Commission sur les implications politiques du réchauffement dû aux gaz à effet de serre
Comité de la Science, Géoingénierie et Politique générale
Académie Nationale des Sciences
Académie Nationale d'Ingénierie
Institut de Médecine

Académie Nationale de la Presse
Washington, D.C. 1992

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Cette étude a été conduite sous les auspices du Comité de la Science, Géoingénierie et Politique générale, une unité du conseil de l'Académie Nationale des Sciences, de l'Académie Nationale d'Ingénierie et de l'Institut de Médecine. Cette étude a impliqué presque 50 experts, incluant des scientifiques aussi bien que des individus ayant de l'expérience gouvernementale, l'industrie privée et des organismes d'intérêt public.

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Liste des experts ayant participé au rapport

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Les options de géoingénierie dans cette analyse préalable comprennent plusieurs moyens de réduire les augmentations de température par le masquage de la lumière solaire (par exemple des miroirs dans l'espace, de la poudre dans la stratosphère, de multiples ballons, de la suie dans la stratosphère et la stimulation du noyau de condensation des nuages) aussi bien que la stimulation de l'assimilation de CO2 par les océans.

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Mesures pour améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'électricité
Surface/végétations blanches
Réduire l'utilisation de l'air conditionné et l'effet d'îlot de chaleur en milieu urbain de 25% en plantant de la végétation et en peignant 50% des toits des habitations en blanc.
Éclairage résidentiel
Réduire la consommation d'énergie de 50% dans toutes les résidences en remplaçant l'éclairage incandescent (2.5 ampoules à l'intérieur et 1 à l'extérieur par résidence) par des ampoules fluorescentes compactes.
Eau chaude résidentielle
Améliorer l'efficacité des réservoirs de 40 à 70%, augmenter l'isolation, utiliser des appareils à faible débit et des systèmes de chauffage alternatifs.
Eau chaude commerciale
Améliorer l'efficacité de 40 à 60% par les mesures indiquées ci-dessus, par des pompes à chaleur et des systèmes de récupération de chaleur.
Cuisson commerciale
Utiliser plus de matériaux isolants, améliorer l'étanchéité et les éléments chauffants, utiliser des plateaux réfléchissants et d'autres mesures pour améliorer l'efficacité de 20 à 30%.
Climatisation commerciale
Utiliser des pompes à chaleur améliorées, des rafraichisseurs, améliorer le traitement des vitres et d'autres mesures pour réduire l'énergie de 30 à 70%.
Réfrigération commerciale
Améliorer l'efficacité de 20 à 40% avec des compresseurs améliorés, das barrières d'air, des boites pour la nourriture et d'autres mesures.
Appareils ménagers résidentiels
Améliorer l'efficacité des réfrigérateurs et des lave-vaisselles de 10 à 30% par l'implémentation de nouveaux standards pour la réfrigération et l'utilisation de cycles de séchage à froid dans les lave-vaisselles.
Chauffage résidentiel
Réduire la consommation d'énergie de 40 à 60% par l'amélioration et l'augmentation de l'isolation, le traitement des fenêtres et des joints d'isolation ainsi qu'utiliser davantage de pompes à chaleur et de chauffage solaire.
Chauffage commercial et industriel
Réduire la consommation d'énergie de 20 à 30% en utilisant des mesures similaires au chauffage résidentiel
Ventilation commerciale
Améliorer l'efficacité de 30 à 50% par de meilleurs systèmes de distribution, des moteurs plus efficaces et d'autres mesures variées.

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Efficacité du gaz et du pétrole
Réduire l'utilisation résidentielle et commerciale des combustibles fossiles de 50% par des mesures similaires à celles citées dans efficacité de l'utilisation de l'électricité.
Changement de source énergétique
Améliorer l'efficacité globale de 60 à 70% en passant au chauffage par le gaz à la place du chauffage par résistances électriques dans 10% des bâtiments.

