Le bilan annuel du carbone de la planète

Tous les ans depuis 2005, un groupe de chercheurs du Projet mondial sur le carbone dresse et communique un bilan mondial du carbone, quantifiant les émissions de CO₂ pour l’année précédente, puis attribuant ce carbone à l’atmosphère, aux océans et aux terres émergées. Cette comptabilisation minutieuse des perturbations anthropiques du cycle naturel du carbone, associée à une quantification des incertitudes dans les calculs des sources et des puits, permet aux chercheurs de comprendre et de surveiller les principaux éléments et processus du cycle planétaire du carbone.

Le bilan annuel du carbone est aussi une précieuse source d'informations dans le cadre de la politique de surveillance du climat, car il permet de garder une trace des tendances récentes et d'actualiser les niveaux d’émission admissibles pour que les objectifs de stabilisation du climat puissent être atteints. Les bilans annuels du carbone sont des produits de haute qualité scientifique qui ont une réelle portée politique.

Un bilan pour le carbone?​

Pour établir un bilan comptable, il faut équilibrer l’actif et le passif. De même, pour le carbone, il s’agit d’équilibrer le «compte» du CO₂ dans l’atmosphère en comptabilisant les entrées (sources) et les sorties (puits). Un bilan mondial du carbone détermine l’apport de CO₂ dans l’atmosphère par les émissions provenant des activités humaines, qui sont compensées par son absorption (stockage) dans les réservoirs de carbone sur les terres émergées ou dans l’océan. Nous pouvons établir le bilan du carbone sous la forme d’une équation relativement simple:

Sources = total de la quantité de carbone dans l’atmosphère et dans les puits, où les puits correspondent à une quantité «soustraite à l’atmosphère», mais «ajoutée» aux océans ou aux terres.

Pour une quantité d’émissions donnée, moins le carbone est absorbé par les terres et les océans, plus il en reste dans l’atmosphère. Nous pouvons établir plus précisément:

Émissions de combustibles fossiles + émissions dues aux changements d'affectation des terres = augmentation des concentrations dans l’atmosphère + quantité absorbée (par voie chimique ou biologique) dans les océans + quantité absorbée par la végétation et les sols.

Pour l’année comptable 2015, le bilan annuel du carbone est le suivant (en gigatonnes de carbone par année, GtC/an):

9,9 ± 0,5	1,3 ± 0,5	=	6,2 ± 0,2	3,0 ± 0,5	2,0 ± 0,9
Émissions de combustibles fossiles (production de ciment comprise)	Émissions dues aux changements d'affectation des terres, surtout au déboisement		Augmentation de la concentration atmosphérique (6,2 GtC = 2,9 ppm)	Absorption par l’océan	Absorption par les terres

 

Établissement du bilan: les émissions

L’équipe chargée d’établir le bilan carbone quantifie les émissions imputables aux combustibles fossiles et à l’industrie sur la base de statistiques sur l’énergie et de données fiables sur la production. Pour l’essentiel, ces données correspondent aux émissions nationales estimées par les pays concernés. L’équipe en question part de l’hypothèse que les émissions nationales annoncées au titre de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC) sont les plus exactes, car 1) les experts nationaux ont accès aux informations propres au pays et 2) les estimations d’émissions nationales font l’objet d’audits périodiques selon une méthodologie internationale supervisée au titre de la CCNUCC. Les membres de l’équipe utilisent aussi une série de données sur les émissions mondiales et nationales (qui sont pour la plupart tirées des données sur l’énergie fournies par la Division de la statistique des Nations Unies, compilées par le CDIAC – Carbon Dioxide Information and Analysis Center), qui comprennent des données cohérentes et solidement documentées sur les émissions provenant des combustibles fossiles, de la production de ciment et des torchères de gaz remontant jusqu’à 1751. Pour les deux années précédant immédiatement l’établissement du bilan annuel, tant que les données n'ont pas été communiquées par la CCNUCC, l’équipe utilise un rapport annuel sur l’énergie élaboré et publié par British Petroleum.

