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Climat et cycle du carbone Gilles Bourbonnais Cégep de Sainte-Foy.

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1 Climat et cycle du carbone Gilles Bourbonnais Cégep de Sainte-Foy

2 Fluctuations de la température moyenne de la planète au cours de son existence La température de la planète a toujours fluctué alternant entre des périodes chaudes et des glaciations. Nous sommes actuellement dans la cinquième glaciation, celle du Pléistocène. Échelle logarithmique chaudfroid Certains géologues avancent que la glaciation Varanger aurait été globale. Voir Terre boule de neigeTerre boule de neige 1ere 2e 4e 3e 5e

3 Depuis ~50 Ma, on subit un refroidissement global qui a culminé par une glaciation ayant débuté il y a environ 2 Ma (glaciation du pléistocène). Disparition des dinosaures Attention, échelle logarithmique

4 Estimation des variations de température obtenue à partir de la mesure de lisotope 18 de loxygène dans les dépôts calcaires de locéan (dépôts formés de laccumulation de coquilles de foraminifères, de petits organismes planctoniques) et dans les carottes de glaces de lAntarctique. La concentration en 18 O de locéan et des précipitations varie selon la température. Température actuelle Depuis lextinction des dinosaures : Disparition des dinosaures

5 Une glaciation se caractérise par des oscillations entre des périodes glaciaires plus froides entrecoupées dinterglaciaires plus chaudes. Nous sommes actuellement dans une interglaciaire. Appelé Würm en Europe Appelé Riss en Europe La glaciation du quaternaire

6 Les changements de températures peuvent être très rapides Attention, léchelle est logarithmique

7 Au maximun dune période glaciaire, dimmenses glaciers peuvent sétendre loin au Sud. Le niveau des océans peut diminuer de 100 à 150 m. Lors du maximum de la dernière période glaciaire, la température moyenne de la planète était denviron 5 degrés ºC plus basse que celle daujourdhui.

8 Aurait permis la colonisation du Groenland par les Vikings On patinait sur les canaux à Amsterdam. Les colonies Viking du Groenland disparaissent. Réchauffement du XXe siècle Fin de la dernière glaciaire; les glaciers reculent jusquà leur position actuelle glaciation wisconsinienne Depuis ans

9 Paysage dhiver avec patineurs Hendrick Avercamp (1608) Rijksmuseum, Amsterdam Petit âge glaciaire (XIVe au XIXe siècle) Au XVIIe siècle, en Hollande, les rivières gelaient en hiver

10 Fluctuations de la température selon les données du GIEC, Groupe dexperts Intergouvernemental sur lévolution du Climat en Notez que, curieusement, le réchauffement médiéval et le petit âge glaciaire sont disparus de ce graphique (fait à partir des anneaux de croissance des arbres). Beaucoup ont critiqué ce graphique (graphique dit du « hockey stick »). Il a été retiré des derniers rapports du GIEC.GIEC

11 Fluctuations au cours du dernier siècle : ~ + 0,5 ºC Tout indique un réchauffement qui va en saccentuant.

12 Facteurs responsables des fluctuations du climat : Facteurs astronomiques Dérive des continents et courants marins Effet de serre

13 Facteurs astronomiques Variations de lorbite terrestre et de linclinaison de laxe de la Terre Activité solaire

14 Lénergie solaire reçue par unité de surface varie selon : la latitude Moins de réflexion qu'aux hautes latitudes. Plus d'énergie par unité de surface. linclinaison de laxe de rotation

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16 L'axe de rotation de la Terre est incliné (23,5 º) ==> saisons Plus la latitude est élevée, plus les saisons sont marquées.

