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    TRANSFORMER L´ENERGIE SANS PRODUIRE DE GAZ A EFFET DE SERRE

    July 25th, 2012

    Le contexte énergétique et climatique global évoluera sous tension accrue dans les prochaines décennies. Pour raisons:
    1) la croissance démographique du globe (selon les
    Nations Unies la population mondiale atteindra 9 milliards 150 millions d´habitants en 2050, soit une progression de 33 % pour la période 2010 – 2050) et le développement global «irréversible» des pays en développement entraineront une augmentation mondiale significative de consommation d´énergie (44 %, selon Energy Information Administration (EIA) dans son rapport annuel «World Energy Outlook 2009»)

    2) la diminution des réserves d´énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon), les problèmes d´approvisionnement en énergie liés aux tensions géopolitiques et le réchauffement climatique nous exigent de trouver à moyen terme des alternatives sûres et compétitives aux hydrocarbures. Dans le même rapport, ci-haut mentionné, Energy Information Administration (EIA) donne l´alarme: les prévisions d´augmentation d´émissions de dioxyde de carbone (CO2) pour l’horizon 2030 seront de 39 % si de nouvelles dispositions juridiques et politiques vigoureuses en faveur de l´environnement ne sont pas rapidement implémentées. 

    Il est donc urgent d´agir si les concentrations de gaz à effet de serre doivent se stabiliser à un niveau permettant d´éviter une collision dangereuse avec le système climatique. Pour répondre à ces enjeux, un ensemble d´objectifs ambitieux planétaires visant à réduire significativement les émissions de gaz à effet de serre doit être mis en place, par exemple: 

    • économiser la consommation d´énergie
    • massivement investir dans l´efficience énergétique
    • mettre au point de nouvelles solutions énergétiques compétitives, sûres et vertes, en particulier non émettrices de gaz à effet de serre.

    Pour réaliser ces objectifs l´innovation technologique est incontournable dans les filières énergétiques suivantes:

    • l´hydroélectricité
    • le solaire
    • l´hydrogène
    • l´éolien
    • le nucléaire civil durable
    • la géothermie

    L´émission globale de dioxyde de carbone (CO2) liée à l´usage de l´énergies prévue par l´EIA dans son rapport «International Energy Outlook 2009» pour 2030 est de 40 milliards 385 millions de tonnes contre seulement 29 milliards de tonnes en 2006, soit une augmentation annuelle moyenne de 1.4 % entre 2006 – 2030. Or l´augmentation de la teneur de CO2 dans l´atmosphère comme l´une des principales causes du réchauffement climatique est établie, voir la courbe de Keeling, par exemple. Aussi les conséquences de ce réchauffement global sont connues:

    • grandes sécheresses (voir la situation climatique dans le sahel)  
    • inondations massives (voir la situation ces jours-ci au Benin, Burkina, Niger, etc…)
    • fonte rapide des glaciers, comme celle du Kilimandjaro (Kenya, Tanzanie)
    • augmentation accélérée du niveau moyen des océans (des villes côtières entières pourraient disparaitre sous l´eau des océans)
    • vagues de fortes chaleurs
    • périodes de fortes précipitations 
    • perturbations fréquentes des cycles de récolte
    • problèmes graves de santé publique
    • menaces réelles sur les démocraties  

    Par exemple, l´architecture soudanaise reconnue comme esthétiquement l´une des plus belles architectures, pourra-t-elle tenir aux inondations et précipitations annoncées pour les années à venir par les climatologues?

    Sir Nicholas Stern, dans son rapport publié en Octobre 2006, estime que le réchauffement climatique entrainerait un coût économique de plus de 20 % du Produit Intérieur Brut (PIB) mondial, soit la somme inimaginable de 5500 milliards d’euros, en tenant compte de l’ensemble des générations (présentes et futures) ayant à en subir les conséquences.

