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434
1-Est ce qu'il est possible que des systèmes
d'ingénierie puissent réellement atténuer
les effets des gaz à effet de serre?
2-Est ce qu'il semble que les systèmes proposés
puissent être implémentés avec des
moyens techniques plausibles à un coût
raisonnable?
3-Est ce que les systèmes proposés ont
un effet, autre que celui recherché, qui puisse
être négatif, et est ce que cet effet négatif
peut être accepté ou traité?
La recherche et l'analyse exhaustive de la littérature
n'est pas terminée, mais il a été
possible de trouver de la documentation utile et de
faire des premières estimations qui suggèrent
des réponses positives à ces deux premières
questions. Il semble donc approprié de continuer
à considérer la gamme de possibilités
de la géoingénierie et de rechercher des
réponses à la question 3 ci-dessus. Dans
presque tous les cas, la compréhension scientifique
n'est pas suffisante.
Continuer davantage l'examen nécessiterait d'abord
une compréhension plus détaillée
des modèles théoriques et des analyses
de la physique, de la chimie et de la biologie des systèmes
géophysiques, géochimiques, climatiques
et écologiques. Si ces analyses supplémentaires
suggèrent que les réponses aux questions
sont toujours positives, alors des expérimentations
pourraient être effectuées. Ce ne serait
pas des expériences d'atténuation à
grande échelle, mais plutôt dans le but
de répondre aux questions qui pourraient encore
subsister après les analyses théoriques,
par exemple des questions concernant les effets optiques
et les propriétés des différents
genres de poussières ou d'aérosols, la
durée de vie et les propriétés
de stimulation de nuages des aérosols de sulfate
troposphériques, etc. Il est aussi nécessaire
d'avoir plus de détails sur la conception, le
développement et l'analyse du coût des
systèmes de déploiement proposés,
peut être en y incluant des expérimentations
avec du matériel spécifique. De tels travaux
donneraient beaucoup plus d'informations à partir
desquelles décider si de tels systèmes
pourraient être déployés à
un coût raisonnable et s'ils seraient susceptibles
de fonctionner comme suggéré par les évaluations
préliminaires inclues ci-dessous.
Si les analyses théoriques, les expérimentations
et les travaux de développement montrent que
ces options d'atténuation continuent à
tenir leur promesse, la possibilité d'un déploiement
réel soulèverait encore d'autres problèmes.
Le climat global et les systèmes géophysiques,
géochimiques et biologiques examinés sont
tous des systèmes fortement non linéaires
impliquant l'interaction de beaucoup de systèmes
annexes complexes. De tels systèmes sont susceptibles
de manifester diverses
formes d'instabilité, y compris du chaos
dynamique, ainsi que divers effets
latéraux inattendus.
Ces possibilités doivent être sérieusement
considérées avant le déploiement
d'un système de réduction, et les risques
impliqués évalués par rapport à
d'autres alternatives.
Est ce que le résultat des tentatives d'atténuation
du réchauffement dû aux gaz à effet
de serre par l'utilisation d'un de ces systèmes
de géoingénierie mettrait un système
global dans quelque état inattendu et non désiré?
Les effets qui ont été suggérés
comme résultat possible...
Page
435
...du réchauffement lui-même, et qui
pourraient résulter des tentatives pour l'atténuer,
incluent un changement vers un état de glaciation
et des modifications majeures des courants océaniques.
Nos modèles actuels
et notre compréhension des systèmes géophysiques
ne nous permettent pas de prédire de tels effets.
Notre compréhension et modèlisations n'ont
même pas permis jusqu'à maintenant de dresser
la carte des états possibles du système.
Nous pourrions avoir besoin d'une approche différente
des modèles pour être capables d'y arriver.
On pourrait soutenir que, face à une telle incertitude,
nous ne devrions pas considérer "bricoler"
la seule terre que nous ayons. Cependant, nous ne manquons
pas de compréhension sur ce sujet. La principale
caractéristique de l'instabilité du chaos
par exemple, est que les comportement d'états
dont les conditions initiales sont seulement légèrement
différentes peuvent être totalement différents.
Ceci est fréquemment exprimé dans la déclaration
"le battement d'aile d'un papillon peut changer
le futur de la terre". Cependant, nous connaissons
les effets de différents genres d'évènements
sur le système géophysique et nous en
connaissons beaucoup.
Page
436
On observe le phénomène d'hystérésis
dans beaucoup de systèmes non linéaires
simples. Dans ces cas, quand une variable physique est
modifiée, le système change d'état
d'une façon particulière, mais si la même
variable physique retourne à sa valeur initiale,
le système ne retourne pas en arrière;
il change d'une manière différente. Donc
tenter l'atténuation en diminuant la quantité
de gaz à effet de serre dans l'atmosphère
pourrait, en principe, amener le système dans
une zone d'instabilité même si son augmentation
ne l'a pas fait. Le problème auquel nous faisons
face est que, étant donné que le système
climatique est non linéaire et que nous ne comprenons
pas son état spatial, toute action peut potentiellement
entrainer une instabilité, et même une
action à faible échelle n'est pas nécessairement
moins susceptible de le faire qu'une action à
grande échelle. À cause de la sensibilité
possible des systèmes géophysiques à
l'instabilité chaotique, nous devons procéder
avec prudence dans n'importe quel effort de géoingénierie.
