Climat et cycle du carbone

Climat et cycle du carbone

Gilles BourbonnaisCégep de Sainte-Foy

Fluctuations de la température moyenne de la planète au cours de son existenceFluctuations de la température moyenne de la planète au cours de son existence

La température de la planète a toujours fluctué alternant entre des périodes chaudes et des glaciations. Nous sommes actuellement dans la cinquième glaciation, celle du Pléistocène.

Échelle logarithmique

chaudfroid

Certains géologues avancent

que la glaciatio

n Varanger

aurait été globale.

Voir Terre

boule de neige

1ere

2e

4e

3e

5e

Depuis ~50 Ma, on subit un refroidissement global qui a culminé par une glaciation ayant débuté il y a environ 2 Ma (glaciation du pléistocène).

Disparition des dinosaures

Attention, échelle logarithmique

Estimation des variations de température obtenue à partir de la mesure de l’isotope 18 de l’oxygène dans les dépôts calcaires de l’océan (dépôts formés de l’accumulation de coquilles de foraminifères, de petits organismes planctoniques) et dans les carottes de glaces de l’Antarctique. La concentration en 18O de l’océan et des précipitations varie selon la température.

Température actuelle

Depuis l’extinction des dinosaures :

Disparition des dinosaures

Une glaciation se caractérise par des oscillations entre des périodes glaciaires plus froides entrecoupées d’interglaciaires plus chaudes. Nous sommes actuellement dans une interglaciaire.

Appelé Würm en Europe

Appelé Riss en Europe

La glaciation du quaternaire

Les changements de températures peuvent être très rapides

Attention, l’échelle est logarithmique

Au maximun d’une période glaciaire, d’immenses glaciers peuvent s’étendre loin au Sud. Le niveau des océans peut diminuer de 100 à 150 m.

Lors du maximum de la dernière période glaciaire, la température moyenne de la planète était d’environ 5 degrés ºC plus basse que celle d’aujourd’hui.

Aurait permis la colonisation du Groenland par les Vikings

On patinait sur les canaux à Amsterdam. Les colonies Viking du Groenland disparaissent.

Réchauffement du XXe siècle

Fin de la dernière glaciaire; les glaciers reculent jusqu’à leur position actuelle

glaciation wisconsinienne

Depuis 18 000 ans

Paysage d’hiver avec patineursHendrick Avercamp (1608)

Rijksmuseum, Amsterdam

Petit âge glaciaire (XIVe au XIXe siècle)Au XVIIe siècle, en Hollande, les rivières gelaient en hiver

Fluctuations de la température selon les données du GIEC, Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’évolution du Climat en 2001. Notez que, curieusement, le réchauffement médiéval et le petit âge glaciaire sont disparus de ce graphique (fait à partir des anneaux de croissance des arbres). Beaucoup ont critiqué ce graphique (graphique dit du « hockey stick »). Il a été retiré des derniers rapports du GIEC.

Fluctuations au cours du dernier siècle : ~ + 0,5 ºC Tout indique un réchauffement qui va en s’accentuant.

Facteurs responsables des fluctuations du climat :Facteurs responsables des fluctuations du climat :

• Facteurs astronomiques

• Dérive des continents et courants marins

• Effet de serre

Facteurs astronomiques

• Variations de l’orbite terrestre et de l’inclinaison de l’axe de la Terre

• Activité solaire

L’énergie solaire reçue par unité de surface varie selon :

• la latitude• Moins de réflexion qu'aux hautes

latitudes.

• Plus d'énergie par unité de

surface.

• l’inclinaison de l’axe de rotation

L'axe de rotation de la Terre est incliné (23,5 º) ==> saisons

Plus la latitude est élevée, plus les saisons sont marquées.

Au cours du temps, les saisons peuvent être plus ou moins marquées en fonction des variations de l'inclinaison de l'axe et des variations de l'orbite terrestre.

Variation de l'inclinaison : 2º selon un cycle de 42,000 ans

Plus l'axe est incliné, plus les saisons sont marquées.

Sans la lune, la variation serait beaucoup plus marquée (probablement chaotique)

Variation de l'excentricité de l'orbite, cycle d'environ 100,000 ans. Fait varier la distance Terre-Soleil.

Il y a 128 000 ans, l’excentricité était proche de 4%, (l’ellipse s’éloignait plus d’un cercle qu’à l’époque actuelle) et l’énergie reçue par la Terre entre le périhélie et l’aphélie variait d’environ 16%.

Précession des équinoxes, cycle de 26 000 ans

L’axe de rotation de la Terre décrit un cercle par rapport aux étoiles fixes.

De plus, le plan de l’orbite terrestre tourne autour du soleil

La combinaison des deux phénomènes (précession et modification du plan de l’orbite) provoque une modification de la date des saisons. Selon un cycle principal de 23000 ans et un cycle secondaire de 19000 ans.

Conséquences: Actuellement, dans l'hémisphère Nord, on est en hiver quand la Terre est du côté de l'orbite le plus rapproché du soleil.On est en été quand la Terre est plus éloignée du soleil.

À cause de la précession, dans 12,000 ans, l'hiver (dans l’hémisphère Nord) se produira quand la Terre sera à son point le plus éloigné du soleil (en juillet).

Actuellement, l’hiver dans l’hémisphère Nord se produit lorsque la Terre est près du soleil (à son périhélie). La Terre reçoit donc plus d’énergie solaire en hiver.

La Terre a aussi une vitesse tangentielle plus grande lorsqu’elle est près du soleil. L’hiver est donc plus court que s’il se produisait ailleurs sur l’orbite.

On a donc un déplacement de la position des équinoxes le long de l’orbite terrestre: la "date" des saisons change.

Dans l’hémisphère Nord

La théorie astronomique des paléoclimats

Milutin Milankovitch

42 000 ans Cycles de 23000 et 19000 ans

100 000 ans

Variation de l’inclinaison

Précession des équinoxes

• Compte tenu de la disposition actuelle des continents et des océans, des étés froids dans l’hémisphère Nord seraient favorables aux périodes glaciaires. Les étés sont froids lorsqu’ils se produisent au moment où la Terre est le plus éloigné du soleil, que l’excentricité est faible et que l’axe de rotation est peu incliné.

