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Ingénierie climatique Manipuler le climat pour lutter contre le réchauffement

La quantité de CO2 dans l’atmosphère continue d’augmenter et on est encore loin d’un accord global sur le climat. Dès lors, pourquoi ne pas recourir à la technologie pour modifier artificiellement le climat?

La technologie pour modifier le climat: une option à prendre en considération ou à écarter?

(AFP)

D’immenses miroirs en orbite pour renvoyer la lumière du soleil dans l’espace et refroidir la Terre. Ou un bateau qui navigue sur les océans pour nourrir les algues et réduire ainsi le CO2 dans l’atmosphère. De la science-fiction?

«Pas du tout», répond Nicolas GruberLien externe, professeur de physique de l’environnement à l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ). «L’idée des miroirs dans l’espace est réalisable bien que très coûteuse. Par contre, la fertilisation des océans est une technique qui a déjà été expérimentée, mais qui s’est avérée relativement inefficace», explique-t-il.

L’option tabou

Ces deux méthodes sont des exemples d’ingénierie climatique (ou géo-ingénierie), soit de modification délibérée et à vaste échelle du système climatique terrestre. Contrairement aux techniques pour faire tomber artificiellement la pluie ou la grêle, les effets en sont planétaires et à long terme.

«L’ingénierie climatique n’a encore jamais été discutée dans les négociations internationales sur le climat. Pour l’instant, elle reste un tabou politique, mais il pourrait être brisé», affirme Matthias Honegger, de PerspectivesLien externe, un bureau de consultants zurichois spécialisé dans les questions climatiques.

L’expert, qui s’est rendu fin août à Berlin pour la première Conférence internationaleLien externe sur le sujet, prévoit que «si les chefs d’Etat devaient se rendre compte qu’il est trop tard pour limiter le réchauffement à 2°C et que leurs efforts d’adaptation nationaux ne suffisent pas, alors, il est probable que l’on envisage la possibilité de recourir à l’ingénierie climatique».

En ce sens, les conditions existent déjà. La concentration de CO2 dans l’atmosphère est en augmentation constante et a atteint un niveau record, note l’Organisation météorologique mondiale dans son dernier rapport sur les gaz à effet de serreLien externe. Une évolution que la communauté internationale ne semble pas, pour le moment, en mesure de contrer.

«Les progrès au niveau mondial sont lents», constate le Centre pour la recherche internationale sur le climat et l’environnement d’Oslo. «Actuellement, écrivent les chercheurs norvégiensLien externe, le monde est plus loin de la conclusion d’un accord international solide sur le climat qu’il ne l’était il y a 15 ans, quand on a adopté le Protocole de Kyoto».

Au dernier Sommet sur le climatLien externe tenu à New York le 23 septembre, la ministre suisse de l’Environnement Doris Leuthard a elle aussi souligné que «trop peu de choses ont changé dans le monde en matière de climat».

CO2 Le dioxyde de carbone a aussi ses bons côtés

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Le dioxyde de carbone est souvent considéré comme le grand méchant loup parmi les gaz à effet de serre. Selon les spécialistes, il est l’un des principaux responsables du réchauffement et du changement climatique. Mais qu’en serait-il s’il pouvait être utilisé pour produire de l’énergie et ainsi atténuer son impact? Deux projets suisses se penchent sur la question.

Le premier projet, privé, recherche la manière d’aspirer le CO2 avec une sorte d’aspirateur géant. Le second, public, vise à l’utiliser pour produire du méthane, grâce à de petits minéraux appelés zéolithes.

Chez Climeworks, à Zurich, on travaille depuis cinq ans sur une technologie destinée à extraire en continu du CO2 de l’atmosphère, qui peut être ensuite utilisé pour produire des carburants synthétiques ou d’autres produits.

Le dioxyde de carbone est prélevé en faisant passer l’air à travers un filtre en cellulose spécial placé à l’intérieur de l’unité d’extraction. Une fois qu’il a atteint sa capacité maximale, le filtre est chauffé avec de l’énergie renouvelable ou de l’énergie provenant de déchets, afin de libérer du CO2 extrêmement pur.

«Nous cherchons à enlever du carbone dans certains secteurs du domaine des transports, comme l’aviation, qui représente un pourcentage à un chiffre dans les émissions mondiales de CO2», déclare Christoph Gebald, l’un des fondateurs de l’entreprise.

