D'où viennent les gaz à effet de serre ? Le Co2 est-il l'ennemi public?

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Submitted by bchatelet on Sat, 09/18/2021 - 18:15

Fixer des objectifs chiffrés et programmés de réduction des gaz à effet de serre émis, tant au niveau national que mondial est un objectif aujourd'hui plus que nécessaire, tant la question du réchauffement climatique fait aujourd'hui l'objet d'un consensus très large dans la communauté scientifique. En 2021 l'été a été marqué comme chacun de ceux qui l'ont précédé par des catastrophes climatiques, avec l'apparition pour la première fois d'une  famine provoquée par le réchauffement climatique à Madagascar" (1a) (1d). Tandis que les sept dernières années sont les plus chaudes jamais enregistrées (1b), certains pays vont connaître des impacts sérieux à partir de 2040: Congo, Guyane, Indonésie, Mexique, Madagascar (1c, 5min).  L'Europe serait trois fois plus menacée par le réchauffement que les régions situées à la même latitude (1e). On s'oriente probablement vers un climat continental en Europe. C'était déjà avancé par le vice président Al-gore depuis 2006 dans le film "une vérité qui dérange" à propos du ralentissement du Gulfstream, lié à la fonte de l'Arctique, tandis qu'une quasi disparition est envisageable à partir de 2,5°C de réchauffement moyen. Il y a déjà eu une baisse du courant de 15% depuis 50 ans, et au rythme de fonte actuel il n'y aura par ailleurs probablement plus de glace au Pôle Nord d'ici 2040-2050. Le réchauffement semble lié à un phénomène comme la pompe à solubilité des océans qui a probablement une rétroaction sur la concentration en phytoplancton dans des mécanismes qui sont encore partiellement modélisés. Il y a par ailleurs aussi une rétroaction du réchauffement avec la fonte du pergélisol qui contient en réserve environ deux fois plus de Ges que l'atmosphère n'en contient déjà, alors que des projections prédisent 40% de sa fonte d'ici la fin du XXIe siècle.

