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• Benjamin Dessus et Bernard Laponche : Union européenne et changement climatique : l’importance ignorée du méthane
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UNION EUROPÉENNE ET CHANGEMENT CLIMATIQUE :
L’IMPORTANCE IGNORÉE DU MÉTHANE

Benjamin Dessus et Bernard Laponche, Document de travail, lundi 4 décembre 2017

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Union européenne et changement climatique : l’importance ignorée du méthane [1.2 Mo, 8 pages, fichier pdf]
Benjamin Dessus et Bernard Laponche, Document de travail, lundi 4 décembre 2017
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Introduction
1. Un scénario de référence et une variante CH4
2. Quelle est la part de responsabilité pour chaque gaz dans la contribution de l’Union européenne au réchauffement aux horizons 2050 et 2100 et pour les deux scénarios ?
Annexe : Le PRG du méthane

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UNION EUROPÉENNE ET CHANGEMENT CLIMATIQUE :
L’IMPORTANCE IGNORÉE DU MÉTHANE

Introduction

Les politiques européennes de lutte contre le changement climatique qui présentent des objectifs ambitieux de réduction des gaz à effet de serre à l’horizon 2050, tels que la neutralité « carbone », se déclinent soit en objectifs de réduction des émissions « équivalent CO2 » de l’ensemble des gaz à effet de serre, soit, plus souvent encore, en réduction des émissions de gaz carbonique. Mais elles omettent de préciser des objectifs chiffrés de réduction des émissions de méthane (CH4) et d’oxyde d’azote (N2O).

Il est donc pratiquement impossible aux différentes parties prenantes aux politiques climatiques d’apprécier la contribution spécifique de politiques plus ou moins volontaristes de réduction des émissions de ces gaz à effet de serre minoritaires à la lutte engagée.

Le but de la présente note est de tenter d’expliciter la sensibilité des scénarios prospectifs d’émission de gaz à effet de serre de l’Europe des 28 à l’évolution des émissions de méthane.

Pour ce faire nous allons utiliser l’algorithme que nous avons exposé récemment dans un article « Le méthane, un gaz qui pèse lourd sur le climat » (1). Cet algorithme permet en effet d’apprécier les augmentations de température à différents horizons d’une grande variété de scénarios comportant des mix de gaz à effet de serre également diversifiés en attribuant à chacun de ces gaz sa part dans le réchauffement attendu.

La relation entre cette augmentation de température et le cumul en GteqCO2 d’un ensemble de n gaz sur une période donnée s’écrit :

où xi représente le cumul en GteqCO2 sur la période considérée des émissions du gaz i.

A titre d’exemple, si l’horizon choisi pour mesurer les conséquences des émissions du gaz est 2100, les émissions en tonnes équivalent CO2 associées aux émissions de 2020 tiendront compte du pouvoir de réchauffement (PRG) du gaz i à 80 ans, (2100-2020), celles de 2030 du PRG à 70 ans 2100-2030, celles de 2050 du PRG à 50 ans (2100- 2050), etc.
Le cumul des émissions en GteqCO2 par cette méthode permet d’apprécier l’effet en température de chacun des gaz ainsi que l’effet de leur ensemble à un horizon donné.
On trouvera en annexe un rappel sur la notion de PRG et son application au méthane.

Par cette note, nous nous proposons d’établir la responsabilité pour chacun des gaz à effet de serre dans la part du réchauffement attribuable à l’Union européenne à divers horizons pour différents scénarios de réduction de gaz à effet de serre.

L’Union européenne (à 28 États), par sa trajectoire d’émissions des différents gaz à effet de serre passée, depuis la révolution industrielle jusqu’à 2015, contribue déjà pour une part au réchauffement global de la planète qu’on peut attendre à un horizon déterminé, 2050 ou 2100 par exemple.
De même les scénarios d’émission des différents GES envisagés à l’horizon 2050 et 2100 vont provoquer de nouvelles contributions au réchauffement de la planète entre 2015 et ces dates horizon.
Notre but est d’expliciter le rôle de chacun de ces gaz à effet de serre sur le réchauffement, mesuré en augmentation de température engendrée par chacun des gaz pour des scénarios d’émission contrastés.