• Inversement, les interglaciaires seraient favorisées par des étés longs et chauds; donc forte excentricité, forte inclinaison de l’axe et Terre près du soleil en été.

http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences/Histoire/Paleoclimats/Animations/milankovitch.html

Selon Milutin Milankovitch

Estimation de la température planétaire effectuée par l’analyse de la teneur de l’eau en deutérium dans des carottes de glace provenant de l’Antarctique (courbe bleue et courbe verte). La courbe rouge représente la variation de la quantité d’eau immobilisée sous forme de glace. Elle a été obtenue par la mesure de la teneur en oxygène 18 dans les sédiments formés de dépôts de foraminifères (coquilles d’organismes planctoniques).

Le volume des glaces en Antarctique a varié au cours du quaternaire en suivant sensiblement les cycles prévus par Milankovitch avec une oscillation prédominante de 100 000 ans.

Pour plus de détails

Variations de l’énergie solaire

L’activité du soleil varie selon un cycle de 11 ans. Les périodes de plus grandes activités sont marquées par une abondance de taches solaires.

Le soleil semble aussi présenter des variations d’activité à plus long terme comme les minimums de Maunder et de Dalton, deux périodes où le nombre de taches a été particulièrement bas.

Variations du nombre de taches (courbe en rouge) (Hoyt and Schatten 1998a, 1998b)

et de la teneur en Beryllium 10 dans les carottes de glaces du Groenland (courbe en bleu)(Beer et al. 1994 )

Le Beryllium 10 est un isotope formé dans l’atmosphère sous l’effet des rayons cosmiques. Le champ magnétique solaire est plus puissant lorsque le soleil est actif ce qui conduit à une plus faible formation de Beryllium 10 dans l’atmosphère terrestre (notez que l’échelle de la courbe du 10Be est inversée).

Mesure des variations de l’activité solaire à partir d’échantillons provenant de carottes de glace (mesure du 10Be).Ilya Usoskin et al. (2003)

• Modifie l'emplacement des continents

• Modifie la taille des continents

• Modifie les courants marins

• Modifie la topographie

Dérive des continents et courants marins

Le déplacement des continents :

Déplacements prévus dans les prochains 30 millions d’années

Le climat d’une région donnée est fortement influencé par l’océan.

Gulf Stream

La modification de la position des continents (dérive continentale) peut faire varier ces courants.

Influence du Gulf Stream sur le climat européen

Certains courants marins ayant une influence sur le climat varient de façon cyclique.

Situation normaleLes vents dominants venant d’Amérique du Sud repoussent les eaux chaudes vers l’ouest.

El Nino Les eaux chaudes du Pacifique atteignent les côtes américaines. On note alors une augmentation des précipitations dans le nord-ouest et des hivers plus doux dans l’est.

La présence d’un continent à l’un des pôles favorise la formation d’une calotte polaire. Lorsqu’il y a des calottes polaires, la Terre absorbe moins d’énergie solaire (réflexion plus forte) ce qui contribue à abaisser la température de la planète.

Actuellement, à cause de la disposition des continents, il y a peu d’échanges entre l’océan Arctique et les autres océans ce qui favorise la formation d’une calotte polaire au Nord.

La température globale augmente rapidement depuis le début du XXe siècle.

Tout indique que cette augmentation n’est pas due à des facteurs naturels.

Le principal facteur responsable de l'augmentation de la température semble être une augmentation de l'effet de serre de l'atmosphère

Température des océans. En gris : selon le modèle informatique sans tenir

compte de l’augmentation du taux de CO2. En rouge : température enregistrée.

Flux d’énergie de la planète

Effet de serre

AlbedoÉnergie solaire

Radiation dans l’espace

Albédo = lumière réfléchie dans l'espace

UV et visible Infrarouge (chaleur)

Effet de serre

La surface et l’atmosphère absorbent l’énergie solaire.

Une partie importante de cette énergie est convertie en chaleur (rayonnement infrarouge). Certains gaz de l’atmosphère laissent bien passer la lumière visible, mais beaucoup moins les infrarouges (gaz à trois atomes ou plus surtout).

L’atmosphère absorbe et retourne au sol la majeure partie (plus de 90%) de cette chaleur (les infrarouges) = effet de serre.

La température moyenne de la planète est de 15ºC. Sans effet de serre, elle serait de -18 ºC et la vie serait impossible.

Vénus : presque plus d’eau (la vapeur d’eau dans l’atmosphère a été dissociée en O2 et H2 sous l’effet des UV du Soleil) et presque tout le carbone est sous forme de CO2

Terre : eau surtout liquide (océans) et carbone surtout sous forme de carbonates (roches) dans le sol ou de bicarbonates dans l’eau; donc peu de CO2 dans l’atmosphère.

Mars : eau gelée dans le sol et carbone sous forme de CO2 solide (glace carbonique) dans les calottes polaires. Carbonates dans le sous-sol ??? Atmosphère sèche et très ténue constituée de CO2

web

Gaz à effets de serre (GES)

N.B. L’eau est le plus important des gaz à effet de serre; elle contribue à plus de 90% à l’effet de serre.

CFC = chlorofluorocarbones = gaz utilisés dans les appareils de réfrigération et dans les climatiseurs

Importance de chacun des GES dans l'effet de serre

Corrélation entre la teneur atmosphérique en gaz à effet de serre et la température.

Mesures effectuées à partir des échantillons de glace de l’Antarctique.

Le méthane (CH4)

• Méthane retient la chaleur 21 fois plus que le CO2,

• mais disparaît en une dizaine d’années de l’atmosphère en se combinant avec l’oxygène (se transforme en CO2 et H2O)

Production naturelle :

• Décomposition anaérobique de la matière organique (zones humides, sol, sédiments marins, termites). Moins il y a d’oxygène, plus il y a de CH4 produit.

• Les zones humides produisent plus de méthane que les autres (moins d’oxygène présent).