En général, les émissions totales planétaires ne correspondent pas exactement à la somme des émissions nationales, essentiellement du fait que le CO₂ provenant de la navigation et de l’aviation internationales est émis en dehors de tout territoire national. D’autres facteurs d’incertitude relatifs aux émissions proviennent de la difficulté de quantifier les volumes de combustible consommé, la teneur en carbone et en chaleur des combustibles, et l’efficacité de la combustion. Grâce à une série d’analyses et de vérifications minutieuses, l’équipe a ramené l’erreur totale de ces émissions estimatives à +5 %, soit, pour 2015, 9,9+0,5 GtC/an.

L’incertitude exprimée en pourcentage des émissions augmente probablement avec le temps étant donné que le nombre de pays envoyant des rapports augmente, tandis que la précision des statistiques nationales internes diminue. Tous les bilans annuels du carbone comprennent une comparaison entre les données relatives aux émissions fondées sur la production et celles qui sont fondées sur la consommation. Les différences entre les inventaires d’émissions territoriales fondés sur la production et ceux qui sont fondés sur la consommation, qui attribuent les émissions mondiales sur la base des produits consommés dans un pays donné, sont prises en compte, de même que le fait que les données relatives aux émissions fondées sur la consommation pourraient permettre d’élaborer des politiques climatiques plus efficaces.

Des émissions supplémentaires proviennent de la réaffectation des terres, notamment le déboisement, le boisement, l’exploitation forestière (dégradation des forêts et récoltes), les cultures itinérantes (déboisement pour l’agriculture, puis terres laissées en friche) et la reconstitution de forêts à la suite de coupes de bois ou de l’abandon de l’agriculture. Pour calculer les émissions liées à la réaffectation des terres, l’équipe chargée du bilan du carbone établit la somme de toutes les activités humaines connues. Certaines d’entre elles se traduisent par des émissions de CO₂ dans l’atmosphère, tandis que d’autres entraînent l’absorption de CO₂. Pour compléter une analyse comptable fondée sur la variation nette de la superficie des forêts et sur les données relatives à la biomasse provenant de l’évaluation des ressources forestières de l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (qui ne sont communiquées que tous les cinq ans), les membres de l’équipe intègrent dans le calcul la variabilité interannuelle du déboisement et de la dégradation des forêts estimée sur la base des incendies dans les régions forestières tropicales détectés par satellite.

L’équipe complète encore ces données d’observation par des estimations des émissions de CO₂ liées aux changements d'affectation des terres effectuées à l’aide d’un ensemble de simulations du Modèle dynamique de la végétation mondiale. Les incertitudes inhérentes aux émissions liées à l’affectation des terres proviennent des différences entre les systèmes de comptabilité et entre les techniques fondées sur l’utilisation des satellites et les méthodes de modélisation, de même que des incertitudes liées aux jeux de données relatives à la réaffectation des sols. Selon une estimation générale de l’équipe du bilan carbone, l’incertitude pour les composantes relevant de l’affectation des terres est de +0,5 GtC/an. Pour l’année 2015, on obtient 1,3+0,5 GtC/an.

Établissement du bilan: les concentrations atmosphériques

Pour déterminer les rythmes annuels d'accroissement des concentrations de CO₂ dans l'atmosphère, l’équipe se fonde sur des mesures directes. Ses membres utilisent les rythmes mondiaux d’accroissement du CO₂ calculés par le Laboratoire de recherche sur le système terrestre (ESRL) de l’Administration américaine pour les océans et l’atmosphère (NOAA) à partir d’une moyenne des mesures faites à différents sites d'observation de la couche limite marine, et portant sur de l'air bien brassé. Les augmentations annuelles sont calculées sur la base de la moyenne de la période décembre-janvier la plus récente, corrigée en fonction du cycle saisonnier moyen et avec déduction de la même moyenne de l’année précédente.

Un minutieux inter-étalonnage des mesures et un traitement méthodique des données provenant de mesures directes effectuées à l’aide de plusieurs instruments et stations compatibles et répartis autour de la planète, associés à un rigoureux examen scientifique par les pairs des techniques de mesure et des données annuelles, permettent à l’équipe de définir une incertitude relativement faible pour cette composante du bilan carbone, soit +0,2 GtC/an pour 2015. En utilisant les données relatives au CO₂ d’une carotte de glace pour établir une concentration de référence préindustrielle (277 +3 ppm), les auteurs des divers bilans annuels peuvent suivre et mettre à jour le total du carbone accumulé dans l’atmosphère depuis 1750.

