Les puits de carbone ne vont-ils pas absorber le surplus de CO2 ?

Source : Jean-Marc Jancovici, membre du Comité de Veille Ecologique de la Fondation. Site perso.

Notre environnement comporte, en de nombreux endroits, des "réservoirs" de carbone, où ce carbone est présent sous une forme ou sous une autre :

comme gaz carbonique dissous dans l'océan,
comme composant de molécules organiques dans les êtres vivants (plantes, animaux, microbes) et les cadavres,
comme gaz carbonique présent dans l'atmosphère,
comme composant de matériaux solides présents dans les sols (le calcaire, par exemple)

Dès que l'on a affaire à l'un de ces endroits, on s'intéresse à ce qu'il renferme comme carbone (le "stock" de carbone, comme pour le nombre de kilos de sucre dans un placard). On le mesure généralement en milliards de tonnes (ca fait beaucoup !), ou encore Gt (gigatonnes) en abrégé.

On ne mesure que le poids du carbone dans ces stocks (on parle alors d'équivalent carbone), pas celui des autres atomes présents à ses côtés, pour pouvoir faire des comparaisons et calculer les échanges (c'est le même principe que celui de la conversion en "consommation d'alcool pur" lorsque l'on regarde la consommation par pays de boissons alcoolisées, qui contiennent des proportions d'alcool très variables).

La figure ci-dessous donne (en Anglais, hélas) la valeur des principaux "stocks" de carbone :

l'atmosphère renferme actuellement 750 Gt de carbone,
l'océan intermédiaire (c'est à dire pas de surface) renferme 38.100 Gt de carbone (50 fois plus !)
les sols renferment 1580 Gt, alors que la végétation et les animaux qui les recouvrent renferment seulement 610 Gt,

Flux annuels et stocks de carbone en gigatonnes (GIEC 1996).

 La figure ci-dessus donne aussi les échanges annuels de CO2 entre l'atmosphère et la Terre (toujours en Anglais, hélas). La majeure partie de ces échanges sont naturels :

60 Gt entre la végétation et l'atmosphère,
90 Gt entre l'océan de surface et l'atmosphère,
40 à 50 Gt entre l'océan de surface et la vie marine,

Mais l'homme a rajouté "ses" échanges :

6 Gt environ due à la combustion des énergies fossiles et à la production de ciment,
1 Gt environ due à la déforestation (on explique plus bas pourquoi).

Il est important de savoir que ces flux sont connus à ± 1 Gt près : c'est une incertitude très significative pour des flux qui sont du même ordre de grandeur ! Mais l'augmentation des concentrations atmosphérique à un rythme jamais observé est là pour confirmer la thèse de ceux qui pensent qu'il existe un surplus d'émission de CO2 et qu'il nous est dû.

Il est aussi important de préciser que le schéma ci-dessus ne concerne que le CO2, et pas les autres gaz à effet de serre.

Une fois le carbone émis dans l'atmosphère sous forme de gaz carbonique, divers phénomènes l'en retirent peu à peu, mais très lentement, comme nous l'avons vu.

C'est ce qui fait que nos 6 "petites" Gt ne trouvent pas vite preneur parmi les "puits" qui absorbent le carbone : seuls 3 Gt sont rapidement recyclées, le reste contribuant à augmenter les concentrations atmosphériques par effet d'accumulation. En outre le début du réchauffement climatique diminue la capacité d'absorbtion de certains puits de carbone :

En ce qui concerne l'océan, sa capacité d'absorption augmente avec la teneur de l'atmosphère en CO2 (ce qui augmente sa pression partielle) mais le réchauffement climatique aura un effet antagoniste :

• d'une part l'eau chaude dissout moins bien le CO2 que l'au froide,

• d'autre part le réchauffement peut avoir pour effet de dimnuer les courants thermohalins, qui vont de la surface de l'océan vers les profondeurs ; or ce sont ces courants qui entraînent le carbone des eaux de surface vers les fonds marins où il est stocké (essentiellement en y entraînant des restes d'animaux).

En ce qui concerne la biomasse le problème est complexe :

• les forêts ne sont des puits de manière certaine que lorsqu'elles sont en croissance : en régime de croisière les forêts absorbent à peu près (par photosynthèse) ce qu'elles rejettent (par décomposition du bois), exception faite du bois d'oeuvre,

• lorsque l'on cultive un sol (par opposition à un sol boisé ou à une prairie), il déstocke une partie de son carbone : la teneur en carbone d'un sol de prairie ou de forêt est 5 à 10 fois plus importante que celle d'un sol cultivé,

• la tendance actuelle est à la déforestation, laquelle équivaut de manière certaine à des émissions de CO2 supplémentaires (de l'ordre de 1 Gt de carbone par an) car le bois coupé est généralement brûlé (première source de CO2) et ces surfaces sont majoritairement remplacées par des cultures (2è source d'émission, voir item juste ci-dessus),

• enfin l'agriculture et l'élevage sont une source importante de gaz à effet de serre : les plantes cultivées absorbent temporairement un peu de CO2 (lequel finit en outre par être restitué au milieu ambiant) mais les pratiques agricoles produisent du CO2 (via l'essence des tracteurs), du méthane, notamment comme sous-produit de la digestion des ruminants, de la culture du riz, et du compostage, et du protoxyde d'azote, qui résulte de l'usage des engrais azotés ; ces deux gaz sont de bien plus puissants contributeurs par unité de masse que le CO2.

