Puits de carbone océaniques : Opportunités et limites

 

 

Encore peu connu, le rôle des puits de carbone océaniques et continentaux est pourtant majeur dans la lutte pour atténuer le changement climatique : en absorbant d’importantes quantités de CO₂ chaque année, ils contribuent en effet à ralentir la vitesse à laquelle le climat se réchauffe.

 

par Lester Kwiatkowski

Research scientist, CNRS, Sorbonne Université dans The Conversation

La concentration de CO₂ dans l’atmosphère est passée de 285 parties par million (ppm) au début de l’ère industrielle (1850) à 417 ppm en 2022. Sans l’existence de ces puits de carbone, elle atteindrait environ 600 ppm.

Ce sont 32 % des émissions anthropiques de CO₂ depuis 1850 qui ont déjà été absorbées par les plantes et les sols (appelés ensemble « puits de carbone continental »). Pour les océans, cette proportion s’éleverait à environ 26 % (« puits de carbone océanique »).

Compte tenu de la difficulté à décarboner les activités anthropiques et l’économie mondiale, renforcer ces puits de carbone naturels apparaît indispensable si l’on ne veut pas dépasser les seuils de réchauffement de 1,5 ou 2 °C.

Ces techniques, regroupées sous le terme de « Carbon Dioxide Removal » (CDR), comprennent des approches conventionnelles telles que le reboisement, ainsi que des propositions controversées visant à améliorer le puits de carbone marin (on les appelle « Marine Carbon Dioxide Removal », ou mCDR).

Une partie de l’intérêt à renforcer le puits de carbone océanique découle de l’ampleur de ce stock : l’océan contient 38 000 milliards de tonnes (ou gigatonnes, Gt) de carbone, soit 50 fois plus que l’atmosphère et 17 fois plus que le puits de carbone de la biosphère continentale.

Sa capacité de stockage s’explique par le fait que le CO₂ absorbé se transforme en deux autres formes inorganiques (les ions bicarbonate (HCO₃⁻) et carbonate (CO₃²⁻) qui représentent ensemble environ 98 % du stock de carbone océanique et n’interagissent pas avec l’atmosphère. Dans les océans, les organismes vivants ne représentent qu’une infime fraction du carbone total (0,01 %).

 

Contrairement à la biosphère continentale, où le contact avec l’atmosphère est constant, les flux de CO₂ entre l’atmosphère et l’océan sont pilotés par des processus physico-chimiques déterminés par le gradient de CO₂ à l’interface air-mer.

Deux propriétés chimiques de l’océan sont essentielles pour comprendre les différentes techniques de mCDR proposées :

• La première est sa capacité à stocker le carbone sous forme de carbone inorganique dissous (ou DIC) : c’est la somme des trois formes qui existent dans l’océan (CO₂ + HCO₃⁻ + CO₃²⁻).
• La seconde est l’alcalinité de l’océan, c’est-à-dire la capacité de l’eau à neutraliser les acides – soit l’équilibre entre les ions capables de céder ou recevoir un proton présents dans l’océan. C’est elle qui explique la répartition du carbone inorganique dissous entre ses trois formes possibles.

 

Les approches qui veulent renforcer les puits de carbone marins se concentrent sur la réduction de la concentration de CO₂ dans les eaux de surface, afin d’amplifier le flux de carbone en provenance de l’atmosphère.

Pour y parvenir, il est possible de réduire la concentration de carbone inorganique dissous, par exemple en augmentant la quantité d’organismes marins pratiquant la photosynthèse, comme le phytoplancton ou les macroalgues.

On peut également y parvenir en augmentant l’alcalinité de l’eau de mer. On peut par exemple ajouter de la soude. Au final, cela permettrait d’augmenter la part de carbone inorganique dissoute sous forme de bicarbonate et de carbonate.

En théorie, chacune de ces approches permettrait d’augmenter les quantités de carbone stocké dans les océans :

• Soit en augmentant les flux dans les régions océaniques qui absorbent le CO₂ atmosphérique (par exemple, l’Atlantique Nord et l’océan Austral),
• Soit en diminuant les flux dans les régions où le dégazage de CO₂ dans l’atmosphère se produit (par exemple, le Pacifique équatorial).

Les simulations numériques pour les propositions de mCDR précedentes ont néanmoins mis en lumière plusieurs contraintes physico-chimiques et biologiques. Elles ont revu leur potentiel à la baisse.

L’amélioration de l’absorption biologique du carbone inorganique dissous, à travers par exemple la culture d’algues, semble prometteuse. Mais son efficacité varie énormément d’une région à l’autre et ne produit souvent pas les résultats attendus en termes d’élimination du carbone.

Contrairement au puits de carbone continental, où une augmentation de la production primaire nette de carbone entraîne une réduction équivalente du CO₂ atmosphérique, ce n’est pas le cas dans les océans.

• D’abord parce que le carbone inorganique dissous dans l’eau par des processus biologiques ne réduit pas toujours les concentrations de CO₂ dans l’eau.
• Et d’autre part parce que la circulation des masses d’eau signifie que les temps de résidence de l’eau de mer de surface sont souvent insuffisants pour maximiser le transfert de CO₂ de l’atmosphère vers l’océan.

Dans les simulations globales réalisées, seuls 70 à 80 % du carbone inorganique dissous capturé par par d’hypothétiques fermes de macroalgues sont effectivement remplacés par du carbone provenant de l’atmosphère.

Cette part peut même descendre à moins de 60 % lorsque les simulations prennent en compte les nutriments que doivent absorber les algues et les impacts sur le phytoplancton marin naturel, qui contribue également à réduire les concentrations de CO₂ dans la partie supérieure de l’océan.

La plus grande difficulté concernant le recours aux techniques de mCDR réside probablement dans la surveillance, le reporting et la vérification de l’augmentation du stockage de carbone dans l’océan dans le monde réel.

C’est pourtant une condition préalable avant l’attribution de crédits carbone, l’intégration dans les contributions déterminées au niveau national (ou CDN, NDC en anglais, qui représentent les engagements des États dans le cadre de l’accord de Paris, ndlr), ou même l’actualisation des stocks de carbone à l’échelle mondiale.

Il n’est pas surprenant que l’eau de mer se déplace et que des actions comme la culture d’algues ou l’alcalinisation à un endroit donné puissent influencer l’absorption et le stockage du carbone océanique à des centaines de kilomètres de là.

Ces effets à distance, ainsi que la dissociation entre les flux de CO₂ air-mer en surface et le stockage du carbone dans l’océan en profondeur (contrairement à ce qui se produit sur terre) signifient que des réseaux d’observation étendus, des traceurs d’échanges gazeux et des simulations numériques seront probablement nécessaires pour permettre un tel ce suivi.

Même dans ces conditions, tout accroissement du stockage de carbone en mer serait une goutte d’eau dans l’océan, étant donné la quantité de carbone qui y est naturellement présente, et serait donc extrêmement difficile à quantifier.

Reste la question : quelle quantité de carbone ces méthodes pourraient-elles extraire de l’atmosphère et quelles pourraient en être les implications ?

L’augmentation de l’alcalinité des océans à l’aide d’un minéral alcalin abondant tel que l’olivine a été estimée, dans le meilleur des cas, à un accroissement du stockage de carbone dans l’océan d’environ un Gt de CO₂ par Gt d’olivine ajoutée.

Si l’on voulait accroître l’absorption du carbone atmosphérique par les océans de 1 Gt de CO₂ par an (ce qui représente une augmentation d’environ 10 % par rapport au puits océanique en 2023), il faudrait donc transporter 1 Gt d’olivine vers les régions océaniques d’intérêts, soit 13 fois le poids de la pêche marine mondiale actuelle !

Compte tenu des émissions humaines actuelles, qui sont de 40 Gt de CO₂ par an, et de la nécessité d’atteindre des émissions nettes nulles au cours des prochaines décennies pour stabiliser le réchauffement à un niveau acceptable, l’élimination du dioxyde de carbone par les techniques de mCDR ne pourra pas se substituer à des réductions drastiques des émissions. Cette élimination pourrait permettre cependant de compenser des émissions résiduelles dans des secteurs difficiles à décarboner.