À une certaine pression et à une certaine température, le CH4 peut former avec l’eau des hydrates de méthane qui s’accumulent dans les sédiments.

glace (eau)

CH4

Le sol arctique contient de grandes quantités d’hydrates de méthane. La fonte du pergélisol pourrait libérer ce méthane dans l’atmosphère.Par contre, la fonte du pergélisol pourrait faire diminuer le taux de CO2. Voyez-vous pourquoi ?

Production d’origine humaine :

• Agriculture :

• Rizières

• Fermentation dans le tube digestif du bétail

• Décomposition des fumures organiques

• Enfouissement des déchets

• Exploitation du carbone fossile : les gisements de pétrole et de charbon contiennent du CH4 qui s’échappe sans pouvoir être récupéré

• Combustion de matière organique

Près de 50% du CH4 actuellement émis dans l’atmosphère est d’origine humaine.

Sources de méthane atmosphérique

Le N2O

Sources principales :

• Transformation des nitrites et nitrates du sol par les bactéries (surtout dans les zones chaudes et humides)

• Utilisation d’engrais azotés (environ 2,5% des engrais chimiques déversés se retrouvent sous forme de N2O dans l’atmosphère)

• Combustion du carbone fossile : à haute température, le N2 de l’air réagit avec l’O2 pour former du N2O

Le N2O retient la chaleur 200 fois plus que le CO2

Durée de résidence dans l’atmosphère ~ 120 ans

CFC (chlorofluorocarbone), HFC (hydrofluorocarbone), PFC (perfluocarbone)

Gaz d’origine humaine seulement.

Utilisés dans la réfrigération / climatisation et dans certains processus industriels (fabrication de styromousse, par exemple).

Molécules très stables; certaines (les PFC) peuvent demeurer dans l’atmosphère des dizaines de milliers d’années.

Retiennent la chaleur 10 à 15 000 fois fois plus que le CO2

Les CFC ne sont plus produits (ils étaient nocifs pour la couche d’ozone), mais de nombreux appareils en contiennent encore.

Le gaz carbonique (CO2)

Mesures directes

Estimation à partir d’échantillons d’air des carottes de glace

Carbone fossile3 000 000 GT Charbon et CH4 sur terre

Pétrole et CH4 dans les océans

Le cycle du carboneSur la terre ferme

CO2 atmosphérique

760 GT

végétaux

photosynthèse

500-800 GT

respirationfeu

Sols1500 GT

décomposition

combustion

CH4

oxydation du CH4

anaérobie

Une forêt mature produit autant de CO2 qu’elle en consomme. Pourquoi ?

CO2 atmosphérique

végétaux

photosynthèse

Sols

respirationdécomposition

La forêt consomme plus de CO2 qu’elle en produit si sa biomasse augmente.

Elle en produit plus qu’elle en utilise si sa biomasse diminue.

Le bilan est nul si la biomasse est constante ce qui est le cas d’une forêt mature.

À long terme, un incendie de forêt fait-il augmenter le taux de CO2 de l’atmosphère ?

L'utilisation d'éthanol à la place de l'essence fait-elle augmenter le taux de CO2 de l'atmosphère ?

Théoriquement non.

CO2 atmosphérique

canne à sucre

ou maïs

photosynthèse

éthanol

combustion

Tout le CO2 émis dans l’atmosphère lors de la combustion de l’éthanol est réabsorbé par les végétaux qu’on fait pousser pour produire cet éthanol. Par contre, le bilan CO2 ne sera pas nul si on utilise de l’énergie fossile pour produire ces végétaux (machinerie agricole, transport et engrais) et en extraire l'éthanol (fermentation ,distillation).

Le cycle du carboneDans les océans CO2

atmosphérique760 GT

Carbone fossile(pétrole – CH4)

Ions carbonates et bicarbonatesen profondeur40 000 GT

combustion

Ions carbonates et bicarbonates

surface1000 GT

92 GT 90 GT

Biomasse des océans

décomposition respiration

photosynthèsefabrication de ciment

CaCO3

CaO + CO2

Le calcaire se forme surtout par la lente accumulation des coquilles calcaires du plancton

calcaire50 000 000 GT

Ca++ + CO3--

CaCO3

CaCO3

Formation du calcaire :

• Précipitation en milieu alcalin (peu)

2 HCO3- + Ca2+ CaCO3 + H20 + CO2

2 CO2 + 2 H2O 2 H2CO3 2 HCO3- + 2 H+

• Synthèse par les êtres vivants (coquilles du plancton surtout et corail). Moins le milieu est alcalin, plus la réaction est difficile.

Coquille de coccolithophore Falaise de craie. La craie est

un calcaire surtout formé de l’accumulation des coquilles de coccolithophores.

Si la salinité et le pH sont élevés, il se forme des carbonates (calcaire) qui précipitent. L’eau prend un aspect laiteux.

Circulation thermohaline

L’eau de surface se refroidit dans les mers polaires. Le gel de l’eau de surface enrichit en sel l’eau liquide. L’eau plus froide et plus salée est plus dense; elle coule au fond. Elle effectue un long de circuit avant de remonter dans les zones de upwelling.

L’eau froide peut dissoudre plus de CO2; l’eau qui coule au fond entraîne donc avec elle de grandes quantités de CO2 de l’atmosphère. De même, l’eau froide qui remonte et se réchauffe libère du CO2 dans l’atmosphère.

La durée du circuit se compte en centaines d’années (peut dépasser le millier).

Le tapis roulant de l’océan

Là où les valeurs sont < 0 l’océan absorbe plus de CO2 qu’il n’en émet.

Si le CO2 atmosphérique augmente, il va s’en dissoudre plus dans les océans (équilibre entre les concentrations atmosphériques et celles dans l’eau de surface). C’est ce qui se produit actuellement.

Les océans sont donc actuellement des puits à carbone; ils absorbent le 1/3 du CO2 émis par les activités humaines (absorbent 92 Gt et rejettent 90 Gt).

Ce CO2 est entraîné en profondeur où il peut séjourner pendant des siècles avant de revenir à la surface et être libéré.