Le scénario catastrophe : les puits deviennent des sources

Il y a donc deux puits pour absorber une partie du carbone émis dans l'atmosphère :

Les écosystèmes continentaux, mais qui sont de "petits" puits (ils seront vite pleins : une fois que l'on a planté des forêts partout où l'on peut c'est fini, et comme on ne peut pas en planter beaucoup ce sera fini très vite),

L'océan.

Or on ne sait pas si, à la faveur d'un réchauffement qui prendrait de l'ampleur, certains puits ne vont pas se transformer en sources.

Quelques exemples : Comme on le voit sur le graphique du haut, le sol contient l'essentiel du carbone des écosystèmes terrestres, y compris forestiers : le gros stock de carbone dans une forêt est... dans le sol. Il s'agit essentiellement de parties de plantes ou détritus de plantes (racines, bois mort, etc). Or si la température monte, l'activité microbienne du sol va probablement augmenter. Cette activité concerne notamment la décomposition des détritus organiques du sol, laquelle conduit à des émissions de gaz carbonique, qui pour le moment équilibrent, dans un écosystème à maturité, l'absorption de gaz carbonique par les plantes (voir plus haut). Si cette décomposition "va plus vite", cela va conduire à augmenter les émissions de carbone par les sols. C'est notamment le cas pour les zones boréales et les forêts du même nom, qui vont particulièrement se réchauffer, et où les écosystèmes terrestres vont probablement devenir des sources et non des puits de carbone. On a découvert il n'y a pas très longtemps l'existence d'un nouveau stock de carbone fossile : l'hydrate de méthane. Il s'agit d'un composé qui ressemble à de la glace et qui se forme quand du méthane (composant principal du gaz naturel, et par ailleurs gaz à effet de serre) et de l'eau sont réunis à basse température et haute pression (ce composé était surtout connu comme une plaie des gazoducs en zones froides !). C'est donc un cristal d'eau et de méthane, comme la glace est un cristal d'eau seule. Il n'y a pas de réaction chimique dans la formation de ce composé. Sur Terre, il y a deux endroits où les conditions favorables à sa formation sont naturellement réunies : • dans l'océan arctique, à grande profondeur (il fait froid et il y a des hautes pressions), à cause du méthane dégagé par les bactéries présentes sur place, • sous le pergélisol, qui est le sol gelé en permanence des hautes latitudes (Nord de la Russie, du Canada), car on y trouve aussi des bactéries, des hautes pressions et du froid. On soupçonne qu'il existe de grosses quantités de ce composé dans les profondeurs des hautes latitudes, voire des quantités considérables : l'USGS estime que l'hydrate de méthane pourrait représenter un stock de l'ordre de 2 fois le cumul de toutes les autres formes de combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz). Or, on se rappellera que le réchauffement sera plus prononcé au pôle Nord qu'ailleurs. Si, par suite de ce réchauffement, le pergélisol dégèle (ce qui est parfaitement possible), les conditions peuvent devenir instables pour l'hydrate de méthane (d'une part le "couvercle", à savoir le sol gelé, disparaît, et d'autre part il se met à faire trop chaud dans le sol pour que l'hydrate de méthane reste stable), et il pourrait se décomposer en libérant des quantités massives de méthane dans l'atmosphère. Là aussi, les sols seraient alors globalement devenus une source (et même une très grosse source) et non un puits de gaz à effet de serre. Le réchauffement climatique est susceptible de ralentir fortement les courants océaniques allant de la surface vers les profondeurs (les courants thermohalins). Comme ce sont ces courants qui entraînent le carbone dissous en surface dans les profondeurs, où se trouve le "grand puits", l'océan de surface étant un "petits puits" (comme on le voit sur le graphique du haut de la page, l'océan intermédiaire et profond stocke 30 à 40 fois plus de carbone que l'océan de surface), on peut imaginer que l'océan pris globalement cesse d'être un puits, ou le devienne de manière marginale, dès que l'océan de surface est saturé.

On voit donc qu'il existe des possibilités que le système "s'emballe" et, en ce cas, personne ne sait à quel niveau il s'arrêterait : 20 degrés en plus ? 50 ?

Nous avons près de chez nous un cas de figure extrême : Vénus, notre proche voisine du système solaire. En effet, cette planète, à peu près de notre taille, et un peu plus près du soleil il est vrai (100 millions de km contre 150 millions pour la Terre), a une atmosphère essentiellement composée de gaz carbonique, qui est le principal des gaz à effet de serre d'origine humaine.

Il règne à la surface de cette planète une température de 450°C et une pression de 90 atmosphères (celle qui règne sous 900 mètres d'eau). L'essentiel de ce surcroît de température et de pression par rapport à la Terre est dû à cet effet de serre, et non à une plus grande proximité du soleil. Nous n'apprécierions pas beaucoup !