Environnement et forêt: puits-de-carbone-en-danger

Environnement et forêt: puits-de-carbone-en-danger

La forêt française, un puits de carbone en péril estime un papier « du Monde ». La capacité de stockage du CO₂ par les écosystèmes forestiers a été divisée par deux en dix ans. Une tendance inquiétante, alors que la France doit réviser sa stratégie visant à atteindre la neutralité carbone.

Et si la forêt française n’absorbait plus de CO₂ ? Et si, au lieu de constituer un précieux puits de carbone, elle contribuait elle aussi à réchauffer le climat ? Cette perspective inquiétante n’est pas aussi irréaliste qu’elle en a l’air. La tendance est en effet clairement à la baisse : la forêt française absorbe deux fois moins de carbone qu’il y a une décennie. Alors que le gouvernement doit publier, d’ici à l’été, les grandes lignes de la troisième édition de sa feuille de route visant à atteindre la neutralité carbone en 2050, cette diminution du puits de carbone forestier est un enjeu majeur.

Lundi 5 juin, à l’occasion de la publication d’un inventaire des émissions de gaz à effet de serre, les ministères de la transition écologique et énergétique ont fait état d’une « situation préoccupante » du secteur des terres et forêts.

Selon les dernières données officielles, la forêt française a absorbé, en 2021, 31,2 millions de tonnes de CO₂ (Mt CO₂), soit environ 7,5 % des émissions nationales. Mais c’est deux fois moins que dix ans plus tôt (57,7 Mt CO₂). Et depuis 1990, hors tempête, ce chiffre n’a été plus faible qu’à une seule reprise, en 2019 (– 30,1 Mt CO₂). Le Haut Conseil pour le climat est l’un des premiers organismes à s’être alarmé, dans son rapport de juin 2022, de la « dégradation significative de la capacité des forêts à capter du carbone », celles-ci demeurant malgré tout le principal puits naturel du pays.

En cause surtout l’exploitation industrielle des forêts

Forêts: puits-de-carbone-en-danger

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La forêt française, un puits de carbone en péril estime un papier « du Monde ». La capacité de stockage du CO₂ par les écosystèmes forestiers a été divisée par deux en dix ans. Une tendance inquiétante, alors que la France doit réviser sa stratégie visant à atteindre la neutralité carbone.

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Lundi 5 juin, à l’occasion de la publication d’un inventaire des émissions de gaz à effet de serre, les ministères de la transition écologique et énergétique ont fait état d’une « situation préoccupante » du secteur des terres et forêts.

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Co2 et Forêts: des puits-de-carbone-en-danger

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Et si la forêt française n’absorbait plus de CO₂ ? Et si, au lieu de constituer un précieux puits de carbone, elle contribuait elle aussi à réchauffer le climat ? Cette perspective inquiétante n’est pas aussi irréaliste qu’elle en a l’air. La tendance est en effet clairement à la baisse : la forêt française absorbe deux fois moins de carbone qu’il y a une décennie. Alors que le gouvernement doit publier, d’ici à l’été, les grandes lignes de la troisième édition de sa feuille de route visant à atteindre la neutralité carbone en 2050, cette diminution du puits de carbone forestier est un enjeu majeur.

Lundi 5 juin, à l’occasion de la publication d’un inventaire des émissions de gaz à effet de serre, les ministères de la transition écologique et énergétique ont fait état d’une « situation préoccupante » du secteur des terres et forêts.

Selon les dernières données officielles, la forêt française a absorbé, en 2021, 31,2 millions de tonnes de CO₂ (Mt CO₂), soit environ 7,5 % des émissions nationales. Mais c’est deux fois moins que dix ans plus tôt (57,7 Mt CO₂). Et depuis 1990, hors tempête, ce chiffre n’a été plus faible qu’à une seule reprise, en 2019 (– 30,1 Mt CO₂). Le Haut Conseil pour le climat est l’un des premiers organismes à s’être alarmé, dans son rapport de juin 2022, de la « dégradation significative de la capacité des forêts à capter du carbone », celles-ci demeurant malgré tout le principal puits naturel du pays.

En cause surtout l’exploitation industrielle des forêts

Forêts: -puits-de-carbone-en-danger

Forêts: -puits-de-carbone-en-danger

La forêt française, un puits de carbone en péril estime un papier « du Monde ». La capacité de stockage du CO₂ par les écosystèmes forestiers a été divisée par deux en dix ans. Une tendance inquiétante, alors que la France doit réviser sa stratégie visant à atteindre la neutralité carbone.

Et si la forêt française n’absorbait plus de CO₂ ? Et si, au lieu de constituer un précieux puits de carbone, elle contribuait elle aussi à réchauffer le climat ? Cette perspective inquiétante n’est pas aussi irréaliste qu’elle en a l’air. La tendance est en effet clairement à la baisse : la forêt française absorbe deux fois moins de carbone qu’il y a une décennie. Alors que le gouvernement doit publier, d’ici à l’été, les grandes lignes de la troisième édition de sa feuille de route visant à atteindre la neutralité carbone en 2050, cette diminution du puits de carbone forestier est un enjeu majeur.

Lundi 5 juin, à l’occasion de la publication d’un inventaire des émissions de gaz à effet de serre, les ministères de la transition écologique et énergétique ont fait état d’une « situation préoccupante » du secteur des terres et forêts.

Selon les dernières données officielles, la forêt française a absorbé, en 2021, 31,2 millions de tonnes de CO₂ (Mt CO₂), soit environ 7,5 % des émissions nationales. Mais c’est deux fois moins que dix ans plus tôt (57,7 Mt CO₂). Et depuis 1990, hors tempête, ce chiffre n’a été plus faible qu’à une seule reprise, en 2019 (– 30,1 Mt CO₂). Le Haut Conseil pour le climat est l’un des premiers organismes à s’être alarmé, dans son rapport de juin 2022, de la « dégradation significative de la capacité des forêts à capter du carbone », celles-ci demeurant malgré tout le principal puits naturel du pays.

En cause surtout l’exploitation industrielle des forêts

Puits de carbone : solution ou mise sous le tapis de la poussière ?

Puits de carbone : solution ou mise sous le tapis de la poussière ?

par

Daphné Lorne
Analyste prospectiviste biocarburants transport, IFP Énergies nouvelles

Guillaume Boissonnet
Directeur de Recherche – Economie Circulaire du Carbone, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

Jack Legrand
Professeur Emérite, Génie des Procédés, Université de Nantes

Monique Axelos
Chercheur en alimentation et bioéconomie, Inrae ( dans the conversation)

Un article intéressant d’éminents experts qui expliquent comment piéger le carbone mais en sous-estimant le fait qu’il s’agit d’un piégeage provisoire qui va rejaillir un jour ou l’autre, demain ou dans des centaines d’années. Un article qui manque cruellement de données quantitatives relatif au cycle systémique du carbone; Une insuffisance qui affecte sérieusement son caractère scientifique NDLR

Guillaume Boissonnet est membre de l’International Scientific Advisory Committee de European Biomass Conference and Exhibition (EUBCE) et de la Société Française de Génie des Procédés.

Monique Axelos a co-présidé le groupe de travail « Biomasse et neutralité Carbone » du Comité de prospective de la Commission de Régulation de l’Energie

Dans l’Union européenne, et dans la plupart des pays développés, un objectif de « neutralité carbone » a été fixé d’ici 2050. Il s’agit de compenser les émissions de CO2 anthropiques vers l’atmosphère par des absorptions de CO2, en utilisant des systèmes qui piègent plus de CO2 atmosphérique qu’ils n’en émettent – les plantes en sont un premier exemple. On les appelle « puits de carbone ».

En effet, tous les scénarios climatiques de référence s’alignent : une fois mises en place les multiples solutions de réduction des émissions de CO2 d’origine fossile (sobriété énergétique, efficacité des systèmes énergétiques, substitution par les énergies renouvelables, etc.), il restera des émissions incompressibles dans le temps imparti, dans les secteurs de l’agriculture et de l’industrie notamment, qui devront être compensées par des puits de carbone.

Évolution des émissions et des puits de GES sur le territoire français entre 1990 et 2050 (en MtCO2eq). Inventaire CITEPA 2018 et scénario SNBC révisée (neutralité carbone). Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires, Ministère de la Transition énergétique

Qu’est-ce qu’un puits de carbone ?

