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C
Carbone

L’effet de serre est un phénomène indispensable à la vie sur Terre, toutefois l’augmentation de la teneur, dans l’atmosphère, des gaz à effet de serre, principalement de dioxyde de carbone, se traduit par une élévation moyenne des températures à la surface du globe avec des conséquences climatiques importantes.

Données

Principe

La moitié environ de l’énergie solaire reçue (340 W/m2) est absorbée par la terre. Le sol de la terre (chauffé par le soleil) réémet un rayonnement dans l’infrarouge (de 4 à 30 µm de longueur d’onde). Le CO2 (comme d’autres gaz : vapeur d’eau, CH4…) possède une bande d’absorption dans ce domaine de longueur d’onde (de 15 à 18 µm pour CO2). La présence de CO2 (et des autres gaz) permet le chauffage, par le sol, des basses couches de l’atmosphère (la troposphère : en dessous de 10 km en moyenne). La température moyenne au sol est de +15°C alors qu’elle ne serait que de -18°C, sans les gaz à effet de serre. L’effet de serre est donc un phénomène indispensable à la vie sur Terre, toutefois l’augmentation de la teneur, dans l’atmosphère, des gaz à effet de serre, se traduit par une élévation moyenne des températures à la surface du globe avec des conséquences climatiques importantes.

Émissions des gaz à effet de serre

Afin de prendre en compte l’effet sur le réchauffement climatique de l’ensemble des gaz à effet de serre, un indicateur, le potentiel de réchauffement global (PRG) est utilisé. Six gaz inclus dans le protocole de Kyoto sont pris en compte : CO2 (dioxyde de carbone), CH4 (méthane), N2O (protoxyde d’azote), HFC (hydrofluorocarbures), PFC (perfluorocarbures, par exemple CF4 et C2F6), SF6 (hexafluorure de soufre) et depuis 2013, NF3 (trifluorure d’azote). La vapeur d’eau, non prise en compte, a un effet 2 fois plus important que le dioxyde de carbone mais sa teneur dans l’atmosphère, comprise entre 0,4 et 4 %, dépend peu des activités humaines.

Cet indicateur est exprimé en équivalent CO2, le coefficient 1 étant attribué à celui-ci.

CO2 1 PFC 9 069 en moyenne en 2013
CH4 25 SF6 22 800
N2O 298 NF3 17 200
HFC 2 093 en moyenne en 2013

Source : Citepa

Contribution des différents gaz à effet de serre

En France, en 2018, en équivalent CO2, les émissions ont été de 433 millions de t, elles étaient de 553 millions de t, en 1991. Elles contribuent au potentiel de réchauffement global de la façon suivante :

