Face au changement climatique, la montée en puissance de la recherche en géo-ingénierie aux Etats-Unis

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La géo-ingénierie a souvent été considérée comme une voie de dernier recours dans la lutte contre le changement climatique. Malgré de nombreuses réticences éthiques de la part d’une grande partie de la communauté scientifique internationale, elle fait l’objet d’une attention accrue depuis quelques années dans plusieurs pays et en particulier aux Etats-Unis. D’une part, le recours à des techniques d’élimination et de séquestration du dioxyde de carbone est jugé en partie nécessaire par le GIEC pour remplir les objectifs de limitation du réchauffement à 1,5°C. Dans un rapport publié en octobre 2018, la National Academy of Science (NAS) suggère à cet égard un programme de recherche et développement de l’ordre de 10 milliards de dollars pour les technologies d’émissions négatives. Certaines de ces technologies, parmi les moins controversées, sont déjà suffisamment matures pour être déployées à grande échelle. Le programme proposé par la NAS viserait notamment à réduire leurs coûts, à accroître leur efficacité et à limiter leurs effets indésirables. D’autre part, des techniques de gestion du rayonnement solaire présentent des risques multiples mal identifiés et analysés, soulevant des questions éthiques évidentes qui excluent pour le moment leur déploiement à grande échelle. Cependant, les projets de recherche lancés par de grandes universités américaines et instituts privés se multiplient et les demandes de financement fédéral se font plus pressantes.

La géo-ingénierie est définie par le GIEC comme « l’ensemble de méthodes et de techniques visant à modifier délibérément le système climatique pour lutter contre les effets du changement climatique » [1]. Elle a souvent été considérée comme une voie de dernier recours en cas d’échec des efforts d’atténuation (limiter les émissions de gaz à effet de serre) et d’adaptation (limiter les impacts négatifs du changement climatique). Elle fait néanmoins l’objet d’une attention accrue depuis quelques années, en particulier aux Etats-Unis.

Dès 2012, le gouvernement américain a demandé à la National Academy of Science (NAS) de conduire une évaluation des techniques de géo-ingénierie. Le Committee on Geoengineering Climate de la NAS a été formé en 2013 et chargé de piloté cette étude, soutenue par des agences fédérales du renseignement américain, ainsi que la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), la National Aeronautics and Space Administration (NASA) et le Department of Energy (DOE). Elle a donné lieu à la publication en 2015 de deux rapports : « Climate Intervention : Carbon Dioxide Removal and Reliable Sequestration » et « Climate Intervention : Reflecting Sunlight to Cool Earth ».

Dans ces rapports, le terme de géo-ingénierie était remplacé par l’expression « climate intervention ». Plusieurs raisons ont été avancées pour expliquer ce choix : la géo-ingénierie peut désigner des actions diverses qui ne sont pas forcément liées au climat, le concept d’ingénierie suppose un niveau de précision et de contrôle plus élevé que ce qui est effectivement possible et le terme « intervention » permet d’induire l’idée d’une « action destinée à améliorer la situation ».

Par ailleurs, le comité a jugé nécessaire la production de deux rapports distincts sur les techniques d’élimination et de séquestration du dioxyde de carbone (carbon dioxide removal and sequestration) d’une part, et les techniques de gestion du rayonnement solaire (solar radiation management) d’autre part. Bien que ces techniques aient souvent été regroupées dans la même catégorie de géo-ingénierie, des différences notables, notamment en termes de compréhension des risques liés à leur utilisation, imposaient une distinction.

