CO2 anthropique

Le carbone est composé de trois isotopes: le carbone 12, 13, et 14. Le carbone-12 est de loin le plus abondant, le carbone-13 représente environ 1%, et le carbone-14 seulement 1 sur 1 milliard d’atomes de carbone dans l’atmosphère.

Rapport isotopique du carbone-13 atmosphérique mesuré à Cape Grim, Tasmanie
Rapport isotopique du carbone-13 atmosphérique mesuré à Cape Grim, Tasmanie

Le CO2 produit par la combustion des combustibles fossiles ou du bois a une composition isotopique différente du CO2 de l’atmosphère, parce que les plantes ont une préférence pour les isotopes les plus légers, ce qui abaisse le rapport isotopique carbone-13/carbone-12. Étant donné que les combustibles fossiles proviennent des plantes, ils ont tous à peu près le même rapport isotopique – environ 2% inférieur à celui de l’atmosphère. Comme le CO2 provenant des gaz de combustion se mélange au CO2 atmosphérique, il en abaisse le rapport isotopique.

Concentration du CO2 d’origine anthropique dans l’atmosphère.

Production d’énergie primaire dans le monde
Production d’énergie primaire dans le monde

Le pourcentage du CO2 biogénique (par opposition au CO2 provenant des océans ou des volcans) se déduit du rapport isotopique du carbone-13, connaissant la consommation mondiale de combustibles fossiles, charbon, pétrole et gaz (http://www.tsp-data-portal.org/Energy-Production-Statistics#tspQvChart).

Considérant les rapports isotopiques du charbon (αc=-25 ‰), du fioul domestique (αo=-26,5 ‰), du gaz naturel (αg=-45 ‰) et la quantité de CO2 (ppmv = partie par million en volume pour 100.000 TWh) émise par le charbon (ηc=4,24), le fioul domestique (ηo=3,35) et le gaz (ηg=2,54) la déplétion du 13CO2 dans l’atmosphère, due aux gaz de combustion, est :

13CO2combustion = ∑i=1,N[Cci× αc× ηc+ Coi× αo× ηo+ Cgi× αg× ηg]                      (1)

où Cci , Coi , Cgi représentent la consommation au cours de l’année i du charbon, du fioul domestique et du gaz. N est la durée de vie dans l’atmosphère (en années) du 13CO2.

Ajustement de la durée de vie du CO2 atmosphérique (le rapport isotopique du 13CO2 atmosphérique d’avant l’ère industrielle considéré est -7 ‰)
Ajustement de la durée de vie du CO2 atmosphérique (le rapport isotopique du 13CO2 atmosphérique d’avant l’ère industrielle considéré est -7 ‰)

Pour exprimer la déplétion de 13CO2 dans l’atmosphère il faut ajouter à 13CO2combustion la contribution du 13CO2naturel provenant des océans et des volcans :

13CO2naturel = [CO2total-∑i=1,N[Cci× ηc+ Coi× ηo+ Cgi× ηg]]× αn                          (2)

où αn est le rapport isotopique du carbone de l’atmosphère avant la révolution industrielle, de l’ordre de -6,5 à -7 ‰. En comparant 13CO2naturel au 13CO2 mesuré, produit de la teneur en CO2 de l’atmosphère par le rapport isotopique du carbone-13, on en déduit la durée de vie N du 13CO2: N = 5 à 8 ans selon le rapport isotopique d’avant l’ère industrielle considéré.

Cette durée de vie du 13CO2 provenant des gaz de combustion correspond à la durée des échanges entre l’atmosphère et les différents réservoirs (océans, biosphère) jusqu’à l’uniformisation de la signature isotopique du dioxyde de carbone par suite de l’interchangeabilité des molécules 13CO2 et 12CO2.

Les variations de la concentration du dioxyde de carbone observé et modélisé (N’=30 années) : année de référence=1850.
Les variations de la concentration du dioxyde de carbone observé et modélisé (N’=30 années) : année de référence=1850.