CO2 74 % PFC 0,2 %
CH4 12 % SF6 0,1 %
N2O 9 % NF3 0,002 %
HFC 4 %

Source : Citepa, inventaire CCNUCC, périmètre Kyoto, hors UTCATF

  • Les émissions nettes de CO2 ont été, en 2018, de 317 millions de t (le maximum a été de 485 millions de t en 1973). Sa teneur dans l’atmosphère est, en 2017, de 405,5 ppmv (elle était de 280 ppmv en 1750). Il provient, en 2017, à 39 % du transport routier, 26 % des combustions dans le résidentiel, tertiaire et agriculture, 14 % des combustions dans les industries manufacturières et la construction, 13 % des combustions dans la transformation d’énergie, 2,8 % des procédés industriels et produits minéraux.
  • Les émissions nettes de CH4 ont été, en 2017, de 2,181 millions de t (le maximum a été de 2,856 millions de t en 1995) soit 57 millions de t en équivalent CO2. Sa teneur dans l’atmosphère est, en 2017, de 1,859 ppmv (elle était de 0,722 ppmv en 1750). Il provient, en 2016, à 62 % des fermentations entériques, 20 % du stockage des déchets non dangereux, 7,2 % de la gestion des déjections animales, 3,9 % du traitement des eaux usées, 2,5 % des combustions dans le résidentiel, tertiaire et l’agriculture.
    • Une vache laitière produit par an, 3 t d’équivalent CO2 du fait de la fermentation entérique.
    • Un porc produit par an 0,5 t d’équivalent CO2 du fait de ses déjections.
  • Les émissions nettes de N2O ont été de 137 000 t (le maximum a été de 238 000 t en 1997) soit 41 millions de t en équivalent CO2. Sa teneur dans l’atmosphère est, en 2017, de 0,3299 ppmv (elle était de 0,270 ppmv en 1750). Il provient, en 2016, à 80 % des émissions des sols agricoles, 6,4 % de la gestion des déjections animales, 2,9 % des transports, 3,7 % des combustions dans le résidentiel, tertiaire et l’agriculture, 2,2 % des procédés de l’industrie chimique.
  • Les émissions nettes de HFC ont été de 8 994 t soit 19 millions de t d’équivalent CO2 (en augmentation constante, le minimum avait été de 1,858 million de t d’équivalent CO2, en 1995) provenant à 42 % de la réfrigération et l’air conditionné, 12 % de l’agroalimentaire, 12 % des véhicules diesel, 11 % du résidentiel, 10 % de la chimie. Le HFC-134a remplace depuis 1993, les CFC interdits par le Protocole de Montréal. Ils remplacent depuis 2003 les HCFC interdits dans l’expansion des mousses de polystyrène extrudé et de polyuréthane.
  • Les émissions de PFC ont été de 59 t soit 540 000 t d’équivalent CO2 (le maximum a été de 5,202 millions de t éq CO2 en 1990), provenant à 99 % de l’industrie manufacturière dont 15 % pour les procédés de l’industrie de l’électronique, 16 % pour les procédés de l’industrie métallurgique (métallurgie de l’aluminium, fabrication de l’acide trifluoroacétique, fabrication de semi-conducteurs).
  • Les émissions de SF6 ont été de 23 t soit 518 000 t d’équivalent CO2 (le maximum a été de 2,752 millions de t éq CO2 en 1998), provenant à 100 % de l’industrie manufacturière dont 40 % pour la production d’électricité, 22 % les équipements électriques (disjoncteurs et interrupteurs pour haute tension), 7 % pour les procédés de l’industrie métallurgique (métallurgie du magnésium).
  • Les émissions de NF3 ont été de 0,6 t soit 11 000 t d’équivalent CO2 (le maximum a été de 46 000 t éq CO2 en 2008), provenant totalement de l’industrie manufacturière et plus précisément des procédés de l’industrie des semi-conducteurs.

Dans l’Union européenne, en 2016 les émissions, en équivalent CO2, hors UTCF, ont été de 4 300 millions de t dont :

en millions de t équivalent CO2
CO2 3 496 PFC 4
CH4 457 SF6 7
N2O 248 NF3 0,07
HFC 110

Source : Agence Européenne pour l’environnement

Par pays, en 2016, sur un total de 4 291 millions de t équivalent CO2 :

en millions de t équivalent CO2 et en t/habitant
en millions de t en t/habitant en millions de t en t/habitant
Allemagne 902 11,0 Espagne 325 7,0
Royaume Uni 486 7,4 Pays Bas 195 11,5
France 465 7,0 République tchèque 130 12,3
Italie 398 7,1 Belgique 118 10,4
Pologne 395 10,4 Roumanie 113 5,7

Source : FCCC, Nations Unies

Dans quelques autres pays :

  • Aux États-Unis, en 2016, les émissions ont été de 6 511 millions de t équivalent CO2 soit 20,1 t/habitant dont à 81 % par CO2, 10 % CH4, 6 % N2O, 3 % pour les gaz fluorés.
  • En Russie, en 2016, les émissions ont été de 2 644 millions de t équivalent CO2 soit 18,3 t/habitant.
  • Au Japon, en 2016, les émissions ont été de 1 305 millions de t équivalent CO2 soit 10,3 t/habitant.
  • Au Canada, en 2016, les émissions ont été de 704 millions de t équivalent CO2 soit 19,4 t/habitant.
  • En Australie, en 2016, les émissions ont été de 549 millions de t équivalent CO2 soit 22,7 t/habitant.