Un « puits de carbone » piège donc plus de CO2 atmosphérique qu’il n’en émet dans l’atmosphère, grâce à un réservoir qui séquestre « durablement » du carbone d’origine atmosphérique sous forme liquide, gazeuse, ou solide, tel que les sols superficiels (le premier mètre tout au plus), les plantes, certains écosystèmes aquatiques, des cavités souterraines ou des structures géologiques poreuses en sous-sols profonds (plusieurs dizaines voire centaines de mètres), ou encore des matériaux à « longue durée de vie » (proche et au-delà de la centaine d’années).

Aujourd’hui, les principaux puits de carbone à l’échelle de la planète sont des puits naturels comme les océans, et les sols supports de la biomasse (forêt, tourbière, prairie, etc.). Ceux-ci peuvent « stocker » le CO2 mais aussi le méthane, l’autre gaz à effet de serre carboné très important. Face à l’urgence climatique, les niveaux de puits doivent être accrus.

La première question est celle de la préservation des puits « naturels » existants et de l’augmentation de leur efficacité. Ces actions s’accompagnent du développement de nouveaux puits dits « technologiques ».

À l’échelle du territoire français, où en sommes-nous en termes de capacités de puits pour piéger notre CO2 excédentaire ? Quelles nouvelles solutions devrons-nous développer et mettre en place ?

C’est à ces questions que tentent de répondre le rapport et les fiches de synthèse récemment publiés par un groupe de chercheurs membres de l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (ANCRE).

À l’échelle du territoire français, l’absorption nette de ces gaz à effet de serre a été chiffrée à 14 millions de tonnes de CO₂ équivalent sur l’année 2020, contre 50 millions de tonnes de CO2 équivalent en 2005 (CO2 et méthane principalement).

D’après la Stratégie nationale bas carbone, la trajectoire des émissions nationales visant la neutralité carbone en 2050 exige de passer de 460 millions de tonnes de CO2eq émises par an en 2015, à 80 millions de tonnes de CO2 équivalent par an d’ici 2050. Une telle trajectoire devra ainsi s’accompagner d’un puits annuel d’au moins 80 millions de tonnes de CO2 équivalent pour atteindre la neutralité.

Un tel objectif nécessite ainsi le développement de ces puits d’un facteur 6. Il faudra avoir recours à des solutions de préservation et d’augmentation des puits naturels ainsi que des solutions technologiques.

Mieux comprendre et mieux protéger les puits naturels de carbone
Aujourd’hui, les forêts françaises et l’usage du bois d’œuvre constituent le principal puits national grâce à l’absorption du CO2 atmosphérique par la végétation via la photosynthèse. Après une forte augmentation jusqu’en 2008, on observe une tendance à la baisse via des épisodes de tempêtes, d’incendies, et la baisse du marché des produits issus du bois récolté. C’est sur ce dernier levier que la Stratégie nationale bas carbone souhaite jouer en redynamisant fortement les produits bois via notamment le développement des matériaux à longue durée de vie.

Les terres agricoles participent également aux puits de carbone français, en particulier via les prairies. Leurs surfaces ayant connu une baisse importante, en particulier entre 2005 et 2010, il convient aujourd’hui de les préserver et de redéployer des pratiques agricoles « stockantes » : développement de l’agroforesterie, des cultures intermédiaires, allongement des rotations des prairies temporaires, réimplantation des haies notamment.

Des pratiques stockantes spécifiques peuvent également être développées à travers l’implantation de la biomasse en milieux urbains : agriculture urbaine, jardins partagés, abords des infrastructures de transport, toits et façades végétalisés, ou encore végétalisation de friches industrielles et commerciales.

Un marais au lever du jour
Les zones humides et milieux aquatiques contribuent également à stocker le carbone. Jon/Unsplash, CC BY
Les milieux aquatiques représentent des puits de carbone sur des échelles de temps supérieures à la centaine d’années, mais dont le potentiel est encore mal évalué.

Le stockage peut provenir (i) de la dissolution directe dans l’eau du CO2 de l’air via les pompes biologiques et physiques, (ii) de la fixation du CO2 dans la matière organique issue de la photosynthèse par la flore dans les estuaires, deltas, mangroves, herbiers notamment, que l’on appelle « carbone bleu », (iii) de l’altération des roches silicatées (basaltes, granits, etc.) par les eaux de pluie chargée en acide carbonique issu de la dissolution du CO2 de l’air. Le carbone se retrouve alors stocké dans les roches sédimentaires des fonds marins. Pour ces milieux, la priorité revient à une meilleure connaissance par observation et modélisation des bilans d’émissions/absorption, qui sont encore difficiles à estimer.

L’avenir de ces puits naturels face à l’évolution de certaines activités humaines (urbanisation…) et aux effets du changement climatique reste cependant incertain, et peu étudié.

Développer des technologies de captage et de stockage de CO₂ d’origine atmosphérique
Ainsi, le recours à des systèmes technologiques de captage et de stockage est envisagé en parallèle. Le captage en milieu concentré (fumées ou effluents d’usines par exemple) est déjà déployé, mais le captage du CO2 atmosphérique doit encore être amélioré, en particulier son efficacité (le CO2 est bien plus dilué dans l’atmosphère que dans les fumées d’usine).

Parmi ces technologies, sont aujourd’hui en cours d’expérimentation le captage direct dans l’air ou encore le captage de CO₂ biogénique au sein de bioraffineries. La première solution, appelée « DACS » pour Direct Air Capture and Storage, commence à être démontrée, par exemple sur le site d’Orca en Islande, mais elle est encore difficilement reproductible sans être confrontée à des verrous en termes de bilan énergétique et donc de bilan d’émissions de GES.

Le CO2 émis par des bioraffineries (chaudières biomasse, méthaniseurs, usines de production de bioéthanol, etc.) est issu de la transformation de la biomasse ayant elle-même absorbé du CO2 atmosphérique durant sa croissance via la photosynthèse.

Au sein de la bioraffinerie, ce CO2 peut être capté avec les mêmes technologies que celles déployées à l’heure actuelle sur les cheminées d’usines ou centrales thermiques. Une fois capté, ce CO2 peut ensuite être recyclé ou séquestré dans un réservoir qui peut être géologique ou dans des sols plus superficiels (en tant qu’amendement pour les sols agricoles, dans d’anciennes mines ou carrières) ou encore dans des matériaux à longue durée de vie pour la construction du bâti ou d’infrastructures (charpentes, isolants, revêtement de route, bétons, etc.).

Si les solutions de puits de carbone semblent potentiellement nombreuses, d’importantes actions sont encore à mener afin de développer une meilleure connaissance des flux naturels, une plus grande maîtrise des pratiques stockantes liées à la gestion de la biomasse, ainsi que d’améliorer l’efficacité, la durabilité et les coûts des technologies dédiées.

Ces améliorations doivent encore être démontrées sur des systèmes complets à grande échelle. Il faudra en parallèle veiller à ce que ces technologies ne se substituent pas aux efforts de réduction d’émissions de GES, qui restent le premier levier pour l’atteinte de la neutralité carbone.

Enfin, de nombreuses actions d’accompagnements seront nécessaires, des cadres réglementaires aux normes de comptabilisation des bilans d’émissions, en passant par le soutien à la recherche et au développement et par l’amélioration de l’acceptabilité des nouvelles technologies. Un chantier important qui implique dès aujourd’hui les acteurs de la recherche, de l’industrie, les collectivités et les pouvoirs publics.

Puits de carbone : solution ou mise sous le tapis de la poussière ?