Gestion de l'énergie industrielle
Co-génération
Remplacer les systèmes énergétiques existants par 25000 Mw d'usines de co-génération pour produire simultanément de la chaleur et de l'électricité.
Efficacité de l'électricité
Améliorer l'efficacité de l'électricité jusqu'à 30% par l'utilisation de moteurs et d'éclairages plus efficaces et par la modification de procédés industriels.
Efficacité du pétrole
Réduire la consommation de pétrole jusqu'à 30% par la gestion améliorée de l'énergie, la récupération de chaleur, la modification des chaudières et d'autres améliorations des procédés industriels.
Changement de source énergétique
Transférer 0.6 quads de la consommation de charbon dans les usines vers le gaz naturel ou le pétrole.
Nouveaux procédés technologiques
Améliorer le recyclage et réduire la consommation d'énergie principalement dans la production de métaux, de pâte à papier, de produits chimiques et dans les raffineries de pétrole par des procédés innovants moins consommateurs d'énergie.

Gestion de l'énergie dans les transports
Efficacité des véhicules
Véhicules légers
Utiliser les technologies pour améliorer la consommation à 9.5l/100Km sans changement dans la flotte existante.
Améliorer la consommation à 6.5l/100Km par des mesures qui nécessitent des changements dans la flotte existante tels que la réduction du poids.
Camions
Utiliser des mesures similaires à celles des véhicules légers pour améliorer l'efficacité à 17l/100Km.
Avions
Améliorer les turbines et d'autres technologies pour améliorer l'efficacité de 20% pour obtenir 21 à 23 sièges-Km par litre.

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Énergies alternatives
Méthanol provenant de la biomasse
Remplacer tous les véhicules à essence par ceux qui utilisent du méthanol produit à partir de la biomasse.
Hydrogène provenant de carburants non fossiles
Remplacer l'essence par de l'hydrogène créé à partir d'électricité provenant de combustibles non fossiles.
Électricité provenant de carburants non fossiles
Utiliser de l'électricité provenant de carburants non fossiles tels que l'énergie nucléaire et solaire directement dans les véhicules.
Gestion des transports
Réduire l'utilisation de la voiture par une seule personne en éliminant 25% des places de parking fournies par les employeurs et instaurer une taxe sur l'espace restant pour réduire encore l'utilisation de 15%.

Fourniture d'électricité et de carburant
Amélioration des bilans énergétiques
Améliorer les bilans énergétiques (efficacité) des usines existantes jusqu'à 4% par des opérations d'amélioration et de maintenance.
Charbon
Améliorer l'efficacité thermique globale des centrales à charbon de 10% par l'utilisation de cycles de gazéification combinés intégrés, des lits fluidisés pressurisés et des systèmes améliorés de combustion de charbon pulvérisé.
Gaz naturel
Remplacer toute les centrales alimentées par des combustibles fossiles par des systèmes à cycles combinés de turbines à gaz pour à la fois améliorer l'efficacité thermique des systèmes à combustion par gaz actuels et remplacer les combustibles fossiles tels que le charbon et le pétrole qui génèrent plus de CO2 que le gaz naturel.
Nucléaire
Remplacer toute les centrales alimentées par des combustibles fossiles par des centrales nucléaires tels que des réacteurs à eau légère.
Hydro-électricité
Remplacer les centrales alimentées par des combustibles fossiles par une capacité de génération hydroélectrique de 2 quads.
Géothermie
Remplacer les centrales alimentées par des combustibles fossiles par une capacité potentielle de génération géothermique de 3.5 quads.
Biomasse
Remplacer les centrales alimentées par des combustibles fossiles par une génération à partir de la biomasse de 2.4 quads.
Cellules solaires photovoltaïques
Remplacer les centrales alimentées par des combustibles fossiles par une capacité potentielle de génération photovoltaïque de 2.5 quads.
Solaire thermique
Remplacer les centrales alimentées par des combustibles fossiles par une capacité potentielle de génération thermique de 2.6 quads.