0) Les effets du méthane
La concentration du méthane dans l'atmosphère n'a jamais été aussi élevée qu'en 2022. D'après le 6éme rapport du Giec le méthane a une contribution au réchauffement égale à 2/3 de celle du CO2 (37min).
Une augmentation des émissions de méthane de 50% était par exemple constatée entre 2019 et 2020 (1g),  ce qui correspondrait à augmentation de 9% de la quantité de Co2 émise en 2020, car  le méthane représenterait 18% des émission de Ges. Il s'agit toutefois d'une estimation basse. En effet, si on a 0,6Gt d'émission de méthane par an (chiffre 2017) contre 43,1Gt pour le CO2, dire que les émissions de méthane ne représentent que 18% des Ges cela signifie que le méthane n'émet en équivalent CO2 que 7,75gt/CO2. Ceci équivaut à attribuer au méthane un pouvoir de réchauffement implicite en comparaison du CO2 environ seulement  7,75/0,6=~13 fois plus important. 
Or le coefficient de Potentiel de Réchauffement Global qu'il faudrait appliquer pour évaluer son effet par exemple en 2022 est PRG=72 (effet sur 20 ans). Le méthane contribuerait alors en 2022 à au moins autant que le CO2 au réchauffement (0.6*72/43,1=1,00)
(p3/14). Si on prend en compte par ailleurs la déclaration de l'Aiea, qui indiquait en 2022, que les émissions sont en réalité sous estimées de 70%, alors le méthane aurait contribué en 2022 à 70% de plus au réchauffement que le CO2 (1ca).
Par ailleurs, une étude (23min) évaluait en 2020 la contribution du méthane à 2/3 environ (p15/21) de celle du CO2, à 10 ans, ce qui compte tenu de la révision des émissions de 2022, donne une contribution de 1,7*2/3, soit 12% de plus que le CO2 (1,7=re-évaluation Aie, 2022).
En résumé: en intégrant un PRG relatif à l'année où ces émissions sont calculées, en 2022 le méthane aurait contribué entre 12% à 70% de plus que le CO2 au réchauffement, au niveau mondial.  
Le PRG utilisé pour le méthane est calculé à 100 ans et n'est donc pas adapté à une modélisation dynamique de l'évolution du réchauffement et des ses rétroactions susceptibles d'intervenir d'ici la moitié du 21éme siècle (6.1) (4min) (4min01) (4.3). Cette page (fig 7.22, SSP4-6: GWP20, GWP100), extraite d'un rapport du GIEC, montre que suivant la valeur que l'on adopte pour le coefficient PRG, l'ampleur et la vitesse du réchauffement sont complétement différentes. A l'horizon 2020, il y une différence d'augmentation de température moyenne de +0,8°c, entre GWP20 (équivalent à un PRG de 82) et GWP100 (équivalent à un PRG de 25). Les bilans d'émissions de Ges publiés par exemple au niveau européen ou Français ont donc probablement des biais méthodologiques.  On observe de façon empirique une corrélation entre le température du sol à 20 cm de profondeur et le niveau des émissions de méthane une même année  (1gb).
Il y a une vraie hypocrisie Française d'avoir été le premier pays à interdire la fracturation hydraulique comme jugée trop polluante (1gd) et à être dans le même temps le premier importateur européen de Gnl (1ge), et le premier pays du monde importateur de gaz de schiste en 2022 (1gf) (1gg).
L'augmentation de plus de 50% de la quantité de méthane observée dans l'atmosphère en 2020 (1gc) due à la baisse de la concentration en radicaux hydroxides NOx (31min) (baisse du trafic routier de 15% (1gh)), préfigure ce qui risque d'arriver si on ne réduit pas en priorité les émissions de méthane. La baisse de la pollution due à la généralisation de l'électrification des transports aura peut être pour résultat une augmentation de la concentration en GES. En effet 2020, les émissions dues au transport ont baissé de 15% (1gh), donc une augmentation de 5% de l'électrification des transports provoque probablement en moyenne 17% d'augmentation des émissions de méthane. Les transports contribuent pour 25% aux émissions de CO2 (1gi), une diminution de 5% de ces effets réduit de 1,25% les émissions de Ges. Mais les émissions de méthane représenteraient 14% des GES (1gj), donc l'augmentation de 17% des émissions de méthane aboutirait à une augmentation en équivalent C02 de 0,17*14=2,38% des émissions de GES. Le bilan de l'électrification des transports serait donc négatif au moins à court  terme en terme d'émission de CO2..

