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Quelles émissions de gaz à effet de serre faut-il réduire ?

Pour le moment, les actions de réductions des émissions de gaz à effet de serre font l’objet d’une comptabilité unique en « équivalent dioxyde de carbone ». Mais cette approche conduit à sous-estimer l’impact à court et moyen terme des réductions d’émissions de méthane, alors même que ces émissions, qui semblaient se stabiliser au début des années 90, sont reparties à la hausse. Il est donc vital, pour éviter que le réchauffement ne s’emballe dans les prochaines décennies, d’accorder une attention spécifique aux émissions de méthane, et ce dans le cadre de programmes spécifiques, orchestrant un ensemble d’actions ciblées, pérennes et progressives.


Page publiée en ligne le 30 mars 2013
Dernière mise à jour : 29 juin 2013 à 14h01

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Climat : le méthane sous-estimé ? (introduction vidéo)
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QUELLES ÉMISSIONS DE GAZ À EFFET DE SERRE FAUT-IL RÉDUIRE ?

L’essentiel

Les réductions d’émissions par l’homme de gaz à effet de serre font l’objet d’une comptabilité unique en « équivalent dioxyde de carbone ».
Ce système conduit à sous-estimer l’impact à court et moyen terme des réductions d’émissions de méthane.
Pour éviter que le réchauffement ne s’emballe dans les prochaines décennies, il faut porter une attention spécifique aux émissions de méthane.

La Recherche


Quelles émissions de gaz à effet de serre faut-il réduire ?

Benjamin Dessus, Bernard Laponche et Hervé Le Treut, La Recherche, n°472, février 2013, pp. 46-50

Le dioxyde de carbone est à long terme le gaz le plus important pour le réchauffement climatique. Mais, dans l’immédiat, agir sur les émissions de méthane est tout aussi nécessaire.

En dépit de la crise économique mondiale, les émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère par les activités humaines ne cessent d’augmenter. Tous les experts s’accordent à considérer que l’accumulation de dioxyde de carbone est la principale cause de réchauffement du climat de la planète. L’effort de réduction de ses émissions est primordial, mais ce n’est pas le seul gaz en cause.

En 2008, déjà, nous insistions sur la nécessité de réduire à court terme les émissions de méthane (1). Ce gaz à effet de serre est en effet en deuxième position pour l’importance de ses impacts parmi ceux émis par l’homme. Ce sujet reste d’actualité, car les émissions de méthane, qui semblaient se stabiliser au début des années 2000, sont reparties à la hausse.


Émissions artificielles et naturelles. En outre, la généralisation de l’exploitation des gaz non conventionnels (*) est potentiellement porteuse d’une importante augmentation supplémentaire des émissions de méthane. On peut d’autant plus le redouter que de récentes études, comme celle menée au Colorado par Gabrielle Petron, de l’Administration américaine pour l’océan et l’atmosphère, et ses collègues, semblent montrer que l’exploitation des gaz de schiste entraîne des fuites unitaires de méthane plus importantes que celle du gaz naturel conventionnel (2). Par ailleurs, d’autres travaux comme ceux d’Edward Schuur, de l’université de Floride, et Benjamin Abbott, de l’université d’Alaska, indiquent qu’il faut prendre au sérieux l’hypothèse d’un dégagement non négligeable de méthane par les océans et le permafrost (*) au fur et à mesure que ceux-ci se réchauffent (3).

Depuis la négociation qui a abouti au protocole de Kyoto, en 1997, le choix a été fait, au niveau international, d’intégrer les mesures concernant ces différents gaz dans une « comptabilité carbone » unique. Par souci de simplicité, toutes les émissions de gaz à effet de serre sont ramenées à des « équivalents carbone », exprimés en quantité de dioxyde de carbone. Ce choix présente l’inconvénient de mettre en scène une compétition entre les actions de réduction de dioxyde de carbone et de méthane. Ces arguments militent pour une approche attentive de l’action consacrée à ce dernier.

Comment déterminer en effet les mesures les plus efficaces de réduction des émissions de gaz à effet de serre ? Les gaz concernés diffèrent par leur durée de résidence dans l’atmosphère : de l’ordre du siècle pour le dioxyde de carbone et l’oxyde nitreux, plus pour certains fréons (*) ; une décennie pour le méthane ; quelques semaines pour les polluants ayant une chimie très active. En outre, leur capacité à absorber, sous forme de chaleur, l’énergie apportée par le rayonnement solaire, leur « forçage radiatif » (*), varie beaucoup.