Pour obtenir la durée de vie du CO2 des gaz de combustion dans l’atmosphère, il faut calculer sa réponse impulsionnelle, c’est-à-dire la réponse de l’atmosphère à un pulse de dioxyde de carbone jusqu’à la disparition complète de ses effets. La forme la plus simple de cette réponse impulsionnelle est la fonction rectangle Rec(t) telle que :

Rec(t)=1 si 0≤t≤N’, Rec(t)=0 si t<0 ou t>N’                (3)

où N’ est la durée (en années) de la réponse impulsionnelle (la concentration en dioxyde de carbone provenant du pulse est maintenue durant cette période). Considérer une réponse impulsionnelle rectangulaire revient à supposer que la concentration en dioxyde de carbone provenant du pulse est maintenue durant toute cette période jusqu’à sa disparition complète.

Résidu de l’équation (4) avec la contrainte (5) et aire de la réponse impulsionnelle IT du CO2 atmosphérique à la température en fonction de la durée de vie N’ du CO2 atmosphérique.
Résidu de l’équation (4) avec la contrainte (5) et aire de la réponse impulsionnelle IT du CO2 atmosphérique à la température en fonction de la durée de vie N’ du CO2 atmosphérique.

Le dioxyde de carbone provenant de 2 sources, des gaz de combustion d’une part et du dégazage des océans suite au réchauffement des ondes de Rossby gyrales aux moyennes latitudes d’autre part, le calcul de N’ revient à résoudre le système linéaire :

∆CO2obs = IT*∆T+∑i=1,N’[Cci× ηc+ Coi× ηo+ Cgi× ηg]            (4)

où le signe * représente le produit de convolution. Au temps t, IT*∆T = ∑i=1,N’’IT(i).∆T(t-i) où N’’ est la durée de la réponse impulsionnelle de l’atmosphère à un pulse de température (une augmentation de la température durant une année). ∆T est la variation de la température globale considérée ici comme représentative des anomalies de la température de la surface des océans aux moyennes latitudes.

La résolution de (4) consiste à calculer la réponse impulsionnelle IT(t) positive :

IT(t) ≥ 0 si 0 ≤ t ≤ N’’, IT(t) = 0 si t<0 ou t>N’’                                                          (5)

et la durée de vie N’ du CO2 d’origine anthropique de manière à réduire l’écart quadratique moyen (le résidu) entre les deux membres, le CO2 observé et modélisé. Le résultat de ce calcul de déconvolution permet d’obtenir N’=30 ans. De manière plus précise, la température n’intervient pas à cette échelle de temps (l’aire de la réponse impulsionnelle est nulle) et l’augmentation constatée du dioxyde de carbone atmosphérique depuis 1850 est entièrement imputable aux gaz de combustion. Ce résultat n’est pas surprenant car l’analyse isotopique de la carotte de glace Vostok montre que l’émission de CO2 suite au dégazage des océans intervient plusieurs centaines d’années après une hausse de la température moyenne globale.

Interprétation des résultats

Flux net du CO2 au-dessus des océans (T. Takahashi et al., 2002, http://www.ldeo.columbia.edu/~csweeney/papers/taka2002.pdf)

La durée de vie du CO2 atmosphérique est imposée par sa solubilité dans l’eau de mer, solubilité qui décroit lorsque la température augmente. Un flux est établi entre les océans tropicaux, qui dégazent, et les moyennes latitudes, qui dissolvent, en bénéficiant des vents d’altitude.

L’équilibrage rapide de la composition isotopique de l’atmosphère n’implique que la couche superficielle des océans et la biosphère (échange de molécules 13CO2 et 12CO2) alors que la séquestration du dioxyde de carbone atmosphérique intervient plus en profondeur de la couche de mélange des océans, l’acide carbonique se transformant en bicarbonates, puis en carbonates qui précipitent.

Les variations de la concentration du dioxyde de carbone (N’=30 années) dans l’hypothèse où les émissions se stabiliseraient en 2013 (année de référence=1850).
Les variations de la concentration du dioxyde de carbone (N’=30 années) dans l’hypothèse où les émissions se stabiliseraient en 2013 (année de référence=1850).

Ainsi les durées très contrastées des réponses impulsionnelles de 13CO2 et de CO2 reflètent les différents mécanismes impliqués. Ni la biosphère ni la surface des océans ne piègent durablement le CO2 atmosphérique, qu’il produise de la biomasse grâce à la photosynthèse car il est entièrement restitué au cours des processus de minéralisation après la mort des végétaux (à l’exception des alcanes formés au fond des océans et des fjords à partir du phytoplancton, ainsi que de la tourbe), ou qu’il soit absorbé par la surface des océans en raison du dégazage.