Puits de carbone : une partie de la solution ou la mise sous le tapis de la poussière ?

par

Daphné Lorne
Analyste prospectiviste biocarburants transport, IFP Énergies nouvelles

Guillaume Boissonnet
Directeur de Recherche – Economie Circulaire du Carbone, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

Jack Legrand
Professeur Emérite, Génie des Procédés, Université de Nantes

Monique Axelos
Chercheur en alimentation et bioéconomie, Inrae ( dans the conversation)

Un article intéressant d’éminents experts qui expliquent comment piéger le carbone mais en sous-estimant le fait qu’il s’agit d’un piégeage provisoire qui va rejaillir un jour ou l’autre, demain ou dans des centaines d’années. Un article qui manque cruellement de données quantitatives relatif au cycle systémique du carbone; Une insuffisance qui affecte sérieusement son caractère scientifique NDLR

Guillaume Boissonnet est membre de l’International Scientific Advisory Committee de European Biomass Conference and Exhibition (EUBCE) et de la Société Française de Génie des Procédés. Guillaume Boissonnet a reçu des financements de projets de recherche par ADEME, ANR et European Union Horizon H2020

Société Française de Génie des Procédés

Monique Axelos a co-présidé le groupe de travail « Biomasse et neutralité Carbone » du Comité de prospective de la Commission de Régulation de l’Energie

Dans l’Union européenne, et dans la plupart des pays développés, un objectif de « neutralité carbone » a été fixé d’ici 2050. Il s’agit de compenser les émissions de CO2 anthropiques vers l’atmosphère par des absorptions de CO2, en utilisant des systèmes qui piègent plus de CO2 atmosphérique qu’ils n’en émettent – les plantes en sont un premier exemple. On les appelle « puits de carbone ».

En effet, tous les scénarios climatiques de référence s’alignent : une fois mises en place les multiples solutions de réduction des émissions de CO2 d’origine fossile (sobriété énergétique, efficacité des systèmes énergétiques, substitution par les énergies renouvelables, etc.), il restera des émissions incompressibles dans le temps imparti, dans les secteurs de l’agriculture et de l’industrie notamment, qui devront être compensées par des puits de carbone.

Évolution des émissions et des puits de GES sur le territoire français entre 1990 et 2050 (en MtCO2eq). Inventaire CITEPA 2018 et scénario SNBC révisée (neutralité carbone). Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires, Ministère de la Transition énergétique

Qu’est-ce qu’un puits de carbone ?

Un « puits de carbone » piège donc plus de CO2 atmosphérique qu’il n’en émet dans l’atmosphère, grâce à un réservoir qui séquestre « durablement » du carbone d’origine atmosphérique sous forme liquide, gazeuse, ou solide, tel que les sols superficiels (le premier mètre tout au plus), les plantes, certains écosystèmes aquatiques, des cavités souterraines ou des structures géologiques poreuses en sous-sols profonds (plusieurs dizaines voire centaines de mètres), ou encore des matériaux à « longue durée de vie » (proche et au-delà de la centaine d’années).

Aujourd’hui, les principaux puits de carbone à l’échelle de la planète sont des puits naturels comme les océans, et les sols supports de la biomasse (forêt, tourbière, prairie, etc.). Ceux-ci peuvent « stocker » le CO2 mais aussi le méthane, l’autre gaz à effet de serre carboné très important. Face à l’urgence climatique, les niveaux de puits doivent être accrus.

La première question est celle de la préservation des puits « naturels » existants et de l’augmentation de leur efficacité. Ces actions s’accompagnent du développement de nouveaux puits dits « technologiques ».

À l’échelle du territoire français, où en sommes-nous en termes de capacités de puits pour piéger notre CO2 excédentaire ? Quelles nouvelles solutions devrons-nous développer et mettre en place ?

C’est à ces questions que tentent de répondre le rapport et les fiches de synthèse récemment publiés par un groupe de chercheurs membres de l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (ANCRE).

À l’échelle du territoire français, l’absorption nette de ces gaz à effet de serre a été chiffrée à 14 millions de tonnes de CO₂ équivalent sur l’année 2020, contre 50 millions de tonnes de CO2 équivalent en 2005 (CO2 et méthane principalement).

D’après la Stratégie nationale bas carbone, la trajectoire des émissions nationales visant la neutralité carbone en 2050 exige de passer de 460 millions de tonnes de CO2eq émises par an en 2015, à 80 millions de tonnes de CO2 équivalent par an d’ici 2050. Une telle trajectoire devra ainsi s’accompagner d’un puits annuel d’au moins 80 millions de tonnes de CO2 équivalent pour atteindre la neutralité.

Un tel objectif nécessite ainsi le développement de ces puits d’un facteur 6. Il faudra avoir recours à des solutions de préservation et d’augmentation des puits naturels ainsi que des solutions technologiques.

Mieux comprendre et mieux protéger les puits naturels de carbone
Aujourd’hui, les forêts françaises et l’usage du bois d’œuvre constituent le principal puits national grâce à l’absorption du CO2 atmosphérique par la végétation via la photosynthèse. Après une forte augmentation jusqu’en 2008, on observe une tendance à la baisse via des épisodes de tempêtes, d’incendies, et la baisse du marché des produits issus du bois récolté. C’est sur ce dernier levier que la Stratégie nationale bas carbone souhaite jouer en redynamisant fortement les produits bois via notamment le développement des matériaux à longue durée de vie.

Les terres agricoles participent également aux puits de carbone français, en particulier via les prairies. Leurs surfaces ayant connu une baisse importante, en particulier entre 2005 et 2010, il convient aujourd’hui de les préserver et de redéployer des pratiques agricoles « stockantes » : développement de l’agroforesterie, des cultures intermédiaires, allongement des rotations des prairies temporaires, réimplantation des haies notamment.

Des pratiques stockantes spécifiques peuvent également être développées à travers l’implantation de la biomasse en milieux urbains : agriculture urbaine, jardins partagés, abords des infrastructures de transport, toits et façades végétalisés, ou encore végétalisation de friches industrielles et commerciales.

Un marais au lever du jour
Les zones humides et milieux aquatiques contribuent également à stocker le carbone. Jon/Unsplash, CC BY
Les milieux aquatiques représentent des puits de carbone sur des échelles de temps supérieures à la centaine d’années, mais dont le potentiel est encore mal évalué.

Le stockage peut provenir (i) de la dissolution directe dans l’eau du CO2 de l’air via les pompes biologiques et physiques, (ii) de la fixation du CO2 dans la matière organique issue de la photosynthèse par la flore dans les estuaires, deltas, mangroves, herbiers notamment, que l’on appelle « carbone bleu », (iii) de l’altération des roches silicatées (basaltes, granits, etc.) par les eaux de pluie chargée en acide carbonique issu de la dissolution du CO2 de l’air. Le carbone se retrouve alors stocké dans les roches sédimentaires des fonds marins. Pour ces milieux, la priorité revient à une meilleure connaissance par observation et modélisation des bilans d’émissions/absorption, qui sont encore difficiles à estimer.

L’avenir de ces puits naturels face à l’évolution de certaines activités humaines (urbanisation…) et aux effets du changement climatique reste cependant incertain, et peu étudié.

Développer des technologies de captage et de stockage de CO₂ d’origine atmosphérique
Ainsi, le recours à des systèmes technologiques de captage et de stockage est envisagé en parallèle. Le captage en milieu concentré (fumées ou effluents d’usines par exemple) est déjà déployé, mais le captage du CO2 atmosphérique doit encore être amélioré, en particulier son efficacité (le CO2 est bien plus dilué dans l’atmosphère que dans les fumées d’usine).

Parmi ces technologies, sont aujourd’hui en cours d’expérimentation le captage direct dans l’air ou encore le captage de CO₂ biogénique au sein de bioraffineries. La première solution, appelée « DACS » pour Direct Air Capture and Storage, commence à être démontrée, par exemple sur le site d’Orca en Islande, mais elle est encore difficilement reproductible sans être confrontée à des verrous en termes de bilan énergétique et donc de bilan d’émissions de GES.

Le CO2 émis par des bioraffineries (chaudières biomasse, méthaniseurs, usines de production de bioéthanol, etc.) est issu de la transformation de la biomasse ayant elle-même absorbé du CO2 atmosphérique durant sa croissance via la photosynthèse.

Au sein de la bioraffinerie, ce CO2 peut être capté avec les mêmes technologies que celles déployées à l’heure actuelle sur les cheminées d’usines ou centrales thermiques. Une fois capté, ce CO2 peut ensuite être recyclé ou séquestré dans un réservoir qui peut être géologique ou dans des sols plus superficiels (en tant qu’amendement pour les sols agricoles, dans d’anciennes mines ou carrières) ou encore dans des matériaux à longue durée de vie pour la construction du bâti ou d’infrastructures (charpentes, isolants, revêtement de route, bétons, etc.).

