Les implications politiques du réchauffement dû aux gaz à effet de serre: réduction, adaptation et base scientifique

Version courte, version longue ici

Source: The National Academies Press
http://books.nap.edu/books/0309043867/html/index.html

Commission sur les implications politiques du réchauffement dû aux gaz à effet de serre
Comité de la Science, Géoingénierie et Politique générale
Académie Nationale des Sciences
Académie Nationale d'Ingénierie
Institut de Médecine

Académie Nationale de la Presse
Washington, D.C. 1992

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Cette étude a été conduite sous les auspices du Comité de la Science, Géoingénierie et Politique générale, une unité du conseil de l'Académie Nationale des Sciences, de l'Académie Nationale d'Ingénierie et de l'Institut de Médecine. Cette étude a impliqué presque 50 experts, incluant des scientifiques aussi bien que des individus ayant de l'expérience gouvernementale, l'industrie privée et des organismes d'intérêt public.

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Liste des experts ayant participé au rapport

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Les options de géoingénierie dans cette analyse préalable comprennent plusieurs moyens de réduire les augmentations de température par le masquage de la lumière solaire (par exemple des miroirs dans l'espace, de la poudre dans la stratosphère, de multiples ballons, de la suie dans la stratosphère et la stimulation du noyau de condensation des nuages) aussi bien que la stimulation de l'assimilation de CO2 par les océans.

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Masquage de la lumière solaire
-Miroirs dans l'espace
Placer 50000 miroirs de 100 Km2 dans l'orbite de la terre pour réfléchir la lumière solaire.
-Poudre dans la stratosphère
Utiliser des canons ou des ballons pour maintenir un nuage de poudre dans la stratosphère pour augmenter la réflexion de la lumière solaire.
-Bulles dans la stratosphère
Placer des milliards de ballons aluminés remplis d'hydrogène dans la stratosphère pour fournir un écran réfléchissant.
-Poudre dans les couches basses de la stratosphère
Utiliser des avions pour maintenir un nuage de poudre dans les couches basses de la stratosphère pour réfléchir la lumière solaire.
-Suie dans les couches basses de la stratosphère
Diminuer l'efficacité de la combustion des moteurs d'avions volant dans les couches basses de la stratosphère pour maintenir un nuage mince de suie pour intercepter la lumière solaire.
-Stimulation des nuages
Brûler du soufre dans des bateaux ou des usines de production d'électricité pour former un aérosol de sulfate pour stimuler des nuages bas océaniques supplémentaires pour réfléchir la lumière solaire.
-Stimulation de la biomasse océanique
Placer du fer dans les océans pour stimuler la génération de phytoplancton absorbeur de CO2.
-Suppression du CFC dans l'atmosphère
Utiliser des lasers pour désintégrer le CFC dans l'atmosphère.

Les options de géoingénierie semblent techniquement faisables en terme d'effets de refroidissement et de coûts sur la base des informations préalables disponibles. Mais des études supplémentaires considérables seront nécessaires pour évaluer leurs effets collatéraux, y compris les réactions chimiques que les particules introduites dans l'atmosphère pourraient causer ou altérer.

Les options de géoingénierie ont le potentiel d'affecter le réchauffement dû au gaz à effet de serre sur une échelle substantielle. Cependant, précisément parce qu'elles pourraient le faire, et parce que le système climatique et sa chimie sont mal compris, ces options doivent être

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considérées extrêmement prudemment.

Certaines de ces options sont relativement peu coûteuses à mettre en oeuvre, mais toutes comportent une large part d'inconnu en ce qui concerne les effets collatéraux sur l'environnement. Elles ne devraient pas être implémentées sans une appréciation minutieuse de leurs conséquences directes ou indirectes.

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Parce que ces options ont le potentiel d'affecter le renforcement du rayonnement de la planète, parce que certaines d'entre elles causent ou altèrent variété de réactions chimiques dans l'atmosphère, et parce que le système climatique est mal compris, de telles options doivent être considérées extrêmement prudemment.

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L'incertitude ne peut être ignorée en répondant au réchauffement dû aux gaz à effet de serre. Les erreurs d'en faire trop peuvent avoir autant de conséquences que les erreurs d'en faire trop peu; L'erreur d'essayer de résoudre le mauvais problème est aussi probable que l'erreur de ne pas agir.