    Bien en face de ces effets et chiffres alarmants prévus, qui pourraient être réalités pour les futures générations, se trouve le comportement du consommateur d´énergie. En effet, la consommation mondiale d´énergie primaire (charbon, gaz, hydrocarbures, etc..) sera de 22.6 Térawatt-an en 2030 contre seulement 15.7 Térawatt-an en 2006, soit une augmentation moyenne mondiale annuelle de consommation d´énergie de 1.5 % dans la période 2006 – 2030.
    D´où viennent donc ces énormes émissions de dioxyde de carbone? La part respective d´émission de dioxyde de carbone (CO2), en milliards de tonnes, provenant de l´usage des énergies primaires comme le gaz naturel, les hydrocarbures (pétrole) et le charbon voir tableau, à gauche. Ces énergies primaires transformées en d´autres formes d´énergies nous donnent des possibilités confortables et rapides de déplacement, de fabrication de produits industriels performants, d´éclairage, de cuisiner, de nous sentir en bonne santé. Mais avec des conséquences citées ci-haut. Il convient donc de sensiblement réduire ces émissions responsables de la pollution de l´air que nous respirons, en améliorant les technologies de filtrage dans les centrales électriques thermiques, mais dans le même temps en réduisant nos consommations d´énergie domestique électrique et du charbon de bois et en renforçant l´usage des technologies de transformation des énergies vertes (hydroélectricité, vent, solaire, nucléaire, géothermie, etc.).

    Technologies de transformation d´energies sans production de gaz à effet de serre 1)

    efficience énergétique (à ne pas confondre avec le terme efficacité énergétique) est l´état de fonctionnement d´un système dont la consommation d´énergie pour son propre usage est minimisée tout en donnant un résultat maximal d´exploitation. L´augmentation de l´efficience énergétique permet de réduire les consommations d´énergie pour le propre usage du système aboutissant à un résultat d´exploitation au moins égal au résultat d´exploitation antérieur. Cela entraîne la diminution des coûts écologiques, économiques et sociaux liés à la production et à la consommation d´énergie. Pour arriver à une maîtrise de l´énergie, un des principaux objectifs est donc l´amélioration de l´efficience énergétique. Ceci est un élément essentiel dans la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre qui renforcent le changement climatique.

    L´hydroélectricité

    Principe:énergie hydroélectrique, ou hydroélectricité, est une énergie électrique obtenue par conversion de l´énergie hydraulique des différents flux d´eau (fleuves, rivières, chutes d’eau, courants marins, etc.). L´énergie cinétique du courant d´eau est transformée en énergie mécanique par une turbine, puis en énergie électrique par un génerateur.

    L´energie solaire

    Il existe trois voies d´utilisation de l’énergie solaire:

    • le solaire thermique, qui transforme directement le rayonnement solaire en chaleur
    • le solaire thermodynamique dit à concentration (Concentrating Solar Power – CSP), qui concentre la chaleur solaire vers un fluide caloporteur avant d´être converti en électricité
    • le solaire photovoltaïque, qui transforme le rayonnement solaire en électricité.

    Le solaire thermique

    L´énergie solaire thermique est utilisée principalement pour le chauffage de l´eau ou des locaux.
    Principe: des capteurs thermiques absorbent les photons solaires et les transforment en chaleur. Cette chaleur est ensuite transmise à un liquide ou un gaz appelé «caloporteur» qui la transporte vers un réservoir de stockage d´énergie.

    Le solaire thermodynamique

    L´énergie thermique du Soleil permet de produire de l´électricité par voie thermodynamique.
    Principe 1: concentration thermique solaire par des miroirs cylindro-paraboliques. Ce type de miroirs, long d´une centaine de mètres, concentre sur un tube récepteur contenant un fluide
    «caloporteur» la chaleur; le fluide génère ensuite de la vapeur qui est turbinée pour produire de l´électricité.
    Principe 2: des centaines de miroirs (héliostats) servent à faire converger le rayonnement solaire sur une tour de grande hauteur au sein de laquelle est placée une chaudière. Dans cette chaudière, des liquides «caloporteurs» vont accumuler la chaleur, la transporter vers un réservoir d´eau et échanger leur chaleur avec l´eau qui va se transformer en vapeur et entraîner les turbines pour produire de l´électricité comme dans les centrales thermiques conventionnelles.

    Le solaire photovoltaïque

    Le principe de l´énergie solaire photovoltaïque est de directement convertir l´énergie du soleil en électricité.