L’enrichissement de l’atmosphère en CO2 anthropique provient de l’augmentation des émissions. Supposons que ces émissions se stabilisent à leur niveau de 2013. L’augmentation de la concentration du CO2 anthropique se poursuivrait dans ce cas jusqu’en 2043 pour atteindre 150 ppmv. Au-delà de cette date un régime stationnaire s’établirait, le CO2 émis se transformant progressivement en carbonates et en matières organiques (alcanes, tourbe). Notons que cette valeur limite de 150 ppmv ne dépend pas de la forme de la réponse impulsionnelle, mais seulement de son aire. Elle indique que, dans l’hypothèse où les émissions se seraient stabilisé en 2013, la concentration de CO2 anthropique dans l’atmosphère serait plus de moitié de celle du CO2 naturel (la concentration du CO2 atmosphérique était de 285 ppmv en 1850). Cet accroissement de la teneur en CO2 de 150 ppmv serait inférieur aux émissions cumulées qui seraient de 325 ppmv en 2043. C’est donc que près de la moitié du CO2 d’origine anthropique émis depuis le début de l’ère industrielle aurait été séquestré.
L’évolution future de la concentration du CO2 atmosphérique s’établit facilement à partir des hypothèses sur les émissions anthropiques exprimées en ppmv par an et en cumulant les émissions annuelles au cours des 30 dernières années. Tout laisse à penser qu’elle va continuer à augmenter au rythme actuel pendant encore de nombreuses années, et ceci quelles que soient les politiques de réduction des émissions de gaz à effet de serre mises en œuvre par les différents états.

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17 réflexions au sujet de « CO2 anthropique »

  1. Bonjour, merci pour cet article.
    Je ne suis pas scientifique et du coup je ne suis pas sûre d’avoir tout compris: est-ce que oui ou non l’augmentation du CO2 anthropique dans l’atmosphère est la cause du réchauffement global visible actuellement ? Car j’ai lu un article qui disait qui disait que non, qu’en réalité c’était dû à l’augmentation de l’activité et des vents solaires.

    D’avance merci pour votre réponse.

    Cordialement

    Kler

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    1. L’augmentation du CO2 dans l’atmosphère depuis les débuts de l’ère industrielle, et qui provient des gaz de combustion, est responsable d’une partie seulement du réchauffement, 1/3 environ. L’article a pour objet de proposer une alternative au réchauffement anthropique en mettant en évidence un phénomène de résonance d’ondes ‘gyrales’ autour des gyres sous-tropicaux sous l’effet du forçage solaire et orbital. Ces gyres ont la propriété d’emmagasiner la chaleur ou, au contraire, de la restituer comme ceci s’est produit au cours de la seconde moitié du 20ème siècle.
      Cordialement,

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  2. Bonjour,

    Article interessant.
    J’ai effectue des calculs similaires, bases sur le d13C du CO2 depuis 1 siecle et du d14C avant 1950. Le calcul de dilution isotopique du 13C montre qu’on devrait avoir aujourd’hui un d13c du co2 atmospherique d’environ -10 pmil. Ce qui est loin d’etre le cas…bref, isotopie et bilan de masse ne collent pas du tout en ne considerant que des equilibres thermodynamiques et des echanges du co2 entre les differents pools. Le seul phenomene qui peut induire un alourdissement isotopique aussi consequent du co2 residuel atmospherique est la photosynthese (terrestre et dans les oceans). Avec pour consequence une augmentation de la biomasse. Si un tel re-uptake etait confirmé, cela rendrait l’hypothese d’une duree de vie du co2 dans l’atmosphere de 5 ans environ est tout a fait realiste.
    Cordialement
    Daniel

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    1. Merci Daniel pour vos commentaires,
      Effectivement la grande disparité observée entre les durées de vie obtenues à partir du 13C et du 12C (par de-convolution), 5 ans dans le premier cas, quelques décennies dans le second, met bien en évidence l’effet de la photosynthèse.
      Jean-Louis

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  3. Bonjour,
    Il semble admis, voir expliqué, que le CO2 total intervient pour « environ » 23% comme gaz à effet de serre dont 1,5% serait anthropique.
    Ce qui nous amènerait à conclure que la responsabilité de l’homme dans la totalité des GES serait de 23 x 0,015 = 0,345 % !
    Peut-on apporter un certain crédit à ce raccourci assez surprenant ?
    Merci de m’éclairer.
    O.G.