Établissement du bilan: les puits océaniques et terrestres 

Pour quantifier l’absorption du CO₂ par les océans, l’équipe s’appuie sur des observations effectuées dans les années 1990, combinées avec des modèles de biogéochimie des océans qui fournissent des estimations de tendance et de variabilité pour la période allant de 1959 à 2015. Elle a validé ses estimations de l’absorption par les océans à l’aide de deux estimations fondées sur des observations portant sur des décennies récentes. En associant les incertitudes sur les données avec celles qui sont liées au modèle, on obtient une incertitude totale estimative de +0,5 GtC/an pour la composante «puits océaniques».

Sur les terres, la combinaison, variable selon les régions, des effets fertilisants de l’augmentation du CO₂ atmosphérique sur la croissance des végétaux et du dépôt d’azote, ainsi que les effets climatiques (notamment l’allongement de la période de croissance dans les zones septentrionales tempérées ou boréales) influent sur l’absorption de carbone. Quantifier l’absorption annuelle totale par la végétation et les sols s’avère donc la tâche la plus difficile dans l’établissement du bilan.

Quatre des cinq composantes (les émissions des combustibles fossiles, les émissions liées à l'aménagement du territoire, la concentration atmosphérique et l’absorption par les océans) et leurs incertitudes respectives étant connues, les auteurs du bilan annuel commencent par calculer la fixation terrestre en tant que valeur résiduelle des autres composantes, puis comparent celle-ci aux données produites par les simulations du Modèle dynamique de la végétation mondiale. Ainsi, de par sa conception, le processus d’établissement du bilan global voit l’essentiel des incertitudes attribué aux processus terrestres, peu connus ou mal modélisés. Par exemple, pour 2015, entre les cinq composantes, la plus grande incertitude revient aux puits continentaux: +0,9 GtC/an.

Évolution des composantes du bilan au fil du temps

En sélectionnant des sources de données fiables pour quantifier chacune des composantes du bilan carbone actuel, l’équipe retient aussi les jeux de données les mieux adaptés à l’analyse historique. Suivre de près les composantes du bilan au fil du temps permet aux utilisateurs de comprendre les tendances récentes et les tendances à long terme.

La figure ci-après, tirée du document sur le bilan carbone de 2015, retrace l’historique des cinq composantes du bilan ces quelque 140 dernières années. Du côté des entrées (la partie supérieure du graphique) apparaît une nette augmentation des émissions de combustibles fossiles, en plus d’un apport relativement stable imputable aux changements d’affectation des terres. La partie inférieure du graphique montre que le total du carbone accumulé dans les terres, l’atmosphère et les océans compense ces apports. La grande variabilité des composantes «terres» et «atmosphère» apparaît nettement, les mesures ayant apporté une contrainte relativement stricte à la composante «atmosphère».

Grâce au travail assidu de ce groupe, les chercheurs et les décideurs connaissent l’évolution, assortie d'incertitudes, du bilan carbone jusqu’à aujourd’hui.

Les parties prenantes et leur impact

Le Projet mondial sur le carbone établit et alimente des liens entre les secteurs du climat, de l’écologie et de l’économie, rassemblant et coordonnant efficacement, au profit des chercheurs, les informations et les données sur lecycle du carbone planétaire qui leur sont utiles. Le bilan annuel du carbone 2015 a sollicité des contributions de 68 co-auteurs travaillant dans les domaines de la biochimie, de l’économie, de la chimie de l'atmosphère, de la géographie et de l’océanographie. Il a intégré des informations provenant de onze catégories de sources de données (fondées sur des modèles ou des observations), dont certaines comptent plusieurs versions ou modes de mise en œuvre. On mentionnera aussi l'établissement du premier bilan mondial du méthane.

Toutes les données du Projet mondial sur le carbone sont le fruit d’une judicieuse combinaison des observations et des résultats de modèles. Le Projet dépend de réseaux extérieurs de mesure tels que le réseau de mesure des gaz à effet de serre, coordonné et soutenu par laVeille météorologique mondiale de l’OMM. Leurs membres doivent aussi travailler étroitement avec les collaborateurs du Programme mondial de recherche sur le climat (PMRC). Le programme Carbon Feedbacks Grand Challenge du PMRC devrait apporter des réponses à des questions urgentes sur les capacités et la durabilité des puits de carbone terrestres et océaniques dans le contexte du changement climatique.