1. L’élimination et la séquestration du dioxyde de carbone

L’élimination du dioxyde de carbone (EDC) désigne « l’ensemble des techniques visant à extraire directement le CO2 de l’atmosphère soit 1) en augmentant la capacité des puits naturels de carbone, soit 2) en faisant appel à l’ingénierie chimique pour éliminer le CO2, dans le but d’en réduire la concentration dans l’atmosphère » [2]. La question de savoir si toutes les techniques d’EDC relèvent de la géo-ingénierie fait néanmoins débat. L’augmentation de la capacité des puits naturels de carbone est en effet parfois assimilée à une mesure d’atténuation.

a. Un recours jugé en partie nécessaire pour remplir les objectifs de limitation de la hausse des températures

Faisant suite à une demande de l’Accord de Paris, le GIEC a publié en octobre 2018 un rapport sur les impacts d’un réchauffement de 1,5°C. Tous les scénarios qui y sont présentés incluent le déploiement de certaines techniques d’EDC [3] à plus ou moins grande échelle. La limitation du réchauffement à 1,5°C implique en effet d’atteindre des émissions anthropiques nettes nulles de CO2 en 2050 (c’est-à-dire, d’arriver à séquestrer chaque année la même quantité de gaz à effet de serre que celle émise dans l’atmosphère). L’utilisation de techniques d’EDC permettrait d’atteindre cet objectif de neutralité dans le cas où les énergies fossiles émettrices de CO2 seraient encore utilisées en 2050.


Source : IPCC, 2018, Global Warming of 1.5°C.

b. Un programme de recherche pour les technologies d’émissions négatives

La NAS a récemment consacré un rapport aux technologies d’émissions négatives : « Negative Emissions Technologies and Reliable Sequestration : A Research Agenda » (octobre 2018). Suivant la recommandation émise dans son rapport « Climate Intervention : Carbon Dioxide Removal and Reliable Sequestration » de 2015, elle propose un programme de recherche qui couvre toutes les étapes, de la recherche fondamentale au déploiement à grande échelle de ces technologies. Six approches majeures d’élimination et de séquestration du carbone sont étudiées :

  • Ecosystèmes côtiers de carbone bleu (coastal blue carbon) – pratiques d’utilisation et de gestion des terres qui augmentent le carbone stocké dans les plantes vivantes ou les sédiments, les mangroves, marais littoraux, herbiers marins et autres milieux humides marécageux.
  • Captage et stockage du carbone dans les systèmes terrestres (terrestrial carbon removal and sequestration) – pratiques d’utilisation et de gestion des terres comme le boisement/reboisement, les changements dans la gestion des forêts ou les changements dans les pratiques agricoles qui améliorent le stockage du carbone dans les sols.
  • Bioénergie avec captage et stockage du dioxyde de carbone, BECSC (bioenergy with carbon capture and sequestration, BECCS) – production d’énergie utilisant la biomasse végétale (dans laquelle est stockée du CO2 provenant de l’atmosphère) pour produire de l’électricité, des combustibles liquides et/ou de la chaleur, combinée au captage et à la séquestration du CO2 produit lors de l’utilisation de la bioénergie et du carbone de biomasse restant qui ne se trouve pas dans les combustibles liquides.
  • Captage direct du dioxyde de carbone dans l’air (direct air capture) – procédés chimiques qui captent le CO2 de l’air ambiant et le concentrent afin de pouvoir l’injecter dans un réservoir de stockage.
  • Minéralisation du carbone (carbon mineralization) – altération accélérée dans laquelle le CO2 de l’atmosphère forme une liaison chimique avec des minéraux réactifs.
  • Stockage géologique (geologic sequestration) – le CO2 capturé dans le cadre de l’utilisation de bioénergie avec captage et stockage du dioxyde de carbone ou du captage direct dans l’air est injecté dans une formation géologique.

