Modification de l'équilibre radiatif de la terre par géoingénierie pour atténuer le changement de climat dû au quadruplement de CO2 (2001)

Source: Lawrence Livermore National Laboratory (pdf, en anglais)

Page 1
Il a été suggéré que le changement de climat induit par le CO2 anthropique pourrait être contrebalancé par des projets de géoingénierie conçus pour diminuer la radiation solaire incidente à la surface de la terre. Bien que les modèles spatiaux et temporels du forçage radiatif par les gaz à effet de serre diffèrent de ceux de la lumière solaire, il a été montré dans une étude récente que ces projets pourraient largement atténuer le changement de climat saisonnier ou régional pour un doublement de la quantité de CO2. Nous examinons ici la capacité de la luminosité solaire réduite d'annuler les effets du quadruplement de CO2. En accord avec nos études précédentes, les projets de géoingénierie pourraient sensiblement diminuer le changement de climat saisonnier et régional. Cependant, il y a certains changements de climat résiduels: pour la géoingénierie dans le cas d'un quadruplement du CO2, une diminution significative de la température de surface et du flux maritime se produit dans les tropiques; le réchauffement aux hautes latitudes n'est pas complètement compensé; l'effet de refroidissement des gaz à effet de serre dans la stratosphère persiste et la banquise n'est pas complètement rétablie. Cependant, ces changements de climat résiduels sont beaucoup plus faibles que ceux occasionnés par un quadruplement de CO2 sans réduction du rayonnement solaire. Il faut faire preuve de prudence dans l'interprétation parce que ces résultats viennent d'un seul modèle avec de nombreuses hypothèses simplificatrices. Il y a aussi de nombreuses raisons techniques, environnementales et politiques pour ne pas implémenter les projets de géoingénierie.

Plusieurs projets ont été proposés pour contrecarrer l'influence du réchauffement dû à l'augmentation du CO2 atmosphérique au moyen de manipulations intentionnelles de l'équilibre radiatif de la terre (Budyko, 1977; Early, 1989; Seifritz, 1989; Académie Nationale des Sciences, 1992; Watson et autres, 1995; Flannery et autres, 1997; Teller et autres, 1997). Ces projets de géoingénierie impliquent typiquement le placement de réflecteurs ou éparpilleurs dans la stratosphère ou en orbite entre la terre et le soleil au point de Lagrange L1, diminuant la quantité de lumière solaire incidente sur la terre.

Page 2
Dans une étude récente (Govindasamy et Caldeira, 2000), il a été montré que les projets de géoingénierie qui réduisent la radiation solaire incidente uniformément d'environ 1.8% pourraient largement réduire le changement de climat moyen global et annuel pour un doublement de CO2 par rapport aux niveaux pré-industriels. Ils ont de plus montré qu'une telle réduction de la luminosité solaire compenserait également largement le changement de climat régional et saisonnier.

Page 3
Il n'est pas sur que la réduction de la luminosité solaire puisse efficacement annuler les effets d'une plus grande augmentation de la quantité de CO2 atmosphérique.

En pratique, cette réduction de la radiation solaire incidente sur la terre pourrait être apportée par le placement de dispositifs réfléchissants ou éparpillants entre la terre et le soleil (Early, 1989; Seifritz, 1989; Flannery et autres, 1997; Teller et autres, 1997).

Page 4
La comparaison des résultats pour la température de surface moyenne indique que la géoingénierie peut largement compenser l'impact d'une augmentation de la concentration de CO2.

Page 6
La comparaison des résultats pour la température de surface en fonction de la latitude et de la saison indique que la réduction de la luminosité solaire peut largement compenser l'impact d'une augmentation de la concentration de CO2.

Page 7
L'approche géoingénierie impliquant le placement d'aérosols dans la stratosphère (Flannery et autres 1997; Teller et autres, 1997) pourrait avoir des effets négatifs additionnels sur la chimie stratosphérique (Kinnison et autres, 1994).

Page 8
Il a été suggéré qu'un arrêt de la circulation thermohaline de l'atlantique nord pourrait être une conséquence de l'augmentation de la température de surface et du flux maritime dans les hautes latitudes induite par le CO2 (Manabe et Stouffer, 1993, 1994; Rahmstorf, 1996, 2000). Nos résultats suggèrent que la diminution de la radiation solaire incidente sur la terre grâce à la géoingénierie pourrait diminuer les impacts de l'augmentation de CO2 dans ces deux cas, rendant l'arrêt de la circulation thermohaline de l'océan moins probable. De plus, la fonte du Groenland et de la calotte glaciaire antarctique et la montée du niveau de la mer qui en résulteraient sont moins probables de se produire dans un monde avec géoingénierie.