21 tonnes. Pour faciliter les comparaisons, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) a défini le « pouvoir de réchauffement global ». Il représente l’impact sur le climat, à un horizon défini, de l’émission d’une certaine masse d’un gaz donné par comparaison à l’émission simultanée d’une même masse de dioxyde de carbone. Ainsi, le forçage radiatif du méthane est environ cent fois celui du dioxyde de carbone, mais ce gaz disparaît plus rapidement de l’atmosphère. La valeur du pouvoir de réchauffement global du méthane retenue dans le protocole de Kyoto, calculée pour un effet à cent ans, est 21. L’émission ponctuelle d’une tonne de méthane est donc comptabilisée dans toutes les actions comme équivalente à celle de 21 tonnes de dioxyde de carbone.

La définition du pouvoir de réchauffement global est donc un choix, et un débat scientifique a été ouvert sur la pertinence et les limites de ce choix. La durée choisie pour évaluer l’impact des mesures prises renvoie à une évaluation des risques climatiques. On considère le plus souvent que les risques les plus importants sont ceux qui affectent les composantes lentes du système climatique, dont l’évolution est irréversible. Cela conduit à donner plus de poids aux actions qui auront un impact fort en fin de siècle.

La durée de cent ans choisie au niveau international fait légitimement référence à des menaces majeures qui s’exprimeront fortement à cet horizon : fonte des glaciers, relèvement du niveau de la mer, modification du couvert végétal. Dans ce cadre, une émission ponctuelle de méthane, à fort effet de serre mais peu durable dans l’atmosphère, n’a pas une grande importance. En revanche, s’il s’agit d’éviter un réchauffement à relativement court terme, son pouvoir de réchauffement global augmente significativement, et il devient indispensable de s’en préoccuper.

Réchauffement transitoire risqué. De fait, on connaît mal le risque qu’il y aurait à dépasser bien avant la fin du siècle, même transitoirement, le seuil de réchauffement de 2°C, choisi comme référence en 2009 lors de la conférence de Copenhague sur le climat. Comment réagirait par exemple la végétation, qui peut être fortement affectée par quelques épisodes de chaleur seulement ? L’accélération des émissions donne de ce point de vue une importance nécessairement plus grande aux prochaines décennies.

Le potentiel de réchauffement global (et la définition de l’équivalent carbone qui en découle) ne constitue donc qu’un indice, sans valeur universelle. Selon les paramètres climatiques considérés, il peut en effet apparaître comme trop élevé ou trop faible pour rendre compte des effets du méthane. Ainsi, la température moyenne de la surface de la planète à un instant donné dépend pour l’essentiel (mais pas seulement, en particulier du fait de l’inertie thermique des océans) de la concentration atmosphérique instantanée de l’ensemble des gaz à effet de serre, dont le méthane (4). Comme la concentration engendrée par une émission ponctuelle de méthane décroît rapidement avec le temps, l’intégration dans le temps comprise dans le pouvoir de réchauffement global donne une représentation amplifiée de l’impact de ce gaz.

En d’autres termes, la température dans cent ans dépendra peu du méthane émis aujourd’hui. C’est la raison pour laquelle Keith Shine, de l’université de Reading, au Royaume-Uni, et ses collègues ont proposé le recours à un nouvel indicateur, mieux adapté à cette évaluation : le potentiel de température globale (5).

Au contraire, d’autres paramètres, qui conditionnent l’irréversibilité des changements climatiques, par exemple la température des couches intermédiaires ou profondes des océans, qui détermine leur dilatation, ou la fonte des grands glaciers, dépendent davantage de l’intégration du forçage radiatif sur cette même période. Dans ce cas, l’impact des émissions de méthane est minoré par le pouvoir de réchauffement global dans sa définition actuelle, chaque fois que l’on considère des échéances inférieures à cent ans.

Réductions durables. Mais il existe une autre limitation à l’usage de ces indicateurs qui ne nous semble pas avoir fait l’objet d’une attention suffisante. Elle tient à la pérennité des mesures de réduction d’émissions de gaz à effet de serre mises en place. Si l’on évalue l’opportunité d’une action, on doit bien sûr considérer son impact pendant toute la durée où elle porte des conséquences. Or, le pouvoir de réchauffement global (comme le pouvoir de température globale) évalue l’impact d’une action ponctuelle : l’émission d’une quantité de gaz à un instant donné (ou la suppression de cette émission).

