sur 100 ans est estimé à 4. Inversement, les HFC ayant une durée de vie de plusieurs années ont un PRG élevé (respectivement 14 ans et 1 370 pour le HFC-134a).

(Sources : PNUE, 2011 et GIEC, 2007)

Sur la base de deux modèles de représentation du climat, les chercheurs ont évalué les impacts de ces projections d’émissions sur les concentrations atmosphériques futures et sur le forçage radiatif. Puis ils ont estimé les effets de ce forçage radiatif sur les températures moyennes mondiales et régionales.

Au-delà de l’évaluation intégrée menée sur le carbone suie et l’ozone troposphérique, réalisée par le PNUE (lire notre article sur ce sujet), les chercheurs de l’équipe de Drew Shindell ont étendu les analyses d’impact pour couvrir le niveau national où la plupart des mesures sont prises. Enfin, des analyses coûts-bénéfices détaillées sont également présentées.

 

Résultats

Impacts sur le climat, la santé et l’agriculture : l’étude a montré que les 14 mesures retenues réduisent sensiblement la hausse des températures moyennes mondiales au cours des prochaines décennies, en diminuant les niveaux d’ozone troposphérique, de CH4 et de carbone suie. La courte durée de vie dans l’atmosphère de ces trois polluants ( voir encadré ci-contre ) permet une réponse climatique rapide aux réductions d’émissions. Par contre, la durée de vie atmosphérique du CO 2 étant beaucoup plus longue, ses émissions, dont la tendance générale est à la hausse, auront un impact sur le climat pendant des siècles. Il ressort que les réductions d’émissions de CO 2 analysées dans le cadre de cette étude n’auront qu’un très faible impact sur les températures jusqu’en 2040.

Le scénario mesures de réduction combinées CO 2 + CH 4 + BC permettrait de limiter la hausse des températures moyennes mondiales à moins de 2°C pendant les 60 prochaines années. Aucun des autres scénarios ne permet à lui seul d’y parvenir. L’étude montre que la mise en œuvre intégrale du scénario mesures CH 4 + BC permettrait, à lui seul, de réduire de 0,5°C la hausse des températures moyennes mondiales d’ici 2050. Par ailleurs, les chercheurs ont comparé les effets globaux des trois séries de mesures sur le climat, l’agriculture et la santé ( voir fourchettes d’estimation ci-après ) .

Impacts globaux des 14 mesures retenues sur le climat, l’agriculture et la santé humaine (horizon 2030 et au-delà)

Impacts physiques

Mesures CH4

Mesures
BC Tech

Mesures
BC Reg

Réchauffement évité en 2050 (°C)

0,18 à 0,38

0,03 à 0,18

-0,02 à 0,11

Pertes évitées de production des cultures/an (Mt)(a)

7 à 69

3 à 96

-1 à 15

Morts prématurés évités/an (milliers)

13 à 87

532 à 3 249

179 à 1 258

(a) : somme des pertes de production mondiale/an de blé, de riz, de maïs et de soja.

Ces résultats montrent que les mesures CH 4 , à elles seules, contribuent pour plus de la moitié à l’atténuation du réchauffement estimé dans le cadre du scénario mesures CH 4 + BC (avec une faible incertitude). Par rapport aux mesures BC Reg, les mesures BC Tech ont un impact d’atténuation plus fort sur le climat (avec une incertitude nettement plus faible). Ceci s’explique par le fait que les aérosols contribuent pour une part plus importante au forçage total dans le cas des mesures BC Reg.

Concernant les pertes évitées de production des quatre grandes cultures (blé, riz, maïs, soja), les valeurs moyennes pour les mesures CH4 et BC Tech sont comparables dans leur impact positif alors que les mesures BC Reg ont un impact minime, voire légèrement négatif. Au total, l’application des 14 mesures permettrait d’accroître la production des cultures de 30 à 135 Mt par an en 2030 grâce à une réduction des concentrations d’O3.

Les bénéfices pour la santé des mesures BC sont sensiblement plus importants que ceux liés aux mesures CH 4 . En effet, la santé est plus sensible à une exposition réduite aux PM 2,5 qu’à l’ozone troposphérique. Les fourchettes étendues indiquées pour les impacts sanitaires sont dues aux fortes incertitudes. Au total, les chercheurs estiment que la mise en œuvre intégrale des 14 mesures retenues permettrait d’éviter en 2030 entre 0,7 et 4,7 millions de morts prématurés par an .

Impacts des polluants étudiés et le cas spécifique du CH4

Le carbone suie et l’ozone troposphérique ont des impacts sur le climat et la santé. En outre, l’ozone troposphérique endommage les récoltes , ainsi que la structure et la fonction des forêts et des autres écosystèmes, en réduisant leur capacité à capter le CO 2 de l’atmosphère, ce qui a un impact sur leur croissance. Quant au CH 4 , puissant gaz à effet de serre (PRG sur 100 ans de 25 [ GIEC, 2007 ]), il est un des principaux polluants primaires, dits précurseurs, d’ozone troposphérique (avec les NOx, le CO et les COVNM). A ce titre, il contribue donc à la pollution de l’air et à la dégradation de la qualité de l’air au niveau local.

