Sommaire

 

Un équilibre naturel rompu

L'effet de serre est un phénomène naturel. Si l'effet de serre naturel n'existait pas, la température moyenne sur terre serait nettement inférieure aux 15 °C constatés. L'accroissement du phénomène d'effet de serre, dont les principales conséquences sont la croissance de la température moyenne terrestre et les perturbations sur le cycle hydraulique, présente un risque pour l'équilibre de la planète.

En dépit des nombreuses incertitudes, les scientifiques du Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC), dans leur 5e rapport d'évaluation de 2014 [GIEC, 2014], attribuent le réchauffement observé au cours du 20e siècle et au début du 21e aux activités humaines.

 

Gaz à effet de serre et forçage radiatif

Le bilan radiatif de la terre peut se résumer de la façon suivante : la terre reçoit une certaine partie du rayonnement solaire sous forme de rayonnement visible. Le flux solaire incident est de l'ordre de 340 W.m-2. Le sol absorbe environ 50% de cette énergie incidente dont l'autre portion a été absorbée par l'atmosphère (20%) ou réfléchie par les nuages et par les surfaces claires du sol, telles que les déserts et les glaciers (30%). La surface terrestre réémet cette énergie reçue sous forme de rayonnements infrarouge (IR).

L'effet de serre est principalement lié à l'absorption des rayonnements IR de grande longueur d'onde renvoyés par la surface terrestre, par les nuages et des composés présents dans l'atmosphère de façon naturelle tels que : CO2, CH4, H2O, O3, N2O. Ces composés engendrent donc un effet de serre naturel. Sans ce dernier, la température moyenne sur terre serait de - 18°C.

Figure 1 : Bilan radiatif de la terre

Effet Serre Figure1

Source [GIEC 2014]

 

Bien que présents à l'état de trace, l'accroissement des concentrations des composés à longue durée de vie (forceurs climatiques à longue durée de vie (ou Long-Lived Climate Forcers)) tels que le CO2, le CH4, le N2O, conduit donc à un renforcement de l'effet de serre. L'étude des situations passées, par l'analyse des bulles d'air piégées dans les glaces profondes, est riche d'enseignements. Les scientifiques ont mis en évidence que dans le passé les épisodes froids ont généralement coïncidé avec de faibles teneurs de l'air en CO2 et CH4. Pour le CO2, les fluctuations des concentrations sont liées à des modifications de la circulation et de la productivité océanique ;l'océan étant le grand régulateur à long terme du CO2. Pour le CH4, les modifications font intervenir les écosystèmes terrestres et les sols gelés des hautes latitudes.

Le CO2 est lié principalement aux combustions industrielles et domestiques ainsi qu'aux transports. Le CH4 est en majorité lié aux pratiques agricoles : par exemple la riziculture, l'élevage. Le N2O a une origine principalement agricole avec l'usage des fertilisants minéraux et d'origine animale (engrais, fumier, lisier). Des substances nouvelles telles que les CFC (chlorofluorocarbures), les HCFC (hydrochlorofluorocarbures), les HFC (hydrofluorocarbures), les PFC (perfluorocarbures), le NF3, et le SF6  dont l'origine est totalement anthropique sont des gaz à effet de serre puissants.

L'action de ces gaz se traduit par une perturbation du bilan énergétique global caractérisée par un piégeage additionnel, exprimé en W.m-2. Les gaz à effet de serre ont un forçage radiatif positif (capacité à absorber le rayonnement). D'autres composés présents dans l'atmosphère tels que certains aérosols, ont, au contraire, un forçage radiatif négatif. Ils contribuent à refroidir l'atmosphère.

La complexité des phénomènes mis en jeu est de mieux en mieux comprise par les scientifiques. L'accroissement de l'effet de serre ne se résume pas en fait aux seuls gaz à effet de serre à longue durée de vie. Beaucoup d'autres composés à courte durée de vie ont également une action, qui peut être directe (cas de l'ozone ainsi que les aérosols) ou indirecte (cas du CO, des NOx et des COV).