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    1. L’augmentation du CO2 atmosphérique depuis les débuts de l’aire industrielle est entièrement imputable à l’homme. Certains climato-sceptiques cherchent à en minimiser l’impact à mauvais escient. Par contre l’effet de l’augmentation du CO2 atmosphérique sur la température globale est largement exagéré par le GIEC. Elle n’est que de 0.3°C actuellement et non de 1°C.
      Merci de vous intéresser à la question.

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      1. Bonjour,

        Pouvez-vous me dire, études à l’appui, quel est le pourcentage réel de CO2 libéré par l’activité humaine dans l’atmosphère (sur la planète) en comparaison à celle qui est libérée par l’ecosystème naturelle (sans l’humain). Brievement quel est le pourcentage d’émission réel des humains?

        D’avance merci,

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      2. Bonjour,
        Tout le CO2 émis depuis 1850, soit 120ppmv, provient des activités humaines. Le cycle naturel du carbone est stationnaire c’est à dire qu’il y a autant de CO2 piégé par les océans, les forêts,… qu’il en est produit par les volcans, la décomposition des matières organiques,…
        Merci de vous intéresser à la question.
        Jean-Louis Pinault

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  4. En ce qui me concerne la vraie question à laquelle j’aimerais une réponse c’est : quelle est la contribution du CO2 à l’effet de serre global qui lui est majoritairement dû à la vapeur d’eau de l’atmosphère. Un grand merci si vous avez la réponse.

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    1. La vapeur d’eau est de très loin le gaz à effet de serre le plus abondant et le plus efficace. C’est essentiellement grâce à la vapeur d’eau que la température moyenne de la terre est de 15°C et non -18°C. Le CO2 anthropique s’ajoute au CO2 naturel et à la vapeur d’eau (entre autres) pour produire un réchauffement supplémentaire par effet de serre. Sans rétroaction, ce réchauffement serait faible, inférieur à 0.5°C. Mais une boucle de rétroaction fait que le réchauffement réel est amplifié, supérieur à 2.5°C dans certaines régions du globe. La cause la plus probable vient d’une élévation de la couverture nuageuse de la haute atmosphère.

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      1. Bonsoir
        Merci pour votre réponse , un peu inattendue je l’avoue de la part d’un climato-realiste puisque votre conclusion aboutit finalement au même résultat que celui des climato-alarmistes; à savoir le CO2 anthropique est bien responsable du réchauffement. À moins que j’ai mal interprété votre message !
        Cordialement.
        Jean-Claude Courty

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      2. Bonjour,
        Effectivement, j’ai été le premier surpris lorsque j’ai pu estimer de façon précise la part de la variabilité naturelle depuis 1870. Elle est plus constante que je ne le pensais. Si elle est bien du même ordre de grandeur que la composante anthropique (augmentation de la température de surface entre 0.5 et 0.8°C depuis 1970) en Europe de l’Ouest,…, elle n’explique pas le réchauffement observé en Asie centrale,… Il y a bien un phénomène d’amplification (rétroaction positive) agissant sur certaines régions du globe et beaucoup moins sur d’autres. Je pense avoir jeté quelques pistes pour y voir plus clair.
        Toujours est-il que je ne fais que confirmer et même renforcer la thèse des climato-alarmistes après un long détour. Je n’ai jamais été climato-sceptique mais climato-réaliste comme vous le soulignez, ce qui signifie que je fais tout pour sortir de l’obscurantisme dans lequel se complaisent certains climato-sceptiques (on ne connait pas la variabilité naturelle du climat, alors adoptons une attitude égocentrique,…) et climato-alarmistes (l’arrêt possible du Gulf Stream suite à la fonte de la banquise, ce qui est une aberration totale).
        Personnellement je suis assez satisfait de contribuer à lever le voile sur les phénomènes de contre-réactions positives, qu’il s’agisse de la variabilité naturelle (les ondes de Rossby gyrales) qu’anthropique (les flux dans les couches supérieures de l’atmosphère). Mais il faudra du temps pour que ces idées infusent dans le monde scientifique (pour ce qui concerne les ondes gyrales en particulier).
        Pour résumer, je ne suis pas et n’ai jamais été un climato-sceptique, mais un climato-réaliste essayant de dissiper l’enfumage baignant tout ce qui touche au climat,
        Bien cordialement,
        Jean-Louis Pinault