Si l’eau de surface se réchauffe au niveau des hautes latitudes :

• Moins de CO2 va se dissoudre dans l’eau (plus l’eau est froide, plus il peut s’y dissoudre de gaz et vice-versa).

Un réchauffement pourrait empêcher l’eau de surface de se refroidir suffisamment et de geler (et donc la quantité de sel dans l’eau liquide d’augmenter). La densité de l’eau n’augmenterait pas autant et sa tendance à couler ralentirait diminuant ainsi la circulation thermohaline.

Le phénomène pourrait être amplifié par la fonte des glaces du Groenland. Cet apport d’eau douce en surface diminuerait la densité de l’eau en Atlantique Nord ce qui l’empêcherait de couler au fond. Le courant du Gulf Stream pourrait être repoussé plus au sud ce qui provoquerait paradoxalement un refroidissement de l’Europe.

Par contre, la réduction de la circulation thermohaline, en diminuant la remontée des eaux froides des profondeurs, diminuerait le CO2 émis dans l’atmosphère par les océans.

• La circulation thermohaline pourrait ralentir et même s’arrêter. Le CO2 ne serait plus entraîné en profondeur. L’océan ne serait plus un puit à carbone.

Le cycle du carboneCycle lent

Calcaire

Le calcaire se forme par la lente accumulation des coquilles

calcaires du plancton

CO2 atmosphérique

760 GT

carbonates et bicarbonates

50 000 000 GT

Volcans(zones de subduction et

dorsales océaniques)

Lorsque le plancher océanique glisse sous une plaque continentale, les sédiments de calcaires sont chauffés par le magma. Ils réagissent alors avec le silicium pour former des silicates et du CO2.

Silicates de surface

Enfoncement du plancher océanique sous la croûte terrestre

CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2

Les silicates exposés à l’air peuvent réagir avec le CO2 pour former des carbonates solubles qui formeront du calcaire dans l’océan.

CaSiO3 + 2 CO2 + H2O

Ca2+ + 2 HCO3- + SiO2

Sans les volcans, il n’y aurait presque plus de CO2 dans l’atmosphère et la Terre serait couverte de glace.

Le cycle du carbone

feu

Respiration et décomposition

photosynthèse

Combustion du carbone fossile

Précipitation sous forme de carbonates (squelette calcaire du plancton)

Formation de carbone fossile

Principaux facteurs responsables de l'augmentation des GES dans l’atmosphère

Combustion du carbone fossile :

• Production d’électricité (centrales thermiques au charbon, au gaz naturel et au fuel)

• Transport (auto, avion, train, camions, bateaux)

• Chauffage résidentiel et commercial

• Industrie

• Agriculture (machinerie agricole et engrais) et déforestation

Déforestation pour faire de l'agriculture (22% des GES émis)

• Le CO2 émis suite à la coupe de la forêt (le bois retiré finit par brûler ou se décomposer) peut être retiré de l'atmosphère si le sol permet la repousse d'une biomasse équivalente à celle enlevée. Ce n'est pas toujours le cas, surtout en pays tropicaux où le sol forestier est pauvre et s'épuise rapidement après son exploitation agricole.

• Le sol forestier (ou de prairie) contient 5 à 10 fois plus de matière organique enfouie que le sol agricole. La décomposition de la matière organique du sol forestier libère du CO2 et du CH4.

• L’utilisation des engrais (naturels ou chimiques) libère des GES (CH4 et NO2).

N.B. dans une forêt mature, la consommation de CO2 par photosynthèse est égale à la production par respiration et décomposition.

En milieu tropical, la déforestation conduit souvent à un appauvrissement important du sol en matière organique. Le sol peut même devenir complètement stérile.

Dans une forêt tropicale humide:

• Température et humidité

• Production végétale

• Recyclage de la matière (décomposition et formation de nouvelle matière organique) ==> peu de matière organique au sol (peu d'humus)

Après déforestation, l’humus du sol qui n’est plus protégé peut être lessivé de ses nutriments et détruit par l’érosion de l’eau ou asséché par le soleil et emporté par le vent ne laissant qu’un sol pauvre et peu fertile. Le CO2 dégagé par la combustion et la décomposition de la matière végétale de la forêt n’est pas recyclé pour reformer à nouveau de la matière végétale.

Répartition de la matière organique dans une forêt nordique et une forêt tropicale.

En Haïti, la destruction du couvert forestier a détruit les sols (surtout sur les pentes). Le sol est devenu impropre à l’agriculture.

Le pays était couvert d’une forêt tropicale dense avant la colonisation de l’île. Il ne reste presque plus rien de cette forêt.

La grande inondation aux Gonaïves en 2004 lors du passage de l’ouragan Jeanne était

surtout due au déboisement. Un sol déboisé ne peut pas absorber l’eau lors de pluies

soudaines et violentes. L’eau ruisselle et cause des inondations.

Certes ces sols «vieillis, usés par les phénomènes atmosphériques et excessivement lessivés» portent une forêt tropicale humide, mais celle-ci ne dépend pas d'eux pour satisfaire ses besoins en nutriments (Lal 1987:16). Au contraire, l'écosystème forestier tropical s'abstrait du sol et crée son propre cycle de nutriments, qui repose sur sa propre biomasse.

Contrairement aux zones tempérées où la taille des arbres de la forêt est en gros proportionnelle à la fertilité du sol, la taille des arbres de la forêt tropicale n'est pas représentative de la teneur en nutriments des sols sous-jacents (Jordan 1982; 1985). Les nutriments migrent des feuilles, des fûts tombés en chablis, etc., par les mycorhizes et les racines superficielles de la litière forestière pour se réintégrer à la biomasse, mais n'atteignent jamais le sol proprement dit (Beckerman 1987:64; Went et Stark 1968).

À lire :

Sols: Quoique les sols de la zone tropicale humide puissent présenter une grande diversité, ils manquent pour la plupart de nutriments (Jordan 1985). Dans la zone tropicale humide d'Afrique, en Asie du Sud-Est et en Amazonie, les problèmes posés par le déficit en phosphore, la toxicité due à l'aluminium, la faible résistance à la sécheresse, et la faible fertilité inhérente sont courants et bien connus (Sanchez 1987; Lal 1989; Moorman et Kang 1978).