En fait, ces actions de réduction d’émissions peuvent le plus souvent être considérées comme pérennes : il s’agit en effet de supprimer de manière définitive une source d’émission (par exemple, une décharge d’ordures à l’air libre) ; ou bien ces mesures s’appuient sur des projets qui ont des durées de vie de plusieurs décennies ; enfin, dans certains cas parce que les instances de décision relative à ces projets considéreront de manière naturelle qu’en fin de durée de vie les dispositifs mis en place seront renouvelés par d’autres au moins aussi efficaces.

Pour évaluer l’impact de cette pérennité des actions, nous avons défini deux nouveaux indicateurs : le pouvoir de réchauffement global d’émissions pérennes, et le pouvoir de température globale d’émissions pérennes (6). Ils sont calculés comme les précédents, mais en considérant que, chaque année on supprime l’émission d’une tonne de gaz. Ces indicateurs décroissent nettement moins vite avec l’augmentation de l’horizon temporel que les deux précédents. L’impact des mesures de réduction des émissions de méthane est ainsi évalué à des niveaux supérieurs.

On peut encore aller plus loin : les programmes de réduction des émissions de gaz à effet de serre sont souvent construits sous la forme d’un ensemble d’actions pérennes progressives, engagées année après année, pour obtenir à un horizon donné l’élimination permanente d’une part des émissions de l’année initiale. Cela se prête à une mise en forme mathématique simple : pour chacun des programmes à comparer, on considère que l’on met en œuvre une nouvelle action pérenne de réduction d’une quantité fixée de chacun des gaz considérés, chaque année, de l’année zéro à l’année de fin du programme. On peut alors définir des pouvoirs de réchauffement global et de pouvoir de température globale mesurant l’impact de ces programmes de réduction [fig. 1]

L’exemple des politiques de réduction des émissions de gaz à effet de serre de l’Allemagne et de la France entre 1998 et 2008 montre l’importance de cette notion de programme (lire plus bas l’encadré « Les programmes de réduction en France et en Allemagne »). Les programmes de réduction des émissions de méthane, rarement mis en avant et préconisés, ont, dans cet exemple, un impact significatif à l’échelle du siècle.

Cette conclusion est confirmée par plusieurs études récentes. Ainsi, Drew Shindell, de la NASA, et ses collègues ont montré qu’une réduction de l’ordre de 30 % des émissions mondiales de méthane en 2030, objectif considéré comme vraisemblable dans de bonnes conditions économiques, permettrait de diminuer de 0,2 à 0,4°C la hausse de la température moyenne mondiale d’ici à 2050. Cette réduction apporterait en outre des bénéfices en termes de production agricole (7).

Le Programme des Nations unies pour l’environnement a fourni des indications du même ordre en 2011, dans un rapport à la conférence de Durban (8). Toutes ces études évitent le recours au pouvoir de réchauffement global ou au pouvoir de température globale selon les définitions du GIEC, puisqu’elles se fondent sur l’analyse de l’évolution des concentrations des différents gaz à effet de serre associées à des programmes pérennes de réduction des émissions entre 2010 et 2030.

Le choix d’un indice permettant de comparer le rôle des différents gaz dépend donc avant tout des objectifs que l’on donne aux outils économiques de réduction des émissions. La nécessité d’un diagnostic commun aux différents gaz provient du recours à une « économie du carbone » globalisée – et le choix de plus ou moins favoriser une action de réduction des émissions d’un gaz ou d’un autre se fait par rapport aux instruments financiers développés dans ce cadre.

Mais souvent, il n’y a pas de réelle compétition entre les mesures à prendre : beaucoup d’acteurs, d’entreprises ou de nations se trouvent en situation de réduire soit des émissions de méthane, soit des émissions de dioxyde de carbone. Il s’agit donc pour eux, pris individuellement, d’agir ou pas, et non de choisir entre deux actions.