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18 Au cours du temps, les saisons peuvent être plus ou moins marquées en fonction des variations de l'inclinaison de l'axe et des variations de l'orbite terrestre. Variation de l'inclinaison : 2º selon un cycle de 42,000 ans Plus l'axe est incliné, plus les saisons sont marquées. Sans la lune, la variation serait beaucoup plus marquée (probablement chaotique)

19 Variation de l'excentricité de l'orbite, cycle d'environ 100,000 ans. Fait varier la distance Terre-Soleil. Il y a ans, lexcentricité était proche de 4%, (lellipse séloignait plus dun cercle quà lépoque actuelle) et lénergie reçue par la Terre entre le périhélie et laphélie variait denviron 16%.

20 Précession des équinoxes, cycle de ans Laxe de rotation de la Terre décrit un cercle par rapport aux étoiles fixes.

21 De plus, le plan de lorbite terrestre tourne autour du soleil La combinaison des deux phénomènes (précession et modification du plan de lorbite) provoque une modification de la date des saisons. Selon un cycle principal de ans et un cycle secondaire de ans.

22 Conséquences: Actuellement, dans l'hémisphère Nord, on est en hiver quand la Terre est du côté de l'orbite le plus rapproché du soleil. On est en été quand la Terre est plus éloignée du soleil. À cause de la précession, dans 12,000 ans, l'hiver (dans lhémisphère Nord) se produira quand la Terre sera à son point le plus éloigné du soleil (en juillet). Actuellement, lhiver dans lhémisphère Nord se produit lorsque la Terre est près du soleil (à son périhélie). La Terre reçoit donc plus dénergie solaire en hiver. La Terre a aussi une vitesse tangentielle plus grande lorsquelle est près du soleil. Lhiver est donc plus court que sil se produisait ailleurs sur lorbite.

23 On a donc un déplacement de la position des équinoxes le long de lorbite terrestre: la "date" des saisons change. Dans lhémisphère Nord

24 La théorie astronomique des paléoclimats Milutin Milankovitch ans Cycles de et ans ans Variation de linclinaison Précession des équinoxes

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27 Compte tenu de la disposition actuelle des continents et des océans, des étés froids dans lhémisphère Nord seraient favorables aux périodes glaciaires. Les étés sont froids lorsquils se produisent au moment où la Terre est le plus éloigné du soleil, que lexcentricité est faible et que laxe de rotation est peu incliné. Inversement, les interglaciaires seraient favorisées par des étés longs et chauds; donc forte excentricité, forte inclinaison de laxe et Terre près du soleil en été. Selon Milutin Milankovitch

28 Estimation de la température planétaire effectuée par lanalyse de la teneur de leau en deutérium dans des carottes de glace provenant de lAntarctique (courbe bleue et courbe verte). La courbe rouge représente la variation de la quantité deau immobilisée sous forme de glace. Elle a été obtenue par la mesure de la teneur en oxygène 18 dans les sédiments formés de dépôts de foraminifères (coquilles dorganismes planctoniques). Le volume des glaces en Antarctique a varié au cours du quaternaire en suivant sensiblement les cycles prévus par Milankovitch avec une oscillation prédominante de ans. Pour plus de détails

29 Variations de lénergie solaire Lactivité du soleil varie selon un cycle de 11 ans. Les périodes de plus grandes activités sont marquées par une abondance de taches solaires. Le soleil semble aussi présenter des variations dactivité à plus long terme comme les minimums de Maunder et de Dalton, deux périodes où le nombre de taches a été particulièrement bas.

30 Variations du nombre de taches (courbe en rouge) (Hoyt and Schatten 1998a, 1998b) et de la teneur en Beryllium 10 dans les carottes de glaces du Groenland (courbe en bleu) (Beer et al ) Le Beryllium 10 est un isotope formé dans latmosphère sous leffet des rayons cosmiques. Le champ magnétique solaire est plus puissant lorsque le soleil est actif ce qui conduit à une plus faible formation de Beryllium 10 dans latmosphère terrestre (notez que léchelle de la courbe du 10 Be est inversée).