1. Un scénario de référence et une variante CH4

Nous avons arbitrairement choisi pour scénario de référence un scénario de forte réduction linéaire des émissions de CO2 de 2015 à 2050 qui aboutit à partir de 2050 à l’absence d’émissions de CO2, absence qui se maintient jusqu’à 2100. Ce scénario est compatible avec les ambitions climatiques affichées par l’Europe. La pente de réduction proposée prolonge en la renforçant la tendance observée depuis le début des années 2000.
On propose pour le méthane CH4 et le N2O une division par deux des émissions d’ici 2050, suivie d’une stagnation sur la période 2050-2100. Il est en effet difficilement envisageable de réduire sensiblement plus les émissions de ces deux gaz sans remettre très fortement en cause la production agricole de l’Union Européenne, dans la mesure où les émissions de méthane et de N2O de l’agriculture et de l’élevage sont élevées (autour de 40% pour CH4 et de 60 à 70% pour N2O).

Nous allons comparer ce scénario à une variante où les émissions de CO2 et de N2O respectent la trajectoire du scénario de référence, mais dans lequel un relâchement sur l’effort de réduction des émissions de CH4 se produit, qui conduit à une stagnation de ces émissions à leur valeur de 2015 jusqu’ à 2100 (2).

2. Quelle est la part de responsabilité pour chaque gaz dans la contribution de l’Union européenne au réchauffement aux horizons 2050 et 2100 et pour les deux scénarios ?

L’algorithme précédemment cité repose sur le calcul à chaque horizon temporel du cumul en GteqCO2 des différents gaz à effet de serre, principalement CO2, CH4 et N2O, qui à eux trois représentent près de 95% de l’ensemble des gaz à effet serre responsables du réchauffement.
Le tableau 1 ci-dessous rappelle les valeurs d’émission des différents gaz de 2015 à 2100 dans le scénario de référence et dans la variante.

Pour le CO2, le cumul des émissions s’effectue simplement par addition des émissions annuelles des valeurs du tableau. C’est également simple pour N2O dont le PRG (296) ne varie pratiquement pas au cours de la période considérée : le cumul en teqCO2 est donc égal au produit de la somme des émissions annuelles par le coefficient 296 représentant le PRG de N2O sur cette période.

Par contre, pour CH4, il est impératif d’associer à chaque année d’émission la valeur du PRG du méthane à l’horizon considéré (2050 ou 2100) pour en faire le cumul puisque ce PRG varie avec le temps comme le montre le tableau 2 consacré à l’horizon 2050.

Le tableau 2 se lit ainsi :
• Ligne 1 (2020)
Le nombre 22,1Mt est l’émission de méthane de l’année 2015. Le nombre 61,9 (en gras) de la colonne 3 est le PRG d’une émission en 2015 dont on cherche à connaître les conséquences en 2050, soit 35 ans plus tard (3). Le nombre 1368, produit des deux nombres précédents est l’émission de CH4 en MteqCO2 à l’horizon 2050.
Le nombre 6914 MteqCO2 (ou 6914 GteqCO2) de la dernière colonne est le cumul des émissions de CH4 de 2015 à 2020 obtenu par interpolation entre 2015 et 2020.
• Dernière ligne
Le nombre 50123, somme de tous les nombres de la dernière colonne représente donc le cumul en MteqCO2 des émissions de CH4 du scénario de 2015 à 2050.

L’algorithme indique alors que l’augmentation de température de l’atmosphère due au méthane sur la période 2015-2050 de ce scénario est de 0,444*50,123/1000 = 0,022 degrés.

Le tableau 3 résume les résultats obtenus en 2050 pour les deux scénarios envisagés.

Dans le scénario de référence, la contribution du méthane au réchauffement de la planète (0,022 degré) est légèrement inférieure à celle du CO2 (0,027 degré). Dans la variante à CH4 constant sur la période la contribution du méthane (0,031 degré) dépasse celle du CO2.

Le tableau 4 résume les résultats obtenus en 2100 pour les deux scénarios envisagés.