Avantages multiples. Dans la pratique, les politiques à mettre en place s’inscrivent dans un faisceau de réalités et d’objectifs multicritères locaux ou régionaux. Ainsi, dans de nombreuses régions manquant cruellement de ressources locales d’énergie, la valorisation sous forme de méthane des résidus urbains et agricoles peut être, avec des considérations sanitaires, l’élément déterminant d’une politique de réduction des émissions de méthane. En Chine par exemple, la récupération du méthane (le grisou) qui s’échappe des mines de charbon, répond d’abord à un objectif de valorisation énergétique. Par ailleurs, la modération du recours à l’alimentation carnée, en particulier bovine, surtout justifiée par des considérations sanitaires, pourrait aussi avoir une influence non négligeable.

Au-delà d’une politique de réduction des émissions de gaz à effet de serre orientée vers la préservation à long terme des grands équilibres naturels, qui est primordiale, il est nécessaire de gérer au mieux l’évolution du système climatique durant les prochaines décennies. Cela réclame une attention spécifique, au-delà de ce que permettra un appui exclusif sur les indicateurs actuels et les marchés carbone qui en découlent – et donc un appui incitatif pour des mesures ciblées.

Benjamin Dessus est ingénieur et économiste ; il préside l’association Global Chance
Bernard Laponche est expert en politiques énergétiques
Hervé Le Treut dirige l’institut Pierre-Simon-Laplace en Île-de-France ; il est membre de l’Académie des sciences

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Encadrés

Les indicateurs

Comment comparer l’impact de mesures de réduction des émissions de différents gaz à effet de serre, en l’occurrence du méthane et du dioxyde de carbone ? Plusieurs indicateurs ont été définis, prenant en compte différents aspects de la mise en œuvre de ces mesures.
• Le pouvoir de réchauffement global du méthane à l’horizon de temps T (en années), est le rapport des forçages radiatifs* d’une tonne de méthane et d’une tonne de dioxyde de carbone, multiplié par un facteur de correction prenant en compte la transformation du méthane en d’autres gaz à effet de serre, multiplié par le rapport des valeurs intégrées sur la période 0-T des concentrations respectives de méthane et de dioxyde de carbone résultant des émissions ponctuelles initiales.
• Le pouvoir de température globale du méthane à l’année T est le rapport des forçages radiatifs du méthane et du dioxyde de carbone pour les concentrations de ces gaz résultant d’une émission ponctuelle d’une tonne l’année 0.
• Le pouvoir de réchauffement global d’émissions pérennes de méthane
à l’horizon T est le rapport de l’effet intégré de réchauffement sur la période 0-T d’émissions (ou de réductions) annuelles durant la période T d’une tonne de méthane et d’une tonne de dioxyde de carbone.
• Le pouvoir de température globale d’émissions pérennes du méthane est égal au rapport des forçages radiatifs d’une tonne de méthane et d’une tonne de dioxyde de carbone multiplié par le rapport des concentrations engendrées pour chacun des deux gaz par leur émission annuelle constante sur la période 0-T.
• Le pouvoir de réchauffement global programme du méthane à l’horizon T est le rapport des forçages radiatifs d’une tonne de méthane et d’une tonne de dioxyde de carbone, multiplié par le rapport des concentrations de chacun des gaz à l’année T résultant du programme annuel mis en place pendant les n années de ce programme.
• Le pouvoir de température globale programme à l’horizon T est le rapport des forçages radiatifs des deux gaz pondéré par le rapport de leurs concentrations résultant d’un programme de réduction annuel sur toute la durée de celui-ci.

Les programmes de réduction en France et en Allemagne

On compare les impacts des programmes de réduction d’émissions de méthane et de dioxyde de carbone en Allemagne et en France entre 1998 et 2008 en calculant les évolutions relatives du pouvoir de température globale (en rouge) et du pouvoir de réchauffement global (en orange) du premier par rapport au second.

Les réductions d’émissions de méthane portent sur des quantités environ 60 fois plus faibles que celles de dioxyde de carbone. Toutefois, elles restent longtemps plus efficaces. Leur impact en terme de température est en effet supérieur jusqu’en 2064 en Allemagne et jusqu’en 2034 en France. Au bout de cent ans, les conséquences des mesures concernant le méthane comptent encore pour 66 % de celles prises sur le dioxyde de carbone en Allemagne et 44 % en France.
En terme de réchauffement, il faut attendre 2125 en Allemagne et 2065 en France pour que les mesures sur les deux gaz aient des impacts équivalents.