Les principales conclusions du rapport sont les suivantes :

  • Quatre technologies d’émissions négatives sont suffisamment matures pour être déployées à grande échelle : le boisement/reboisement, la gestion des forêts, le stockage dans les sols agricoles et la bioénergie avec captage et stockage du dioxyde de carbone. Cependant, des recherches additionnelles devraient permettre de réduire encore davantage les coûts, d’accroître l’efficacité de ces technologies et de limiter leurs effets indésirables.
  • Le captage direct du dioxyde de carbone dans l’air et la minéralisation du carbone permettraient potentiellement d’éliminer des quantités de dioxyde de carbone beaucoup plus importantes. Cependant, la première technologie est limitée par des coûts actuellement très élevés et la seconde par un manque de connaissances important.
  • Les écosystèmes côtiers de carbone bleu ont une capacité d’élimination du carbone bien moindre que les autres options mais sont peu onéreux et présentent des co-bénéfices importants engendrés par la protection des écosystèmes.
  • Les méthodes de séquestration géologique pourraient permettre de stocker le CO2 capturé via d’autres technologies (bioénergie avec captage et stockage du dioxyde de carbone, captage direct dans l’air). Cette option reste à explorer.

Ainsi, la NAS recommande le financement d’un effort de recherche conséquent de 8,5 à 11 milliards de dollars pour un ensemble de projets allant de trois à vingt ans. Bien que certains projets prévoient le développement de partenariats public-privés, la plupart des financements viendraient des agences fédérales américaines. Pour la NAS, ce montant est à mettre en perspective avec les 22 milliards de dollars dépensés par le gouvernement fédéral pour la recherche et développement des énergies renouvelables entre 1978 et 2013.

c. Le rôle des forêts et des océans dans l’élimination et la séquestration du carbone

Les forêts, notamment tropicales, constituent un puit de carbone considérable. Néanmoins, une étude publiée en 2017 dans la revue Science a suggéré que les forêts tropicales émettaient dorénavant plus de carbone qu’elles n’en stockaient [4], en raison notamment de la déforestation (qui est responsable à l’échelle mondiale de près d’un cinquième des émissions de gaz à effet de serre). En effet, le CO2 transformé en carbone organique par la photosynthèse est majoritairement stocké dans le bois des arbres et libéré lorsque celui-ci se dégrade. A l’inverse, les régions froides présentent un taux de minéralisation plus élevé permettant un stockage plus important dans les sols de la matière organique. Cela n’empêche cependant pas que cette matière organique puisse être libérée en raison de l’activité humaine. En effet, avec le réchauffement climatique, la fonte du pergélisol fait craindre des émissions importantes de CO2 mais également de méthane. Des études récentes ont identifié plusieurs sites au Groenland présentant des « fuites » de méthane [5], un gaz ayant un impact vingt-cinq fois plus important que le CO2 sur l’effet de serre.

Par ailleurs, le rapport de la NAS ne prend pas en compte les options liées aux océans pour l’élimination et la séquestration du carbone. Néanmoins, elle mentionne le potentiel important de ces dernières et recommande que les Etats-Unis se dotent d’une stratégie de recherche en la matière. Il faut rappeler que les océans constituent les principaux puits de carbone du monde. Au premier rang desquels figure l’océan Austral qui est responsable de pas moins de 40% de la captation et séquestration océanique de carbone. Alors que les scientifiques craignaient dans les années 1990 une saturation de cet océan, une étude publiée dans la revue Science en 2015 indique que la quantité de CO2 absorbée est repartie à la hausse [6].

A partir des années 1990, des velléités d’accroître la quantité de carbone capturée et stockée par les océans se sont faites sentir. L’idée était d’ensemencer en fer les océans afin d’accélérer la croissance du phytoplancton responsable du captage du CO2 de l’atmosphère. Des sociétés privées, notamment américaines, y ont vu une opportunité commerciale : le stockage du carbone devait permettre d’obtenir des crédits d’émissions pouvant être revendus sur les marchés carbones. En 2007, un expert de la Woods Hole Oceanographic Institution située dans le Massachussetts aux Etats-Unis estimait à 100 milliards de dollars la valeur potentielle de tels crédits [7].