Nous devons comparer la nature et la taille des actions
proposées avec ce que nous savons au sujet de
ce qui a déjà été observé
dans le système comme résultat d'un stimuli
similaire. Ceci nous donne un moyen de tester les actions
proposées. Nous pouvons aussi apprendre la structure
de l'état spatial du système géophysique
par la théorie, la modélisation et des
analyses de simulation combiné avec l'observation
du système et son histoire, peut être en
utilisant de petites expériences de stimulation
que nous croyons être sures pour améliorer
notre compréhension. Alors que l'histoire géologique
fournit des preuves de ce qui semble être des
changements d'état majeurs, il y a beaucoup de
variations observées dans le système et
ses stimulus qui ne semblent pas résulter en
des changements d'état.
Améliorer notre compréhension sur ces
sujets de cette façon peut nous permettre de
prendre des décisions rationnelles sur les risques
à prendre si nous désirons utiliser la
géoingénierie ou d'autres moyens d'atténuation
pour contrer un réchauffement produit par les
gaz à effet de serre. Une prudence particulière
doit être de mise parce que, bien que changer
la chimie de l'atmosphère et la réflectivité
globale ait un impact sur la température moyenne
globale, leurs physiques correspondantes sont très
différentes. La distribution géographique
des effets pourrait aussi être très importante.
Le genre de démarches qui pourraient être
entreprises incluent:
-La modélisation théorique et les analyses
de simulation de la physique, de la chimie et de la
biologie des systèmes géophysiques, géochimiques,
climatiques et écologiques.
-L'étude de l'instabilité et du chaos
potentiels induits.
-Des expérimentations à faible échelle
pour déterminer les propriétés
physiques, chimiques et biologiques où elles
sont inconnues.
-La conception détaillée, le développement
et l'analyse du coût des systèmes de déploiement
proposés.
-L'étude d'évènements naturels
apparentés pour comprendre leurs propriétés
correspondantes, incluant les statistiques de leur occurrence.
-L'étude des effets annexes écologiques,
géophysiques, géochimiques et atmosphériques
possibles, incluant la considération de leur
réversibilité.
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442
Augmentation de l'absorption du dioxyde de carbone par
les océans
Les océans jouent déjà un rôle
énorme dans l'établissement du climat
de la planète, à la fois par le transport
de la chaleur et de la vapeur d'eau et...
Page
443
...par l'absorption d'une grande partie du CO2 dû
aux combustibles fossiles. L'estimation du puits de
CO2 des océans varie de la valeur traditionnellement
accepté d'environ 40% (par la réaction
du CO2 avec les ions de carbonate sur toute la surface
de l'océan, et d'après des modèles
dérivés de ceux d'Oeschger et autres,
(1975)), ce qui donne pour aujourd'hui à peu
près 3 Gt C/an (3 milliards de tonnes de carbone
par an), à la valeur plus faible de 0.6 Gt C/an
récemment rapportée par Tans et autres,
(1990). Aucun modèle réaliste du climat
terrestre ne peut se passer de la simulation des océans.
Alors que le rôle des océans dans la modération
de l'augmentation actuelle des combustibles fossiles
dépend totalement du taux de dissolution et de
l'alcalinité, le futur rôle potentiel de
la biote des océans ne peut pas être ignoré.
La quantité totale potentielle de carbone qui
pourrait être utilisée par la photosynthèse
dans les océans a été estimée
à 35 Gt/an. Cependant, ce chiffre représente
la fixation brute du carbone dans les océans;
l'effet net sur l'atmosphère dépendra
sur la circulation inverse dû à la décomposition
et atteindra finalement un état stable. Les données
des carottes glaciaires (Neftel et autres, 1982; Barnola
et autres, 1987) montrent que, dans le passé,
le niveau atmosphérique de CO2 a fluctué
indépendamment des activités humaines,
avec des concentrations de CO2 pendant les périodes
de glaciation environ 30% inférieures à
celles de l'ère pré industrielle. Une
question clé est donc, est ce que cet état
peut être atteint aujourd'hui?
En 1984, trois groupes de recherche indépendants
ont publié des hypothèses sur ce phénomène
(Knox et McElroy, 1984; Sarmiento et Toggweiler, 1984;
Siegenthaler et Wenk, 1984). Chacun est arrivé
à la conclusion que la clé réside
dans la concentration de surface de nutriments dans
les régions océaniques polaires. Dans
des zones telles que le pacifique nord et l'océan
antarctique circumpolaire, de hautes concentrations
de nitrate et de phosphate (les ingrédients clés
pour la croissance des plantes) ne sont pas utilisées.