    Pour sensiblement réduire les émissions de gaz à effet de serre, donc contribuer au ralentissement du changement climatique, plus de vigoureux programmes de «Recherche & Développement» nationaux et internationaux de domestication de ces genres de transformation, voir les principes ci-haut, d´énergie solaire en énergie électrique doivent être développés à court et moyen terme. Ces programmes doivent s´articuler autour de:

    • l´amélioration du rendement de conversion de l´énergie
    • la standardisation et la production modulaire des équipements solaires (panneaux, bateries, etc…) 
    • la réduction du coût de stockage et de transport de l´énergie
    • l´optimisation de la gestion de l´énergie dans l´habitat et dans le transport

    L´hydrogène

    L´hydrogène est un gaz couramment utilisé dans les industries chimiques, pétrolières et dans d´autres secteurs industriels comme microélectronique, sidérurgie, spatial, etc…
    Principe «conventionnel» de production: la quasi-totalité de l´hydrogène est actuellement produite par des procédés «conventionnels» basés sur la décomposition d´hydrocarbures (vaporeformage du méthane, oxydoréduction des pétroles, gazéification du charbon). Tous ces procédés sont émetteurs de gaz à effet de serre. Seulement une petite partie de cette production est issue de la décomposition de l´eau par électrolyse. Cette petite partie ne produit pas de gaz à effet de serre.
    Principe de production sans gaz à effet de serre: les chercheurs dans ce domaine travaillent sur des procédés à partir de la décomposition de l´eau, utilisant directement la chaleur de sources géothermique, solaire à concentration ou de chaleur d´origine nucléaire (comme en France). Deux voies de recherche, entre-autres, s´en dégagent: l´électrolyse à haute température et les procédés thermochimiques.
    Ces deux voies prennent en compte les sources de chaleur et de production d´électricité de masse d´origine nucléaire. L´un des objectifs essentiels ici étant, outre l´absence d´émissions de gaz à effet de serre, la compétitivité économique de telles méthodes de production.

    1.) Stockage de l´hydrogène

    L´hydrogène est un gaz inflammable et explosif, donc dangereux. L´hydrogène doit donc être confiné et stocker en lieu sûr. Deux (2) méthodes de stockages sont envisagées:
    1) le stockage gazeux haute pression, s´effectue dans des conteneurs composites en matériaux polymères
    2) le stockage basse pression en phase solide, consiste à absorber l´hydrogène dans des matériaux capables de le restituer à la demande.

    2.) Systèmes de Piles à Combustibles (PAC)

    Principe: produire simultanément de l´électricité et de la chaleur en recombinant de l´oxygène et de l´hydrogène, avec de l´eau comme seul «rejet». Il existe plusieurs types de piles à combustible (PAC) qui se différencient par leur électrolyte, l´élément chargé de véhiculer les ions. Cet électrolyte définit la température de fonctionnement de la pile et, de fait, son application.

    Pour arriver à la commercialisation «populaire» des PAC (ces piles pourront être utilisées dans les téléphones portables) dans le futur des contraintes importantes suivantes doivent être levées:

    • réduction du coût des piles, en particulier du catalyseur
    • augmentation de la durée de vie et mise en conditions réelles d´utilisation
    • compréhension détaillée du comportement mécanique et des réactions en contact avec l´environnement 

    Les biocarburants

    La biomasse constitue une ressource renouvelable permettant de produire des carburants de synthèse utilisables dans les moteurs traditionnels. Ces «biocarburants» sont actuellement majoritairement fabriqués à partir de produits agricoles comme la betterave, le blé, la canne à sucre, etc… Ils n´utilisent qu´une partie de la plante et donc ne valorisent pas totalement les cultures. Face à l´augmentation de la population et à ses besoins alimentaires, il apparaît indispensable de développer une nouvelle filière de biocarburants qui s’inscrive mieux dans une logique de développement durable, notamment en ne concurrençant pas les usages alimentaires de certaines plantes, tout en n´émettant pas, en bilan net, de gaz à effet de serre. Dans cette perspective, des programmes de «Recherches & Devéloppement» innovateurs sur les biocarburants offrant par exemple des possibilités de produire par voie thermochimique des biocarburants issus de biomasses constituées de bois, produits et résidus agricoles (paille) doivent rapidement arriver dans leur phase d´exploitation commerciale.
    Principe:
    fournir, à partir de biomasse dite « lignocellulosique » (bois/paille, culture spécifique), un biogaz de haute pureté composé de monoxyde de carbone et d´hydrogène. Ce biogaz permet ensuite de produire un biocarburant liquide de haute qualité pour les transports.
    Les productions
    de bio-huiles par les micro-algues, le bio-hydrogène, soit par fermentation, photofermentation ou directement par photosynthèse et dissociation de l´eau et par des systèmes photoelectrochimiques offrent de bonnes perspectives pour cette filière.