Si les solutions de puits de carbone semblent potentiellement nombreuses, d’importantes actions sont encore à mener afin de développer une meilleure connaissance des flux naturels, une plus grande maîtrise des pratiques stockantes liées à la gestion de la biomasse, ainsi que d’améliorer l’efficacité, la durabilité et les coûts des technologies dédiées.

Ces améliorations doivent encore être démontrées sur des systèmes complets à grande échelle. Il faudra en parallèle veiller à ce que ces technologies ne se substituent pas aux efforts de réduction d’émissions de GES, qui restent le premier levier pour l’atteinte de la neutralité carbone.

Enfin, de nombreuses actions d’accompagnements seront nécessaires, des cadres réglementaires aux normes de comptabilisation des bilans d’émissions, en passant par le soutien à la recherche et au développement et par l’amélioration de l’acceptabilité des nouvelles technologies. Un chantier important qui implique dès aujourd’hui les acteurs de la recherche, de l’industrie, les collectivités et les pouvoirs publics.

Pollution et puits de carbone : une partie de la solution ou la mise sous le tapis de la poussière ?

Pollution et puits de carbone : une partie de la solution ou la mise sous le tapis de la poussière ?

par

Daphné Lorne
Analyste prospectiviste biocarburants transport, IFP Énergies nouvelles

Guillaume Boissonnet
Directeur de Recherche – Economie Circulaire du Carbone, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

Jack Legrand
Professeur Emérite, Génie des Procédés, Université de Nantes

Monique Axelos
Chercheur en alimentation et bioéconomie, Inrae ( dans the conversation)

Un article intéressant d’éminents experts qui expliquent comment piéger le carbone mais en sous-estimant le fait qu’il s’agit d’un piégeage provisoire qui va rejaillir un jour ou l’autre, demain ou dans des centaines d’années. Un article qui manque cruellement de données quantitatives relatif au cycle systémique du carbone; Une insuffisance qui affecte sérieusement son caractère scientifique NDLR

Guillaume Boissonnet est membre de l’International Scientific Advisory Committee de European Biomass Conference and Exhibition (EUBCE) et de la Société Française de Génie des Procédés. Guillaume Boissonnet a reçu des financements de projets de recherche par ADEME, ANR et European Union Horizon H2020

Société Française de Génie des Procédés

Monique Axelos a co-présidé le groupe de travail « Biomasse et neutralité Carbone » du Comité de prospective de la Commission de Régulation de l’Energie

Dans l’Union européenne, et dans la plupart des pays développés, un objectif de « neutralité carbone » a été fixé d’ici 2050. Il s’agit de compenser les émissions de CO2 anthropiques vers l’atmosphère par des absorptions de CO2, en utilisant des systèmes qui piègent plus de CO2 atmosphérique qu’ils n’en émettent – les plantes en sont un premier exemple. On les appelle « puits de carbone ».

En effet, tous les scénarios climatiques de référence s’alignent : une fois mises en place les multiples solutions de réduction des émissions de CO2 d’origine fossile (sobriété énergétique, efficacité des systèmes énergétiques, substitution par les énergies renouvelables, etc.), il restera des émissions incompressibles dans le temps imparti, dans les secteurs de l’agriculture et de l’industrie notamment, qui devront être compensées par des puits de carbone.

Évolution des émissions et des puits de GES sur le territoire français entre 1990 et 2050 (en MtCO2eq). Inventaire CITEPA 2018 et scénario SNBC révisée (neutralité carbone). Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires, Ministère de la Transition énergétique

Qu’est-ce qu’un puits de carbone ?

Un « puits de carbone » piège donc plus de CO2 atmosphérique qu’il n’en émet dans l’atmosphère, grâce à un réservoir qui séquestre durablement du carbone d’origine atmosphérique sous forme liquide, gazeuse, ou solide, tel que les sols superficiels (le premier mètre tout au plus), les plantes, certains écosystèmes aquatiques, des cavités souterraines ou des structures géologiques poreuses en sous-sols profonds (plusieurs dizaines voire centaines de mètres), ou encore des matériaux à longue durée de vie (proche et au-delà de la centaine d’années).

Aujourd’hui, les principaux puits de carbone à l’échelle de la planète sont des puits naturels comme les océans, et les sols supports de la biomasse (forêt, tourbière, prairie, etc.). Ceux-ci peuvent stocker le CO2 mais aussi le méthane, l’autre gaz à effet de serre carboné très important. Face à l’urgence climatique, les niveaux de puits doivent être accrus.

Des analyses de qualité et sans publicité, chaque jour dans vos mails.
La première question est celle de la préservation des puits « naturels » existants et de l’augmentation de leur efficacité. Ces actions s’accompagnent du développement de nouveaux puits dits « technologiques ».

À l’échelle du territoire français, où en sommes-nous en termes de capacités de puits pour piéger notre CO2 excédentaire ? Quelles nouvelles solutions devrons-nous développer et mettre en place ?

C’est à ces questions que tentent de répondre le rapport et les fiches de synthèse récemment publiés par un groupe de chercheurs membres de l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (ANCRE).

À l’échelle du territoire français, l’absorption nette de ces gaz à effet de serre a été chiffrée à 14 millions de tonnes de CO₂ équivalent sur l’année 2020, contre 50 millions de tonnes de CO2 équivalent en 2005 (CO2 et méthane principalement).

D’après la Stratégie nationale bas carbone, la trajectoire des émissions nationales visant la neutralité carbone en 2050 exige de passer de 460 millions de tonnes de CO2eq émises par an en 2015, à 80 millions de tonnes de CO2 équivalent par an d’ici 2050. Une telle trajectoire devra ainsi s’accompagner d’un puits annuel d’au moins 80 millions de tonnes de CO2 équivalent pour atteindre la neutralité.

Un tel objectif nécessite ainsi le développement de ces puits d’un facteur 6. Il faudra avoir recours à des solutions de préservation et d’augmentation des puits naturels ainsi que des solutions technologiques.

Mieux comprendre et mieux protéger les puits naturels de carbone
Aujourd’hui, les forêts françaises et l’usage du bois d’œuvre constituent le principal puits national grâce à l’absorption du CO2 atmosphérique par la végétation via la photosynthèse. Après une forte augmentation jusqu’en 2008, on observe une tendance à la baisse via des épisodes de tempêtes, d’incendies, et la baisse du marché des produits issus du bois récolté. C’est sur ce dernier levier que la Stratégie nationale bas carbone souhaite jouer en redynamisant fortement les produits bois via notamment le développement des matériaux à longue durée de vie.

Les terres agricoles participent également aux puits de carbone français, en particulier via les prairies. Leurs surfaces ayant connu une baisse importante, en particulier entre 2005 et 2010, il convient aujourd’hui de les préserver et de redéployer des pratiques agricoles « stockantes » : développement de l’agroforesterie, des cultures intermédiaires, allongement des rotations des prairies temporaires, réimplantation des haies notamment.

Des pratiques stockantes spécifiques peuvent également être développées à travers l’implantation de la biomasse en milieux urbains : agriculture urbaine, jardins partagés, abords des infrastructures de transport, toits et façades végétalisés, ou encore végétalisation de friches industrielles et commerciales.

Un marais au lever du jour
Les zones humides et milieux aquatiques contribuent également à stocker le carbone. Jon/Unsplash, CC BY
Les milieux aquatiques représentent des puits de carbone sur des échelles de temps supérieures à la centaine d’années, mais dont le potentiel est encore mal évalué.

Le stockage peut provenir (i) de la dissolution directe dans l’eau du CO2 de l’air via les pompes biologiques et physiques, (ii) de la fixation du CO2 dans la matière organique issue de la photosynthèse par la flore dans les estuaires, deltas, mangroves, herbiers notamment, que l’on appelle « carbone bleu », (iii) de l’altération des roches silicatées (basaltes, granits, etc.) par les eaux de pluie chargée en acide carbonique issu de la dissolution du CO2 de l’air. Le carbone se retrouve alors stocké dans les roches sédimentaires des fonds marins. Pour ces milieux, la priorité revient à une meilleure connaissance par observation et modélisation des bilans d’émissions/absorption, qui sont encore difficiles à estimer.

L’avenir de ces puits naturels face à l’évolution de certaines activités humaines (urbanisation…) et aux effets du changement climatique reste cependant incertain, et peu étudié.