Cependant la réduction simulée des précipitations dans les tropiques dans notre simulation de géoingénierie pourrait avoir des conséquences pour l'agriculture dans cette région. Les implications économiques et environnementales de ce changement doivent être abordées.

Page 10
Nos résultats suggèrent que la géoingénierie peut être une stratégie prometteuse pour contrebalancer le changement de climat, car il ne serait peut être pas nécessaire de répliquer exactement les modèles de forçage radiatif dû aux gaz à effet de serre pour largement supprimer leurs effets. Cependant, de subtils changements dans la distribution de la lumière solaire associés avec les cycles de Milankovitch (Imbrie et autres, 1984) peuvent avoir produit de grands changements de climat sur des périodes supérieures à 10000 ans, après que la circulation océanique et la calotte glaciaire se soient ajustées au nouveau climat légèrement modifié. Donc, même si les projets de géoingénierie pouvaient largement compenser le changement de climat induit par le doublement ou quadruplement de CO2 à court terme, il n'y a aucune garantie que le climat à long terme resterait relativement non affecté. Par exemple l'assimilation de CO2 par la biosphère augmentera pour des niveaux élevés de CO2 atmosphérique, que nous implémentions des projets de géoingénierie ou non.

Page 11
Les projets de géoingénierie imposent une variété de défis technologiques, environnementaux et économiques (Early, 1989; Seifritz, 1989; Académie Nationale des Sciences, 1992; Watson et autres, 1995; Flannery et autres, 1997; Teller et autres, 1997). Par exemple dans le cas du placement de réflecteurs dans l'espace; puisqu'un quadruplement du CO2 nécessite l'interception d'environ 3.6% de la lumière solaire incidente sur la terre, une surface d'interception d'environ 4.6 x 10 puissance 6 Km2 ou 1200 Km de rayon doit être construite. Pour contrebalancer un réchauffement temporaire, la lumière solaire doit diminuer dans le temps comme le taux de CO2 augmente. Si le CO2 augmente au rythme actuel d'environ 0.4% par an (Houghton et autres, 1995), pour contrebalancer ce réchauffement nous devrions construire environ 1.2 x 10 puissance 4 Km2 (62 Km de rayon) de surface interceptrice chaque année. D'autres options impliquent également de grandes difficultés. Placer de petites particules ou des aérosols dans la stratosphère pourrait résulter en une diminution de la radiation non uniforme. Des miroirs dans l'orbite basse de la terre amèneraient une oscillation de la lumière solaire environ 4% du temps, et impliqueraient des problèmes de positionnement pour que les miroirs n'entrent pas en collision. Des réflecteurs ou des éparpilleurs au point de Lagrange entre le soleil et la terre impliquent de grandes dépenses.

L'échec d'un système de géoingénierie pourrait conduire à un réchauffement extrêmement rapide de la terre. Les préoccupations éthiques et politiques diffèrent si la modification du climat à grande échelle est intentionnelle (c.à d. avec la géoingénierie) ou si elle est simplement une conséquence prévisible de nos actions (c.à d. dûe à l'utilisation de combustibles fossiles). Beaucoup de projets de géoingénierie sont des solutions coopératives qui nécessitent une gestion mondiale continue pendant plusieurs siècles. Étant donné l'histoire de la non-coopération à l'échelle globale rien qu'au 20° siècle, il y a une très grande probabilité de non-faisabilité de la géoingénierie et de solutions coopératives (Schneider, 2001). Étant donné ces difficultés, l'option la plus prudente et la moins risquée de diminuer le réchauffement global pourrait bien être la réduction des émissions de gaz à effet de serre (Hoffert et autres, 1998). Néanmoins, il est utile d'étudier les projets de géoingénierie qui pourraient fournir des options dans le cas où les émissions de gaz à effet de serre induisent une réponse du climat réellement catastrophique.

Remerciements
Ce travail a été accompli sous les auspices du département US de l'énergie par le Lawrence Livermore National Laboratory sous le contrat No. W-7405-Eng-48.