Dans le monde, en 2017, les émissions ont été de 49 200 millions de t équivalent CO2, les parts des différents pays sont les suivantes :

en %
Chine 26,8 % Japon 3,0 %
États-Unis 13,1 % Brésil 2,3%
Union européenne 9,0 % Indonésie 1,7 %
Inde 7,0 % Corée du Sud 1,6 %
Russie 4,6 % Canada 1,6 %

Source : « Emissions Gap Report 2018« , UNEP

Origine des gaz à effet de serre

L’agriculture et la sylviculture produisent particulièrement du N2O et du CH4, le transport routier surtout du CO2.

En France métropolitaine, sur un total de 451 millions de t d’équivalent CO2, en 2016.

Transport routier 28 % Agriculture, sylviculture 20 %
Industrie manufacturière 21 % Transformation de l’énergie 10 %
Résidentiel, tertiaire 20 % Autres transports 1 %

Source : Citepa

Dans l’Union européenne, sur un total de 4 291 millions de t d’équivalent CO2, en 2016.

Énergie 78,0 % Industrie 8,7 %
Agriculture 10,0 % Déchets 3,2 %

Source : Chiffres clés du climat, Datalab

Aux États-Unis, sur un total de 6 511 millions de t d’équivalent CO2, en 2016.

Production d’électricité 28 % Commercial et résidentiel 11 %
Transport 28 % Agriculture 9 %
Industrie 22 %

Source : EPA

Dans le monde, en 2010, sur un total de 49 milliards de t d’équivalent CO2.

Énergie : production et transformation 29 % Résidentiel et tertiaire 8 %
Industrie 18 % Énergie : torchage et émissions fugitives 6 %
Transports 13 % Déchets 4 %
Agriculture 11 % Feux de forêts 3 %
Sylviculture 8 %

Source : PNUE

Émissions de dioxyde de carbone

Données mondiales :

Le principal gaz à effet de serre est le CO2. Sa teneur dans l’atmosphère est, en 2017, de 405,5 ppm, en volume. Il est produit par les activités industrielles, les transports, le chauffage, ainsi que par les feux de forêt. Sa teneur dans l’atmosphère, avant la révolution industrielle, était, en 1750, de 280 ppmv.

Quelques exemples de production de CO2, en France, en 2013.

  • Production d’acier : 1,10 t de CO2/t d’acier.
  • Production de verre : 0,64 t de CO2/t de verre.
  • Production de ciment : 0,9 t de CO2/t de clinker.

Par sources d’énergie, dans le monde, les émissions de CO2 proviennent, en 2013, à 45 % du charbon, 34 % du pétrole, 20 % du gaz naturel.

Émissions de CO2, en 2017, en millions de t et en t par habitant, sur un total mondial de 37 077 millions de t et de 4,9 t/habitant et dans l’Union européenne, de 3 548 millions de t et 7,0 t/habitant :

Total t CO2/ha Total t CO2/ha
Chine 10 877 7,7 Indonésie 511 1,9
États-Unis 5 107 15,7 Mexique 507 3,9
Inde 2 455 1,8 Brésil 493 2,4
Russie 1 765 12,3 Afrique du Sud 468 8,2
Japon 1 321 10,4 Turquie 430 5,3
Allemagne 797 9,7 Australie 402 16,5
Corée du Sud 673 13,2 Royaume Uni 379 5,7
Iran 671 8,3 Italie 361 6,1
Arabie Saoudite 639 19,4 France 338 5,2
Canada 617 16,9 Pologne 319 8,4

Source : « Fosil CO2 emissions of all world countries« , 2018 report, European Commission

Par habitant, en 2017, les émissions les plus élevées sont à Curaçao : 46,8 tCO2/ha, au Qatar : 37,1 tCO2/ha, à Trinidad et Tobago : 27,6 tCO2/ha, au Bahreïn : 24,0 tCO2/ha, au Koweït : 23,5 tCO2/ha…

Émissions de CO2 dues à la production d’électricité, en 2013, : monde : 12 658 millions de t de CO2, Union européenne : 1 207 millions de t de CO2 .

en millions de t de CO2
Chine 3 786 Japon 584
États-Unis 2 128 Allemagne 332
Inde 945 Corée du Sud 300
Russie 680 Royaume Uni 163

Source : AIE

Cycle du CO2

Fixation du dioxyde de carbone

Une partie des émissions est absorbée par :

La végétation lors de la photosynthèse :

6 H2O + 6 CO2 = C6H12O6 + 6 O2

Pour fixer le CO2 émis, en France, par la combustion des combustibles fossiles, il faudrait reboiser 1/10 du territoire (1/4 du reboisement du pays pour les émissions des États-Unis).