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      3. Bonjour et merci pour votre réponse rapide. Maintenant ma question est: que faire pour lutter efficacement contre cette part de CO2 anthropique. Ce que proposent la COP et le GIEC ne me satisfait pas du tout , car complètement illusoire (réduire nos émissions de CO2: on voit bien que depuis 24 ans on n’y arrive pas et je suis persuadé qu’on n’y arrivera pas parce que les gros pays « producteurs » de CO2 comme Chine,Inde,US, et beaucoup d’autres ne seront pas près de réduire significativement leurs émissions ). C’est pour cela qu’à mon avis le bon cheval de bataille c’est la capacité de réduire le CO2 UNE FOIS ÉMIS ; des recherches existent de part le monde, des sociétés (en Israël mais aussi ailleurs) travaillent sur la mise au point de process visant à transformer le CO2 en combustible, ou encore à l’enfouissement du CO2 excédentaire. Mais voilà de celà les climato-alarmistes , donc les gouvernements , le GIEC, n’en parlent pas : ce ne peut être par méconnaissance , car on parle de scientifiques de 300 pays environ. Alors pourquoi ? Et que font les Académies scientifiques de tous ces pays, nos Academies déjà : je n’entends pas leurs voix!
        Votre avis m’intéresse .
        Bien cordialement
        Jean-Claude Courty

        PS: je suis très intéressé de pouvoir lire quelques papiers traitant des phénomènes de contre-réactions positives. Merci de m’indiquer quelques liens.

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  5. Bonjour Monsieur,
    Béotien, je découvre avec surprise que le CO2 anthropique n’est qu’une petite partie du CO2 naturel. Pour les non initiés, on a l’impression de se faire rouler dans la farine de nos médias qui n’aborde pas cet aspect. Pourriez-vous me dire quelle est cette part d’émission naturelle (terre + océan) annuellement, en Gt ? J’ai trouvé de mon côté, concernant ces émissions : 123 Gt pour les terres émergées et 78 Gt pour les océans, avec une assimilation en retour à peu près équivalente. Et une émission anthropique de 40 Gt. Note : sur d’autre sources, je trouve des émissions naturelles de 440 Gt (terre) et 260 Gt (mer).
    Un grand merci si vous avez ces réponses que je cherche vainement depuis quelques jours (béotien !).

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  6. Bonjour,
    Effectivement on peut raisonner en masse de CO2 ou en pourcentage comme je l’ai fait: en 1850 la concentration atmosphérique de CO2 était de 285ppmv. Dans l’hypothèse où les émissions anthropiques se seraient stabilisées en 2013, elles auraient été de 150 ppmv en 2043.soit près de la moitié de la concentration résultant des émissions naturelles.
    Mais les émissions anthropiques continuent d’augmenter. D’autre part leur impact sur la température de surface de la terre est soumis à une contre-réaction positive qui en augmente les effets: voir bas de la page https://climatorealiste.com/
    Bien cordialement,
    Jean-Louis Pinault

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  7. Bonjour Monsieur Pinault,

    Je me permets quelques questions sur un sujet très intéressant qu’est le climat.

    Comment sont prises ces mesures de CO2 anthropiques, est-ce à un seul endroit, est ce un recoupement de plusieurs endroits ? une moyenne ?

    J’imagine qu’il n’y a pas la même concentration de CO2 anthropique à l’équateur qu’aux pôles.

    Comment est il possible d’affirmer que la température globale va se réchauffer de 0.3 ou 1 degrés et d’imputer cela uniquement au CO2 sans prendre en compte les variations solaires…

    Merci beaucoup

    Cordialement

    Jean-Christophe

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