Cependant, l’année suivante, un moratoire sur les projets utilisant de telles techniques a été adopté par 191 pays dans le cadre de la Convention sur la diversité biologique de l’ONU [8]. Cette limitation ne concerne néanmoins pas les projets réalisés à une échelle limitée dans les zones côtières malgré les alertes de la communauté scientifique sur les impacts potentiels pour la biodiversité de telles expérimentations. De plus, comme le rappelle le dernier rapport du GIEC, la littérature académique présente des éléments de preuve limités et un degré de cohérence faible (« limited evidence and low agreement ») concernant les capacités d’une telle technique à produire des résultats significatifs [9].

2. La gestion du rayonnement solaire

Dans son rapport « Climate Intervention : Reflecting Sunlight to Cool Earth » de 2015, la NAS utilise l’expression « modification de l’albédo » pour désigner les techniques permettant d’accroître la fraction du rayonnement solaire réfléchie par la Terre afin d’en réduire la température globale. Parmi ces techniques de gestion du rayonnement solaire (GRS), on trouve par exemple l’introduction artificielle d’aérosols dans la stratosphère ou l’augmentation de la luminance des nuages et des océans.

a. Le développement de la recherche encouragé pour pallier une compréhension limitée

La NAS suggère que ces techniques de GRS pourraient permettre de réduire rapidement les effets du changement climatique et pour un coût limité (probablement inférieur à celui d’une décarbonation de l’économie mondiale). Cependant, de nombreuses incertitudes demeurent quant à la modélisation des conséquences pour le système climatique de leur déploiement à grande échelle. De plus, il existe des « risques environnementaux, éthiques, sociaux, politiques, économiques et légaux » qui sont encore peu quantifiés voire non identifiés. Enfin, un système d’observation permettant de suivre les impacts d’un tel déploiement est encore à construire. Pour toutes ces raisons, la NAS a émis la recommandation suivante : « une modification de l’albédo à une échelle suffisante pour modifier le climat ne devrait pas être mise en œuvre à l’heure actuelle ».

Néanmoins, elle recommande de développer un programme de recherche qui permettrait d’avoir une meilleure compréhension des conditions de faisabilité, de la fiabilité et de la diversité des impacts potentiels de ces techniques. Enfin, l’accent est mis sur les bénéfices multiples d’une telle recherche, qui contribuerait notamment à faire avancer les connaissances sur le système climatique en général.

b. Une nécessaire réflexion sur la gouvernance encadrant ces recherches

La NAS recommande de lancer un processus délibératif pour réfléchir aux modes de gouvernance pertinents et à la définition des sujets de recherche. Pour cela, elle encourage la mise en place des consultations ouvertes. Au-delà des questions de gouvernance, de telles consultations favoriseraient la participation de la société civile à la sélection des sujets de recherche.

L’Arizona State University (ASU) a justement mis en place un projet de recherche (Exploring Democratic Governance of Solar Geoengineering Research) visant à étudier les moyens d’inclure différentes parties prenantes dans le débat autour de la gouvernance de la recherche sur les techniques de GRS. Deux forums publics où les participants étaient invités à partager leurs avis sur les orientations, le financement et les priorités de recherche ont eu lieu à Phoenix et à Boston. Une simulation de ces forums a été organisée en octobre 2018 dans les locaux de l’ASU à Washington D.C. à laquelle des représentants du Service pour la Science et la Technologie de cette Ambassade ont assisté.

Les discussions portaient sur les principales techniques de GRS actuellement considérées [10] :

  • Reflexive infrastructure – peinture des routes, toits et autres infrastructures dans des couleurs réfléchissantes et augmentation de la couverture végétale (méthode peu controversée et mise en œuvre à petite échelle).
  • Ocean surface microbubbling – production de microbulles à la surface de l’océan permettant la formation de mousse de couleur vive.
  • Sea ice thickening – restauration artificielle de la banquise en pulvérisant de l’eau de mer à sa surface pendant l’hiver.
  • Marine cloud brightening – augmentation de la couverture nuageuse basse au-dessus des océans en pulvérisant une fine brume de sel marin.
  • Cirrus cloud thinning – réduction de la formation de cirrus qui absorbent la chaleur avant qu’elle ne s’échappe dans l’espace en libérant des produits chimiques dans la haute troposphère (altitude d’un avion de ligne).
  • Stratospheric aerosol injection – injection d’aérosols dans la stratosphère grâce à des ballons volant à haute altitude.