Parmi les composés à courte durée de vie, le « carbone suie » plus connu sous le nom de « black carbon » en anglais (BC) est actuellement très médiatisé. Les scientifiques ont, en effet, mis en évidence son rôle crucial dans la rapidité du changement climatique observé dans certaines régions du monde (région polaire Nord et Himalaya notamment) [PNUE-OMM, 2011]. Le BC, dont il n'existe pas de traduction satisfaisante en Français si ce n'est « carbone suie », est une composante des particules émises par la combustion de matériaux fossiles et de biomasse, surtout lorsque cette combustion est incomplète et mal maîtrisée. Le BC peut être défini comme une forme solide composée de carbone qui absorbe le rayonnement solaire visible à toutes longueurs d'onde. Il est un composant des suies, mélange complexe de composés contenant aussi du carbone organique (OC). D'autres composés des particules absorbent aussi le rayonnement. Il s'agit du « Brown Carbon » (BrC) qui est une classe de carbone organique qui absorbe le rayonnement visible et le rayonnement ultra-violet. Le BC n'étant jamais émis seul et pouvant être émis notamment avec des composés qui refroidissent l'atmosphère, le bilan radiatif global de l'ensemble de ces composés est encore mal connu.

L'ozone (O3) présent dans l'atmosphère est aussi un gaz à effet de serre. En fonction de l'altitude à laquelle il est présent, son forçage radiatif est différent. Selon le 5e rapport d'évaluation du GIEC [GIEC, 2014], l'ozone de la troposphère est considéré comme le troisième gaz à effet de serre par ordre d'importance du forçage radiatif induit. L'ozone de la stratosphère contribue, au contraire, au refroidissement.

La figure 2 ci-dessous présente les forçages radiatifs des principaux gaz, aérosols et précurseurs d'aérosols ainsi que des autres causes. Elle met en évidence le rôle prépondérant de l'augmentation anthropique de la concentration des gaz à effet de serre dans le changement climatique.

 

Figure 2 : forçage radiatif dû aux différentes causes entre 1750 et 2011 [GIEC 2014]

Effet Serre Figure2

Source [GIEC 2014]

 

Il est certain que le forçage radiatif dû aux causes anthropiques depuis l'ère préindustrielle (1750) est positif. Il est estimé à 2,3 W.m-2 (de 1,1 à 3,3 W.m-2) [GIEC 2014].

Les contributions moyennes des divers gaz au forçage radiatif pendant l'ère industrielle sont les suivantes selon le 5e rapport d'évaluation du GIEC [GIEC 2014] :

CO2 +1,82 (±0,19)

CH4 +0,48 (±0,05)

N2O +0,17 (±0,03)

CFC/HCFC +0,36 (±0,03)

Ozone (troposphérique) +0,40 (±0,20)

Depuis l'ère industrielle, il y a accroissement des concentrations des gaz à effet de serre (GES) à longue durée de vie. Les concentrations d'un composé dans l'atmosphère résultent d'un équilibre dépendant des émissions et des phénomènes de disparition. Les composés à longue durée de vie sont stables chimiquement et peuvent donc être présents plusieurs dizaines ou centaines d'années dans l'atmosphère. Les composés à plus courte durée de vie sont chimiquement réactifs et disparaissent donc plus vite.

Selon le bulletin annuel sur les gaz à effet de serre publié par l'Organisation Météorologique Mondiale [OMM, 2016], les concentrations atmosphériques des GES pour l'année 2015 sont les suivantes (Données d'observation issues du réseau mondial de surveillance des gaz à effet de serre (Global Greenhouse Gas Monitoring Network) animé par l'OMM dans le cadre de son programme mondial d'observation de l'atmosphère (Global Atmosphere Watch ou GAW)).

    • CO2 : 400 parties par million (ppm), soit une hausse de 0,6% par rapport à 2014,
    • CH4 : 1 845 parties par milliard (ppb), soit une hausse de 0,6% par rapport à 2014,
    • N2O : 328 ppb, soit une hausse de 0,3% par rapport à 2014.