Le problème ne semblait pas venir de la lumière
insuffisante ou du froid glacial, mais d'autres variables
pas encore identifiées. Les modèles de
1984 ont montré que si ces nutriments étaient
assimilés, la conversion du CO2 en carbone organique
pourrait déjà justifier un signal de période
de glaciation. Ces nutriments doivent être considérés
comme une capacité chimique importante inutilisée
des océans, à une échelle pouvant
significativement affecter l'équilibre global
du carbone. Une solution radicale à l'énigme
du CO2 de la période glaciaire a été
proposée par Martin et ses collègues (Martin
et Fitzwater, 1988; Martin et Gordon, 1988; Martin,
1990; Martin et autres, 1990). Ces scientifiques ont
réussit les premières mesures fiables
du fer "dissout" à l'échelle
nanomolaire dans les eaux océaniques grâce
à l'évitement rigoureux du problème
envahissant de la contamination. Ils ont de plus montré
que l'addition infime de fer à la population
naturelle de phytoplancton stimulait la photosynthèse
et ont émis l'hypothèse que l'absence
de fer limitait la croissance du phytoplancton dans
ces zones. Donc des apports minimes de poussière
atmosphérique pourraient déclencher la
croissance du plancton et finalement réduire
le CO2 atmosphérique. Enfin, les données
des carottes de glace montrent que les périodes
de glaciation, avec des continents secs et poussiéreux,
sont caractérisés par un apport important
de poussière dans les océans.
Le chemin pour l'utilisation contemporaine de ce potentiel
océanique inutilisé est...
Page
444
...donc direct: l'addition d'infimes quantités
de fer sur de vastes étendues de la surface des
océans pour stimuler la croissance du phytoplancton
a récemment largement attiré l'attention.
La nature fragile de l'hypothèse, la présence
d'autres facteurs limitatifs, la divergence entre la
surface totale des océans impliqués dans
la réaction naturelle avec l'atmosphère
et la surface relativement petite (environ 16%) de la
surface disponible pour la manipulation active de la
concentration en fer appellent toutes à la prudence
sur les espoirs de cette catégorie de phénomène.
La circulation inverse des produits de décomposition
du carbone fixé interdit la possibilité
d'une application unique. Cependant ce concept apporte
des questions utiles sur ce qui doit être considéré
dans n'importe quelle discussion sur l'intervention
active sur le cycle océanique du carbone. Ce
fut dans cet état d'esprit que la fertilisation
par le fer, ainsi que l'utilisation potentielle des
macro-algues pour assimiler de grandes quantités
de CO2, ont été examinées dans
un atelier récent du NRC (Conseil National de
la Recherche) sur la production d'algues marines et
l'assimilation du dioxyde de carbone (31 octobre 1990).
Les spécialistes du phytoplancton de l'atelier
du NRC furent d'accord sur le fait qu'il est faisable
de réduire l'augmentation du taux de CO2 atmosphérique
grâce à la production améliorée
des océans, résultant en un transport
accru du CO2 de l'atmosphère vers l'océan.
D'après les modèles existants, ils ont
estimé que 2 Gt C/an supplémentaires peuvent
être supprimés de l'atmosphère si
la production est améliorée et que la
plupart des nutriments sont assimilés. Parce
qu'il est nécessaire que la concentration du
fer soit à un niveau nanomolaires, ils ont prévu
que le coût de la fertilisation par le fer serait
faible.
Estimation des coûts
Il y a deux bases pour le coût de la fertilisation
par le fer, une basée sur les travaux de Martin,
et l'autre sur l'atelier du NRC mentionné ci-dessus.
Les travaux de Martin indiqueraient que la fertilisation
complète des océans du sud pourrait être
accomplie avec seulement 0.43 millions de tonnes de
fer par an, quantité nécessaire pour supprimer
2 à 3 Gt C/an (Martin, 1990). Martin ne donne
pas de chiffres pour la surface devant être fertilisée
et ne suggère pas de formule chimique spécifique
pour le fer. L'atelier du NRC suggère que la
fertilisation par le fer pourrait enlever en moyenne
1.8 Gt C/an durant une période de 100 ans et
suggère une application de 1 à 5 millions
de tonnes de fer par an sous forme de solution de chloride
de fer (FeC12), ou "peut être sous d'autres
formes", et donne comme surface à être
fertilisée "approximativement 46 millions
de km2".
Une estimation des coûts sera composée
du prix des bateaux et de leur opération et du
prix des produits chimiques, avec une certaine marge
pour l'ensemble des opérations.
Pour les besoins de l'estimation, une zone de 2.6 millions
de km2 divisée en...