Les océans, qui dissolvent de 30 à 50 % des émissions de dioxyde de carbone. La dissolution et l’émission du gaz par les océans dépendent de la température. Les régions intertropicales émettent du gaz, les régions froides dissolvent le gaz.

CO2 + 2 H2O = HCO3 + H3O+

Une partie des ions carbonates des océans précipite dans les sédiments sous forme de carbonate de calcium.

Stocks

En milliards de t de CO2.

  • Océans : 142 570 à 90 % sous forme d’ion hydrogénocarbonate (HCO3), 9 % sous forme d’ion carbonate et 1 % sous forme de dioxyde de carbone dissous.
  • Biosphère : 13 000 à 17 000.
  • Réserve d’énergie fossile : de 2 300 à 5 700.
  • Atmosphère : 3 040.

Échanges

Ils concernent :

  • Les océans qui échangent, de façon équilibrée, avec l’atmosphère 100 milliards de t/an, la biomasse, 60 milliards de t/an.
  • Entre 2000 et 2009, les activités humaines ont libéré 340 milliards de t d’équivalent CO2. L’atmosphère a absorbé 160 milliards de t, les océans 90 milliards de t. Les forêts séquestrent 9,2 milliards de t/an.

Conséquences climatiques

La conséquence de l’augmentation de la teneur de l’atmosphère en gaz à effet de serre est l’échauffement global de la terre. Le taux de gaz carbonique est passé de 280 ppm en 1750 à 405,5 ppm en 2017. D’après le groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat (GIEC), ce taux pourrait atteindre une valeur comprise entre 540 et 970 ppm en 2100 avec, comme conséquence, une hausse moyenne des températures de 3°C.
Au XXème siècle, en France, l’augmentation des températures a été de 0,7°C dans le nord-est et 1,1°C dans le sud-ouest.

Cette hausse de la température aura de nombreuses conséquences :

  • Fonte des glaciers et dilatation de l’eau de mer qui entraîneront une hausse du niveau des mers. Entre 1901 et 2010, le niveau moyen des mers s’est élevé, en moyenne, de 1,7 ± 0,3 mm/an et entre 1993 et 2010, cette hausse a été de 3,2 ± 0,4 mm/an.
  • Baisse du niveau des fleuves.
  • Acidification des océans.
  • Épidémies liées aux grandes chaleurs.
  • Famines liées à la disparition de terres arables qui pourraient créer de gigantesques déplacements de « réfugiés du climat ».

Directives et initiatives mondiales

Le protocole de Kyoto

La conférence de Kyoto sur le réchauffement de la Terre a eu lieu à la fin de l’année 1997. En 2001, 180 pays se sont mis d’accord sur l’application du protocole de Kyoto limitant les émissions de gaz à effet de serre. Ce traité fixe une injonction : « les pays industrialisés doivent diminuer leurs émission de gaz à effet de serre d’au moins 5 % par rapport au niveau de 1990 au cours de la période d’engagement allant de 2008 à 2012 ».

Parmi les pays ayant refusé de signer ce protocole on trouve les États-Unis, l’Australie, ainsi que l’Égypte et l’Indonésie. Ce protocole est entré en vigueur au début de l’année 2005, il fixe comme priorité les économies d’énergie.

A Durban, en 2012, le protocole de Kyoto a été prolongé jusqu’en 2020.

Les bourses d’échange.

Pour atteindre les objectifs de réduction d’émission de CO2, les pays signataires du protocole de Kyoto ont mis en place une « bourse d’échange » du CO2.
Kyoto et la commission de Bruxelles ont fixé un prix à la tonne de CO2, ou plus exactement aux tonnes d’émission de CO2 évitées. Il est donc désormais possible de vendre les tonnes de CO2 non émises par une entreprise à une autre entreprise.

Bibliographie

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