    Le nucléaire

    Il est désormais manifeste que toutes les sources d´énergie devront être mises à contribution pour répondre à l´augmentation de la demande mondiale de l´énergie due, entre autres, à la croissance rapide de la population du globe. Dans ce contexte le nucléaire civil paraît incontournable dans le «bouquet énergétique» du futur. Fiable et compétitif, il ne produit pas de gaz à effet de serre et permet d´assurer une production d´électricité massive de base et régulière. La communauté internationale est consciente des enjeux de l´énergie nucléaire à l’horizon 2030. Ainsi, une dizaine de pays ont décidé de mettre en commun leurs efforts pour développer une nouvelle génération de systèmes de réacteurs et les cycles du combustible associés.
    Principe conventionnel: l´énergie nucléaire provient de la force, considérable, liant entre eux les constituants du noyau des atomes (protons et neutrons). Sous l´impact d´un neutron, certains gros noyaux peuvent se casser en deux (2) noyaux plus petits et libérer une partie de cette énergie, sous forme d’un intense dégagement de chaleur. Cette réaction, appelée la fission, s´accompagne de l´émission de deux (2) ou trois (3) neutrons et de rayonnements. C´est l´énergie de fission qui est utilisée dans les réacteurs nucléaires: sous l´effet de neutrons, les noyaux d´uranium 235 – l´Uranium 235 est le seul atome fissile naturel – se cassent et produisent la chaleur qui chauffe l´eau. La vapeur de cette eau est turbinée et une production d´électricité en résultera.

    Remarque:
    En ce qui concerne les réserves, le combustible nucléaire (l´uranium) ne connait pas les mêmes contraintes que le pétrole ou le gaz, les limites de ses réserves sont estimées à 250 années de consommation avec les systèmes actuellement utilisés.
    Mais des efforts importants doivent être déployés à moyen terme pour parachever la realisation des objectifs suivants, qui caractériseront les systèmes nucléaires futurs:

    • durabilité: systèmes économes des ressources naturelles et respectueux de l´environnement (minimiser la production de déchets radiotoxiques, masse, puissance résiduelle, etc…)
    • économie: coûts de production compétitif (maitrise des coûts d´investissement par kWe2) installé,  du combustible, d´exploitation de l´installation) du kWh
    • sûreté et fiabilité: élimination autant que possible des besoins d´évacuation des populations à l´extérieur du site quelque soient les causes et gravités d´accidents
    • résistance robuste et massive à la prolifération et facile protection contre les agressions externes.    

    Les systèmes nucléaires dits systèmes de fusion nucléaire (processus où deux noyaux atomiques s`unissent pour former un noyau plus lourd) produiront en toute sécurité, sans pollution, beaucoup d´énergie à partir de peu de combustible. La fusion de noyaux légers dégage d´énormes quantités d´énergie provenant de l´attraction entre les nucléons due à l´interaction forte thermonucléaire. Ces systèmes comme l´International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) et le Tokamak, une fois commercialisables, pourraient bien aider à atteindre les objectifs ci-haut cités.

    L´énergie géothermique

    La géothermie est la science qui étudie les phénomènes thermiques (chaleurs) en profondeur terrestre et les techniques qui visent à les exploiter.
    Principe: c´est l´extraction (par pompage) de l´énergie géothermique contenue dans le sol pour l´utiliser sous forme de chauffage ou pour la transformer en électricité.

    L´énergie éolienne

    Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent. Cette force peut être utilisée mécaniquement (dans le cas d’une éolienne de pompage), ou électromécaniquement pour produire de l’électricité. Une éolienne se compose:

    • d´un mât permettant de placer le rotor à une hauteur suffisante où il est entrainé par un vent plus fort et régulier qu´au niveau du sol. Il abrite aussi des équipements électriques et mécaniques
    • un rotor composé de pales (généralement trois (3)) qui est entrainé par le vent. Ce rotor est connecté à une pompe ou à un générateur électrique
    • d´une nacelle abritant des équipements mécaniques, pneumatiques et électriques

    Principe: le vent fait tourner le rotor, qui à son tour actionne le générateur. Ce générateur produit l´électricité. L´utilisation optimale d´une installation éolienne est en générale atteinte à des vitesses de vent se situant entre 10 kmh et 20 kmh.