Page
445
...bandes de 1.6 km de large sera considérée.
Ceci donne 1.6 millions de Km à parcourir chaque
année. Quinze bateaux, chacun parcourant 386
Km par jour (à une vitesse de 18.5 Km/h), 300
jours par an, parcourraient 1.6 millions de Km. En considérant
le temps d'approvisionnement et autre, nous pouvons
estimer une flotte de 20 bateaux de 10000 tonnes de
capacité, se réapprovisionnant tous les
2 mois.
Si nous supposons un prix de 100 millions de $ par
bateau, chaque bateau ayant un coût opérationnel
journalier de 10000 $, nous obtenons un coût pour
la flotte de 2 milliards de $, donnant un coût
annuel (amorti sur 20 ans) de 100 millions de $ et un
coût opérationnel annuel de 73 millions
de $. Ceci donne un coût total de 173 millions
de $ pour couvrir 2.6 millions de Km2. Pour 46 millions
de Km2, le système doit être multiplié
par 18, ce qui donne environ 3 milliards de $ par an.
Dans l'océan antarctique nous devons prendre
des marges généreuses pour les conditions
météorologiques imprévues, utilisons
un facteur 3, ce qui donne une estimation de 9 milliards
de $ par an pour le coût des bateaux et de leurs
opérations. À ceci nous pouvons ajouter
1 milliards de $ par an pour les opérations générales
du système, ce qui donne un coût total
des opérations de 10 milliards de $ par an.
À l'estimation de ces opérations nous
devons ajouter le coût du fer. La forme de fer
habituellement absorbée facilement par les organismes
vivants est la forme ferreuse. Le composé facilement
disponible le moins coûteux en grande quantité
est le sulfate de fer. Les 0.43 millions de tonnes de
Martin sont équivalents à environ 1.2
millions de tonnes de sulfate de fer, qui peuvent être
acheté en gros à 10-15 $ par tonne (Chemical
Marketing Reporter, 1991) pour un total annuel de 12
à 18 millions de $.
Le chlorure de fer, mentionné par l'atelier du
NRC, est beaucoup plus coûteux que le sulfate
de fer. Il peut être acheté en gros à
220 $ par tonne dans l'industrie chimique (Alfred M.
Tenney, Eaglebrook, Inc., communication privée
à Lynn Lewis, G.M. Research, 11 avril 1991).
La quantité nécessaire de 1 à 5
millions de tonnes d'après l'atelier du NRC donne
un coût pour le chlorure de fer de 0.22 à
1.1 milliards de $ par an.
La gamme de coût des produits chimiques pourrait
donc se situer entre 0.012 et 1.1 milliards de $ par
an. Cependant, le sulfate de fer et le chlorure de fer
sont relativement bon marché parce qu'ils sont
les sous-produits de la dissolution par de l'acide.
La disponibilité actuelle du chlorure de fer
pour l'Amérique du nord est estimée à
environ 150000 tonnes d'équivalent fer, et la
quantité mondiale peut être d'1 million
de tonnes (Alfred M. Tenney, Eaglebrook, Inc., communication
privée à Lynn Lewis, G.M. Research, 11
avril 1991). Le prix du chlorure de fer pour une quantité
de 1 à plusieurs millions de tonnes par an est
donc difficile à estimer.
Si nous supposons que le prix sera inférieur
à 100 fois le prix actuel du chlorure de fer,
nous obtenons un coût total pour le fertilisant
de 0.01 à 100 milliards de $ par an.
En y ajoutant le coût des opérations,
nous obtenons une gamme de prix de 10 à 110 milliards
de $ par an. Ceci enlèvera de 1.8 à 3
Gt C (en utilisant la gamme à la fois de Martin
et de l'atelier du NRC), équivalent à
la réduction de 7 à 11 Gt CO2/an. Ce qui
donne une gamme de 1 à 15 $ par tonne par an.
Page
446
D'autres idées sont susceptibles d'amener des
moyens plus automatiques et moins coûteux pour
la distribution du fer.
Quelques problèmes
Peng et Broecker (1991) prétendent que, basé
sur des considérations dynamiques, le succès
du projet de fertilisation par le fer est improbable
comme pompe continue de CO2 de l'atmosphère vers
les océans à grande échelle. Ils
soutiennent que le transport vertical dans l'antarctique
est suffisamment engorgé pour que le flux de
CO2 de l'atmosphère vers l'océan sature
rapidement les eaux de surface en CO2 et, parce que
la circulation ne déplacerait pas les eaux saturées
assez rapidement, le transfert du CO2 de l'atmosphère
vers l'océan s'arrêterait. Ceci laisserait
sans doute sur place le stock de CO2 (comme carbone)
représenté par la culture permanente d'algues
aussi longtemps que la fertilisation continuerait. Ils
estiment que 100 années de fertilisation résulteraient
en un abaissement de la concentration atmosphérique
de 30 ± 15 ppm. Il est possible que des expérimentations
à faible échelle puissent être conçues
pour tester ceci en fertilisant une zone limitée
pendant une certaine période et en étudiant
les résultats. Les récentes observations
rapportées par De Baar et autres (1990) suggèrent
que l'absence de fer puisse ne pas être le seul
facteur limitatif dans la croissance du phytoplancton
antarctique.