La pluviométrie est le facteur qui semble être à l'origine de la médiocrité des sols de la région, car dès que les précipitations dépassent 1000 millimètres, on constate que les sols sont habituellement acidifiés et lessivés (Sanchez 1987).

Les carences en nutriments présentées par les sols tropicaux sont le principal facteur limitant la productivité.

suite

Avec la déforestation, la protection du sol assurée par la forêt disparaît. Les sites déboisés, surtout s'ils occupent plus de quelques hectares, subissent une érosion accélérée, grave le cas échéant, dès qu'ils sont exposés à de fortes pluies.

La vulnérabilité du sol à l'érosion est déterminée par la superficie de la zone défrichée et la méthode utilisée. Si l'éclaircie est petite, de superficie inférieure à 2 ou 3 hectares, et si elle reste entourée par la forêt, la végétation réapparaîtra rapidement, et la perte de sol par érosion sera minime. Si la superficie est plus grande, le sol s'appauvrira rapidement en nutriments et subira davantage les effets de l'érosion. Mais même une petite ouverture peut occasionner de forts écoulements superficiels et provoquer des phénomènes érosifs si elle est pratiquée selon des méthodes très perturbatrices.

Archives de documents de la FAOhttp://www.fao.org/DOCREP/007/U4390F/U4390F01.htm

Une fois que la déforestation s'est produite et que le cycle des nutriments de l'écosystème forestier est rompu, le sol perd ses nutriments et sa structure physique est affaiblie.

Même si la forêt tropicale n'était pas dépendante du sol pour son approvisionnement en nutriments, les racines des arbres exerçaient une fonction fixatrice et permettaient l'infiltration de l'eau, tandis que la litière forestière protégeait le substrat de la pluie (Goudie 1984).

Une fois cette litière forestière enlevée, le sol devient sensible au phénomène de compactage, il perd ses propriétés de rétention de l'eau, et ne peut plus abriter une macro-faune importante (vers de terre et termites), qui lui apportait des nutriments et en améliorait la structure physique (Lal 1987).

A l'échelle de la planète, la déforestation est un phénomène dont l'ampleur s'accentue chaque année :

• 11 millions d'hectares/an déforestés en 1980,• 15 millions d'hectares/an déforestés en 1990,• probablement plus de 20 millions d'hectares/an en 2000.

Elle affecte pour l'essentiel les forêts tropicales : en 1990, les évaluations étaient de :

• 7 millions d'hectares/an en Amérique latine, soit 0,8 % des forêts existantes,

• 4 millions d'hectares/an en Afrique, soit 0,7% des forêts,• 4 millions d'hectares/an en Asie, soit 1,2% des forêts.

DONC, un peu moins de 1% des forêts tropicales disparaît par année.

http://environnement.ecoles.free.fr/deforestation_degradation_bois.htm

Chaque année, 250 000 km2 de forêt tropicale sont détruits. Une surface représentant approximativement la moitié du territoire français. Les arbres disparus, le sol est mis en culture mais, généralement, de façon provisoire.

Plus de 100 millions de personnes vivent encore de l'agriculture itinérante, un mode d'exploitation archaïque consistant à brûler la végétation et à cultiver ensuite les sols ainsi défrichés durant trois ou quatre ans, jusqu'à leur épuisement.

On connaît la pauvreté des sols forestiers tropicaux et leur extrême sensibilité à l'érosion, dès lors que la couverture forestière qui les protège a disparu. Après trois ou quatre années de culture, les sols épuisés sont abandonnés et le même processus se reproduit ainsi indéfiniment.

Environ 100 000 km2 de forêt amazonienne, une superficie supérieure à celle de l'Autriche, sont ainsi détruits chaque année avec de très faibles possibilités de régénération. Au rythme actuel de la déforestation, la plupart des pays du Sud-Est asiatique n'auront plus aucun arbre d'ici 40 ans.

À lire :

suite

Une estimation rapportée par François Ramade, éminent spécialiste de ces problèmes, est significative : chaque jour verrait s'éteindre cinq espèces de plantes propres aux forêts tropicales, alors que le rythme naturel d'extinction des espèces qui, on le sait, ne sont pas éternelles, est estimé à une tous les 27 ans, en l'absence de toute intervention humaine.

À ce rythme, plus de 20 % des 270 000 espèces végétales peuplant la planète pourraient disparaître d'ici 2050... Le bilan n'est pas plus encourageant en ce qui concerne les animaux, dont on estime que 15 % des espèces d'oiseaux et 25 % des espèces de mammifères sont dès à présent, elles aussi, menacées de disparition.

Jean-Marie PeltPrésident de l'Institut européen d'Écologie, professeur éméritede l'université de Metz,

http://www.santemagazine.fr/websante/resultat/_f_pelt3.html

Les forêts tropicales humides abritent 75% à 90% des espèces vivantes de la planète.

Les émissions de GES dans le monde et au Canada

La Chine a supplanté les Etats-Unis en tant que premier émetteur de CO2 en 2007. En 2008, les émissions chinoises de GES correspondrait à 22% des émissions mondiales. Tous les sept à dix jours, une nouvelle centrale au charbon ouvre ses portes quelque part en Chine.

Émissions de CO2 et population par pays

Les proportions peuvent varier selon les pays et les régions.

Production mondiale de GES

CANADA

Automobiles et petits camions = 92 mT = 12,4%

Le transport routier représente ~20% des GES émis par le Canada (~12% pour le transport des particuliers). Pour se conformer aux accords de Kyoto, il faudrait diminuer les émissions de GES d’un peu plus de 26%. Même en supprimant toutes les automobiles, on serait encore loin du compte !