Pour la France, si ses émissions directes sont évaluées à 2,2 millions de tonnes en 2021 (1gd), alors que d'après la Nasa le rythme d'accroissement de la concentration de méthane a été multiplié par 10 depuis 2008  et  les fuites ne viennent manifestement pas de la Norvège. L'augmentation du stock de méthane depuis le début de l'ère industrielle a été plus importante que celle du stocke de Co2, et cette augmentation viendrait ces dernières années en particulier des rétroactions liées au réchauffement (1gf). D'après l'Aie les principaux émetteurs parmi les pays producteurs de gaz sont les États-Unis et la Russie(1g). Les projets de capture de fuites des pays producteurs non mis en œuvre représentent 60% de la consommation européenne de gaz  (p5/19) alors que 85% des émissions de méthane en 2022 venaient des énergies fossiles (1ga) (1gi). Le conseil européen du 19/12/22, a appelé à la création d'un organisme de contrôle en France des installations (p7/113). Les derniers projets en Algérie d'exploitation des gaz de schiste constituent une nouvelle bombe climatique(1gb). En France, la détection des fuites est faite par Grdf. Or, cette dernière a un conflit d'intérêt en tant que filiale d'Engie (1ge) en faveur de la rénovation des installations vétustes (1gh) plutôt que pour leur abandon qui doit être planifié le plus rapidement possible(1gf). D'après une étude Américaine; il y a aurait un taux de fuite de prés de 10% lors de l'extraction des gaz de schistes.  En 2021 l'exploitation du gaz de schistes aux États-Unis a émis 6,3 Millions t de méthane. Avec un PRG de 82 cela représente l'équivalent de 482Mt CO2, c'est à dire plus en 2021 que le total des émissions "officielles" Françaises (418Mt) de CO2 (ou moins que les émissions de 2019 qui ont été en réalité de 3*100+439=~739Mt/CO2, le PRG du méthane à 5 ans étant de 100). En France, 2/3 de la consommation de gaz provient du Gnl américain (1gb), dont le bilan carbone est proche du charbon (1gc) (1gi).  On voit tout l'intérêt que l'on a à limiter à très brève échéance les émissions de méthane d'autant que celles ci sont plus simples à limiter car plus localisées et moins importantes en volume. Les émissions ont en particulier beaucoup augmenté les 20 dernières années (1min50). D'après l'Aie : "la réduction des émissions de méthane provenant des opérations pétrolières et gazières est l'un des fruits les plus faciles à saisir pour atténuer le changement climatique" (1h),  tandis que les schémas pour réduire le taux d'émission de 60%(fig3) à 75% dans la production de fossiles (1i), d'ici 2030, ont été étudiés. 40% des réductions d'émissions des énergies fossiles se font d'après l'Aie sans coût et le coût total de suppression des émissions du secteur est évalué à l'horizon 2030 à 100 milliards de dollars (1ja). En rapportant, ce dernier montant par exemple à la part du Pib de la France au total des Pibs du G20 (1jb), la contribution de la France pour cette éviter ces émissions s'élèverait, d'ici 2030, au plus à 3 Milliards. On peut rapprocher par exemple ce dernier montant au montant des 10 milliards payés par les assureurs Français en 2022, à cause des catastrophes naturelles (1jc). Il est ainsi possible de transformer les torches qui laissent échapper du méthane lors de l'extraction du pétrole en méthanol, ce qui ferait économiser par an l'équivalent de 30% de la consommation européenne de gaz (1k). En 2022, 1000 sites super-émetteurs ont été décelés dans le monde, à partir des déchets non incinérés (Inde, Pakistan)  ou des gisements mal exploités  (Turkemistan, Us, Russie)(1ka).
On voit, en particulier, que l'intégration insuffisante du méthane dans les modélisations du Giec (p27/32) conduit à une sous-estimation du potentiel de réchauffement de la planète 
(fig1).
                 On voit tout l'intérêt que l'on aurait d'utiliser le méthanol à la place du méthane et en particulier du GNL, compte tenu de fuites presque inexistantes avec le premier, malgré un pouvoir calorifique deux fois plus faible pour le méthanol. L'utilisation du méthane pour le chauffage (répartition des usages du gaz, en France) doit cependant disparaitre à l'horizon 2050, sauf utilisation dans les réseaux de chaleur pour lesquels on peut envisager la captation du CO2.  L'intérêt pratique à l'échéance 2050 du méthane se limitera alors pour beaucoup -hors les applications pour la chimie et l'industrie- à un moyen de stockage de l'énergie électrique. Dans ce dernier domaine, le e-méthane n'est a contrario pas plus compétitif que le e-méthanol (p2/7) (p8/29), compte tenu de coûts de stockage
(fig8, 3.4.3, 4.4) plus élevés pour le premier. D'après cet article, on ne peut pas faire de prévision fiable d'évolution du climat sans fixer dans les accords COP des objectifs simultanés de réduction des émissions de méthane et de CO2 (1gb). il y a au moins 180 sites en Europe qui ont des fuites de méthane en permanence (1gc) tandis que la proposition de réglementation européenne est toujours en  discussion (1gd) (1ge) en 2023. Sept mines de charbon en Pologne seraient responsables à elles seules de 39% (=0,66*0,59) des émissions Européennes, tandis que la réglementation Européenne n'envisagerait, si elle est votée, qu'une diminution de 58% des émissions que d'ici 2030 (1gd). La résolution du parlement européen adoptée en Avril 2023, si elle est confirmée par la commission, est ainsi assez tardive et assez peu contraignante (1ge). En février 2023, l'AIE dans un rapport soulignait l'inaction des compagnies gazières qui sont responsables de 40% des émissions (1gf).