Développer des technologies de captage et de stockage de CO₂ d’origine atmosphérique
Ainsi, le recours à des systèmes technologiques de captage et de stockage est envisagé en parallèle. Le captage en milieu concentré (fumées ou effluents d’usines par exemple) est déjà déployé, mais le captage du CO2 atmosphérique doit encore être amélioré, en particulier son efficacité (le CO2 est bien plus dilué dans l’atmosphère que dans les fumées d’usine).

Parmi ces technologies, sont aujourd’hui en cours d’expérimentation le captage direct dans l’air ou encore le captage de CO₂ biogénique au sein de bioraffineries. La première solution, appelée « DACS » pour Direct Air Capture and Storage, commence à être démontrée, par exemple sur le site d’Orca en Islande, mais elle est encore difficilement reproductible sans être confrontée à des verrous en termes de bilan énergétique et donc de bilan d’émissions de GES.

Le CO2 émis par des bioraffineries (chaudières biomasse, méthaniseurs, usines de production de bioéthanol, etc.) est issu de la transformation de la biomasse ayant elle-même absorbé du CO2 atmosphérique durant sa croissance via la photosynthèse.

Au sein de la bioraffinerie, ce CO2 peut être capté avec les mêmes technologies que celles déployées à l’heure actuelle sur les cheminées d’usines ou centrales thermiques. Une fois capté, ce CO2 peut ensuite être recyclé ou séquestré dans un réservoir qui peut être géologique ou dans des sols plus superficiels (en tant qu’amendement pour les sols agricoles, dans d’anciennes mines ou carrières) ou encore dans des matériaux à longue durée de vie pour la construction du bâti ou d’infrastructures (charpentes, isolants, revêtement de route, bétons, etc.).

Si les solutions de puits de carbone semblent potentiellement nombreuses, d’importantes actions sont encore à mener afin de développer une meilleure connaissance des flux naturels, une plus grande maîtrise des pratiques stockantes liées à la gestion de la biomasse, ainsi que d’améliorer l’efficacité, la durabilité et les coûts des technologies dédiées.

Ces améliorations doivent encore être démontrées sur des systèmes complets à grande échelle. Il faudra en parallèle veiller à ce que ces technologies ne se substituent pas aux efforts de réduction d’émissions de GES, qui restent le premier levier pour l’atteinte de la neutralité carbone.

Enfin, de nombreuses actions d’accompagnements seront nécessaires, des cadres réglementaires aux normes de comptabilisation des bilans d’émissions, en passant par le soutien à la recherche et au développement et par l’amélioration de l’acceptabilité des nouvelles technologies. Un chantier important qui implique dès aujourd’hui les acteurs de la recherche, de l’industrie, les collectivités et les pouvoirs publics.

Puits de carbone : une partie de la solution ou la mise provisoire sous le tapis de la poussière ?

Puits de carbone : une partie de la solution ou la mise provisoire sous le tapis de la poussière ?

par

Daphné Lorne
Analyste prospectiviste biocarburants transport, IFP Énergies nouvelles

Guillaume Boissonnet
Directeur de Recherche – Economie Circulaire du Carbone, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

Jack Legrand
Professeur Emérite, Génie des Procédés, Université de Nantes

Monique Axelos
Chercheur en alimentation et bioéconomie, Inrae ( dans the conversation)

Un article intéressant d’éminents experts qui expliquent comment piéger le carbone mais en sous-estimant le fait qu’il s’agit d’un piégeage provisoire qui va rejaillir un jour ou l’autre, demain ou dans des centaines d’années. Un article qui manque cruellement de données quantitatives relatif au cycle systémique du carbone; Une insuffisance qui affecte sérieusement son caractère scientifique NDLR

Guillaume Boissonnet est membre de l’International Scientific Advisory Committee de European Biomass Conference and Exhibition (EUBCE) et de la Société Française de Génie des Procédés. Guillaume Boissonnet a reçu des financements de projets de recherche par ADEME, ANR et European Union Horizon H2020

Société Française de Génie des Procédés

Monique Axelos a co-présidé le groupe de travail « Biomasse et neutralité Carbone » du Comité de prospective de la Commission de Régulation de l’Energie

Dans l’Union européenne, et dans la plupart des pays développés, un objectif de « neutralité carbone » a été fixé d’ici 2050. Il s’agit de compenser les émissions de CO2 anthropiques vers l’atmosphère par des absorptions de CO2, en utilisant des systèmes qui piègent plus de CO2 atmosphérique qu’ils n’en émettent – les plantes en sont un premier exemple. On les appelle « puits de carbone ».

En effet, tous les scénarios climatiques de référence s’alignent : une fois mises en place les multiples solutions de réduction des émissions de CO2 d’origine fossile (sobriété énergétique, efficacité des systèmes énergétiques, substitution par les énergies renouvelables, etc.), il restera des émissions incompressibles dans le temps imparti, dans les secteurs de l’agriculture et de l’industrie notamment, qui devront être compensées par des puits de carbone.

Évolution des émissions et des puits de GES sur le territoire français entre 1990 et 2050 (en MtCO2eq). Inventaire CITEPA 2018 et scénario SNBC révisée (neutralité carbone). Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires, Ministère de la Transition énergétique

Qu’est-ce qu’un puits de carbone ?

Un « puits de carbone » piège donc plus de CO2 atmosphérique qu’il n’en émet dans l’atmosphère, grâce à un réservoir qui séquestre durablement du carbone d’origine atmosphérique sous forme liquide, gazeuse, ou solide, tel que les sols superficiels (le premier mètre tout au plus), les plantes, certains écosystèmes aquatiques, des cavités souterraines ou des structures géologiques poreuses en sous-sols profonds (plusieurs dizaines voire centaines de mètres), ou encore des matériaux à longue durée de vie (proche et au-delà de la centaine d’années).

Aujourd’hui, les principaux puits de carbone à l’échelle de la planète sont des puits naturels comme les océans, et les sols supports de la biomasse (forêt, tourbière, prairie, etc.). Ceux-ci peuvent stocker le CO2 mais aussi le méthane, l’autre gaz à effet de serre carboné très important. Face à l’urgence climatique, les niveaux de puits doivent être accrus.

Des analyses de qualité et sans publicité, chaque jour dans vos mails.
La première question est celle de la préservation des puits « naturels » existants et de l’augmentation de leur efficacité. Ces actions s’accompagnent du développement de nouveaux puits dits « technologiques ».

À l’échelle du territoire français, où en sommes-nous en termes de capacités de puits pour piéger notre CO2 excédentaire ? Quelles nouvelles solutions devrons-nous développer et mettre en place ?

C’est à ces questions que tentent de répondre le rapport et les fiches de synthèse récemment publiés par un groupe de chercheurs membres de l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (ANCRE).

À l’échelle du territoire français, l’absorption nette de ces gaz à effet de serre a été chiffrée à 14 millions de tonnes de CO₂ équivalent sur l’année 2020, contre 50 millions de tonnes de CO2 équivalent en 2005 (CO2 et méthane principalement).

D’après la Stratégie nationale bas carbone, la trajectoire des émissions nationales visant la neutralité carbone en 2050 exige de passer de 460 millions de tonnes de CO2eq émises par an en 2015, à 80 millions de tonnes de CO2 équivalent par an d’ici 2050. Une telle trajectoire devra ainsi s’accompagner d’un puits annuel d’au moins 80 millions de tonnes de CO2 équivalent pour atteindre la neutralité.

Un tel objectif nécessite ainsi le développement de ces puits d’un facteur 6. Il faudra avoir recours à des solutions de préservation et d’augmentation des puits naturels ainsi que des solutions technologiques.

Mieux comprendre et mieux protéger les puits naturels de carbone
Aujourd’hui, les forêts françaises et l’usage du bois d’œuvre constituent le principal puits national grâce à l’absorption du CO2 atmosphérique par la végétation via la photosynthèse. Après une forte augmentation jusqu’en 2008, on observe une tendance à la baisse via des épisodes de tempêtes, d’incendies, et la baisse du marché des produits issus du bois récolté. C’est sur ce dernier levier que la Stratégie nationale bas carbone souhaite jouer en redynamisant fortement les produits bois via notamment le développement des matériaux à longue durée de vie.