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Éolien
Remplacer les centrales alimentées par des combustibles fossiles par une capacité potentielle de génération éolienne de 5.3 quads.
Élimination du CO2
Collecter et se débarrasser de tout le CO2 généré par les centrales alimentées par des combustibles fossiles au fond de l'océan ou dans des puits de gaz ou de pétrole épuisés.

Réduction des émissions non dues à l'énergie
Halo carbones
Substituts
Modifier ou remplacer les équipements existants pour utiliser des matériaux sans CFC dans les nettoyants et les agents d'expansion, dans les bombes aérosol et dans les réfrigérants.
Protection
Améliorer les équipements et former le personnel pour améliorer la protection et le recyclage des matériaux à base de CFC.
Aérosols HCFC/HFC
Substituer les agents de nettoyage et d'expansion et les aérosols par des substituts de fluorocarbone.
Réfrigérants HFC
Ré équiper ou remplacer les réfrigérants existants par des substituts de fluorocarbone.
Climatiseurs automobiles HFC
Remplacer les climatiseurs automobiles existants par des équipements qui utilisent des substituts de fluorocarbone.
Appareils ménagers HFC
Remplacer tous les réfrigérateurs domestiques par ceux utilisant des substituts de fluorocarbone.
Autres réfrigérants HFC
Remplacer les équipements de réfrigération commerciaux tels que ceux utilisés dans les supermarchés et les transports par ceux utilisant des substituts de fluorocarbone.
Isolation des appareils ménagers HCFC/HFC
Remplacer l'isolation des réfrigérateurs domestiques par des substituts de fluorocarbone.

Agriculture domestique
Riz
Éliminer toute la production de riz
Animaux ruminants
Réduire la production d'animaux ruminants de 25%
Engrais azotés
Réduire l'utilisation d'engrais azotés de 5%
Collecte des gaz des décharges
Réduire la génération de gaz des décharges de 60 à 65% par la collecte et le brûlage ou par des systèmes de récupération d'énergie.

Géoingénierie
Reforestation
Replanter 28.7 millions d'hectares sur des terres dédiées à des cultures économiquement ou écologiquement marginales, des pâturages et des terres forestières non fédérales pour séquestrer 10% des émissions américaines de CO2.

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Masquage de la lumière solaire
-Miroirs dans l'espace
Placer 50000 miroirs de 100 Km2 dans l'orbite de la terre pour réfléchir la lumière solaire.
-Poudre dans la stratosphère
Utiliser des canons ou des ballons pour maintenir un nuage de poudre dans la stratosphère pour augmenter la réflexion de la lumière solaire.
-Bulles dans la stratosphère
Placer des milliards de ballons aluminés remplis d'hydrogène dans la stratosphère pour fournir un écran réfléchissant.
-Poudre dans les couches basses de la stratosphère
Utiliser des avions pour maintenir un nuage de poudre dans les couches basses de la stratosphère pour réfléchir la lumière solaire.
-Suie dans les couches basses de la stratosphère
Diminuer l'efficacité de la combustion des moteurs d'avions volant dans les couches basses de la stratosphère pour maintenir un nuage mince de suie pour intercepter la lumière solaire.
-Stimulation des nuages
Brûler du soufre dans des bateaux ou des usines de production d'électricité pour former un aérosol de sulfate pour stimuler des nuages bas océaniques supplémentaires pour réfléchir la lumière solaire.
-Stimulation de la biomasse océanique
Placer du fer dans les océans pour stimuler la génération de phytoplancton absorbeur de CO2.
-Suppression du CFC dans l'atmosphère
Utiliser des lasers pour désintégrer le CFC dans l'atmosphère.

Les options de géoingénierie semblent techniquement faisables en terme d'effets de refroidissement et de coûts sur la base des informations préalables disponibles. Mais des études supplémentaires considérables seront nécessaires pour évaluer leurs effets collatéraux, y compris les réactions chimiques que les particules introduites dans l'atmosphère pourraient causer ou altérer.