Cependant aller au delà des accords de principe adoptés dans les différentes réunions des COP nécessite aussi de mettre en place cette transformation. Ceci d'autant qu'il existe des procédés peu onéreux de transformation méthane en méthanol, dont le stockage et le transport sont beaucoup moins onéreux que pour le méthane, avec des externalités pour le climat beaucoup moins élevées. 
S'attaquer au problème nécessite d'abord de poser un diagnostic expliquant d'où proviennent ces émissions et de donner quelques références récentes à ce sujet. On retiendra quelques chiffres clefs dans un sujet assez vaste et complexe.

1) D'où vient l'excès de CO2 ?
2) L'urgence climatique
3) Quel est le chemin de plus rapide vers une réduction du CO2 ?

1) D'où vient l'excès de C02 ?
Ainsi, au niveau planétaire:

d'après le Giec  (1), en 2014, 92% des gaz à effet de serre (2) proviennent du CO2 (75%) et du méthane (16%) (2a)
Pour autant si le méthane à un effet 25 fois plus puissant que le C02 sur le réchauffement il reste en moyenne 10 fois moins longtemps dans l'atmosphère.  Pour simplifier le CO2 a environ 5 fois plus (3) d'influence sur l'effet de serre que le méthane, à cause de sa quantité plus importante. Cependant l'effet d'emballement du réchauffement par le biais du méthane (pergélisol) semble avoir encore mal été anticipé (3a).

Pour la France, la répartition par secteurs est assez différente de celles des autres pays du fait d'une production électrique majoritairement décarbonée (4) (nucléaire) . 
Ainsi comme le montre ce graphique issu du rapport du Citepa (5)

On observe d'après ce dernier graphique,  depuis les années 90, une diminution des émissions des industries manufacturières. Il faut cependant relativiser celle-ci car dans le même temps les délocalisations ont été nombreuses.    

Il faut savoir qu'au niveau mondial, d'après le rapport du Giec de 2014, 70% du réchauffement climatique (6, 6min45/16) a pour source les énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz), qui représentaient elles mêmes 87% des sources d'énergie à cette date. 

2) L'urgence climatique

A l'issue de la COP21 à Paris, en 2015, tous les états tous les États se sont engagés à publier leurs propres objectifs de réductions des émissions de gaz à effet de serre (7). La France s'est engagée (8) avec la loi « Énergie - Climat » de 2019 à baisser de 40 % ses émissions en 2030 pour atteindre la « neutralité carbone » en 2050. L'objectif implicite de cet loi est donc de baisser de 20% les émissions d'ici 2027.
C'est un objectif extrêmement ambitieux, et en partie disproportionné (10 ans pour 40% de l'effort, 20 ans pour 60%). Les voies et moyens pour tenir ces objectifs sont cependant pour la plus part en 2021 non explicités et ne disposent pas d'évaluations économiques très précises ou robustes tant l'ampleur des transformations à mettre en œuvre sont importantes.  La part des énergie fossiles dans l'énergie finale Française représentaient en effet en 2018-2019, entre 60% et 67% de l'énergie finale.

En pratique pour le prochain candidat à la présidentielle Française en 2022, cela signifie pour simplifier de s'engager au moins:
-soit sur une diminution durant son quinquennat de 15% (=40%/2*70%) des importations de pétrole et de gaz
-ou de présenter un plan technologique pour réduire de 15% au moins les émissions venant de ces deux sources d'énergie.
Entre 1990 et 2020, par exemple, la consommation de pétrole n'a diminué que de 17% tandis que la consommation de gaz a augmenté de 46% (11).
 

3) Quel est le chemin le plus rapide vers une réduction du CO2 ?

Ces données montrent que la façon la plus efficace de lutter contre le réchauffement climatique est en priorité dans les secteurs du transport, de l'industrie ou du chauffage:
-soit de diminuer le recours aux énergies fossiles
-soit d'arriver à diminuer l'empreinte carbone de ces mêmes énergies.

Il ne faut cependant pas oublier que la question est un problème international. Les données d'émission de C02 par pays (12) montrent que la France a par exemple une faible part de responsabilité (moins de 1% des émissions au niveau mondial) tandis qu'en 2017 prés de 45% des émissions venaient de la Chine et les Etats unis.  L'union européenne est cependant le troisième émetteur au niveau mondial et c'est sans doute à l'échelle européenne que des engagements sur la limitation des émissions doivent être pris.