31 Mesure des variations de lactivité solaire à partir déchantillons provenant de carottes de glace (mesure du 10 Be). Ilya Usoskin et al. (2003)

32 Modifie l'emplacement des continents Modifie la taille des continents Modifie les courants marins Modifie la topographie Dérive des continents et courants marins Le déplacement des continents : Déplacements prévus dans les prochains 30 millions dannées

33 Le climat dune région donnée est fortement influencé par locéan. Gulf Stream La modification de la position des continents (dérive continentale) peut faire varier ces courants.

34 Influence du Gulf Stream sur le climat européen

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36 Certains courants marins ayant une influence sur le climat varient de façon cyclique. Situation normale Les vents dominants venant dAmérique du Sud repoussent les eaux chaudes vers louest. El Nino Les eaux chaudes du Pacifique atteignent les côtes américaines. On note alors une augmentation des précipitations dans le nord-ouest et des hivers plus doux dans lest.

37 La présence dun continent à lun des pôles favorise la formation dune calotte polaire. Lorsquil y a des calottes polaires, la Terre absorbe moins dénergie solaire (réflexion plus forte) ce qui contribue à abaisser la température de la planète. Actuellement, à cause de la disposition des continents, il y a peu déchanges entre locéan Arctique et les autres océans ce qui favorise la formation dune calotte polaire au Nord.

38 La température globale augmente rapidement depuis le début du XXe siècle. Tout indique que cette augmentation nest pas due à des facteurs naturels. Le principal facteur responsable de l'augmentation de la température semble être une augmentation de l'effet de serre de l'atmosphère Température des océans. En gris : selon le modèle informatique sans tenir compte de laugmentation du taux de CO 2. En rouge : température enregistrée.

39 Flux dénergie de la planète Effet de serre Albedo Énergie solaire Radiation dans lespace Albédo = lumière réfléchie dans l'espace UV et visibleInfrarouge (chaleur)

40 Effet de serre La surface et latmosphère absorbent lénergie solaire. Une partie importante de cette énergie est convertie en chaleur (rayonnement infrarouge). Certains gaz de latmosphère laissent bien passer la lumière visible, mais beaucoup moins les infrarouges (gaz à trois atomes ou plus surtout). Latmosphère absorbe et retourne au sol la majeure partie (plus de 90%) de cette chaleur (les infrarouges) = effet de serre. La température moyenne de la planète est de 15ºC. Sans effet de serre, elle serait de -18 ºC et la vie serait impossible.

41 Vénus : presque plus deau (la vapeur deau dans latmosphère a été dissociée en O 2 et H 2 sous leffet des UV du Soleil) et presque tout le carbone est sous forme de CO 2 Terre : eau surtout liquide (océans) et carbone surtout sous forme de carbonates (roches) dans le sol ou de bicarbonates dans leau; donc peu de CO 2 dans latmosphère. Mars : eau gelée dans le sol et carbone sous forme de CO 2 solide (glace carbonique) dans les calottes polaires. Carbonates dans le sous- sol ??? Atmosphère sèche et très ténue constituée de CO 2 web

42 Gaz à effets de serre (GES) N.B. Leau est le plus important des gaz à effet de serre; elle contribue à plus de 90% à leffet de serre. CFC = chlorofluorocarbones = gaz utilisés dans les appareils de réfrigération et dans les climatiseurs Importance de chacun des GES dans l'effet de serre

43 Corrélation entre la teneur atmosphérique en gaz à effet de serre et la température. Mesures effectuées à partir des échantillons de glace de lAntarctique.

44 Le méthane (CH 4 ) Méthane retient la chaleur 21 fois plus que le CO 2, mais disparaît en une dizaine dannées de latmosphère en se combinant avec loxygène (se transforme en CO 2 et H 2 O) Production naturelle : Décomposition anaérobique de la matière organique (zones humides, sol, sédiments marins, termites). Moins il y a doxygène, plus il y a de CH 4 produit. Les zones humides produisent plus de méthane que les autres (moins doxygène présent).