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Les mesures actives de neutralisation doivent être évaluées mais ne devraient pas être implémentées sans une compréhension globale des effets directs et des effets collatéraux potentiels, des problèmes éthiques et des risques. Certaines ont le mérite de se situer dans la gamme d'expériences actuelles à court terme, et d'autres pourraient être arrêtées si des effets non voulus se produisent.

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Le climat global et les systèmes géophysiques, géochimiques et biologiques examinés sont tous des systèmes fortement non linéaires impliquant l'interaction de beaucoup de systèmes annexes complexes. De tels systèmes sont susceptibles de manifester diverses formes d'instabilité, y compris du chaos dynamique, ainsi que divers effets latéraux inattendus. Ces possibilités doivent être sérieusement considérées avant le déploiement d'un système de réduction, et les risques impliqués évalués par rapport à d'autres alternatives.

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Nos modèles actuels et notre compréhension des systèmes géophysiques ne nous permettent pas de prédire de tels effets. Notre compréhension et modèlisations n'ont même pas permis jusqu'à maintenant de dresser la carte des états possibles du système.

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Augmentation de l'absorption du dioxyde de carbone par les océans
La fertilisation par le fer, ainsi que l'utilisation potentielle de macro-algues pour assimiler de grandes quantités de CO2 ont été examinées dans un récent atelier du Conseil National de la Recherche sur la productivité marine des algues et l'assimilation du dioxyde de carbone (31 octobre 1990).

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On peut s'attendre à ce que les organismes naturels dont la croissance serait stimulée par l'apport de fer produisent du sulfide de diméthyl, qui formerait des noyaux de condensation de nuage. Aux endroits et au moment où il y a peu de nuages, la surface fertilisée pourrait devenir plus nuageuse, ce qui aurait un effet supplémentaire pour le refroidissement.

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Masquer une certaine quantité de lumière solaire
Placer un écran dans l'atmosphère ou sur l'orbite basse de la terre pourrait prendre différentes formes: ceci pourrait impliquer changer la quantité ou la nature de la couverture nuageuse, il pourrait prendre la forme d'une couverture ininterrompue ou il pourrait être divisé entre de nombreux "miroirs" ou un nuage de poudre.

Pour compenser entièrement le réchauffement dû aux gaz à effet de serre par le doublement de la concentration de CO2 dans l'atmosphère, le parasol doit couvrir 1% de la surface.

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Une alternative à la poudre est l'aérosol d'acide sulfurique, l'autre composant naturel principal de la brume stratosphérique. La poudre semble être un meilleur choix parce qu'elle est similaire à la poussière du sol naturel et ainsi ne devrait pas avoir d'effet visible au niveau du sol comme elle tombe progressivement à travers la troposphère et est entraînée par la pluie. Cependant Budyko (1982) suggère l'utilisation d'aérosols d'acide sulfurique créés par le brûlage de soufre, résultant en dioxyde de soufre (SO2) qui absorbera automatiquement l'eau de l'atmosphère entraînant des gouttelettes de solution d'acide sulfurique.

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Il apparaît que la destruction de l'ozone stratosphérique due à des réactions chimiques à la surface de la poudre ou des aérosols ajoutés dans la stratosphère est un effet indésirable possible qui doit être considéré et compris avant que l'utilisation de cette option possible de réduction soit envisagée.

Notez que l'on peut s'attendre à ce que la poudre produise des effets optiques visibles, tels que des couchers de soleil spectaculaires, comme dans le cas de la poussière volcanique.

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Une alternative possible est simplement de louer des avions commerciaux pour transporter la poudre à leur altitude de vol maximale, où ils la distribuerait.

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Écran de ballons multiples
Un écran peut être créé en mettant un grand nombre de ballons aluminés remplis d'hydrogène à une altitude suffisante pour qu'ils n'interfèrent pas avec le trafic aérien. Ils fourniraient un écran réfléchissant.

Le système de parasol exigeant des milliards de ballon de diamètre compris entre 1 et 6 mètres semblerait coûter environ 20 fois plus que répandre de la poudre dans la stratosphère.