Les options de géoingénierie ont le potentiel d'affecter le réchauffement dû au gaz à effet de serre sur une échelle substantielle. Cependant, précisément parce qu'elles pourraient le faire, et parce que le système climatique et sa chimie sont mal compris, ces options doivent être...

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...considérées extrêmement prudemment. Nous devons en savoir plus à leur sujet parce que les mesures de ce genre pourraient être cruciales si le réchauffement dû aux gaz à effet de serre se produit, spécialement si la sensibilité du climat se trouve être dans la partie supérieure de la fourchette considérée dans cette étude. Les efforts des sociétés pour restreindre leurs émissions de gaz à effet de serre pourraient être politiquement infaisables à l'échelle globale, ou pourraient échouer. Dans cette éventualité, d'autres options pourraient être incapables de contrer les effets et des stratégies de géoingénierie pourraient être nécessaire. Certaines de ces options sont relativement peu coûteuses à mettre en oeuvre, mais toutes comportent une large part d'inconnu en ce qui concerne les effets collatéraux sur l'environnement. Elles ne devraient pas être implémentées sans une appréciation minutieuse de leurs conséquences directes ou indirectes.

Comparaison des options d'atténuation sélectionnées aux États-Unis

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Classement des options d'atténuation par géoingénierie en fonction du rapport prix/efficacité

La faisabilité et les effets annexes possibles de ces options de géoingénierie sont mal compris. Leur effet possible sur le système climatique et sa chimie nécessitent considérablement plus d'études et de recherches. Elles ne devraient pas être implémentées sans une appréciation minutieuse de leurs conséquences directes ou indirectes.

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La position des États-Unis, en tant que plus gros émetteur de gaz à effet de serre, signifie que des actions dans le reste du monde seront efficaces seulement si les États-Unis y prennent leur part.

La croissance de la population ou l'augmentation de l'activité économique peuvent augmenter les émissions de gaz à effet de serre. Même avec une progression technologique rapide, diminuer la croissance globale de la population est une composante nécessaire pour le contrôle à long terme des émissions de gaz à effet de serre. Bien que ce ne soit pas coûteux financièrement, c'est un sujet difficile avec d'autres obstacles politiques, sociaux et idéologiques.

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Le comité conclut qu'étant donné les incertitudes considérables sur notre connaissance du phénomène concerné, le réchauffement dû aux gaz à effet de serre constitue une menace potentielle suffisante pour mériter une réaction rapide.

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Plusieurs options de géoingénierie semblent avoir un potentiel considérable pour compenser le réchauffement global et sont beaucoup moins coûteuses que les autres options considérées. Parce que ces options ont le potentiel d'affecter le renforcement du rayonnement de la planète, parce que certaines d'entre elles causent ou altèrent variété de réactions chimiques dans l'atmosphère, et parce que le système climatique est mal compris, de telles options doivent être considérées extrêmement prudemment.

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Le premier groupe d'options de géoingénierie fait écran aux radiations solaires au moyen de poussières ou de suie en orbite autour de la terre ou dans l'atmosphère. Le second groupe change l'abondance des nuages en augmentant les noyaux de condensation de nuages au moyen d'émissions soigneusement contrôlées de particules de matière. Malgré son potentiel théorique, il y a des indices convaincants que l'option des particules stratosphériques contribue à la diminution de la couche d'ozone. L'option des particules stratosphériques devrait être entreprise seulement dans des conditions extrêmes ou si des recherches et développements additionnels suppriment les inquiétudes au sujet de ce problème. L'option de stimulation de nuages devrait être davantage examinée et pourrait être entreprise si les inquiétudes au sujet des pluies acides pouvaient être gérées par le choix des matériaux pour les noyaux de condensation de nuages ou par la gestion minutieuse du système. Le troisième groupe augmente l'absorption de CO2 par les océans en stimulant la croissance d'organismes biologiques. Le comité recommande que des recherches soient entreprises pour améliorer la compréhension à la fois du potentiel de ces options pour compenser le réchauffement global et de leurs effets annexes possibles. De telles estimations devraient impliquer la coopération internationale. Ceci n'est pas une recommandation pour implémenter ces options maintenant.