    Remarque:

    Selon International Energy Administration (IEA) dans son rapport «Energy Outlook IEO2009», la demande mondiale d´énergie électrique s´accroitra de 77 % de 2006 à 2030. En face et malgré l´augmentation sensible de la part de puissances installées des énergies renouvelables, progression annuelle de 2.9 % d´ici 2030, les émissions de dioxyde de carbone relatives à la production d´électricité progresseront à un rythme annuel de 1.4 % pour la même période. Donc plus d´efforts sont à encore fournir pour que cette projection d´émissions de CO2 ne devienne pas réalité.
    Tableau: Demande mondiale d´énergie renouvelable (en milliards de kWh) et les émissions (en milliards de tonnes) de dioxyde de carbone (CO2) provenant de la production totale mondiale d´électricité entre 2006 – 2030. 

    Toutes les sources d´énergies renouvelables citées sont en abondance disponibles en Afrique de l´ouest. Donc ici encore s´offrent à l´Afrique de l´Ouest d´énormes chances de relever le défis de la pauvreté en prenant activement part à la distribution et acquisition d´énormes ressources mondiales mises à disposition dans le cadre de la «Recherche & du Développement» sur les nouvelles technologies vertes citées. Pour les Etats-Unis seulement Mr. Obama vient d´annoncer l´attribution de 3 % du Produit Intérieur Brut (PIB) à la «Recherche & Développement» dans le secteur de l´énergie.


    1) … Pour des informations détaillées sur ce chapitre, voir: Commissariat à l´Energie Atomique (CEA). Merci au CEA pour sa bonne disponibilité.
    2) … Kilowatt-électrique (nécessité de haut rendement en énergie électrique).


    Le réchauffement climatique

    May 23rd, 2009

    Sir Nicholas Stern, dans son rapport publié en Octobre 2006, estime que le réchauffement climatique entrainerait un coût économique de plus de 20% du Produit Intérieur Brut (PIB) mondial, soit la somme inimaginable de 5500 milliards d’euros, en tenant compte de l’ensemble des générations (présente et futures) ayant à en subir les conséquences.

    Devant ce pronostic alarmant , nous dévons plus que jamais être décidés à considérer les questions globales de la population et du réchauffement climatique comme des challenges qui pourraient nous offrir  d´énormes perspectives pour relever le niveau et la qualité de vie des populations des pays en développement.

    La modernisation et la construction d´infrastructures énergétiques, d´unités industrielles de transformation sur place des matières premières agricoles en produits semi-finis et finis, d´industries locales de traitement direct des ressources minières et la création de services associés, qui répondent aux critères environnementaux définis par les institutions nationales et internationales spécialisées, donneront des millions d´emplois aux populations et généreront ainsi de la richesse.

    Pour cela, nous devrions, tout de même, exiger des «teams de leaderships» composés de femmes et d´hommes de caractère, disciplinés, proches de leurs populations, visionnaires et créatifs. Déjà aujourd´hui, il est possible de créer de la richesse en faisant du commerce de CO2.

    Recherche de Consensus global

    Un consensus global semble se dégager autour de la question du réchauffement planétaire. Ce consensus, élaboré par le Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat (GIEC) dans son rapport 2007, affirme que la probabilité que le réchauffement climatique depuis 1950 soit d’origine humaine est de plus de 90 %. Ces conclusions ont été approuvées par plus de 40 sociétés scientifiques et académies des sciences, y compris l’ensemble des académies nationales des sciences des grands pays industrialisés.

    A présent, il devrait être aisément compréhensible que les populations des pays en développement, elles aussi, expriment leur aspiration légitime d´accès à un niveau de vie élevé et de qualité. La réalisation de cette aspiration entrainera, évidemment, plus d´acquisition de biens de consommation comme les voitures, les équipements électroménagers, etc. Selon le Comité des Constructeurs Français (CCFA), le parc mondial de véhicules s´élevait à 890 millions en 2005. Et 53 millions de voitures supplémentaires ont été mises sur le marché en 2007. En considérant l´émergence des économies asiatique, sud américaine et africaine, il est à attendre que des centaines de millions de voitures, d´équipements électroménagers, etc. additionnels seront mis en service dans le monde. Ces équipement contribueront à l´augmentation d´émissions de gaz à effet de serre, qui réchaufferont encore plus la planète, si des efforts supplémentaires de chacun d´entre nous et des gouvernants ne sont pas fournis en faveur de la protection de nos environnements.

