Que savons nous de la concentration de CO2 dans l’atmosphère ?

Le cycle du carbone : de grandes incertitudes

Le cycle du carbone on désigne les flux d’échanges de carbone entre ses 4 « réservoirs » : la lithosphère (immense réservoir correspondant aux sédiments et roches), l’hydrosphère (les eaux océaniques superficielles et profondes), l’atmosphère et la biosphère (plantes, sols, animaux).

Ces réservoirs sont soit des sources (émettent du carbone) soit des puits (absorbent le carbone).

A une échelle de temps courte (de l’année au millénaire), le cycle du carbone est limité aux échanges de surface, sous forme de gaz carbonique entre la biosphère, l’atmosphère et les océans.

Lors de la photosynthèse les plantes absorbent du CO2 ; mais quand elles respirent elles en rejettent dans l’atmosphère ; et quand elles meurent, la décomposition des plantes libère le CO2 emmagasiné. Ces échanges s’équilibrent en moyenne annuelle [1]autour de 120 Gigatonnes de carbone par an (1Gt = 10 puissance 9 tonnes).

La respiration des animaux produit le même volume de CO2 que la respiration du sol ; mais les plantes respirent essentiellement la nuit.

L’océan contient du CO2 dissous dont la concentration dépend de la température : plus la température est basse plus l’eau peut contenir de CO2. Inversement les eaux chaudes libèrent du CO2 dans l’atmosphère : ces transferts (positifs et négatifs) évalués à 70 GT/an sont égaux en situation d’équilibre.

carbon_cycle-

Source : Jussieu (http://cycleducarbone.ipsl.jussieu.fr/index.php/visiteurs/2012-06-11-15-23-06/le-cycle-et-l-homme/)

On suppose qu’avant l’ère industrielle les flux étaient à l’équilibre et donc que les réservoirs étaient constants dans le temps.

Les émissions anthropiques s’élèvent à 9 GT/an (dont 2 Gt dues à la déforestation) ; rapportés aux autres flux les émissions anthropiques sont très faibles.

Quelle part de ces émissions contribuent à l’augmentation du CO2 observée dans l’atmosphère? Beaucoup d’ incertitudes subsistent.

Onze modèles utilisés par le GIEC ont produit des résultats variant de 1 à 10

Pour mesurer l’ampleur de ces incertitudes, il suffit de mentionner la difficulté que représente la simple estimation de la concentration en CO2 dans l’atmosphère

En vue de l’élaboration de son 4ème rapport, le GIEC a fait travailler plusieurs laboratoires sur les divers scénarios d’émission entre 2000 et 2100[2].

Onze modèles utilisant un protocole commun devaient calculer la croissance de la concentration de CO2 dans l’atmosphère, après échanges avec les océans et la biosphère.

Les résultats sur la concentration du CO2 dans l’atmosphère en 2100 obtenus par les différents modèles de cycle du carbone présentaient une dispersion de 1 à 10.

Pour les deux modèles extrêmes le CO2 supplémentaire variait entre 20 et 200 ppm ; pour la majorité des modèles les résultats se situent entre 50 et 100 ppm .

Les niveaux de CO2 les plus élevées conduisait à un réchauffement climatique supplémentaire compris entre 0,1 ° et 1,5 ° C .

La durée de séjour du CO2 dans l’atmosphère est-elle de 5 ans ou 100 ans ?

Environ 200 GT/C entre et quitte l’atmosphère chaque année. En première approximation la taille du réservoir atmosphérique étant de 800 GT le « temps de résidence » d’une molécule donnée de CO2 peut être évalué à 800/200 = 4 années.

Robert H. Essenhigh, professeur à l’Ohio State University, estime cette durée à environ 5 années[3].

Le GIEC est d’accord avec cette durée qu’il nomme Turnover time  [4] (durée nécessaire au renouvellement du contenu d’un réservoir).

Mais il fait intervenir une autre notion censée être plus pertinente s’agissant de forçage radiatif : le temps d’ajustement (adjustment time).

Le GIEC définit ainsi le temps d’ajustement [5]:

Le temps d’ajustement (ou temps de réponse) désigne l’échelle de temps nécessaire à la disparition totale d’une entrée de gaz dans le réservoir.

Dans les cas simples, où l’élimination globale du gaz est directement proportionnelle à la masse totale du réservoir, le temps d’ajustement se confond avec le temps de renouvellement. Par exemple, le CFC-11 qui est éliminé de l’atmosphère uniquement par des processus photochimiques dans la stratosphère.

Dans les cas plus complexes, où plusieurs réservoirs sont impliqués ou lorsque le retrait n’est pas proportionnel à la masse totale, l’égalité temps d’ajustement = égal temps de renouvellement ne tient plus.

Le CO2 est un bon exemple de cette complexité : son temps de renouvellement est d’environ 4 ans en raison des échanges rapides entre l’atmosphère, l’océan et la biomasse terrestre.

Cependant, une grande partie de ce CO2 est renvoyée dans l’atmosphère en l’espace de quelques années.

Ainsi, le temps d’ajustement du CO2 dans l’atmosphère est en fait déterminé par la vitesse de transfert du carbone de la couche de surface des océans dans les couches plus profondes.

A ce temps d’ajustement du CO2, le GIEC donne une valeur approximative de 100 années.

Tout le carbone anthropique émis ne se retrouve pas dans l’atmosphère

Il est admis que moins de la moitié du CO2 émis par la combustion des énergies fossiles reste présent dans l’atmosphère ; le reste est absorbé immédiatement par les océans ou par la biosphère terrestre dans des proportions à peu près égales.

Édouard bard[6] estime que l’océan absorbe environ 45 % des émissions cumulées de carbones fossiles (ou 30 % si l’on tient compte de la déforestation).