Par rapport au début de l'ère industrielle, les évolutions des concentrations sont présentées dans le tableau suivant [OMM, 2016] :

Tableau 1 : évolutions des concentrations de certains GES depuis le début de l'ère industrielle [OMM, 2016]

GES CO2 CH4 N2O
Concentrations atmosphériques en 2016 400 ppm 1 845 ppb 328 ppb
Hausse des concentrations depuis 1750a 44% 156% 21%
Hausse en valeur absolue entre 2014 et 2015 2,3 ppm 11 ppb 1,0 ppb
Hausse relative 2014-2015 0,58% 0,60% 0,31%
Hausse annuelle moyenne depuis 10 ans 2,08 ppm/an 6,0 ppb/an 0,89 ppb/an

a Dans l'hypothèse de niveaux atmosphériques avant l'ère industrielle de 278 ppm pour le CO2, de 722 ppb pour le CH4 et de 270 ppb pour le N2O

Avant l'ère industrielle (avant 1750), selon le 5e rapport du GIEC [GIEC 2014], les évolutions étaient les suivantes :

    • les concentrations de CO2 des 7 000 années précédentes montrent une lente augmentation entre 260 et 280 ppm. En remontant 800 000 ans avant 1750, les concentrations en CO2 ont varié de 180 ppm pendant les périodes glaciaires à 300 ppm pendant les périodes interglaciaires.
    • les concentrations de CH4 n'avaient que peu évolué pendant les 10 000 années précédentes, s'établissant à environ 722 ppb en 1750.
    • les concentrations de N2O n'avaient augmenté que de 10 ppb au cours des 11 000 années précédentes l'ère industrielle, pour s'établir à 270 ppb en 1750.

L'OMM souligne également [OMM, 2016] :

    • que le taux d'accroissement du CO2 atmosphérique entre 2015 et 2014 est plus important que celui entre 2014 et 2013 et que le taux de croissance moyen de la dernière décennie,
    • que le taux annuel de croissance moyen du CH4 atmosphérique ré-augmente depuis 2007 vraisemblablement à cause des émissions des zones humides dans les régions tropicales et des sources anthropiques aux latitudes moyennes de l’hémisphère nord,
    • que le taux d’accroissement du N2O atmosphérique entre 2015 et 2014 est le plus important de ces 10 dernières années, vraisemblablement à cause de l’augmentation de l’utilisation d’engrais dans l’agriculture et à l’augmentation des rejets de N2O des sols en raison d’un excès des dépôts d’azote atmosphérique liés à la pollution de l’air.

 

Pouvoir de réchauffement global (PRG)

Le PRG a été défini par les experts du GIEC pour fournir une mesure simple des effets relatifs des émissions des divers gaz à effet de serre. L'indicateur est défini comme le forçage radiatif cumulé entre la situation actuelle et un horizon donné causé par une unité de masse de gaz émise aujourd'hui. Le CO2 sert de référence. Le tableau suivant présente le PRG de quelques gaz à effet de serre direct. Les experts du GIEC ne sont pas encore en mesure de proposer des valeurs fiables pour les gaz à effet de serre indirect.

Le tableau suivant présente les nouveaux PRG de quelques composés tels qu'ils ont été actualisés par les experts du GIEC [GIEC 2014].

 

Tableau 2 : PRG de certains composés selon le 5e rapport d'évaluation du GIEC [GIEC 2014]

Polluants Durée de vie PRG selon horizon retenu
  années 20 ans 100 ans
CO2 variable 1 1
CH4 12 84 28
N2O 121 264 265
NF3 500 12 800 16 100
SF6 3 200 17 500 23 500
CF4 (perfuorométhane) 50 000 4 880 6 630
HCFC-22 12 5 280 1 760

 

Conséquences possibles de l'augmentation de l'effet de serre

Les conséquences du renforcement de l'effet de serre sur le climat mondial sont encore mal connues bien que de mieux en mieux comprises comme en témoigne le 5e rapport d'évaluation du GIEC [GIEC 2014]. De nombreuses incertitudes persistent encore concernant les processus physiques permettant l'absorption du CO2 par les océans, par exemple.