45 À une certaine pression et à une certaine température, le CH 4 peut former avec leau des hydrates de méthane qui saccumulent dans les sédiments. glace (eau) CH 4 Le sol arctique contient de grandes quantités dhydrates de méthane. La fonte du pergélisol pourrait libérer ce méthane dans latmosphère. Par contre, la fonte du pergélisol pourrait faire diminuer le taux de CO 2. Voyez-vous pourquoi ?

46 Production dorigine humaine : Agriculture : Rizières Fermentation dans le tube digestif du bétail Décomposition des fumures organiques Enfouissement des déchets Exploitation du carbone fossile : les gisements de pétrole et de charbon contiennent du CH 4 qui séchappe sans pouvoir être récupéré Combustion de matière organique Près de 50% du CH 4 actuellement émis dans latmosphère est dorigine humaine.

47 Sources de méthane atmosphérique

48 Le N 2 O Sources principales : Transformation des nitrites et nitrates du sol par les bactéries (surtout dans les zones chaudes et humides) Utilisation dengrais azotés (environ 2,5% des engrais chimiques déversés se retrouvent sous forme de N 2 O dans latmosphère) Combustion du carbone fossile : à haute température, le N 2 de lair réagit avec lO 2 pour former du N 2 O Le N 2 O retient la chaleur 200 fois plus que le CO 2 Durée de résidence dans latmosphère ~ 120 ans

49 CFC (chlorofluorocarbone), HFC (hydrofluorocarbone), PFC (perfluocarbone) Gaz dorigine humaine seulement. Utilisés dans la réfrigération / climatisation et dans certains processus industriels (fabrication de styromousse, par exemple). Molécules très stables; certaines (les PFC) peuvent demeurer dans latmosphère des dizaines de milliers dannées. Retiennent la chaleur 10 à fois fois plus que le CO 2 Les CFC ne sont plus produits (ils étaient nocifs pour la couche dozone), mais de nombreux appareils en contiennent encore.

50 Le gaz carbonique (CO 2 ) Mesures directes Estimation à partir déchantillons dair des carottes de glace

51 Carbone fossile GT Charbon et CH 4 sur terre Pétrole et CH 4 dans les océans Le cycle du carbone Sur la terre ferme CO 2 atmosphérique 760 GT végétaux photosynthèse GT respiration feu Sols 1500 GT décomposition combustion CH 4 oxydation du CH 4 anaérobie

52 Une forêt mature produit autant de CO 2 quelle en consomme. Pourquoi ? CO 2 atmosphérique végétaux photosynthèse Sols respiration décomposition La forêt consomme plus de CO 2 quelle en produit si sa biomasse augmente. Elle en produit plus quelle en utilise si sa biomasse diminue. Le bilan est nul si la biomasse est constante ce qui est le cas dune forêt mature. À long terme, un incendie de forêt fait-il augmenter le taux de CO 2 de latmosphère ?

53 L'utilisation d'éthanol à la place de l'essence fait-elle augmenter le taux de CO 2 de l'atmosphère ? Théoriquement non. CO 2 atmosphérique canne à sucre ou maïs photosynthèse éthanol combustion Tout le CO 2 émis dans latmosphère lors de la combustion de léthanol est réabsorbé par les végétaux quon fait pousser pour produire cet éthanol. Par contre, le bilan CO 2 ne sera pas nul si on utilise de lénergie fossile pour produire ces végétaux (machinerie agricole, transport et engrais) et en extraire l'éthanol (fermentation,distillation).