Le contrôle de l'accroissement de la population a le potentiel d'apporter une contribution majeure sur l'augmentation du niveau de vie et d'atténuer les problèmes tels que le réchauffement global. Les États-Unis devraient reprendre leur participation dans les programmes internationaux pour réduire la croissance de la population et devraient y contribuer de façon financière entre autres.

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Bien que les émissions vont indiscutablement continuer après 2030 et contribueront davantage au changement de climat, la procédure présentée dans ce chapitre est limitée aux quelques prochaines dizaines d'années. À la fois à cause des difficultés pour produire des projections crédibles au-delà de cette période, et à cause de l'importance accordée par le comité sur des actions pratiques qui peuvent être entreprises maintenant. L'action ou l'inaction pendant cette période aura certainement des implications à plus long terme qui méritent attention dans les considérations plus larges sur le développement durable. De plus, cet intervalle a été choisi parce que 2030 est à peu près le moment où la limite haute du scénario de l'IPCC (GIEC, Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat) suggère que l'équivalent d'un doublement de la concentration de CO2 par rapport à la période pré-industrielle pourrait se produire si des actions minimales sont entreprise (ou non) pour limiter l'augmentation récente des émissions de gaz à effet de serre.

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Notez cependant qu'une réduction de 25 à 50% des émissions durant la période 1990-2030 entraînera quand même une augmentation plutôt substantielle du flux radiatif (et finalement du changement de température).

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L'incertitude ne peut être ignorée en répondant au réchauffement dû aux gaz à effet de serre. Les erreurs d'en faire trop peuvent avoir autant de conséquences que les erreurs d'en faire trop peu; L'erreur d'essayer de résoudre le mauvais problème est aussi probable que l'erreur de ne pas agir.

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Dans ce chapitre sont considérées un certain nombre d'options de "géoingénierie". Ce sont des options qui impliqueraient l'ingénierie de notre environnement à grande échelle afin de combattre ou de contrer les effets des changements dans la chimie atmosphérique. La plupart de ces options sont en rapport avec la possibilité de compenser l'augmentation de la température, causée par l'augmentation des gaz à effet de serre, en réfléchissant ou éparpillant une fraction de la lumière solaire. D'autres possibilités de géoingénierie incluent la reforestation des États-Unis pour augmenter le stockage du carbone dans la végétation, la stimulation de l'augmentation de la biomasse océanique comme moyen d'augmentation du stockage et de séquestration naturelle du carbone dans les océans, réduisant le CO2 par absorption directe, et la diminution des halocarbones atmosphériques par destruction directe. Il est important de reconnaître que nous sommes actuellement impliqués dans un grand projet involontaire de "géoingénierie" pour altérer la chimie atmosphérique et il ne semble pas inapproprié de se demander s'il n'y a pas de contre mesures qui pourraient être implémentées contre les effets négatifs.

Notre projet involontaire actuel de "géoingénierie" implique une grande incertitude et de grands risques. Les mesures actives de neutralisation doivent être évaluées mais ne devraient pas être implémentées sans une compréhension globale des effets directs et des effets collatéraux potentiels, des problèmes éthiques et des risques. Certaines ont le mérite de se situer dans la gamme d'expériences actuelles à court terme, et d'autres pourraient être arrêtées si des effets non voulus se produisent.

La plupart de ces idées ont été proposées auparavant, et les références sont citées dans le texte. Le comité fournit ici une ébauche des systèmes possibles et une estimation approximative du coût de leur implémentation.

Les analyses dans ce chapitre doivent être considérées comme une exploration de leur crédibilité dans le sens où il est fournit des réponses préliminaires à deux questions et encourage l'examen d'une troisième.