Les résultats des modélisations présentées dans le cadre du 5e rapport d'évaluation du GIEC de 2014 donnent les évolutions des températures suivantes, selon plusieurs scénarios d'évolution des concentrations moyennes en CO2 par rapport à l'ère préindustrielle [GIEC 2014].

 

Tableau 3 : Evolution de la température moyenne selon plusieurs scénarios d'évolution des concentrations en CO2 par rapport à l'ère préindustrielle (moyenne 1850-1900) [GIEC 2014]

Nom du scénario
Forçage radiatif en 2100 (W.m2) Concentration en CO2 atteinte en 2100 (ppm) Accroissement estimé de température en 2100 (°C)
RCP2.6 (pic du forçage radiatif, puis déclin) 2,6 421 1,6
RCP4.5 (stabilisation, niveau bas) 4,5 538 2,4
RCP6.0 (stabilisation, niveau haut) 6,0 670 2,8
RCP8.5 (augmentation continue) 8,5 936 4,3

 

Le réchauffement serait différent selon les latitudes. Il serait plus marqué vers les hautes latitudes (les températures évoluent peu au niveau de l'équateur, elles augmentent fortement dans la zone polaire Arctique).

Le réchauffement serait plus marqué en hiver qu'en été et sur les continents.

Du fait de l'augmentation de l'évaporation, les précipitations augmenteraient. Cependant, les ressources en eaux diminueraient dans certaines régions.

En raison de la dilatation des océans et de la fonte des glaciers ainsi que de la banquise, le niveau moyen des océans pourrait augmenter. Cette augmentation aurait des conséquences dramatiques dans les régions de delta (embouchure des fleuves) très peuplées.

Les événements climatiques extrêmes tels que tornades, typhons, inondations, sécheresses, etc. s'accroîtraient.

L'accroissement des concentrations en CO2, contribue à l'acidification des océans qui absorbe environ le tiers des émissions. Ce phénomène pourrait menacer les écosystèmes marins.

L'ampleur de l'effet de serre additionnel et ses conséquences restent encore aujourd'hui caractérisées par de nombreuses incertitudes. Des phénomènes de rétroaction positive (libération de CO2 et de CH4 des terres boréales, réchauffement des océans, etc.) et de rétroaction négative (augmentation des masses végétales, refroidissement de la haute atmosphère impliquant une destruction plus lente de l'ozone, intervention d'autres mécanismes physico-chimiques contribuant à refroidir l'atmosphère (aérosols par exemple) ont des rôles encore mal connus.

Le réchauffement pourrait donc avoir des répercussions non négligeables sur les équilibres sociaux et économiques de la planète.

 

Engagements internationaux visant à limiter l'accroissement de l'effet de serre

La Convention Cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques (CCNUCC) visant à stabiliser les concentrations de GES à un niveau qui empêche toute perturbation anthropique dangereuse du système climatique a été adoptée le 9 mai 1992 à New York. Elle a été signée le 11 juin 1992 par 166 Parties et ratifiée depuis par 195 Parties. Elle est entrée en vigueur le 21 mars 1994.

Les pays développés, les pays en transition et l'Union européenne (UE), regroupés au sein de son Annexe I se sont engagés par ailleurs au titre de l'article 4 § 2 à adopter des politiques et des mesures afin de stabiliser d'ici l'an 2000 leurs émissions de GES à leurs niveaux de 1990. Les pays développés et l'UE, regroupés au sein de son Annexe II, s'engagent à financer les coûts encourus par les pays en développement pour respecter leurs engagements (article 4 § 3).

Les Parties à l'annexe I de la Convention Climat (avant le nouvel amendement décidé à Durban fin 2011) sont les suivants :

    • 26 pays industrialisés : Allemagne, Australie, Autriche, Belgique, Canada, Danemark, Espagne, Etats-Unis, Finlande, France, Grèce, Irlande, Islande, Italie, Japon, Liechtenstein, Luxembourg, Monaco, Norvège, Nouvelle-Zélande, Pays-Bas, Portugal, Royaume-Uni, Suède, Suisse, Turquie,
    • 14 pays européens en transition vers une économie de marché : Biélorussie, Bulgarie, Croatie, Estonie, Fédération de Russie, Hongrie, Lettonie, Lituanie, Pologne, République tchèque, Roumanie, Slovaquie, Slovénie, Ukraine,
    • l'Union européenne en tant qu'organisation régionale d'intégration économique.