54 Le cycle du carbone Dans les océans CO 2 atmosphérique 760 GT Carbone fossile (pétrole – CH 4 ) Ions carbonates et bicarbonates en profondeur GT combustion Ions carbonates et bicarbonates surface 1000 GT 92 GT90 GT Biomasse des océans décomposition respiration photosynthèse fabrication de ciment CaCO 3 CaO + CO 2 Le calcaire se forme surtout par la lente accumulation des coquilles calcaires du plancton calcaire GT Ca ++ + CO 3 -- CaCO 3

55 Formation du calcaire : Précipitation en milieu alcalin (peu) 2 HCO Ca 2+ CaCO 3 + H CO 2 2 CO H 2 O2 H 2 CO 3 2 HCO H + Synthèse par les êtres vivants (coquilles du plancton surtout et corail). Moins le milieu est alcalin, plus la réaction est difficile. Coquille de coccolithophore coccolithophore Falaise de craie. La craie est un calcaire surtout formé de laccumulation des coquilles de coccolithophores. Si la salinité et le pH sont élevés, il se forme des carbonates (calcaire) qui précipitent. Leau prend un aspect laiteux.

56 Circulation thermohaline Leau de surface se refroidit dans les mers polaires. Le gel de leau de surface enrichit en sel leau liquide. Leau plus froide et plus salée est plus dense; elle coule au fond. Elle effectue un long de circuit avant de remonter dans les zones de upwelling. Leau froide peut dissoudre plus de CO 2 ; leau qui coule au fond entraîne donc avec elle de grandes quantités de CO 2 de latmosphère. De même, leau froide qui remonte et se réchauffe libère du CO 2 dans latmosphère. La durée du circuit se compte en centaines dannées (peut dépasser le millier). Le tapis roulant de locéan

57 Là où les valeurs sont < 0 locéan absorbe plus de CO 2 quil nen émet. Si le CO 2 atmosphérique augmente, il va sen dissoudre plus dans les océans (équilibre entre les concentrations atmosphériques et celles dans leau de surface). Cest ce qui se produit actuellement. Les océans sont donc actuellement des puits à carbone; ils absorbent le 1/3 du CO 2 émis par les activités humaines (absorbent 92 Gt et rejettent 90 Gt). Ce CO 2 est entraîné en profondeur où il peut séjourner pendant des siècles avant de revenir à la surface et être libéré.

58 Si leau de surface se réchauffe au niveau des hautes latitudes : Moins de CO 2 va se dissoudre dans leau (plus leau est froide, plus il peut sy dissoudre de gaz et vice-versa). Un réchauffement pourrait empêcher leau de surface de se refroidir suffisamment et de geler (et donc la quantité de sel dans leau liquide daugmenter). La densité de leau naugmenterait pas autant et sa tendance à couler ralentirait diminuant ainsi la circulation thermohaline. Le phénomène pourrait être amplifié par la fonte des glaces du Groenland. Cet apport deau douce en surface diminuerait la densité de leau en Atlantique Nord ce qui lempêcherait de couler au fond. Le courant du Gulf Stream pourrait être repoussé plus au sud ce qui provoquerait paradoxalement un refroidissement de lEurope. Par contre, la réduction de la circulation thermohaline, en diminuant la remontée des eaux froides des profondeurs, diminuerait le CO 2 émis dans latmosphère par les océans. La circulation thermohaline pourrait ralentir et même sarrêter. Le CO 2 ne serait plus entraîné en profondeur. Locéan ne serait plus un puit à carbone.

59 Le cycle du carbone Cycle lent Calcaire Le calcaire se forme par la lente accumulation des coquilles calcaires du plancton CO 2 atmosphérique 760 GT carbonates et bicarbonates GT Volcans (zones de subduction et dorsales océaniques) Lorsque le plancher océanique glisse sous une plaque continentale, les sédiments de calcaires sont chauffés par le magma. Ils réagissent alors avec le silicium pour former des silicates et du CO 2. Silicates de surface Enfoncement du plancher océanique sous la croûte terrestre CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2 Les silicates exposés à lair peuvent réagir avec le CO 2 pour former des carbonates solubles qui formeront du calcaire dans locéan. CaSiO CO 2 + H 2 O Ca HCO SiO 2