    Les conséquences du réchauffement planétaire actuel se font déjà sentir:

    • sécheresses
    • inondations
    • fonte des glaciers, comme celle du Kilimandjaro (Kenya, Tanzanie)
    • augmentation du niveau moyen des océans
    • vagues de chaleurs fortes
    • périodes de fortes précipitations 
    • perturbations des cycles de récolte
    • problèmes de santé publique
    • menaces sur les démocraties  

    L´architecture soudanaise (ou sahélo-saharienne) est reconnue comme esthétiquement l´une des plus belles architectures. Pourra-t-elle tenir aux inondations et précipitations annoncées pour les années à venir par les climatologues?
    Quelle approche énergétique faut-il trouver pour l´Afrique de l´Ouest dans ce contexte climatique tendu?
    Nous tenterons de répondre ultérieurement à ces questions!

    Pourquoi un arbre abattu peut-il générer du gaz carbonique, qui, lui à son tour, peut être nuisible pour notre environnement?

    Un arbre se nourrit essentiellement de l´eau (H2O) et du gaz carbonique (CO2). Il en résulte, par l´intermédiaire de la photosynthèse (fabrication de matière organique à partir de matière minérale en présence de la lumière), la formation de l´oxygène et de la vapeur d´eau. L´arbre garde donc le carbone pendant cette transformation chimique. Ce carbone se retrouve enfin dans le bois, qui lui se compose essentiellement d´hydrocarbures (CmHn).

    Ainsi, un arbre de 35 m de taille et âgé de 100 ans aura de cette façon soustrait de l´atmosphère 2,6 tonnes de CO2. Et chaque jour de plus, cet arbre transforme le CO2 en bois et purifie notre atmosphère des gaz à effet de serre.

    Une fois que cet arbre est abattu par le paysan d´Afrique de l´Ouest, pour les premiers instants, puisqu´il est mort et donc la photosynthèse arrêtée, cet arbre ne retient plus de CO2 de notre atmosphère. Si en plus, cet arbre, mort et devenu du bois sec, est brûlé, tout le processus chimique décrit en haut se déroule à l´inverse.  En brûlant ce bois, l´oxygène contenu dans l´atmosphère se lie au carbone et ainsi tout le CO2, que le grand arbre a toute sa vie soustrait de l´atmosphère, retourne de nouveau dans l´espace.

    Selon le Comité Permanant Inter-Etats de Lutte contre la Sécheresse au Sahel (CILSS, www.riaed.net), les besoins en énergie domestique sont satisfaits à 90% par l´utilisation de la biomasse, notamment le «bois de chauffe» en Afrique de l´Ouest! Actuellement la surface de la forêt à l´échelle mondiale diminue de 130000 km2 par an, ce qui correspond à une surface d´environ 34 terrains de football par minute. Et si les arbres pouvaient nous parler!

    Les Gaz à Effet de Serre (GES)

    1. Mecanisme de l´effet de serre

    Le soleil, par l´intermédiaire de ses rayons, émet de l’énergie. La plus grande partie de cette énergie traverse directement l’atmosphère (couche d’air qui entoure la terre) pour réchauffer la surface de la terre. La terre en absorbe environ la moitié et réfléchit le reste sous forme d’infrarouges vers l’espace. Puis cette énergie est en grande partie absorbée par les gaz à effet de serre (naturellement présents dans l’atmosphère). Les gaz à effet de serre permettent de conserver une partie de la chaleur et empêchent que toute la chaleur ne retourne dans l’espace. Sans ces gaz à effet de serre, notre planète serait froide et morte (la température moyenne de la terre serait inférieure d’environ 33°C et se situerait autour de -18°C au lieu de 15°C).
    Mais si la concentration des gaz à effet de serre est trop élevée, ce fonctionnement est perturbé, la chaleur ne peut plus retourner dans l’espace, reste sur terre et la planète se réchauffe. Mécanisme de l´effet de serre, voir ci-contre.

    2. Origine des gaz à effet de serre

    La plupart des gaz à effet de serre (GES) sont d’origine naturelle. Mais l´augmentation de la concentration dans l´atmosphère de certains d’entre eux, comme l’ozone (O3), le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4), est due à l’activité humaine. Cette part de l´émission des gaz à effet de serre est appelée émission anthropique de gaz à effet de serre.

    L’ozone est fourni en grande quantité par l’activité industrielle humaine, alors que les chlorofluorocarbones (CFC) encore largement utilisés détruisent eux, l’ozone, ce qui conduit à un double phénomène:

    • une accumulation d’ozone dans la troposphère au-dessus des régions industrielles,
    • une destruction de l’ozone dans la stratosphère au-dessus des pôles.