Changer l'abondance des nuages

Albrecht (1989) suggère que la réflectivité moyenne des nuages bas pourrait être amplifiée si l'abondance de noyaux de condensation de nuages était augmentée par des émissions de SO2.

Il

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est proposé que ces émissions aient lieu au-dessus des océans.

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La stimulation de la biomasse par le fer peut être faisable et serait une option relativement peu coûteuse.

La stimulation des nuages par l'apport de noyau de condensation apparaît être une option faisable et peu coûteuse.

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Peut être qu'une des surprises de cette analyse est le coût relativement faible pour lequel certaines des options de géoingénierie pourraient être implémentées.

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Augmenter la croissance du phytoplancton par l'addition de fer dans les océans pourrait être une option de réduction faisable, mais l'impact du remaniement de l'équilibre du fer, du carbone, de l'oxygène et autres nutriments dans l'océan est inconnu pour l'instant. Ces options doivent être davantage étudiées et bien comprises avant que leur implémentation ne soit considérée sérieusement.

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On ne peut considérer l'utilisation de ces options avant que les effets possibles de la suie, de la poudre ou des aérosols sur la destruction de l'ozone stratosphérique soient compris.

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Le niveau auquel la science est actuellement capable d'évaluer la rentabilité du remaniement de l'équilibre des radiations globales moyennes laisse une grande part d'incertitude en ce qui concerne à la fois la faisabilité technique et les conséquences environnementales.

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Les erreurs sont inévitables. Les erreurs graves seront coûteuses et douloureuses.

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Éviter tous les réchauffements futurs serait soit très coûteux (si nous réduisons significativement la concentration atmosphérique des gaz à effet de serre) ou potentiellement très risqué (si nous utilisons la géoingénierie climatique).

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Quelles sont les exemples d'options ayant un large potentiel de réduire ou de compenser les émissions?
Les options appelées géoingénierie ont le potentiel d'affecter de façon substantielle la concentration atmosphérique des gaz à effet de serre. Elles ont la capacité de faire écran à la lumière solaire, de stimuler l'assimilation du CO2 par les plantes et les animaux dans les océans ou de supprimer le CO2 de l'atmosphère. Bien qu'elles apparaissent faisables elles requièrent des études additionnelles à cause de leur impact environnemental potentiel.

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Est ce que les options de géoingénierie ont vraiment du potentiel?
Les estimations préliminaires de ces options suggèrent qu'elles ont un large potentiel d'atténuer le réchauffement dû aux gaz à effet de serre et qu'elles sont relativement peu coûteuses en comparaison d'autres options d'atténuation. Cependant leur faisabilité et spécialement les effets collatéraux associés doivent être soigneusement examinés. Parce que les options de géoingénierie ont le potentiel d'affecter le réchauffement dû aux gaz à effet de serre à une échelle substantielle, parce qu'il y a des preuves indiscutables que certaines causent ou altèrent une variété de réactions chimiques dans l'atmosphère, et parce que le système climatologique est mal compris, de telles options doivent être considérées extrêmement prudemment. Si le réchauffement se produit et que le système climatologique se révèle fortement sensible au rayonnement forcé, elles pourraient être nécessaires.

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L'hypothèse que l'augmentation des gaz à effet de serre dans le passé n'est pas encore totalement observable dans le réchauffement global est aussi pertinente. Ceci suggère que la stabilisation du stock de gaz à effet de serre apporterait encore un changement de climat global dans le système; une réduction du stock serait requise pour stabiliser le climat.

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Options de géoingénierie
Cette annexe est divisés en 4 sections: (1) système maritime de canons, (2) systèmes de ballons, (3) système de ballons multiples, (4) changement de l'abondance des nuages.

Système maritime de canons

Le nombre de tirs nécessaires pendant 40 ans est de 10 puissance 7 tirs (10 millions de tirs).
Si un seul canon peut tirer 5 coups par heure (les canons maritimes peuvent tirer plus rapidement, mais des intervalles entre les tirs peuvent augment la durée de vie du fût) et opérer 250 jours par an, alors un canon peut tirer 5 coups/heure x 24 heures/jour x 250 jours/an = 3 x 10 puissance 4 tirs/an par canon (30000 tirs/an par canon).

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Donc 350 canons opérant simultanément.