En plus de l'utilisation de micro-algues pour assimiler
du CO2, utiliser des macro-algues (algues marines) a
aussi été proposé. L'avantage des
macro-algues inclut un taux de sédimentation
plus rapide, ainsi que leur valeur comme combustible
de biomasse et comme source de produits chimiques et
de nourriture. Cependant, leur utilisation nécessiterait
la construction d'un système de production pour
obtenir de grandes surfaces de culture.
Il y a de nombreuses questions se rapportant à
l'utilisation de micro et macro-algues auxquelles répondre
avant que de meilleures estimations sur les coûts
de réduction du carbone par ces systèmes
puissent être faites. Les aspects clés
associés avec les prédictions de coûts
incluent le taux de productivité dans les océans,
le recyclage des nutriments, la limitation des micro
nutriments (spécialement le fer) et le détail
de la conception d'un système pour la fourniture
contrôlée de millions de tonnes de fer
sur de larges portions d'océan.
Comme pour les autres options d'atténuation,
des questions environnementales importantes soulevées
par l'utilisation d'algues pour assimiler le CO2 incluent
celles concernant les effets sur la chaîne alimentaire,
l'introduction et la prolifération d'espèces
non indigènes (spécialement les macro
algues), la décomposition anaérobique
des algues en CH4 et la formation possible de grandes
quantités d'haloformes et de sulphate de diméthyl.
Comme noté ci-dessous dans la discussion sur
la stimulation des nuages, on peut s'attendre à
ce que les organismes naturels dont la croissance serait
stimulée par l'apport de fer produisent du sulfide
de diméthyl, qui formerait des noyaux de condensation
de nuage. Aux endroits et au moment où il y a
peu de nuages, la surface fertilisée pourrait
devenir plus nuageuse, ce qui aurait un effet de refroidissement
supplémentaire. Il y a aussi des inquiétudes
sur les possibilités de créer une couche
anoxique à faible profondeur.
Page
447
Masquer une certaine quantité de lumière
solaire
Une autre option d'atténuation du réchauffement
global serait d'essayer de contrôler l'équilibre
global des radiations en limitant la quantité
de radiations solaires. Ceci pourrait être fait
en augmentant la réflectivité de la terre,
c'est à dire l'albédo. Des propositions
pour augmenter la blancheur des toits et autres surfaces
auraient quelques effets, mais seulement une partie
des radiations solaires atteignent la surface de la
terre et un changement résolu de l'albédo
aurait plus d'impact s'il était effectué
plus haut dans l'atmosphère. D'après Ramanathan
(1988), une augmentation de l'albédo planétaire
de seulement 0.5% est suffisante pour diminuer de moitié
l'effet d'un doublement de CO2. Placer un écran
dans l'atmosphère ou sur l'orbite basse de la
terre pourrait prendre différentes formes: ceci
pourrait impliquer changer la quantité ou la
nature de la couverture nuageuse, il pourrait prendre
la forme d'une couverture ininterrompue ou il pourrait
être divisé entre de nombreux "miroirs"
ou un nuage de poudre.
Les caractéristiques préliminaires de
certaines des possibilités qui pourraient être
considérées sont présentées
ci-dessous.
Estimation des paramètres de l'écran
Le calcul suppose ici que l'écran soit une couverture
continue. Notez que si les particules de poussière
sont d'une taille comparable à la longueur d'onde
de la lumière, les effets d'éparpillement
devront être pris en compte.
Étant donné le rayon équatorial
de la terre et une orbite basse nominale de 222 Km,
le rayon de la sphère dans laquelle la couche,
ou parasol, doit être située est de 6.6
x 10 puissance 3 Km (6600 Km). La surface de la sphère
pour envelopper complètement la terre est donc
de 5.5 x 10 puissance 14 m2 (550000 milliards de m2).
Pour compenser entièrement le réchauffement
dû au doublement des gaz à effet de serre
dans l'atmosphère, le parasol doit couvrir 1%
de la surface ou 5.5 x 10 puissance 12 m2 (5500 milliards
de m2).
Si le parasol doit avoir une épaisseur de 1 micron,
5.5 x 10 puissance 6 m3 (5.5 millions de m3) de matériaux
sont nécessaires. Avec une densité de
1g/cm3, 5.5 x 10 puissance 9 Kg (5.5 millions de tonnes)
devraient être placés dans l'orbite basse.