L’équipe de Drew Shindell souligne que les résultats obtenus montrent clairement que seule une faible part des mesures d’amélioration de la qualité de l’air a un effet significatif sur l’atténuation du réchauffement climatique. Cependant, les mesures de réduction des émissions de CH4 et de carbone suie retenues auraient d’importants bénéfices pour le climat aux niveaux mondial et régional, ainsi que pour la santé et l’agriculture :

  • les mesures CH4 engendreraient d’importants bénéfices pour l’agriculture et le climat à l’échelle planétaire, mais des bénéfices relativement faibles pour la santé.
  • les mesures BC devraient produire d’importants bénéfices pour le climat au niveau planétaire mais les incertitudes associées sont plus grandes. Ces mesures peuvent engendrer des bénéfices significatifs pour la santé au niveau régional, réduire les perturbations du cycle hydrologique dans certaines régions, ralentir la fonte de la cryosphère (glace de mer, couverture neigeuse saisonnière, glaciers de montagne et calottes glaciaires [ source GIEC, 1997 ]) dans l’Arctique et l’Himalaya, et enfin, améliorer le rendement des cultures au niveau régional.

Les chercheurs soulignent que les mesures CH 4 + BC se distinguent des mesures de réduction des émissions de CO 2 , tout en les complétant. Une analyse de la mise en œuvre retardée des mesures CH 4 + BC montre que l’application précoce fournit des bénéfices à court terme beaucoup plus importants mais qu’elle n’aurait qu’un faible impact sur les températures moyennes mondiales à long terme. Le niveau maximal de réchauffement (pic) à terme dépend surtout des émissions de CO 2 .

Coûts et bénéfices : les chercheurs ont évalué les coûts et bénéfices qui seraient obtenus par l’application des 14 mesures retenues. Ainsi, selon une estimation prudente, les bénéfices des réductions d’émissions du CH4 seraient compris entre 700 et 5 000 $ US (1) par tonne, soit nettement au-dessus des coûts de réduction marginaux typiques (moins de 250 $ US/tonne).

Une analyse s’appuyant sur des données plus récentes du modèle GAINS montre que les mesures prévues pourraient permettre de réaliser des réductions d’émissions de CH 4 en 2030 d’environ 110 Mt à des coûts marginaux inférieurs à 1 500 $ US par tonne. La mise en œuvre de l’ensemble complet des mesures permettrait de réduire les émissions de CH 4 d’environ 140 Mt. Ceci indique que la plupart des mesures engendreraient des bénéfices plus importants que les coûts de réduction.

Les estimations issues du modèle GAINS montrent qu’une amélioration de l’efficacité énergétique conduirait à une réduction de coûts nets dans le cadre des mesures BC visant les fours à brique dans les pays en développement et les poêles. Ces mesures représentent environ 50% de l’impact des mesures BC. Les mesures réglementaires visant les véhicules fortement émetteurs et l’interdiction du brûlage des déchets agricoles, qui nécessitent surtout une volonté politique plutôt qu’un investissement financier, représentent 25% supplémentaires de l’impact des mesures BC. De ce fait, la plupart des mesures BC pourraient sans doute être mises en œuvre à un coût nettement plus faible que les bénéfices en termes monétaires, et notamment pour la santé (à l’horizon 2030 : 1 154 à 6 953 milliards [Md] de $ US pour les mesures BC Tech et 410 à 2 900 Md $ US pour les mesures BC Reg).

Enfin, l’étude examine l’impact des mesures CH4 + BC par secteur et par région.

Conclusions et perspectives

En conclusion, les chercheurs soulignent notamment que la mise en œuvre de réductions spécifiques pratiques, retenues afin de maximiser les bénéfices pour le climat, auraient d’importants bénéfices “gagnants-gagnants” à court terme pour le climat, la cryosphère ( voir plus haut ) , la santé humaine et l’agriculture.

En particulier, au regard des bénéfices liés à l’application des mesures CH 4 , celles-ci sont adaptées pour être intégrées dans les mécanismes internationaux visant à réduire les émissions de CH 4 , tels que le mécanisme de développement propre (MDP) au titre du Protocole de Kyoto ( article 12 ) ou l’Initiative mondiale sur le méthane (Global Methane Initiative ou GMI – (lire notre article sur ce sujet)).

Plusieurs autres alternatives politiques existent pour mettre en œuvre les mesures CH 4 + BC, y compris le renforcement des réglementations sur la qualité de l’air actuellement en place. Le fait qu’à court terme, ces mesures puissent ralentir le rythme du changement climatique et contribuer à limiter la hausse maximale des températures moyennes mondiales à 2°C (par rapport aux niveaux préindustriels), outre leurs bénéfices pour la santé et l’agriculture, pourrait inciter à leur mise en œuvre généralisée précoce afin de réaliser ces multiples bénéfices.

(1) Valeurs 2006.

  • “Simultaneously mitigating near-term climate change and improving human health and food security”, Drew Shindell et al , Science , 13 January 2012, Vol.335 n° 6065, pp.183-189.
  • sciencemag.org/content/335/6065/183.abstract
  • sciencemag.org/content/suppl/2012/01/12/335.6065.183.DC1.html (méthodologie, tableaux, schémas, références, etc.)

 

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