Environ 50Mt provenant de l’extraction du pétrole des sables bitumineux

Chiffres de 1999

CANADA

PROVINCES

224 Mt eq CO2en 2004

~ 760 Mt d’équivalent CO2 / année (chiffres de 2004)

Émissions au Québec (2003)

QUÉBEC~ 100 Mt d’équivalent CO2 / année

(chiffres de 2004)

Conséquences néfastes possibles de l’augmentation du taux des GES dans l’atmosphère

• Augmentation de température

• Augmentation du niveau des océans

• Variations des précipitations

• Augmentation des tempêtes et ouragans

• Baisse de la biodiversité

• Augmentation des maladies tropicales

Augmentation de température due à l’effet de serre

Même si on arrêtait aujourd’hui toutes les émissions humaines de gaz à effet de serre, la température continuerait quand même à augmenter.

Selon le scénario envisagé, la température moyenne de la planète devrait augmenter de 1,5 à 5 degrés d’ici 2100 avec un maximum de probabilité autour de 3 degrés. Rapport du GIEC Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat

GIEC 2007

Hausse prévue d’ici 2100 selon les différents scénarios du GIEC

Scénario B1 : augmentation de 30% de la consommation d’énergie fossile jusqu’en 2050 puis baisse jusqu’à 30% de moins qu’aujourd’hui en 2100. Le taux de CO2 atteint 550 ppm.

Scénario A2 : augmentation constante de la consommation d’énergie fossile jusqu’à 4 fois la consommation d’aujourd’hui en 2100. Le taux de CO2 atteint 840 ppm.

Scénario B2 : augmentation de la consommation d’énergie fossile jusqu’à 2,5 fois la consommation d’aujourd’hui en 2050. Stabilisation à ce niveau par la suite. Le taux de CO2 atteint 605 ppm.

Scénarios du GIEC

Changements de température prévus pour 2100 selon le scénario A2 du GIEC Le scénario A2 suppose une augmentation constante de la consommation d’énergie fossile jusqu’a`4 fois la consommation d’aujourd’hui en 2100

Notez que l’augmentation de température sera plus prononcée dans les hautes latitudes qu’à l’équateur.

GIEC 2007

Changements de température prévus pour 2100 selon le scénario B2 du GIEC

GIEC 2007

Selon le scénario B2, la consommation d’énergie fossile augmente jusqu’en 2050 pour atteindre 2,5 fois la consommation actuelle. La

consommation se stabilise à ce niveau jusqu’en 2100.

Augmentation du niveau des océansLe niveau des océans est directement relié à la température. Une hausse de température de la planète entraînera une hausse du niveau des océans.

Variations du niveau des océans depuis 550 millions d’années

Le niveau des océans varie en fonction de la température

Au cours de la dernière période glaciaire, le niveau des océans était à plus de 100 m sous le niveau actuel.

GIEC 2007

Observations depuis 1700

Hausses prévues d’ici 2100 selon les différents scénarios envisagés par le GIEC

GIEC 2007

• Expansion thermique de l’eauLe volume des océans augmente si leur température augmente.

• Fonte des glaciers continentauxUne grande quantité d’eau est actuellement stockée dans les glaces du Groenland et de l’Antarctique. La fonte totale de ces glaces (ce qui prendrait au moins quelques milliers d’années) pourrait entraîner une hausse du niveau des océans de plusieurs mètres.

N.B. La fonte de la glace de mer n’a pas d’incidence sur le niveau de l’eau (puisqu’elle flotte sur l’eau).

Causes de la hausse du niveau de l’eau :

DuréeAugmentation du niveau de la mer

Fonte des glaciers de montagne

Moins d'un siècle 30 cm

Fonte du Groenland Quelques milliers d'années 7 m

Fonte de l'Antarctique Plusieurs milliers d'années 80 m

Un réchauffement de 2 à 5 ºC pourrait entraîner la disparition complète de la glace au Groenland ce qui ferait augmenter le niveau des océans de 7 à 8 m.

À 1000 ppm de CO2, la fonte totale des glaces du Groenland prendrait environ 3000 ans. Plus si le taux de CO2 se stabilise à des valeurs moindres.

- 125 m

+ 50 m+ 100 m

Variation des précipitationsDe façon générale, les précipitations globales augmentent lorsque la température augmente.

Mais, alors que les précipitations pourraient augmenter à certains endroits, elles pourraient diminuer à d’autres. Les modèles actuels de prévision ne sont pas assez précis pour le confirmer.

GIEC 2007

Scénario A2

Baisse de la biodiversité

Une augmentation rapide de la température entraînera des bouleversements écologiques pouvant conduire à l’extinction de plusieurs espèces.

Espèces les plus menacées = « les spécialistes »

C’est-à-dire les espèces adaptées à un mode de vie et à un milieu très spécifiques.

Ex. ours polaire

Les espèces peuvent s’adapter par évolution à un changement de climat, mais pas à un changement aussi rapide que celui qui est prévu.

On ignore à quel point les forêts tropicales humides seront touchées. Celles-ci renferment la plupart des espèces animales et végétales de la planète. Si elles se réduisent, un grand nombre d’espèces risquent de disparaître.

On ignore aussi si les forêts parviendront à progresser vers le Nord assez vite pour suivre le changement de climat.

L'humain, par contre, peut rapidement reboiser de vastes superficies s'il le faut.

• La croissance des arbres est lente (plusieurs dizaines d’années).

• Certaines espèces, surtout celles aux graines lourdes comme le chêne, progressent lentement.

Il y a une limite à la vitesse à laquelle une espèce végétale peut augmenter son aire de distribution.

Autres conséquences :

• Augmentation des tempêtes et ouragans ?

• Augmentation des maladies tropicales ???

La chaleur est la source d’énergie du vent et des ouragans. Une augmentation de la température pourrait augmenter la force et la fréquence des événements climatologiques catastrophiques. Mais beaucoup d’autres facteurs jouent aussi. Pour le moment, on ne peut rien conclure avec certitude.

Certains le prétendent. L’augmentation de la température pourrait favoriser l’extension de certains insectes vecteurs de maladie. Par contre, la dissémination de ces maladies semblent beaucoup plus liée à l’absence de services médicaux acceptables et d’aménagement qu’à la température.