Les terres agricoles participent également aux puits de carbone français, en particulier via les prairies. Leurs surfaces ayant connu une baisse importante, en particulier entre 2005 et 2010, il convient aujourd’hui de les préserver et de redéployer des pratiques agricoles « stockantes » : développement de l’agroforesterie, des cultures intermédiaires, allongement des rotations des prairies temporaires, réimplantation des haies notamment.

Des pratiques stockantes spécifiques peuvent également être développées à travers l’implantation de la biomasse en milieux urbains : agriculture urbaine, jardins partagés, abords des infrastructures de transport, toits et façades végétalisés, ou encore végétalisation de friches industrielles et commerciales.

Un marais au lever du jour
Les zones humides et milieux aquatiques contribuent également à stocker le carbone. Jon/Unsplash, CC BY
Les milieux aquatiques représentent des puits de carbone sur des échelles de temps supérieures à la centaine d’années, mais dont le potentiel est encore mal évalué.

Le stockage peut provenir (i) de la dissolution directe dans l’eau du CO2 de l’air via les pompes biologiques et physiques, (ii) de la fixation du CO2 dans la matière organique issue de la photosynthèse par la flore dans les estuaires, deltas, mangroves, herbiers notamment, que l’on appelle « carbone bleu », (iii) de l’altération des roches silicatées (basaltes, granits, etc.) par les eaux de pluie chargée en acide carbonique issu de la dissolution du CO2 de l’air. Le carbone se retrouve alors stocké dans les roches sédimentaires des fonds marins. Pour ces milieux, la priorité revient à une meilleure connaissance par observation et modélisation des bilans d’émissions/absorption, qui sont encore difficiles à estimer.

L’avenir de ces puits naturels face à l’évolution de certaines activités humaines (urbanisation…) et aux effets du changement climatique reste cependant incertain, et peu étudié.

Développer des technologies de captage et de stockage de CO₂ d’origine atmosphérique
Ainsi, le recours à des systèmes technologiques de captage et de stockage est envisagé en parallèle. Le captage en milieu concentré (fumées ou effluents d’usines par exemple) est déjà déployé, mais le captage du CO2 atmosphérique doit encore être amélioré, en particulier son efficacité (le CO2 est bien plus dilué dans l’atmosphère que dans les fumées d’usine).

Parmi ces technologies, sont aujourd’hui en cours d’expérimentation le captage direct dans l’air ou encore le captage de CO₂ biogénique au sein de bioraffineries. La première solution, appelée « DACS » pour Direct Air Capture and Storage, commence à être démontrée, par exemple sur le site d’Orca en Islande, mais elle est encore difficilement reproductible sans être confrontée à des verrous en termes de bilan énergétique et donc de bilan d’émissions de GES.

Le CO2 émis par des bioraffineries (chaudières biomasse, méthaniseurs, usines de production de bioéthanol, etc.) est issu de la transformation de la biomasse ayant elle-même absorbé du CO2 atmosphérique durant sa croissance via la photosynthèse.

Au sein de la bioraffinerie, ce CO2 peut être capté avec les mêmes technologies que celles déployées à l’heure actuelle sur les cheminées d’usines ou centrales thermiques. Une fois capté, ce CO2 peut ensuite être recyclé ou séquestré dans un réservoir qui peut être géologique ou dans des sols plus superficiels (en tant qu’amendement pour les sols agricoles, dans d’anciennes mines ou carrières) ou encore dans des matériaux à longue durée de vie pour la construction du bâti ou d’infrastructures (charpentes, isolants, revêtement de route, bétons, etc.).

Si les solutions de puits de carbone semblent potentiellement nombreuses, d’importantes actions sont encore à mener afin de développer une meilleure connaissance des flux naturels, une plus grande maîtrise des pratiques stockantes liées à la gestion de la biomasse, ainsi que d’améliorer l’efficacité, la durabilité et les coûts des technologies dédiées.

Ces améliorations doivent encore être démontrées sur des systèmes complets à grande échelle. Il faudra en parallèle veiller à ce que ces technologies ne se substituent pas aux efforts de réduction d’émissions de GES, qui restent le premier levier pour l’atteinte de la neutralité carbone.

Enfin, de nombreuses actions d’accompagnements seront nécessaires, des cadres réglementaires aux normes de comptabilisation des bilans d’émissions, en passant par le soutien à la recherche et au développement et par l’amélioration de l’acceptabilité des nouvelles technologies. Un chantier important qui implique dès aujourd’hui les acteurs de la recherche, de l’industrie, les collectivités et les pouvoirs publics.

 Les  puits de carbone des forêts  : pour combien de temps encore ?

un article intéressant de la Fédération nationale de l’environnement

 

 

 

« Prairies et forêts ont une capacité équivalente pour stocker le carbone dans les sols. En revanche, la biomasse aérienne des forêts est bien plus développée que celle des prairies. Elle représente ainsi près de 70% du flux annuel de carbone des forêts.

En Europe, l’effet bénéfique du puits biologique de carbone assuré par les prairies et forêts est annulé par les émissions de méthane et de protoxyde d’azote liées à l’activité agricole. Avec une agriculture relativement intensive, la France représente ainsi l’un des premiers pays émetteurs de protoxyde d’azote.

Grâce au puits de carbone forestier, le bilan atmosphérique européen des principaux gaz à effet de serre est globalement neutre, mais uniquement dans la mesure où une fraction de la croissance biologique est exploitée. En intensifiant l’exploitation forestière, la forêt risque donc d’être à l’origine d’une source significative de gaz à effet de serre.

En favorisant l’utilisation accrue du bois à des fins énergétiques, le carbone stocké est relargué dans l’atmosphère à très court terme. On risque ainsi de compromettre le bilan carbone des forêts, et par là même le bilan atmosphérique de l’ensemble de la biosphère terrestre européenne.

Il apparaît donc urgent de gérer les espaces européens pour maintenir le puits de carbone forestier.

Dans cette perspective, FNE souligne que la sous-exploitation de la ressource forestière française fréquemment évoquée doit être prise avec réserve. Une mobilisation accrue de cette ressource doit donc envisager l’ensemble des variables, en particulier les enjeux climatiques. Privilégier les usages durables du bois tels que le bois construction reste la meilleure alternative pour concilier production accrue et maintien du rôle de puits de carbone des forêts.

Pour FNE, la production de bois énergie doit rester clairement encadrée. En aucun cas les espaces forestiers ne doivent être dédiés exclusivement à cette production, qui doit rester limitée aux terres agricoles. De plus, l’utilisation des rémanents d’exploitation, éléments essentiels au maintien du fonctionnement des sols et de l’écosystème forestier, ne constitue pas une alternative durable. Au final, la combustion du bois transformé en fin de vie et des déchets de transformation reste la meilleure formule de valorisation énergétique.

 

PLUS VERT ET PLUS FEUILLU

Sans tenir compte du rythme auquel la photosynthèse a augmenté, les scientifiques s’accordent à dire que l’excédent de carbone agit comme un engrais pour les plantes en favorisant leur croissance.

« Il existe des preuves d’un feuillage des arbres plus abondant et d’une présence de bois plus importante, » explique Cernusak. « Le bois est en fait la partie qui absorbe le plus de carbone dans la masse totale de la plante. »

Les scientifiques du laboratoire national d’Oak Ridge ont remarqué que lorsqu’une plante est exposée à des niveaux en CO2 croissants, la taille des pores de ses feuilles augmente.

Dans le cadre de l’une de ses recherches expérimentales, Sendall a exposé des plantes à une concentration en CO2 égale au double de leur exposition habituelle.

Dans ces conditions, avec une augmentation drastique de leur exposition au CO2, « la composition des tissus de leurs feuilles était légèrement différente, » dit-elle. « Ce qui les rendait plus difficiles à manger pour les herbivores et moins accueillantes pour la croissance des larves. »

 

POINT DE BASCULE

Les niveaux atmosphériques de CO2 augmentent et on suppose que les plantes finiront par ne plus pouvoir tenir le rythme.

« La réponse du puits de carbone à une augmentation du CO2 atmosphérique reste à ce jour la plus grande inconnue à l’échelle mondiale dans les modélisations du cycle carbone, ce qui contribue grandement à l’incertitude qui règne dans les prévisions du changement climatique, » peut-on lire sur le site Web du laboratoire national d’Oak Ride.