Selon certains scientifiques, l’augmentation du taux de CO2 dans l’atmosphère n’est pas à 100% d’origine anthropique.

Ainsi Tom V. Segalstad [7](Professeur Associé de Géologie à l’Université d’Oslo) sur la base de l’évolution des proportions des 2 isotopes du carbone 13C/12C, estime que le pourcentage du CO2 anthropique est d’environ 5 %.

Tom V. Segalstad en déduit qu’un quart seulement de l’augmentation de la concentration de CO2 observée depuis une soixantaine d’années est attribuable aux émissions anthropiques de CO2.

L’explication serait qu’il y a une forte dépendance de l’absorption du CO2 à la température de l’océan.

Lors des périodes de réchauffement (par exemple pendant le grand el Niño de 1997/98), l’océan dégaze du CO2; inversement pendant les périodes de refroidissement (par exemple en 1991/92 suivant l’éruption du Pinatubo), l’océan absorbe d’avantage de CO2.

Le graphique ci-dessous rapproche les émissions annuelles du taux de concentration de CO2 dans l’atmosphère :

– les émissions de CO2 provenant de la combustion des énergies fossiles (courbe supérieure) croissent régulièrement

– Le taux de concentration du CO2 atmosphérique (diagramme à barres) montre des variations bien corrélées aux événements chauds El Niño et aux événements froids d’origine volcanique.

co2-change

Source : Rapport du NIPCC (2008) Version française – page 42

Le dernier rapport du GIEC fait l’impasse sur le cycle du carbone

Au vu de ces incertitudes, le GIEC a choisi pour son dernier 5ème rapport AR5 de faire l’impasse sur le cycle du carbone.

En effet, les 4 scénarios RCP (conduisant à des prévisions de réchauffement en 2100 allant de 0,3° à 4,8°C), sont exprimés en termes de valeurs préétablies de concentration de Gaz à Effet de serre (et non pas en termes de niveau d’émission comme dans ses précédents rapports).

Comme cela est expliqué dans le résumé pour décideurs (Groupe 1) du 5ème rapport du GIEC :

Les RCP utilisés dans le RE5 sont définis comme des profils de concentration et donc les incertitudes liées au cycle du carbone affectant les concentrations atmosphériques en CO2 ne sont pas prises en compte dans les simulations CMIP5 forcées par des concentrations.

Sur quelles données s’appuieront les politiques de réduction des émissions de GES ?

Mise à jour janvier 2017

Relation Température/CO2 encore mal comprise

Article du géologue Alain Préat a publié ( 27 décembre 2016) dans revue-arguments.com
La relation température/teneur en CO2 reste encore mal comprise. L’article a été commenté par notre-planete.info

Des chercheurs de l’université de Sidney (Australie) estiment le taux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère à partir de fossiles de feuille

Selon une publication de sciencemag.org, cette méthode appliquée à des périodes connues de réchauffement global (100 et 400 millions d’années) semble révéler des niveaux de gaz carbonique inférieurs à ceux supposés jusqu’à présent.

Article a également été commenté par notre-planete.info

 

[1] Les processus sont saisonniers : en Eté la photosynthèse est supérieure à la respiration : le CO2 atmosphérique baisse. C’est l’Inverse en hiver période pendant laquelle la photosynthèse est inférieure à la respiration : le CO2 atmosphérique augmente. D’autre part la photosynthèse n’a lieu que pendant le jour, entraînant une variation de l’ordre de 5% de la concentration du CO2 au dessus d’une forêt.
[2] Climate–Carbon Cycle Feedback Analysis: Results from the C4 MIP model Intercomparison FRIEDLINGSTEIN et col. Jounal Of Climate Nov 2005 (http://www.researchgate.net/publictopics.PublicPostFileLoader.html?id=54cb4cccd11b8bc84d8b4618&key=3b875895-ee1d-4f71-9d58-1c7014ae2491.)
[3] Energy & Fuels », Robert H. Essenhigh (2009)
[4] http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/annex1sglossary-e-o.html
[5] http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/annex1sglossary-e-o.html
[6] Evolution du climat et de l’ocean (Édouard bard, membre de l’Institut)
Cours : l’océan et le changement climatIque. InteractIons avec La chimIe et La biologIe marInes
[7] http://www.co2science.org/articles/V12/N31/EDIT.php – Site personnel Tom V. Segalstad http://www.co2web.info
Publicités
Cet article a été publié dans Climat, Réflexions épistémologiques. Ajoutez ce permalien à vos favoris.

2 commentaires pour Que savons nous de la concentration de CO2 dans l’atmosphère ?

  1. Rosa dit :

    « Le dernier rapport du GIEC fait l’impasse sur le cycle du carbone »
    Mais c’est totalement faux !!!

    • PGP dit :

      Bonjour,
      Merci pour ce commentaire.
      Ce qui est dit dans cet article c’est que les 4 scénarios RCP du GIEC (RCP 2.6, 4.5, 6.0, 8.5) sont exprimés en termes de valeurs préétablies de forçage radiatif (2,6 W m-2 pour le RCP2,6; 4,5 W m-2 pour le RCP4,5 etc.) et non pas en termes de niveau d’émission.

      En ce sens, le GIEC s’affranchit du cycle du carbone, comme cela est explicitement indiqué dans le résumé pour décideurs du rapport du groupe 1.
      Je cite :
      Les RCP utilisés dans le RE5 sont définis comme des profils de concentration et donc les incertitudes liées au cycle du carbone affectant les concentrations atmosphériques en CO2 ne sont pas prises en compte dans les simulations CMIP5 forcées par des concentrations.

      Cordialement

Laisser un commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion / Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion / Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion / Changer )

Photo Google+

Vous commentez à l'aide de votre compte Google+. Déconnexion / Changer )

Connexion à %s