Les émissions de gaz à effet de serre devraient diminuer à partir de 2050 (épuisement des ressources). Mais la température continuera quand même à augmenter. Le niveau des océans devrait continuer à augmenter pendant quelques milliers d’années. Le taux de CO2 se stabilisera, mais ne rebaissera pas avant des milliers d’années.

GIEC 2007

Le Protocole de Kyoto est un document qu'environ 180 pays ont signé à Kyoto, au Japon, en décembre 1997.

• Les participants s'entendent pour réduire les émissions de six gaz à effet de serre (GES) de 5,2 % entre 2008 et 2012, par rapport aux niveaux de 1990.

• Les États-Unis s’engagent à réduire leurs émissions de 7 %, le Canada de 6 %, et l'Union européenne de 8 % par rapport au taux de 1990.

• Les pays en développement, y compris l'Inde et la Chine, le deuxième pollueur du monde, sont exemptés.

• La Russie aussi puisque son taux d'émission actuel est plus faible que celui de 1990.

Les USA ont refusé d'accorder ces exemptions aux pays en développement et à la Chine; c'est pourquoi, entre autres raisons, ils ont finalement refusé d’entériner le protocole. Plusieurs états américains ont quand même mis en place des réformes pour s’y conformer sans toutefois adhérer au protocole.Ex. Schwarzenegger part en guerre contre les gaz à effet de serre

Le protocole de Kyoto

Attention, dans certains documents les chiffres sont en equivalent Carbone (eq C). Ce n’est pas la même chose que l’équivalent CO2 (eq CO2)

1 eq C = 3,7 eq CO2

Engagements du Canada• Réduction de 6% des émissions par rapport au niveau de 1990 d’ici 2012

soit passer de 758 Mt (2004) à 565 Mt eq.CO2

• Les émissions n’ont pas cessé d’augmenter depuis 1990

• Il faudrait, d’ici 2012, réduire les émissions de 25% par rapport aux émissions de 2004 (758 Mt) soit environ 193 Mt eq CO2

• À long terme, réduction de 65% des émissions actuelles d’ici 2050

1990 = 601 Mt2004 = 758 MtObjectif = 565 Mt

44g/12g

Le respect des objectifs de Kyoto (au Canada) coûterait 100

milliards $

Kyoto permettrait de mettre en place le concept de bourse du carbone.

• Chaque compagnie produisant des GES se verrait accorder une limite du volume de CO2 (ou d’équivalent CO2 pour les autres GES) pouvant être émis. Cette limite serait établie en fonction des engagements du pays à réduire ses émissions.

• Une compagnie qui ne pourrait respecter sa limite de production de GES devrait acheter des droits d’émission à d’autres compagnies.

• Une compagnie qui émettrait moins de GES que sa limite permise, pourrait vendre ses surplus de droits d’émission.

• Une bourse centralisée permettrait de vendre et d’acheter ces droits d’émission de CO2 dont les prix fluctueraient en fonction de l’offre et de la demande (comme tout marché boursier).

• Le marché pourrait se faire aussi entre pays.

Kyoto ne serait qu'un début (fort modeste) :

Le respect de ces accords par tous les pays concernés ne ferait que retarder de 6 ans le réchauffement prévu. On atteindrait en 2100 la température prévue pour 2094. Bjorn Lomborg, professeur de statistique au département

de Sciences politiques de l’Université d’Aarhus, au Danemark, et auteur de « The Skeptical Environmentalist » (Cambridge University Press).

Pour stopper l'accroissement du taux de CO2 dans l'atmosphère, il faudrait réduire les émissions mondiales d'au moins 50% par rapport à leur niveau de 1990.

Pour une population qui se stabiliserait à 6 milliards (ce qui ne sera pas le cas), cela représente une limite d'environ 500 Kg d’équivalent carbone par habitant soit 1/12 des émissions moyennes d’un américain. Encore moins si la population grimpe à 9 ou 10 milliards d’habitants (ce qui est pratiquement certain).

Le Canada devra réduire ses émissions de gaz à effet de serre (GES) de 25% par rapport au niveau de 1990 d’ici 2020, et de 80% d’ici 2050.

Rapport rendu public le 22 novembre par la Fondation David Suzuki et l’Institut Pembina

Que faire ?

• Utilisation de source d’énergie ne produisant pas ou peu de GES.

• Utilisation de sources d’énergie renouvelables (biocarburants)

• Retrait des GES à la source.

L’énergie éolienne• Puissance d’une éolienne ~ 1 MW à puissance

maximum; on se dirige de plus en plus vers des éoliennes de 2- 3 MWPar comparaison, une centrale nucléaire fait environ 1 000 MW; Manic 5, 1 500 MW; le complexe La Grande à la baie James, 15 000 MW (produit la moitié de l’électricité du Québec).

• Le parc éolien de Cap-Chat est constitué de 76 éoliennes qui produisent, à puissance maximum, 57 MW. Un autre parc, près de Matane, est constitué de 57 éoliennes produisant 43 MW.

• Une éolienne ne fonctionne que si le vent est dans la fourchette 10 à 90 Km/h.

• En MOYENNE, la puissance produite en tenant compte des arrêts ou du vent faible = 20 à 25% de la puissance nominale pour les sites les plus venteux (le long des côtes en général). Le rendement peut tomber à 10% pour les sites moins favorables.

• L’énergie éolienne seule ne peut suffire : le réseau doit fournir à la demande (vent ou pas vent). En pratique, il faut doubler les éoliennes de centrales thermiques pour palier aux périodes peu venteuses. Pour chaque MW de puissance éolienne nominale ajoutée, on doit prévoir la production de 0,9 MW par une centrale traditionnelle. Ces centrales d’appoint font augmenter de beaucoup le coût de l’éolien.

• Au Québec, plus on augmente la production éolienne, plus il faut construire de centrales conventionnelles pour palier aux périodes sans vent. Le développement de l’éolien ne peut se faire sans le développement de l’hydraulique (ou de centrales thermiques).