Le défrichement des terres pour l’élevage ou l’agriculture et les émissions des carburants fossiles sont les facteurs les plus influents sur le cycle du carbone. Si ces deux éléments ne sont pas considérablement freinés, les scientifiques affirment que l’on atteindra inévitablement un point de bascule.

« Une plus grande partie du CO2 que nous émettons restera dans l’air, les concentrations en CO2 augmenteront donc rapidement et le changement climatique s’accélérera, » explique Danielle Way, écophysiologue à l’université de Western Ontario, au Canada.

 

Les scientifiques de l’université d’Illinois et du ministère de l’Agriculture des États-Unis ont mené des expériences visant à modifier génétiquement les plantes pour qu’elles puissent stocker plus de carbone. Une enzyme appelée rubsico est responsable de la captation du CO2 par photosynthèse et les scientifiques souhaitent accroître son efficacité.

Récemment, des essais de semences modifiées ont montré que le renforcement du rubisco augmentait l’efficacité de la plante d’environ 40 %. L’utilisation à grande échelle commerciale de cette enzyme végétale modifiée pourrait toutefois prendre plus de dix ans à mettre en place. Pour l’instant, les tests n’ont été réalisés qu’avec les cultures les plus communes comme le tabac et on ne connaît pas précisément les effets du rubisco sur les arbres qui occupent un rôle prépondérant dans la captation du carbone.

En septembre 2018, des groupes environnementaux se sont réunis à San Francisco pour élaborer un programme de sauvegarde des forêts, un élément naturel qui, selon eux, est la « solution climatique oubliée. »

« Je pense que les décideurs politiques devraient réagir à nos résultats en prenant conscience que la biosphère terrestre agit pour le moment comme un puits de carbone efficace, » conclut Cernusak. « Il faut prendre des mesures immédiates pour protéger les forêts afin qu’elles puissent continuer à agir de cette façon et, parallèlement, fournir les efforts nécessaires à la décarbonisation de notre production d’énergie. »

 

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.

 

Les limites des puits de carbone par les plantes

Un article de National Geographic met en évidence les limites des puits de carbone par les plantes.

 

« Chaque arbuste, vigne et arbre qui vous entoure joue un rôle essentiel dans l’élimination de l’excès de carbone dans l’atmosphère. Une nouvelle étude suggère que les plantes participent également à l’absorption de l’excédent de carbone émis, pour l’instant.

Cependant, à un certain point les plantes auront atteint leurs limites et le coup de pouce qu’elles apportent face au changement climatique commencera à s’estomper. Les scientifiques s’attachent aujourd’hui à déterminer précisément quand viendra ce moment.

Depuis les prémices de la révolution industrielle au début du 20e siècle, le volume de carbone émis dans l’atmosphère par l’activité humaine a augmenté très rapidement. À l’aide de modèles informatiques, les auteurs de l’étude sont arrivés à la conclusion que la photosynthèse avait augmenté de 30 %.

« C’est un peu comme un rayon de soleil dans un ciel orageux, » illustre Lucas Cernusak, l’un des auteurs de l’étude et écophysiologue à l’université James Cook en Australie.

L’étude a été publiée dans la revue Trends in Plant Science.

 

Cernusak et ses collègues ont utilisé les données d’une étude publiée dans Nature en 2017 qui mesurait les niveaux d’oxysulfure de carbone présents dans des carottes de glace et dans l’air. En plus du dioxyde de carbone, les plantes absorbent de l’oxysulfure de carbone au cours de leur cycle naturel du carbone, ce qui est fréquemment utilisé pour mesurer la photosynthèse à échelle mondiale.

« Les plantes terrestres éliminent environ 29 % de nos émissions qui contribueraient dans le cas contraire à augmenter la concentration atmosphérique de CO2. Ce que notre modèle a montré, c’est que le rôle de la photosynthèse terrestre dans le puits de carbone des terres est plus important que l’ont estimé d’autres modèles, » explique Cernusak.

 

LANCER LE DIAPORAMA

Le puits de carbone fait référence au volume de carbone absorbé par les plantes par rapport à la quantité qu’elles pourraient naturellement émettre par la déforestation ou la respiration.

Certains scientifiques ont des doutes quant à l’utilisation de l’oxysulfure de carbone comme méthode pour mesurer la photosynthèse.

Kerri Sendall est biologiste à l’université de Georgia Southern, elle étudie la croissance des plantes en fonction des différents scénarios de changement climatique.

Puisque le niveau d’absorption d’oxysulfure de carbone d’une plante peut varier en fonction de la lumière qu’elle reçoit, Sendall indique que les prévisions de l’étude « pourraient être surestimées, » mais elle précise que la plupart des méthodes de mesure de la photosynthèse mondiale ont chacune leur part d’incertitude.

 

Sans tenir compte du rythme auquel la photosynthèse a augmenté, les scientifiques s’accordent à dire que l’excédent de carbone agit comme un engrais pour les plantes en favorisant leur croissance.

« Il existe des preuves d’un feuillage des arbres plus abondant et d’une présence de bois plus importante, » explique Cernusak. « Le bois est en fait la partie qui absorbe le plus de carbone dans la masse totale de la plante. »

Les scientifiques du laboratoire national d’Oak Ridge ont remarqué que lorsqu’une plante est exposée à des niveaux en CO2 croissants, la taille des pores de ses feuilles augmente.

Dans le cadre de l’une de ses recherches expérimentales, Sendall a exposé des plantes à une concentration en CO2 égale au double de leur exposition habituelle.

Dans ces conditions, avec une augmentation drastique de leur exposition au CO2, « la composition des tissus de leurs feuilles était légèrement différente, » dit-elle. « Ce qui les rendait plus difficiles à manger pour les herbivores et moins accueillantes pour la croissance des larves. »

 

Les niveaux atmosphériques de CO2 augmentent et on suppose que les plantes finiront par ne plus pouvoir tenir le rythme.

« La réponse du puits de carbone à une augmentation du CO2 atmosphérique reste à ce jour la plus grande inconnue à l’échelle mondiale dans les modélisations du cycle carbone, ce qui contribue grandement à l’incertitude qui règne dans les prévisions du changement climatique, » peut-on lire sur le site Web du laboratoire national d’Oak Ride.

Le défrichement des terres pour l’élevage ou l’agriculture et les émissions des carburants fossiles sont les facteurs les plus influents sur le cycle du carbone. Si ces deux éléments ne sont pas considérablement freinés, les scientifiques affirment que l’on atteindra inévitablement un point de bascule.

« Une plus grande partie du CO2 que nous émettons restera dans l’air, les concentrations en CO2 augmenteront donc rapidement et le changement climatique s’accélérera, » explique Danielle Way, écophysiologue à l’université de Western Ontario, au Canada.

 

QUE POUVONS-NOUS FAIRE ?

 

Les scientifiques de l’université d’Illinois et du ministère de l’Agriculture des États-Unis ont mené des expériences visant à modifier génétiquement les plantes pour qu’elles puissent stocker plus de carbone. Une enzyme appelée rubsico est responsable de la captation du CO2 par photosynthèse et les scientifiques souhaitent accroître son efficacité.

Récemment, des essais de semences modifiées ont montré que le renforcement du rubisco augmentait l’efficacité de la plante d’environ 40 %. L’utilisation à grande échelle commerciale de cette enzyme végétale modifiée pourrait toutefois prendre plus de dix ans à mettre en place. Pour l’instant, les tests n’ont été réalisés qu’avec les cultures les plus communes comme le tabac et on ne connaît pas précisément les effets du rubisco sur les arbres qui occupent un rôle prépondérant dans la captation du carbone.

En septembre 2018, des groupes environnementaux se sont réunis à San Francisco pour élaborer un programme de sauvegarde des forêts, un élément naturel qui, selon eux, est la « solution climatique oubliée. »

« Je pense que les décideurs politiques devraient réagir à nos résultats en prenant conscience que la biosphère terrestre agit pour le moment comme un puits de carbone efficace, » conclut Cernusak. « Il faut prendre des mesures immédiates pour protéger les forêts afin qu’elles puissent continuer à agir de cette façon et, parallèlement, fournir les efforts nécessaires à la décarbonisation de notre production d’énergie. »

 

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.