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Notes
(1) B. Dessus, B. Laponche et H. Le Treut, « Effet de serre, n’oublions pas le méthane », La Recherche, n°417, mars 2008, p.47
(2) G. Petron et al., Journal of Geophysical Research, 117, D04304, 2012
(3) A.G Schuur et B. Abbott, Nature, 480, 32, 2011
(4) O. Boucher, La Météorologie, 68, 35, 2010
(5) P. Shine et al., Climatic Change, 68, 281, 2005
(6) B. Dessus et al., « The Importance of a Methane Reduction Policy for the 21st Century », 2012
(7) D. Shindell et al., Science, 335, 183, 2012
(8) UNEP, Integrated Assessment of Black Carbon
and Tropospheric Ozone
(pdf, 1.8 Mo), 2011

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Lexique
Les gaz non conventionnels, piégés dans des roches argileuses profondes peu perméables, sont plus difficiles d’accès que les gaz conventionnels.
Le permafrost est le sous-sol gelé en permanence, aux hautes latitudes ou en altitude.
Les fréons sont des gaz chlorofluorocarbonés, autrefois utilisés dans les systèmes de réfrigération ou dans les atomiseurs.
Le forçage radiatif d’un gaz mesure sa capacité instantanée à se réchauffer sous l’effet du rayonnement solaire et de la réémission de rayonnement par la Terre.

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Pour en savoir plus

Livres
• Didier Hauglustaine, Jean Jouzel et Valérie Masson-Delmotte, Atmosphère, atmosphère, Le Pommier, 2008
• Peter Newell et Matthew Paterson, Climat et capitalisme, réchauffement climatique et transformation de l’économie mondiale, De Boeck, 2011
• Didier Hauglustaine, Jean Jouzel et Hervé Le Treut, Climat : chronique d’un bouleversement annoncé, Le Pommier, 2008.
• Valérie Masson-Delmotte, Climat, le vrai et le faux, Le Pommier, 2011
• Collectif, Climat, une planète et des hommes, Le Cherche-Midi, 2011
• Collectif, Le Climat à découvert, CNRS Éditions, 2011
• John Houghton, Le Réchauffement climatique, un état des lieux complet, De Boeck, 2011
• Association Négawatt, Manifeste Négawatt, réussir la transition énergétique, Actes Sud, 2012

La Recherche a publié
• « Le risque climatique », Les Dossiers de La Recherche, n°17, novembre 2004
• « Le défi climatique », Les Dossiers de La Recherche, n° 31, mai 2008
• Dossier « Climat, ce qui va changer », juillet 2006, p. 30
• Dossier « Les trois inconnues du climat , décembre 2007, p. 30
• Dossier « Réchauffement : le rôle du Soleil », décembre 2008, p.30

Web
• Météo France Climat : climat.meteofrance.com
• Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat : www.ipcc.ch
• Institut Pierre-Simon-Laplace : www.ipsl.fr
• Le site de la NASA dédié au changement climatique : climate.nasa.gov
• L’institut météorologique britannique : www.metoffice.gov.uk/climate-change
• Le portail des Nations unies concernant le changement climatique : www.un.org/fr/climatechange

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CLIMAT : LE MÉTHANE SOUS-ESTIMÉ ?

La contribution du méthane au réchauffement climatique est plus grave qu’on le dit actuellement. Jean-Luc Wingert présente une introduction à cette problématique qu’ont formalisé Bernard Laponche et Benjamin Dessus à partir des données du dernier rapport du GIEC.

Première publication sur le net : vendredi 6 février 2009
Correctif : le PRG du méthane à moins de 5 ans est en fait difficile à estimer à cause des effets indirects.

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À VOIR ÉGALEMENT SUR LE SITE DE GLOBAL CHANCE

The Importance of a Methane Reduction Policy for the 21st Century
Benjamin Dessus, Bernard Laponche and Hervé Le Treut, Working Paper, may 8, 2102, 19 p.

Une médecine d’urgence pour le climat
Hervé Le Treut, Benjamin Dessus, Bernard Laponche & Michel Colombier, LesÉchos.fr/LeCercle, décembre 2009

La France alerte l’Union européenne sur le méthane
Note de la délégation française au Conseil des ministres de l’environnement de l’Union européenne, 26 février 2009

Effet de serre : n’oublions pas le méthane ! (article + dossier)
Benjamin Dessus, Bernard Laponche et Hervé Le Treut, La Recherche, numéro 417, mars 2008

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