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Partenariat d’Audi

L’aviation est responsable d’environ 3,5% du changement climatique anthropogénique (provoqué par l’homme) et représente 13% de l’ensemble du secteur des transports, selon le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) des Nations Unies.

Jusqu’à présent, Climeworks a testé une unité dite de capture directe qui peut collecter une tonne de CO2 par an, en filtrant environ deux millions de mètres cubes d’air, afin de prouver la validité de son approche.

Le résultat a été jugé suffisamment intéressant pour attirer l’attention d’Audi. Le constructeur automobile allemand voit dans cette technologie un élément potentiellement intéressant dans sa stratégie visant à développer des véhicules alimentés par des carburants de synthèse.

«Ce dont Audi a besoin, c’est une source durable de dioxyde de carbone. Il peut être soit biogénique, soit atmosphérique», souligne Christoph Gebald. Toutefois, l’origine biogénique, qui résulte de la combustion ou de la décomposition de matière à base biologique, est insuffisante pour répondre aux exigences d’un seul constructeur automobile, selon le jeune entrepreneur.

Il faut maintenant prévoir une usine test pour déterminer comment la technologie peut être adaptée pour fournir suffisamment de CO2 pour la production de carburants synthétiques à l’usine e-gas d’Audi en Allemagne.

Cette technologie est aussi en bonne voie pour obtenir une couverture médiatique plus large. L’entreprise Climeworks fait en effet partie des onze finalistes du Virgin Earth Challenge, un concours doté d’un prix de 25 millions de dollars pour le développement d’une «méthode durable au niveau de l’environnement et économiquement viable pour retirer les gaz à effet de serre de l’environnement».

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Simple… en laboratoire

Extraire et purifier du CO2 est juste une étape dans le processus conduisant à la production de carburants synthétiques.

En théorie, produire du méthane qui pourrait être injecté dans le réseau de gaz naturel en combinant du dioxyde de carbone et de l’hydrogène avec l’impulsion d’une source d’énergie – idéalement renouvelable – extérieure pour lancer la réaction est relativement simple, avec de l’eau comme produit dérivé. Ce processus connu sous le nom de réaction de Sabatier a été découvert au début du 20e siècle.

Le faire de manière économique et rapide constitue toutefois un défi, tout comme séparer les molécules d’eau du méthane. Ajouter un catalyseur, un élément qui accélère le processus, peut aider à surmonter certaines difficultés, mais cela entraîne aussi le risque de produire du monoxyde de carbone (CO) toxique et souvent de faibles rendements.

Au Laboratoire fédéral pour la science des matériaux et de la technologie (Empa), près de Zurich, les chercheurs se penchent sur un processus qui fonctionne à de basses températures grâce aux zéolithes, qui sont des minéraux microporeux.

«Les zéolithes nickelés absorbent l’eau générée par le processus, il n’y a pratiquement pas de production de monoxyde de carbone et le gaz obtenu à la fin est du méthane», explique Andreas Borgschulte, scientifique responsable du projet.

Mais le résultat est loin d’être parfait. «C’en est encore au stade expérimental et la quantité d’eau qu’une zéolithe peut absorber est limitée, de sorte qu’il doit être ‘séché’, régénéré», indique le chercheur.

Il faudra davantage de travail pour transformer ce qui n’est à ce stade guère plus qu’une réaction chimique dans un réacteur de laboratoire en un procédé viable. Les scientifiques peuvent facilement produire des zéolithes en petites quantités, mais il serait nécessaire de trouver une manière plus économique de le produire à l’échelle industrielle.

Capturer le CO2

La capture directe dans l’air ambiant concerne des technologies capables de capturer de grandes quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. L’autre grande option technologique est un point de capture et de séquestration du carbone, qui est utilisé sur des cheminées qui émettent de plus grandes concentrations de CO2.

Le prix constitue le principal handicap de la capture directe. Selon des études, son coût est jusqu’à dix fois plus élevé que celui de la méthode de séquestration.

La capture directe est encore largement expérimentale et bien loin d’une utilisation industrielle. Mais la méthode de séquestration n’a jusqu’à présent pas été totalement mise en œuvre à grande échelle.

Outre Climeworks, plusieurs autres entreprises travaillent sur la capture directe, notamment Carbon Engineering, Global Thermostat, Coaway et Terraleaf, pour n’en citer que quelques-unes.