Le coût d'établissement d'un tel projet
est dominé par le coût de mettre le parasol
en orbite. En prenant comme coût optimiste 1 $/Kg,
le coût du placement du matériel en orbite
serait de 5500 milliards de $. Un tel parasol atténuerait
les effets d'environ 1000 Gt d'émissions de carbone,
pour un coût de 5.5 $/t C ou environ 1.5 $/t CO2.
Pour un coût actuel de lancement de 10000 $/Kg,
le coût serait de 55 $/t C ou environ 15 $/t CO2.
L'hypothèse qu'une diminution de 1% de la lumière
solaire est équivalente à l'atténuation
de l'effet de serre de 1000 Gt de carbone (ou 4000 Gt
de CO2) est un point majeur pour toutes les estimations
suivantes.
L'augmentation de Ramanathan de 0.5% de l'albédo
de la planète citée ci-dessus comme étant
suffisante pour diminuer les effets du doublement de
CO2 est utilisée ici et ci-dessous comme ayant
un effet d'écran de 1% pour les besoins des estimations.
En utilisant les figures 3.1 et 3.2 du rapport du comité
de synthèse (partie 1), nous voyons que le changement
total des gaz à effet de serre depuis...
Page
448
...avant la révolution industrielle jusqu'à
2030 pourrait être équivalent à
environ 3.3 W/m2, ou légèrement moins
que 1% des 349 W/m2 de l'insolation.
Miroirs spatiaux
Un seul miroir serait ingérable et créerait
probablement des problèmes dans les régions
où son ombre se situerait quand il se déplacerait
autour de la terre. On pourrait cependant considérer
une série de miroirs plus petits, chacun manoeuvré
comme une voile solaire dans l'orbite de la terre. En
changeant son inclinaison par rapport au soleil (et
donc la pression des radiations solaires sur sa surface),
l'orbite de chaque voile pourrait être contrôlée.
Si chaque voile fait 108 m2 de surface (une grande
voile à gérer), 55000 voiles de ce genre
seraient nécessaires. Cela semble être
un problème de contrôle très difficile
voire ingérable. Cependant, s'il est besoin d'atténuer
l'équivalent de 8 Gt CO2 (les émissions
de gaz à effet de serre américaines en
1998), un parasol 500 fois plus petit, équivalent
à 110 voiles, serait nécessaire. En prenant
les 1.5 $/t CO2 atténué, le coût
serait de 12 milliards de dollars; aux prix actuels
des lancements, le coût serait de 120 milliards
de dollars.
La question de la périodicité du remplacement
des voiles (à cause des dommages résultants
des collisions avec des débris) n'a pas encore
été examinée. Si le remplacement
de toutes les voiles était nécessaire
chaque année, les chiffres ci-dessus seraient
annuels; le coût pour une période de 40
ans serait 40 fois supérieur, et similaire pour
d'autres taux de réapprovisionnement. En tenant
compte de cette possibilité et en utilisant les
coûts précédents de 1.5 à
15 $/t CO2, l'estimation des coûts se situe entre
0.1 $ et 15 $/t CO2/an.
Poussière dans l'espace
Le parasol spatial pourrait être conçu
comme un nuage de poussière orbital. Pour minimiser
les coûts de lancement, de très petites
particules sont nécessaires. Cependant, à
cause de la pression des radiations solaires, de petites
particules sont éjectées hors de l'orbite
ou dans l'atmosphère en très peu de temps;
il est à peine possible de placer des particules
en orbite (Mueller et Kessler, 1985). Peale (1966),
cité par Mueller et Kessler (1985), donne 1500
cm2/g, ou l'équivalent de particules d'oxyde
d'aluminium de 3 microns comme limite en-dessous de
laquelle cet effet radical donne à la poussière
une faible durée de vie. Un nuage réflectif
de fine poussière en orbite ne semble pas être
réalisable, et les coûts de lancement pour
de grosses particules semblent être trop élevés.
Poussière stratosphérique
Bien que l'option de la poussière dans l'espace
ne semble pas être judicieuse, les calculs du
temps de maintient de poussières de 0.2 micron
au-dessus de 20 à 40 Km sont de...
Page
449
...l'ordre de 1 à 3 ans (Hunten, 1975). Il semble
généralement accepté que les aérosols
volcaniques restent dans l'atmosphère pendant
plusieurs années (Kellogg et Schneider, 1974;
Ramaswamy et Kiehl, 1985). Un écran pourrait
être créé dans la stratosphère
en ajoutant plus de poudre à la poussière
naturelle stratosphérique pour augmenter sa réflectivité
solaire nette.