    La combustion des carbones fossiles comme le charbon, le lignite, le pétrole ou le gaz naturel (méthane) rejette du CO2 en grande quantité dans l’atmosphère. La concentration atmosphérique de COa ainsi augmenté, contribuant significativement au réchauffement global aujourd´hui observé.  
                                                    Répartition des gaz à effet de serre abthropique. Source: UNFCCC

    La quantité d´émissions de gaz à effet de serre anthropique est inégalement repartie à l´échelle planétaire. Les pays de l´Organisation de Coopération et de Développement Economique (OCDE), avec en tête les États-Unis d´Amérique, sont les principaux responsables de l´émission totale de gaz à effet de serre! La Chine contribue sensiblement aussi à l´augmentation de la concentration des gaz à effet de serre dans l´atmosphère, voir tableau ci-dessous. 
                                      Répartition des émissions de gaz à effet de serre anthropique par Pays / Région

    Egalement les secteurs économiques, comme l´énergie, l´industrie et le transport, des pays développés et émergents sont les secteurs qui émettent le plus de gaz à effet de serre dans l´atmosphère. Mais aussi, les pays comme ceux d´Afrique de l´Ouest participent, par l´intermédiaire de la déforestation, des feux de brousse, de la combustion de biomasse, voir ci-haut, et de l´exploitation des terres, etc., à l´augmentation de la concentration des gaz à effet de serre dans l´atmosphère. Ainsi ces régions contribuent, certes pour une toute petite partie, mais quand même, au réchauffement climatique.  
    Répartition annuelle des émissions de gaz à effet de serre anthropique par secteur. Source: Netherlands Environmental Assessment Agency, Emission Database for Glogal Atmospheric Research (EDGAR)

    La Courbe de Keeling

    l´évolution de la teneur atmosphérique en dioxyde de carbone (CO2), est mesurée depuis 1958 jusqu`à nos jours sur le volcan «Mauna Loa» (la longue montage, en langue hawaiienne), sur l’île de Hawaii. La courbe de cette évolution est connue sous le nom de «courbe de Keeling», et est une preuve évidente de la production humaine de gaz à effet de serre et de son impact sur le réchauffement climatique. C’est sur le «Mauna Loa» que les taux mesurés sont les plus élevés, mais on retrouve la même évolution sur d’autres sites dans le monde (voir ce site).

    La fluctuation annuelle de CO2 est due aux variations saisonnières causées par les plantes. Beaucoup de forêts se trouvant dans l’hémisphère nord, le rejet de gaz carbonique dans l’atmosphère est plus élevé durant l’été septentrional que pendant l’été austral là-bas. Ce cycle annuel montre la concentration moyenne de gaz au cours des différents mois. Il se répète quelle que soit l’année observée.

    Dans le diagramme ci-dessous la courbe rouge montre la teneur moyenne annuelle de (CO2). 
    Concentration de CO2 selon Kelling. Source:  Carbone Dyoxide Information Analysis Center (CDIAC), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) 

    L´évolution de la température globale (1880 – 2008)

    Le réchauffement global est l´augmentation moyenne de la température des océans et de l´atmosphère à l´échelle mondiale et sur plusieurs années, voir diagramme ci-dessous.

    L´augmentation de la température moyenne du globe entre 1906 et 2005 est estimée à 0.74°C (±0.18°C), dont une augmentation de 0.65°C pendant la seule période 1956-2006, selon le mensuel «Pour la Science».

                                                     Evolution de la température globale (1880 – 2008). Source: NASA

    Remarques

    D´accord, la contribution de la vapeur d´eau, comme gaz à effet de serre est la plus élevée (plus de 60%) dans le phénomène de l´effet de serre. Mais la vapeur d´eau (H2O), dans cet état chimique, a une durée de vie très courte (14 jours) dans l´atmosphère. Ceci s´explique par le fait que la quantité de la vapeur d´eau dans l´atmosphère se régule en s´évaporant. Il est bien connu que le taux d’évaporation est lié à la température, et qu’une hausse de température accroît la pression de la vapeur (équation de Clausius-Clapeyron). Ce processus est connu comme étant la rétroaction (positive) de la vapeur d’eau. Une différence, donc, importante entre la vapeur d’eau et les autres gaz à effet de serre comme le CO2 est que la vapeur d’eau ne passe qu’un temps très court (14 jours) dans l’atmosphère avant d’être précipitée, alors que le temps de résidence du CO2 dans l’atmosphère peut dépasser une centaine d’années. La vapeur d´eau comme gaz à effet de serre joue le rôle positif pour le phénomène d´effet de serre naturel. Sans l´effet de serre naturel, voir ci-haut, une vie sur terre est impossible.