• Une centrale nucléaire ne peut être couplée à l’éolien (on ne peut pas l’arrêter et la repartir rapidement).

• L’énergie éolienne peut quand même permettre d’économiser l’eau de certains réservoirs hydrauliques.

• L’énergie éolienne ne peut être que marginale.

Le Danemark est le champion mondial de l’utilisation de l’énergie éolienne : près de 10% de l’électricité produite est d’origine éolienne.

Le Danemark est le champion mondial de la quantité de CO2 dégagé par KWh d’électricité produite (~ 200 g eqC / KWh contre 160 pour les USA et 25 pour la France et la Suède.

Pourquoi ? Ce qui ne vient pas de l’éolien vient surtout de centrales au charbon. Pour la même quantité d’énergie produite, le charbon dégage beaucoup plus de CO2 que les autres combustibles.

• L’extraction et le transport du charbon nécessitent beaucoup d’énergie.

• La combustion du charbon dégage beaucoup plus de CO2, pour une même quantité d’énergie produite, que la combustion des autres ressources fossiles.

Le nucléaire écolo ?!!

Couverture du rapport annuel aux actionnaires de la compagnie canadienne

Cameco, le plus gros producteur d’uranium au monde

• Le nucléaire ne produit que peu de gaz à effets de serre (énergie dépensée pour l’extraction et le traitement de l’uranium et la construction de la centrale).

• Par contre il produit des déchets radioactifs qui doivent être stockés de façon sécuritaire pendant des centaines de milliers d’années.

• Danger de catastrophe nucléaire (Tchernobil)?

• Danger de prolifération des armes nucléaires (les centrales produisent du plutonium pouvant servir à faire des bombes; les usines d’enrichissement de l’uranium pourraient être utilisées pour produire de l’uranium hautement enrichi à usage militaire).

• Le nucléaire pourrait être utilisé pour produire la chaleur nécessaire à l’extraction du pétrole des sables bitumineux de l’Alberta.

• Il pourrait aussi être utilisé pour produire de l’hydrogène pour les véhicules (encore de nombreux obstacles technologiques à surmonter avant que ce soit possible).

Le retour du nucléaireUn reportage de l’émission

Découverte de Radio-Canada

Centrale de Gentilly II à Varenne

L’hydrogène• Sa combustion ne produit que de l’eau.

• L’hydrogène n’est pas une source d’énergie, mais une façon de la stocker. Il faut de l’énergie pour extraire l’hydrogène de l’eau.

• Difficile et dangereux à stocker.

• Peut servir à faire de l’électricité par l’intermédiaire de piles à hydrogène.

Honda FCX Hydrogen

Son moteur électrique est alimenté par des piles à hydrogène. L'hydrogène est stocké à haute pression (5000 psi) dans un

réservoir. Autonomie ~ 400 Km

Les biocarburants

• Bois de chauffage.

• Éthanol produit à partir de canne à sucre, de maïs, de blé ou de betterave à sucre.

• Huile végétale pure ou estérifiée utilisée à la place du diesel.

• Méthane obtenu par fermentation anaérobique de déchets organiques.

• Le CO2 dégagé par la fermentation et la combustion d'un biocarburant avait été retiré de l'atmosphère par la plante ayant fourni ce biocarburant. Le bilan CO2 est donc nul.

• La culture de plantes pour fournir de l’énergie entraîne son cortège de problèmes environnementaux liés à l’agriculture : déforestation, pollution par les engrais (eutrophisation), dégagement de N2O et CH4.

Sans compter l’énergie fossile utilisée pour produire les engrais azotés. On estime que pour produire 10 tep de d'éthanol en pays tempéré, (tep = tonne équivalent pétrole) il faut dépenser 9 tep d’énergie; le plus souvent sous forme d’énergie fossile! Cependant, ces chiffres sont controversés.

MAIS

• La surface des terres arables ne cesse de diminuer et la population ne cesse d’augmenter. Bientôt, il n’y aura plus assez de terres cultivées pour nourrir la population de la planète. On peut donc difficilement se permettre d’utiliser l’agriculture pour faire du carburant. Même si on consacrait 100% des terres agricoles à la production de biocarburant, on ne pourrait fournir que 40% de la consommation actuelle en carburant.

• L’utilisation d’aliments comme carburant a pour effet de faire augmenter le prix de ces aliments; dans les pays pauvres, l’effet peut être catastrophique (le prix des aliments augmente en flèche; les plus pauvres ne peuvent plus se les payer).

Le retrait à la source

• Séquestration du CO2 produit• Dans des couches géologiques profondes ou

des nappes d’eau salée à grande profondeur.

• Dans d’anciens puits de pétrole ou de gaz naturel épuisés.

• Dans les profondeur de l’océan (plus de 1000m).

Solutions qui ne seraient pas actuellement rentables (plus de 100$ la tonne de CO2, ce qui est prohibitif).

Il faut dépenser beaucoup d’énergie pour transporter et injecter le CO2.

On ignore les risques liés à la séquestration dans l’océan (l’acidification de l’eau entre autre, sans compter le fait que ce CO2 va un jour revenir à la surface et dans l’atmosphère par la circulation thermohaline).

Certains évoquent le risque que des tremblements de terre libèrent le CO2 accumulé.

• Carbonation minérale

• Solution étudiée par la compagnie CO2Solution.

• Le CO2 des gaz d’échappement des installations fixes (centrales thermiques, par exemple) serait transformé en bicarbonates par des réacteurs enzymatiques utilisant l’enzyme anhydrase carbonique.

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

anhydrase carbonique

Encore de nombreux obstacles techniques à surmonter avant la mise en application à l’échelle industrielle (entre autre, réduire les coûts). Voyez-vous les quels ?

Transformation du CO2 en magnésite. Ex. transformation du CO2 en magnésite en le combinant avec de la serpentine

MgSiO5(OH)4 + 3 CO2 3 MgCO3 + 2 SiO2 + 2 H2O + 64kJ/mole

Transformation du CO2 émis en bicarbonate de soude

Pour en savoir plus

CO2 Capture and Storage

La cause première de tous nos problèmes d’environnement :

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