Toutes les Parties à l'annexe I de la Convention Climat sont également Parties au Protocole de Kyoto (voir ci après) sauf les Etats-Unis. A noter enfin qu'à titre de pays individuels, Malte et Chypre ne font pas partie de l'annexe I de la Convention bien que l'UE l'ait ratifiée.

Le Protocole de Kyoto, adopté le 11 décembre 1997, visait la réduction des émissions d'un ensemble de six GES (CO2, CH4, N2O, HFC, PFC et SF6) de 5,2% sur la période 2008-2012 par rapport à 1990 au niveau international. Il a été signé par 84 Parties et ratifié ensuite par 193 Parties. Il est entré en vigueur le 16 février 2005.

Pour la première période d'engagement, le Protocole de Kyoto couvrait environ 30% des émissions mondiales de GES [TCG, 2011]. Il viseait également la recherche de moyens de réduction des émissions les moins « coûteux » en termes de progrès et de croissance économique et met en œuvre trois mécanismes de « flexibilité », en plus des politiques et mesures de réduction des émissions de GES au niveau national. Ces mécanismes correspondent à trois systèmes de réduction des émissions :

    • la Mise en Œuvre Conjointe, MOC : obtention de crédits d'émission (appelés « Unités de Réduction des Emissions » ou URE), à partir de 2008, par des investissements dans des projets de réduction des émissions dans un autre pays que le sien. Ce mécanisme se conclut entre deux pays ayant des obligations de réduction de leurs émissions.
    • le Mécanisme de Développement Propre, MDP : il associe pays industrialisés et pays en développement. Les pays industrialisés obtiennent des crédits d'émissions (appelés « unités de réduction certifiées d'émission » ou URCE) en investissant dans des projets de réduction ou de prévention des émissions.
    • le Mécanisme d'échange de crédits d'émission : si une entreprise émet des rejets supérieurs à son volume de quotas attribué, elle doit acheter, sur un marché ou à d'autres industriels, des quotas supplémentaires. Ce marché est en application dans l'UE depuis 2005 avec la Directive 2003/87/CE établissant un système d'échange de quotas d'émission de GES dans l'UE. La mise en œuvre des quotas a été anticipée et la première période d'échange a concerné les années 2005 à 2007. Cette directive a été modifiée par la directive 2009/29/CE afin d'étendre le système d'échange des quotas d'émissions (SEQE) de GES après 2012 (3e période actuellement en cours : 2013-2020).

Chaque année, la Conférence des Nations Unies sur le Climat réunit les Parties à la Convention afin de poursuivre les discussions sur les engagements mondiaux pour lutter contre le changement climatique.

C'est à la Conférence de Copenhague du 7 au 19 décembre 2009 [Tuddenham, 2009], que les Parties reconnaissent le constat scientifique selon lequel la hausse maximale des températures moyennes mondiales devrait être contenue en dessous de 2°C [par rapport aux niveaux préindustriels - mais cette référence ne figure pas dans le texte].

A la Conférence des Nations Unies sur le Climat, à Doha (Qatar) en 2012, cet objectif de limiter les hausses des températures moyennes à 2°C est réaffirmé, et un processus est lancé pour réexaminer d'ici 2015 l'adéquation de cet objectif avec les progrès accomplis vers sa réalisation [Tuddenham, 2013]. Cependant, la « passerelle de Doha » ne comprend cependant aucun nouvel engagement de réduction majeur, bien que l'adoption formelle de la 2e période d'engagement au titre du Protocole de Kyoto pour 2013-2020 constitue un élément-clé de cette conférence.