    D´accord, les modèles numériques de simulation du climat pourraient soulever des points de critiques comme ses difficultés à exactement identifier les parts respectives de l´effet de serre naturel, provoqué par les activités du soleil, et l´effet de serre causé par les émissions anthropiques. 

    D´accord, l´effet de serre d´origine anthropique a quelques effets positifs, comme entre-autres l´augmentation de la température en Europe, où je vis. Plus il fera moins froid en Europe, plus il sera agréable pour moi d´y vivre.

    Mais, la perception simple des réalités climatiques autour de nous, nous obligent à reconnaitre une tendance à la hausse du bilan global de température, qui pourrait bouleverser nos écosystèmes. Les méthodes d´enregistrement de Keeling et de l´Anomalie de la température nous livrent depuis longtemps des données mesurées fiables sur la teneur de CO2 et sur la température dans l´atmosphère. En «juxtaposant» ces deux (2) courbes nous pouvons accepter une causalité entre l´augmentation de la teneur des gaz à effet de serre et l´augmentation de la température dans l´atmosphère terrestre.
    Nous constatons: notre planète se réchauffe plus que normalement!  Et les conséquences sont connues, voir ci-haut.

    Maintenant, quelles mesures individuelles et collectives faut-il prendre pour réduire les émissions des gaz à effet de serre anthropique pour ralentir le réchauffement climatique: 

    • d´intenses efforts doivent-être déployés pour accroitre le niveau et la qualité de connaissance générale des populations, notamment des femmes et des jeunes générations. L´alphabétisation doit-être accélérée dans les pays en développement, par exemple
    • l´éducation environnementale générale des populations doit-être intensifiée
    • parallèlement, d´intenses efforts doivent-être déployés pour sensiblement améliorer le niveau et la qualité de vie des populations des pays en développement. Nous l´avons vu dans les articles précédents: plus les sociétés s´enrichissent, plus elles sont soucieuses de leurs écosystèmes
    • un comportement de consommation de l´énergie et des biens d´équipements électroménagers adapté aux besoins économiques réels de chacun d´entre nous est à encourager
    • chacun doit utiliser les moyens de transport, comme des avions, des voitures, etc.,  pour ses déplacements, qui émettent moins de gaz á effet de serre dans notre atmosphère
    • Arrêt de la déforestation massive
    • le protocole de Kyoto et le rapport 2007 du GIEC doivent être appliqués
    • les énergies renouvelables (le solaire, les éoliennes, les biomasses, etc.) doivent trouver une place plus importante dans l´approvisionnement en énergie électrique 
    • le nucléaire pacifique (la production d´électricité par fission nucléaire), doit trouver plus d´acceptation comme une forme de production d´électricité avec des coûts de production du kWh bas et n´ayant pas d´émissions de CO2
    • les centrales thermiques doivent être équipées de systèmes de filtrage de l´air performants permettant de réduire encore sensiblement leurs émissions de CO2 dans l´atmosphère. 

    Nous ambitionnons d´atteindre les objectifs du développement durable, qui sont: l´équité sociale, l´environnement vivable et l´économie efficiente. De ce point de vue, les questions globales de la population et du réchauffement climatique sont des challenges qui pourraient nous offrir d´énormes perspectives pour relever le niveau et la qualité de vie des populations des pays en développement. Des investissements massifs dans les technologies vertes pourraient créer des filières industrielles innovantes et porteuses de millions d´emplois.
    Pour cela, nous devrions, tout de même, exiger des «teams de leaderships» capables d´anticiper!

    Sir Nicholas Stern, dans son rapport publié en Octobre 2006, estime que le réchauffement climatique entrainerait un coût économique de plus de 20% du Produit Intérieur Brut (PIB) mondial, soit la somme inimaginable de 5500 milliards d’euros, en tenant compte de l’ensemble des générations (présente et futures) ayant à en subir les conséquences.

    Nous ne pourrons pas dire aux générations futures que nous ne l´avions pas su!