A l’horizon 2100, la contribution du méthane au réchauffement de la planète (0,029 degré) dépasse légèrement celle du CO2 dans le scénario de référence. Par contre dans la variante à CH4 constant sur la période, la contribution du méthane (0,052 degré) est près du double de celle du CO2 et la contribution totale de l’Union européenne atteint 0,09 degré contre 0,06 dans le scénario de référence.

Ces deux tableaux montrent l’importance des émissions de méthane depuis 2015 dans la participation de l’Union européenne au changement climatique jusqu’à l’horizon 2050 et plus encore jusqu’à l’horizon 2100. Dans les scénarios étudiés, le méthane fait au moins jeu égal avec le CO2 et peut atteindre une contribution deux fois plus importante que celle du CO2 à 2100 pour la variante à CH4 constant.

Les politiques climatiques européennes ne peuvent pas donc se contenter d’objectifs CO2, fussent-ils très ambitieux, sans accompagner cette ambition d’efforts importants de réduction des émissions de CH4, au risque de voir les efforts sur le CO2 ruinés par le laxisme sur les réductions de CH4.

C’est d’autant plus important qu’une bonne part des mesures de réduction des émissions de méthane, dans le système énergétique , la gestion des déchets et des eaux usées ont des coûts économiques nuls ou bas et permettent de récupérer du méthane utilisable à des fins énergétiques.

Benjamin Dessus et Bernard Laponche, 4 décembre 2017

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Annexe 1 – Le PRG du méthane

On sait depuis longtemps que le méthane CH4 est un puissant gaz à effet de serre (GES). Sa capacité à piéger le rayonnement infrarouge émis par la Terre est environ 120 fois plus importante par unité de poids que celle du gaz carbonique. En revanche, sa durée de vie dans l’atmosphère est beaucoup plus faible que celle du CO2 (10 à 12 ans contre plus de 100 ans). Cela ne veut pas pour autant dire qu’au bout de 12 ans toutes les molécules de CH4 émises à un moment donné ont disparu, mais que la courbe de décroissance du CH4 dans l’atmosphère est proche de l’exponentielle e-t/12 (4).
Comme le montre la figure 5, la fonction de décroissance du CO2 (constituée de 3 exponentielles), est beaucoup plus lente.

On conçoit donc que l’effet d’une émission ponctuelle d’un kg de méthane, environ 120 fois plus important au départ que celle d’un kg de CO2, diminue avec le temps.
Deux indicateurs ont été développés dans le cadre du GIEC pour rendre compte de ce phénomène, le pouvoir de réchauffement global (PRG) et le pouvoir de température global (PTG). Le PRG est habituellement utilisé comme « coefficient d’équivalence » pour comptabiliser en « tonne équivalent CO2 (teqCO2) » les émissions des GES autres que le CO2 afin de simplifier le message envoyé aux décideurs politiques en leur permettant d’élaborer les politiques de lutte contre le changement climatique comme s’il s’agissait de réduire les émissions d’un seul gaz, exprimées en teqCO2.

1. Le PRG du méthane

Le PRG du CH4 mesure l’impact énergétique cumulé pendant une période déterminée TH d’une émission ponctuelle d’une tonne de CH4 par rapport à celui de l’émission ponctuelle d’une tonne de CO2, toutes deux émises à l’instant zéro. Il est représenté par une formule du type :

Où le terme A tient compte des efficacités radiatives respectives des deux gaz et d’une série de coefficients correcteurs. Les intégrales sont celles des concentrations respectives du CH4 et du CO2 tout au long de la période 0-TH.

Le tableau 5 donne l’évolution du PRG du CH4 ainsi calculé.

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Notes

(1) Benjamin Dessus, Bernard Laponche, Hervé Le Treut, « Le méthane, un gaz qui pèse lourd sur le climat », La Recherche, numéro 529, novembre 2017

(2) On observera que ce scénario est compatible avec l’évolution 2013-2015 des émissions européennes de CH4 qui semblent se stabiliser.

(3) On trouvera en Annexe l’abaque qui indique ces chiffres pour les différentes dates d’émission et dates horizon.

(4) Il ne reste que 37% du CH4 12 ans après son émission, mais encore 19% 20 ans plus tard, 1,6% 50 ans plus tard, etc.

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pour aller plus loin...
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