Une alternative à la poudre est l'aérosol
d'acide sulfurique, l'autre composant naturel principal
de la brume stratosphérique. La poudre semble
être un meilleur choix parce qu'elle est similaire
à la poussière du sol naturel et ainsi
ne devrait pas avoir d'effet visible au niveau du sol
comme elle tombe progressivement à travers la
troposphère et est entraînée par
la pluie (d'autres effets possibles sont indiqués
ci-dessous). Cependant Budyko (1982) suggère
l'utilisation d'aérosols d'acide sulfurique créés
par le brûlage de soufre, résultant en
dioxyde de soufre (SO2) qui absorbera automatiquement
l'eau de l'atmosphère entraînant des gouttelettes
de solution d'acide sulfurique. Il donne 600000 tonnes
d'acide sulfurique comme poids nécessaire pour
réduire les radiations totales de 1%. Comme nous
le verrons, c'est moins d'1 dixième de la quantité
estimée de poudre. Budyko signale que la quantité
de soufre nécessaire pour être brûlée
dans l'atmosphère pour produire l'aérosol
est de 200000 tonnes, ou peut être même
seulement 40% de cette quantité, en fonction
de la quantité d'eau qui pourrait être
absorbée de l'air. Les coûts pourraient
donc être de seulement 1/7 à 1/3 de ceux
estimés pour l'acide sulfurique. Il estime aussi
la durée de vie de l'aérosol dans la stratosphère
à 2 ans. Dans tous les cas, les besoins maximals
de Budyko sont bien moindres que ceux que nous utilisons
ci-dessous pour estimer le coût des matériaux
et de leur mise en place (le coût du soufre est
d'environ 0.1 $/Kg et nous supposons qu'il est de moins
de 0.5 $/Kg pour la poudre). Le coût de l'écran
utilisant un aérosol d'acide sulfurique dans
la stratosphère serait moindre que ceux estimés
ci-dessous pour la poudre si nous utilisons les estimations
de Budyko.
La quantité de poussière naturelle et
due à l'homme émise dans l'atmosphère
est (d'après les citations de Toon et Pollack,
1976) d'environ 1 à 3 x 10 puissance 12 Kg/an
(1 à 3 millions de tonnes/an). C'est 100 à
300 fois la quantité proposée pour être
ajoutée à l'atmosphère.
Estimation des quantités
Ramaswamy et Kiehl (1985) estiment qu'une charge d'aérosol
de poudre de 0.2 g/m2 avec un rayon de 0.26 microns
pour la poudre augmentent l'albédo de 12%, résultant
en une diminution de 15% du flux solaire atteignant
la surface. Puisqu'un changement du flux solaire de
1% environ est nécessaire, et que leurs figures
13 et 15 suggèrent qu'avec cette charge les effets
de la poudre peuvent être raisonnablement extrapolés
linéairement vers le bas, les estimations seront
faites en utilisant une charge de poudre de 0.02 g/m2
avec un rayon de particule de 0.26 microns.
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Ramaswamy (dans une communication privée) fait
remarquer que leur modèle ne tient pas compte
des nuages. Avec une charge de poudre importante ce
n'est probablement pas très important parce que
l'épaisseur de la poudre est élevée.
En extrapolant vers le bas d'un ordre de magnitude,
l'augmentation de l'albédo dû aux nuages
pourrait être importante. Un facteur de 2 pourrait
être utilisé, mais des calculs minutieux
devraient être effectués. Il semble clair
que la quantité de poudre nécessaire est
nettement plus faible que 0.2 g/m2 dans les calculs
de Ramaswamy et Kiehl, qui produisent une diminution
de 15% du forçage radiatif. La charge nécessaire
pourrait être légèrement supérieure
aux 0.02 g/m2 utilisés ci-dessous pour obtenir
un changement de 1% du forçage radiatif. Cet
effet peut sans doute être étudié
en utilisant des modèles de climat global. Ceci
élargira la gamme d'incertitudes sur les coûts
du système, mais il semble probable que les coûts
sont entre le minimum calculé par le comité
et 10 fois cette valeur.
En utilisant 0.02 g/m2, la masse de poudre nécessaire
pour atténuer l'effet de 1000 Gt C dans l'atmosphère
(4000 Gt CO2) est de 10 puissance 10 Kg (10 millions
de tonnes). Un kilogramme de poudre dans la stratosphère
réduit donc l'effet de serre dû à
environ 100 t C dans l'atmosphère. Pour atténuer
l'effet de l'apport de gaz à effet de serre en
1989 aux États-Unis (8 x 10 puissance 9 tonnes,
8 milliards de tonnes), 2 x 10 puissance 7 Kg (20 millions
de tonnes) de poudre seraient nécessaires.
La poudre, dans les modèles de Ramaswamy et
Kiehl, est distribuée uniformément dans
la stratosphère autour du globe entre 10 et 30
Km. L'effet réel sur le forçage radiatif
d'une distribution globale de poudre additionnelle serait
plutôt plus important à faible altitude
qu'à haute altitude parce que la lumière
solaire est plus efficace à cet endroit pour
des raisons géométriques. Ça diminuerait
légèrement les gradients de température
entre l'équateur et le pôle et pourrait
avoir un certain effet sur l'intensité du climat.