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Défis encore à relever

Il existe aussi des défis d’ingénierie, selon Andreas Borgschulte, comme augmenter la taille du réacteur, gérer des volumes importants de gaz ou encore les besoins en énergie. Et pour être neutre au plan du carbone, le processus devrait idéalement s’appuyer sur du CO2 provenant de la biomasse et non des combustibles fossiles.

«Les prix du gaz sont très bas, ce serait dont difficile d’être compétitif, estime Andreas Borgschulte. Le gaz synthétique serait environ cinq fois plus cher.»

Le prix est aussi le défi pour Climeworks. Extraire du CO2 de l’air peut coûter jusqu’à 600 francs par tonne, selon une étude de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich.

L’entreprise espère faire passer ce coût à environ 100 francs au cours des prochaines années, ce qui rendrait son système plus compétitif. Sa méthode pour y parvenir réside dans le fait que la chaleur nécessaire pour collecter le dioxyde de carbone – moins de 100 degrés Celsius – est beaucoup plus basse que celle utilisée par les autres systèmes, qui opèrent généralement en dessus de la limite des 300 degrés.

Mais même si ces technologies arrivent à maturité et se généralisent, personne n’attend d’elles qu’elles résolvent le problème du réchauffement mondial. «Ce n’est pas une panacée et ne devrait pas être considéré comme tel, mais uniquement comme une partie d’un éventail de technologies qui prendront de l’importance à moyen et à long terme», prédit Christoph Gebald.

CO2

Le dioxyde de carbone joue un rôle majeur dans la formation du climat et des températures. Dans des conditions idéales, le CO2 fait partie de ce que l’on appelle le cycle du carbone, un processus neutre à long terme.

Mais les hommes ont bouleversé ce cycle en utilisant des carburants fossiles et en coupant des arbres. La recherche a montré que des concentrations plus élevés en CO2 tendaient à réchauffer la surface de la Terre.

Le dioxyde de carbone n’est pas le seul gaz à effet de serre et d’autres comme le méthane, l’oxyde nitreux et différents aérosols vont également dans l’atmosphère.

Relativement, ces autres gaz sont beaucoup moins importants que le dioxyde de carbone, dont les émissions sont beaucoup plus massives. Mais leurs effets peuvent être observés beaucoup plus longtemps dans l’atmosphère. Sur le montant total émis, les scientifiques estiment que 20% seront encore présents dans l’atmosphère dans mille ans.

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Bloquer les rayons du soleil

L’ingénierie climatique comprend toute une série d’interventions, qui peuvent être divisées en deux catégories principales: l’élimination du CO2 de l’atmosphère (Carbon Dioxide Removal, CDR) et le contrôle du rayonnement solaire qui arrive sur Terre (Solar Radiation Management, SRM).

La première approche comprend la manipulation des écosystèmes afin d’augmenter la quantité de dioxyde de carbone absorbée par la biomasse terrestre (plantes et sol) ou marine. Répandre des sulfates de fer à la surface des océans, par exemple, favorise la croissance des algues, qui fixent le CO2 à travers la photosynthèse. Des solutions plus innovantes prévoient l’utilisation d’«aspirateurs» pour filtrer le dioxyde de carbone présent dans l’air, un domaine dans lequel des projets prometteurs se développent en Suisse (article ci-contre).

Quant aux techniques SRM, il ne s’agit pas uniquement d’installations dans l’espace. On peut aussi augmenter la réflectivité de la surface terrestre, des nuages ou de l’atmosphère. «En changeant la couleur de l’asphalte des routes, de noir à blanc, on peut arriver à un refroidissement local, par exemple dans une ville. Cela permettrait d’éviter des centaines de morts pendant les vagues de chaleur. Mais savoir si cela est possible à grande échelle est une autre question», note Matthias Honegger.

Une des techniques SRM les plus étudiées et les plus prometteuses consisterait à pulvériser des aérosols dans la stratosphère, au moyen d’avions, de missiles ou de ballons. «On obtiendrait ainsi l’effet d’une éruption volcanique, explique Reto Knutti, professeur à l’Institut de recherches sur l’atmosphère et le climatLien externe de l’EPFZ. Et il est bien connu qu’après une éruption, comme celle du Pinatubo par exemple, la température diminue». Les poussières libérées par le volcan philippin en 1991 ont en effet fait baisser la température terrestre de presque un demi degré pendant deux ans.