Si les canons sont organisés par base de 10, sur terre ou sur mer, et que 1 milliard de $ est alloué pour le coût d'1 base, on peut s'attendre à payer 40 bases de 10 canons pour opérer 350 canons simultanément, donc le coût de 40 bases x 1 milliard de $ = 40 milliards de $.

Allouons 10 personnes/canon x 400 canons x 3 équipes x 100000 $/personne/an x 40 ans = 48 milliards de $, qui peuvent être doublés pour inclure le personnel indirect, les frais généraux, etc, ce qui donne environ 100 milliards de $ pour les opérateurs. Donc, 24000 personnes devraient être impliquées à tout moment.

Pour résumer,
Munitions 4 x 10 puissance 12 $ (4000 milliards de $)
Fûts 3 x 10 puissance 11 $ (300 milliards de $)
Bases 2 x 10 puissance 11 $ (200 milliards de $)
Personnel 1 x 10 puissance 11 $ (100 milliards de $)
Total 4.6 x 10 puissance 12$ (4600 milliards de$) pour 40 ans
ce qui donne un coût annuel non escompté d'environ 100 milliards de $

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-Système de ballons

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Si il y a 100 équipes (chacune responsable de 2 lancements par jour, 250 jours par an) et que chaque équipe est constituée de 100 personnes, 10 puissance 4 personnes x 10 puissance 5 $/personne/an x 40 ans = 4 x 10 puissance 10 $ (40 milliards de $), ou environ 10 puissance 11 $ (100 milliards de $) avec une marge de 150%.

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-Changer l'abondance des nuages

Dès le départ on ne peut assez insister sur le fait qu'il y a d'énormes incertitudes associées avec ces exercices intellectuels. Un exemple typique est que des preuves indirectes nous apprennent que nous avons une compréhension très limitée du rôle de l'abondance des nuages parce qu'un réchauffement a accompagné l'accroissement mesuré de la couverture nuageuse pendant le siècle dernier. Par conséquent une meilleure compréhension du système est nécessaire avant que des opérations à grande échelle puissent être raisonnablement proposées.

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Supposons une flotte de bateaux, chacun transportant du soufre et un incinérateur approprié. Les bateaux sont dédiés au parcours des océans pacifique et atlantiques subtropicaux, loin des terres, pendant qu ils brûlent du soufre. Ils sont dirigés sur des trajectoires couvertes de nuages par un centre de contrôle qui utilise des données satellitaires pour planifier la campagne.

D'après ce qui est décrit ci-dessus, 16 x 10 puissance 3 t/jour (16000 tonnes/jour), ou 6 Mt/an (6 millions de tonnes par an) de soufre doivent être brûlés. Si 10 puissance 2 tonnes (100 tonnes) par bateau par jour sont allouées et qu'un bateau sort 300 jours par an, environ 200 bateaux de 10000 tonnes de capacité sont nécessaires (un arrêt pour ré-approvisionnement tous les 150 jours).

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Le SO2 pourrait aussi être émis par les centrales électriques. Ces centrales pourraient être construites dans l'océan pacifique près de l'équateur (espérons le sur de petites îles désertes) et serviraient pour fournir de l'électricité aux régions à proximité (par exemple l'Amérique du sud). La transmission ou l'utilisation de cette électricité sous la forme de matériaux raffinés pourraient être considérées, ou peut être l'utilisation de systèmes de transmission à supraconducteurs. On estime que 8 grandes centrales utilisant du charbon broyé seraient nécessaires.

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Entre 1900 et 1980 la couverture nuageuse moyenne au-dessus des États-Unis a augmenté d'à peu près 10%, ce qui devrait être plus que suffisant pour compenser l'équivalent d'un doublement du CO2. Parce que le CO2 a augmenté de seulement 12% durant la même période, l'effet résultant devrait être un refroidissement. Cependant, les analyses des températures dans l'hémisphère nord pendant la même période indiquent systématiquement que la température moyenne a augmenté globalement de 0.5°C et 0.7°C, mais aucune tendance n'est évidente pour les États-Unis. Ceci suggère soit que les effets des nuages ne sont pas compris ou que d'autres facteurs, tels que la très mauvaise fiabilité des données de couverture nuageuse et les effets de l'altitude des nuages doivent être examinés.