Cet effet peut sans doute aussi être étudié
avec des modèles climatiques globaux.
Effets annexes possibles
Cette poudre réchauffe la stratosphère,
et l'effet d'un tel réchauffement est inclut
dans les calculs de Ramaswamy et Kiehl (1985). Un effet
possible de ce réchauffement pourrait être
le changement de la chimie atmosphérique en augmentant
ou détruisant l'ozone stratosphérique.
De la poudre stratosphérique additionnelle pourrait
fournir une zone supplémentaire dans laquelle
des composés de chlore pourraient être
absorbés, augmentant peut être ainsi le
taux de destruction de l'ozone stratosphérique.
Dans la stratosphère antarctique, pendant l'obscurité
hivernale, des réactions chimiques impliquant
des composés de chlore dérivés
de la cassure des CFC se produisent à la surface
des cristaux de glace. Ces réactions, qui ne
se produisent pas sans la présence de surfaces,
produisent d'autres composés de chlore qui, quand
relâchés et photolysés (cassés
par l'action du soleil) par le soleil au printemps et
en été, produisent des produits chimiques
qui détruisent l'ozone.
Les expériences en laboratoire aux températures
stratosphériques semblent montrer que...
Page
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...des réactions similaires se produisent à
la surface des solutions d'acide sulfurique (et sans
doute se produiraient à la surface de l'acide
sulfurique et de particules de poussière), mais
sont 100 à 1000 fois plus lentes (Tolbert et
autres, 1988). Étant donné l'alternance
rapide du jour et de la nuit aux latitudes moyennes,
par rapport au cycle de 6 mois des pôles, ces
réactions sont estimées concourir actuellement
à une diminution de 1% de l'ozone. Cependant,
en présence de concentrations améliorées
d'acide sulfurique (ou sans doute de poussière)
dans la stratosphère, les réactions pourraient
devenir beaucoup plus importantes.
L'éruption volcanique du El Chichon en 1982
est estimée avoir relâché 1.2 x
10 puissance 10 Kg (12 millions de tonnes) de composés
de soufre, comparé aux 10 puissance 10 Kg (10
millions de tonnes) de poudre ou d'aérosols discutés
ci-dessus, apportant une concentration de 0.03 g/m2,
comparé avec l'objectif de 0.02 g/m2 discuté
ci-dessus, environ 10 fois la concentration d'origine
de 0.002 g/m2. Après cette éruption, la
concentration d'ozone de son panache dans la stratosphère
a diminué d'environ 20%. Cependant, puisque le
volcan a aussi émis d'énormes quantité
d'acide chlorhydrique (HCI) (équivalent à
9% de l'HCI existant dans toute la stratosphère),
il est maintenant clair que telle diminution a été
causée par les réactions impliquant la
poussière et l'aérosol, et que telle autre
a été due à l'augmentation de CI
due au HCI (Hoffman and Solomon, 1989).
Il apparaît que la destruction de l'ozone stratosphérique
due à des réactions chimiques à
la surface de la poudre ou des aérosols ajoutés
dans la stratosphère est un effet indésirable
possible qui doit être considéré
et compris avant que l'utilisation de cette option possible
de réduction soit envisagée.
Un rapport du Comité sur la Recherche Nationale
(1985) cite des notes de Cadle et autres (1976) et Mossop
(1963, 1965) qui donnent la quantité de particules
de silicate de l'éruption du Mont Agung de 1963
avec une taille de 0.2 à 2 microns comme étant
de 10 puissance 10 Kg (10 millions de tonnes), à
peu près la quantité que le comité
a estimé devoir être ajoutée. La
demi durée de vie de cette poussière n'est
pas mentionnée, mais la durée de vie d'un
aérosol de sulfate avec une taille de 0.2 à
0.45 microns et une hauteur de colonne de 23 Km est
donnée comme étant d'environ 1 an, concordant
avec l'estimation basse du comité.
Notez que l'on peut s'attendre
à ce que la poudre produise des effets optiques
visibles, tels que des couchers de soleil spectaculaires,
comme dans le cas de la poussière volcanique.
Scénario de distribution
Canons maritimes
Un canon de 400 mm tirant verticalement pourrait mettre
un obus pesant environ 1 tonne à une altitude
de 20 Km. Avec une charge propulsive plus importante,
quelques sacrifices sur le poids, ou l'utilisation de
sabots (un appareil fixé à l'obus pour
qu'il s'adapte correctement au fût du canon),
de plus hautes altitudes pourraient être obtenues.
Notez que n'importe quel technologie de lancement pourrait
être utilisée, mais, en connaissant beaucoup
moins au sujet d'appareils tels que les canons à
rails, l'estimation du système et des coûts
basée sur des technologies existantes de lancement
a semblé être le meilleur choix.
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