c. Une multiplication des projets de recherche et des demandes de financement fédéral plus pressantes

Aucune technique de GRS n’a à ce jour été testée à grande échelle. En revanche, les projets liés à la recherche, la gouvernance ou la promotion de la GRS se multiplient. D’après une estimation récente, près de 35 millions de dollars ont été investis dans de tels projets entre 2008 et 2018 aux Etats-Unis (soit plus de la moitié des 60 millions de dollars dépensés dans le monde entier sur la même période) [11]. Ces financements ont connu une augmentation constante aux Etats-Unis entre 2008 et 2018, avec une forte accélération en 2017 liée au lancement de deux programmes : le Solar Geoengineering Research Program de l’Université Harvard prévoyant un financement de 12 millions de dollars sur la période 2017-2022 et la Carnegie Climate Geoengineering Governance Initiative (C2G2) dotée d’un budget de 4,7 millions de dollars.


Alors que ces investissements proviennent quasiment exclusivement d’universités ou d’instituts privés, les demandes de financement fédéral se font plus pressantes. C’était notamment le cas lors d’un événement organisé au Capitol en décembre 2018 par l’Atlantic Council, un think tank spécialisé sur les relations internationales basé à Washington D.C., qui y voyait un enjeu de leadership de la recherche américaine dans le domaine du climat. De son côté, la NAS a récemment annoncé la formation en 2019 d’un nouveau comité chargé de proposer un programme de recherche global comme cela a été fait avec les technologies d’émissions négatives.

***

Au sein de la géo-ingénierie, il convient de distinguer les techniques d’élimination et de séquestration du dioxyde de carbone (carbon dioxyde removal) des techniques de gestion du rayonnement solaire (solar radiation management). Les premières présentent des risques plus limités et certaines d’entre elles sont suffisamment matures pour être déployées. Pour ce qui est des secondes, les conséquences de leur déploiement sont encore largement inconnues.

Les Etats-Unis entendent jouer un rôle de premier plan dans la recherche en géo-ingénierie, notamment en gestion du rayonnement solaire. La géo-ingénierie est perçue comme permettant de reformuler le discours sur le changement climatique en termes entrepreneuriaux et technologiques, plutôt que d’insister sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre souvent considérée comme une remise en cause du mode de vie américain. Ainsi, un soutien bipartisan à un tel effort de recherche semble envisageable – ou du moins envisagé par les acteurs concernés. Il pourrait rassembler des Démocrates convaincus de la complémentarité entre la lutte contre le changement climatique et la prospérité économique et des Républicains voyant dans la géo-ingénierie un enjeu de développement de technologies stratégiques (comme en témoigne l’intérêt des agences fédérales de renseignement). Le Congrès a d’ores et déjà adopté en février 2018 l’extension d’un crédit d’impôt (45Q) pour le déploiement de projets de capture et stockage du dioxyde de carbone, qui inclut dorénavant le captage direct du dioxyde de carbone dans l’air.

Cependant, il faut prendre en compte l’aléa moral qui peut en résulter. Bien que l’accent soit souvent mis sur la nécessité de considérer les techniques de géo-ingénierie dans le cadre d’un portefeuille plus large d’actions comprenant des mesures d’atténuation et d’adaptation, son développement pourrait réduire les incitations à traiter la cause du changement climatique (limiter, à court et moyen terme, les émissions de gaz à effet de serre). A cet égard, le remplacement du terme géo-ingénierie, fortement connoté, par l’expression « climate intervention » n’est peut-être pas anodin.


Rédacteur :

- Raphaël Ollivier-Mrejen, Attaché adjoint pour la Science et la Technologie, Ambassade de France à Washington D.C., deputy-coop@ambascience-usa.org