Enfin en 2014, lors de la Conférence des Nations Unies sur le Climat à Lima du 1er au 12 décembre, la décision dite « appel de Lima » définit la feuille de route vers l'accord à conclure en 2015, en précisant notamment le contenu et la forme des contributions nationales (INDC) des Parties, qui devront aller au-delà des engagements déjà souscrits. Toutefois, cette conférence reporte à 2015 les décisions concrètes sur les questions clés [Tuddenham, 2015].

L’Accord de Paris, adopté le 12 décembre 2015, constitue le premier instrument juridique international liant pays industrialisés et pays en développement et visant la réduction progressive des émissions de gaz à effet de serre de l’ensemble des pays de la planète. La signature à l’accord est possible du 21 avril 2016 au 22 avril 2017. A ce jour (10 janvier 2017), il a été signé par 194 Parties et ratifié par 122 Parties. Il est entré en vigueur le 4 novembre 2016. [Tuddenham, 2016]

Parmi les avancées de l’accord, il faut noter le mécanisme de révision quinquennale à la hausse des NDC destiné à renforcer l’ambition de l’accord au fil du temps et la présence d’un système de transparence différencié pour suivre, évaluer et vérifier la performance des Parties (émissions de GES, politiques et mesures climat mises en œuvre, etc.

Parmi les faiblesses de l’accord, il n’y a aucune échéance fixée pour le pic des émissions et l’objectif d’atténuation de long terme est très vague et non assortie d’une échéance précise. En outre, faute de volonté politique et pour remporter l’adhésion la plus large possible, aucun régime de sanctions n’est prévu en cas de non-respect des engagements des Parties.

 

Est-on sur la voie de la réduction des émissions de GES pour limiter la hausse des températures à 2°C ?

Un ensemble de rapports publiés récemment démontre que les actions existantes seront loin de satisfaire l'ambition affichée et préconise des actions de réduction plus ambitieuses à mettre en œuvre rapidement :

    • selon le Programme des Nations Unies pour l'Environnement (PNUE), dans un rapport récent [PNUE, 2014], les projections d'émissions en 2020 calculées sur la base de la mise en œuvre des engagements de réduction souscrits par les Parties à ce jour vont dépasser de 8 à 10 Gt CO2e le niveau d'émissions mondiales de GES en 2020 compatible avec l'objectif de 2°C (soit 44 Gt CO2e),
    • dans ses « Perspectives énergétiques mondiales 2014 » [AIE, 2014], l'Agence Internationale de l'Energie (AIE) est formelle : « à l'horizon 2040, [...] l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone (CO2) liées à l'énergie, qui augmentent d'un cinquième, menant à une trajectoire de hausse de la température moyenne mondiale de 3,6 °C à long terme. »
    • dans une publication fin 2013, le Climate Action Tracker (CAT) [CAT, 2013], dispositif international visant à suivre et à évaluer les engagements de réduction souscrits, estime que ceux-ci nous mèneraient sur une trajectoire conduisant à une hausse des températures moyennes mondiales de 3,1°C d'ici 2100, mais souligne que la plupart des pays ne sont pas en voie de réaliser leurs engagements, et que la tendance actuelle mènerait donc plutôt à une hausse des températures de l'ordre de 3,7°C.
    • dans le chapitre changement climatique de son rapport « Perspectives de l'environnement à l'horizon 2050 (Environmental Outlook to 2050) », l'Organisation de Coopération et de Développement Economiques (OCDE) [OCDE, 2012] est également formelle : « d'après le scénario de référence des Perspectives de l'Environnement, si des mesures plus ambitieuses que celles appliquées aujourd'hui ne sont pas prises, les émissions de GES connaitront d'ici 2050 une nouvelle hausse de plus de 50%, imputable principalement à la hausse des émissions de CO2 liées à l'utilisation d'énergie qui, selon les projections, devrait atteindre 70%. Cette hausse résultera en grande partie de l'augmentation prévue de 80% de la demande d'énergie mondiale ». Une hausse moyenne de 3 à 6°C des températures moyennes mondiales pourrait donc s'ensuivre d'ici 2100.

 

Références utilisées