Les aérosols, par exemple des particules de soufre, sont libérés dans la haute atmosphère pour y former une sorte d’écran qui réfléchit une partie des rayons du soleil.

(Hughhunt)

Si l’ingénierie climatique reste pour l’instant à l’état de projets de laboratoire ou de tentatives à petite échelle, elle n’en soulève pas moins déjà des questions cruciales, avertit Reto Knutti: «Quels sont les effets collatéraux? Et quelles sont les implications politiques et éthiques?»

Modifier la météo et le climat, quelques exemples

1877: un chercheur américain propose de changer la direction du courant océanique Kuroshio dans le Détroit de Béring. But: augmenter les températures de l’Arctique de quelque 15°C.

1929: un physicien allemand suggère d’installer des miroirs géants sur une station spatiale pour concentrer les rayons du soleil autour du Pôle Nord pour rendre la région habitable.

1945: pour le directeur de l’Unesco, l’explosion de bombes atomiques au-dessus des régions polaires provoquerait une augmentation de la température de l’Océan Arctique et un réchauffement du climat des zones septentrionales tempérées.

1967-1972: pendant la guerre du Vietnam, l’armée américaine disperse des particules d’iodure d’argent dans les nuages pour prolonger la saison de la mousson.

1989: un climatologue américain estime qu’un bouclier spatial placé en orbite terrestre pourrait réfléchir 2% de la lumière solaire.

2006: un chimiste néerlandais propose d’émettre des particules de soufre dans la stratosphère pour absorber une partie des rayons du soleil et faire baisser la température sur Terre.

2010: des chercheurs de l’université de Genève réussissent à créer une pluie artificielle avec un laser capable de condenser les gouttes d’eau en suspension dans l’atmosphère.

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De nombreuses incertitudes

Il est évident que la manipulation de l’atmosphère conduirait à de grands changements, en particulier du cycle de l’eau et des précipitations, observe Reto Knutti. Sa collègue de l’EPFZ Ulrike Lohmann explique que dans le cas des aérosols dans la stratosphère, on modifie le bilan global de la planète. «Il en résulterait une diminution générale des précipitations, comme on l’a d’ailleurs observée après l’éruption du Pinatubo».

L’ingénierie climatique changerait complètement notre relation à la nature et renforcerait la méfiance entre les nations, soutient James Fleming, historien des sciences et des technologies et auteur d’un livre (Fixing the Sky), qui raconte les tentatives de contrôler le climat. «Les Scandinaves diraient tout d’un coup que l’Angleterre est responsable du mauvais temps chez eux, et vice-versa. Le potentiel de conflits futurs est énorme», affirme-t-il dans une interviewLien externe à l’organisation écologiste Greenpeace.

Autre problème: que se passera-t-il si un projet d’ingénierie climatique est brusquement interrompu après 20 ou 30 ans pour des raisons politiques, économiques ou scientifiques? «Le risque, c’est un réchauffement soudain de 1 ou 2 degrés, peut-être en un an», répond Reto Knutti. Une augmentation de la température bien plus rapide que celle que nous connaissons actuellement, et qui pourrait avoir des conséquences catastrophiques.

Et surtout, l’ingénierie climatique risque de détourner l’attention des tentatives – et des objectifs – de réduction des émissions et de saper les négociations internationales, dénoncent ses détracteurs, parmi lesquels les organisations de défense de l’environnement. L’ingénierie climatique, rappellent-ils, ne s’attaque pas au problème à la base, mais se limite à en alléger les symptômes.

Réflexion approfondie

Une bonne partie du monde scientifique reste par conséquent sceptique, ou pour le moins, appelle à la prudence. A la conférence de Berlin, Mark Lawrence, directeur scientifique de l’Institut pour les études avancées sur la durabilité de Potsdam (Allemagne) a rappelé qu’«aucune des techniques de l’ingénierie climatique ne peut être mise en œuvre rapidement et sans problèmes».

Même pour en comprendre les potentialités, les limites et les effets secondaires, une réflexion approfondie est nécessaire, insiste Matthias Honegger. Sans oublier l’opinion publique, qui pour lui doit absolument être impliquée.


(Traduction de l’italien: Marc-André Miserez), swissinfo.ch

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