Une politique liée sur des engagements a cependant  peu de chances d'être respectée à la lettre. Les  marchés du carbone (13), même s'ils ont une efficacité certaine, restent des incitations et sont aussi sujets à certains contournements. De plus on constate une disparité au niveau mondial (14) du prix de la taxation  du carbone qui enlève en partie son sens à cette dernière approche mise en place par exemple au niveau européen, tandis que répartition des quotas par pays dans l'UE semble est assez arbitraire (15, p49/550). Si l'on constate que certains pays tardaient pour la réduction de leurs émissions, on devra alors probablement mettre en application des politiques contraignantes. 
Des courants de l'écologie politique mettent en avant une nécessaire politique dite de décroissance (15a) (15d) qui  rendrait nécessaire une décroissance du Pib pour arriver à une baisse corrélative des émissions. Cependant l'examen des dernières décennies montrent qu'un certain nombre de pays ont réussi des politiques de décarbonation qui décorrèlent l'augmentation du Pib de celui des émissions de Ges (15b). La décroissance apparait donc comme une condition suffisante mais pas nécessaire, dans la mesure où par ailleurs, réduire la consommation d'énergie correspond bien à de moindres émissions (15min). En effet, il y bien a une "cointégration" (15c, 7min) entre la niveau de consommation d'énergie et celui du Pib, mais il est beaucoup plus difficile -à cause des changements des modes de production d'énergie (décarbonation)- de relier le niveau des émissions et celui de la consommation d'énergie. Enfin les arguments en faveur de la décroissance ont été par exemple en partie modélisés (DICE) dans le dilemme investissement/croissance du prix Nobel d'économie W. Nordhaus (25min), et ne sont qu'une parmi d'autres pistes dans la théorie de l'économie de l'environnement. On observe par exemple, depuis 2005, un découplage en France entre le Pib et le niveau d'émissions de GES (23min) (4min). On peut toutefois rester assez dubitatif sur la volonté de l'État de diriger les investissements vers la transition. Ainsi à titre de comparaison, en 1943 (45min) 90% du Pib américain avait été reconverti pour l'armement, avec un taux de croissance annuel moyen de l'économie entre 1941 et 1945 de 12% (15c), alors qu'en 2023 le retard annuel pris en France pour la transition est évalué à 1% du Pib (p32).

 

En France on peut estimer que les investissements nécessaires à la transition sont de 4%/an du Pib par an jusqu'en 2050, ce qui ne signifie par forcément une décroissance de l'économie mais probablement en particulier davantage de taxation des revenus du capital (15a, 30min) . Une politique réellement contraignante passera sans doute par la mise en place d'une taxation douanière du carbone (16). Une telle taxe, avec un niveau non défini en 2022 devrait entrer en vigueur à partir de 2026 aux frontières de l'Ue (16d). Il est toutefois assez incompréhensible que cette taxe n'inclue pas par exemple les importations de gaz, ce qui permettrait par exemple à la différence de la TICGN d'établir des niveaux de taxation différenciés suivant l'empreinte carbone implicite du gaz utilisé (provenance, méthanation, biogaz..) qui peut être très variable. La question de la délocalisation de l'usine de production d'acier Ascoval en France est annonciatrice de ces problèmes (16b) (16c,26min). La France présentant un déficit commercial en produits manufacturés à peu prés au même niveau avec l'union européenne qu'avec l'Asie (17, p33/123), c'est aussi une harmonisation des taux de taxe carbone en Europe (p6/12) qui devra être mise en place. Celle-ci est d'ailleurs déjà plus ou moins implicite (Ticpe..) -même si en 2022 la composante carbone, CCE, de la Ticpe ne dépasse pas 15% (19, p26/109)- et amenée à s'accroître en particulier avec le cadre de la directive européenne 2021 sur l'énergie (18) mais alors que son évolution est bloquée depuis 2018 (19). Ainsi, en 2022, la facture énergétique est à l'origine de 85% de la dégradation de la balance commerciale (20) rendant plus que nécessaire l'adoption de moyens de production nationaux d'énergie. On mesure enfin en 2024, l'insuffisance du niveau de taxation du carbone, qui ne couvre en Europe que 25% des émissions, et encore moins dans le reste du monde (6min) (21).