Le niveau d’engagement personnel et de coordination internationale qui ont été nécessaires pour quantifier annuellement cette importante composante du système terrestre est absolument admirable. Lorsque les êtres humains auront enfin ralenti ou cessé leurs émissions de carbone dans l’environnement, les chercheurs et les décideurs se référeront au Projet mondial sur le carbone et à ses bilans annuels, aussi minutieux que rigoureux, pour déterminer avec certitude quand et comment ces réductions auront porté leurs fruits dans le cycle du carbone et le système climatique.

Références

Le Quéré, C., Andrew, R. M., Canadell, J. G., Sitch, S., Korsbakken, J. I., Peters, G. P., Manning, A. C., Boden, T. A., Tans, P. P., Houghton, R. A., Keeling, R. F., Alin, S., Andrews, O. D., Anthoni, P., Barbero, L., Bopp, L., Chevallier, F., Chini, L. P., Ciais, P., Currie, K., Delire, C., Doney, S. C., Friedlingstein, P., Gkritzalis, T., Harris, I., Hauck, J., Haverd, V., Hoppema, M., Klein Goldewijk, K., Jain, A. K., Kato, E., Körtzinger, A., Landschützer, P., Lefèvre, N., Lenton, A., Lienert, S., Lombardozzi, D., Melton, J. R., Metzl, N., Millero, F., Monteiro, P. M. S., Munro, D. R., Nabel, J. E., M. S., Nakaoka, S.-I., O'Brien, K., Olsen, A., Omar, A. M., Ono, T., Pierrot, D., Poulter, B., Rödenbeck, C., Salisbury, J., Schuster, U., Schwinger, J., Séférian, R., Skjelvan, I., Stocker, B. D., Sutton, A. J., Takahashi, T., Tian, H., Tilbrook, B., van der Laan-Luijkx, I. T., van der Werf, G. R., Viovy, N., Walker, A. P., Wiltshire, A. J., et Zaehle, S.: Global Carbon Budget 2016, Earth Syst. Sci. Data, 8, 605-649, doi:10.5194/essd-8-605-2016, 2016.

Saunois, M., Bousquet, P., Poulter, B., Peregon, A., Ciais, P., Canadell, J. G., Dlugokencky, E. J., Etiope, G., Bastviken, D., Houweling, S., Janssens-Maenhout, G., Tubiello, F. N., Castaldi, S., Jackson, R. B., Alexe, M., Arora, V. K., Beerling, D. J., Bergamaschi, P., Blake, D. R., Brailsford, G., Brovkin, V., Bruhwiler, L., Crevoisier, C., Crill, P., Covey, K., Curry, C., Frankenberg, C., Gedney, N., Höglund-Isaksson, L., Ishizawa, M., Ito, A., Joos, F., Kim, H.-S., Kleinen, T., Krummel, P., Lamarque, J.-F., Langenfelds, R., Locatelli, R., Machida, T., Maksyutov, S., McDonald, K. C., Marshall, J., Melton, J. R., Morino, I., Naik, V., O'Doherty, S., Parmentier, F.-J. W., Patra, P. K., Peng, C., Peng, S., Peters, G. P., Pison, I., Prigent, C., Prinn, R., Ramonet, M., Riley, W. J., Saito, M., Santini, M., Schroeder, R., Simpson, I. J., Spahni, R., Steele, P., Takizawa, A., Thornton, B. F., Tian, H., Tohjima, Y., Viovy, N., Voulgarakis, A., van Weele, M., van der Werf, G. R., Weiss, R., Wiedinmyer, C., Wilton, D. J., Wiltshire, A., Worthy, D., Wunch, D., Xu, X., Yoshida, Y., Zhang, B., Zhang, Z. et Zhu, Q.: The global methane budget 2000–2012, Earth Syst. Sci. Data, 8, 697-751, doi:10.5194/essd-8-697-2016, 2016.

Authors

Josep (Pep) Canadell, Projet mondial sur le carbone, dans les océans et l'atmosphère; porte-drapeau de l'Organisation de la recherche scientifique et industrielle du Commonwealth (CSIRO), Australie.

David Carlson, Directeur du Programme mondial de recherche sur le climat (OMM).

Footnotes

¹ Le Quéré, C., et al.: 2016, doi:10.5194/essd-8-605-2016.