60 Sans les volcans, il ny aurait presque plus de CO 2 dans latmosphère et la Terre serait couverte de glace.

61 Le cycle du carbone feu Respiration et décomposition photosynthèse Combustion du carbone fossile Précipitation sous forme de carbonates (squelette calcaire du plancton) Formation de carbone fossile

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63 Principaux facteurs responsables de l'augmentation des GES dans latmosphère Combustion du carbone fossile : Production délectricité (centrales thermiques au charbon, au gaz naturel et au fuel) Transport (auto, avion, train, camions, bateaux) Chauffage résidentiel et commercial Industrie Agriculture (machinerie agricole et engrais) et déforestation

64 Déforestation pour faire de l'agriculture (22% des GES émis) Le CO 2 émis suite à la coupe de la forêt (le bois retiré finit par brûler ou se décomposer) peut être retiré de l'atmosphère si le sol permet la repousse d'une biomasse équivalente à celle enlevée. Ce n'est pas toujours le cas, surtout en pays tropicaux où le sol forestier est pauvre et s'épuise rapidement après son exploitation agricole. Le sol forestier (ou de prairie) contient 5 à 10 fois plus de matière organique enfouie que le sol agricole. La décomposition de la matière organique du sol forestier libère du CO 2 et du CH 4. Lutilisation des engrais (naturels ou chimiques) libère des GES (CH 4 et NO 2 ). N.B. dans une forêt mature, la consommation de CO 2 par photosynthèse est égale à la production par respiration et décomposition.

65 En milieu tropical, la déforestation conduit souvent à un appauvrissement important du sol en matière organique. Le sol peut même devenir complètement stérile. Dans une forêt tropicale humide: Température et humidité Production végétale Recyclage de la matière (décomposition et formation de nouvelle matière organique) ==> peu de matière organique au sol (peu d'humus) Après déforestation, lhumus du sol qui nest plus protégé peut être lessivé de ses nutriments et détruit par lérosion de leau ou asséché par le soleil et emporté par le vent ne laissant quun sol pauvre et peu fertile. Le CO 2 dégagé par la combustion et la décomposition de la matière végétale de la forêt nest pas recyclé pour reformer à nouveau de la matière végétale. Répartition de la matière organique dans une forêt nordique et une forêt tropicale.

66 En Haïti, la destruction du couvert forestier a détruit les sols (surtout sur les pentes). Le sol est devenu impropre à lagriculture. Le pays était couvert dune forêt tropicale dense avant la colonisation de lîle. Il ne reste presque plus rien de cette forêt. La grande inondation aux Gonaïves en 2004 lors du passage de louragan Jeanne était surtout due au déboisement. Un sol déboisé ne peut pas absorber leau lors de pluies soudaines et violentes. Leau ruisselle et cause des inondations.

67 Certes ces sols «vieillis, usés par les phénomènes atmosphériques et excessivement lessivés» portent une forêt tropicale humide, mais celle-ci ne dépend pas d'eux pour satisfaire ses besoins en nutriments (Lal 1987:16). Au contraire, l'écosystème forestier tropical s'abstrait du sol et crée son propre cycle de nutriments, qui repose sur sa propre biomasse. Contrairement aux zones tempérées où la taille des arbres de la forêt est en gros proportionnelle à la fertilité du sol, la taille des arbres de la forêt tropicale n'est pas représentative de la teneur en nutriments des sols sous-jacents (Jordan 1982; 1985). Les nutriments migrent des feuilles, des fûts tombés en chablis, etc., par les mycorhizes et les racines superficielles de la litière forestière pour se réintégrer à la biomasse, mais n'atteignent jamais le sol proprement dit (Beckerman 1987:64; Went et Stark 1968). À lire : Sols: Quoique les sols de la zone tropicale humide puissent présenter une grande diversité, ils manquent pour la plupart de nutriments (Jordan 1985). Dans la zone tropicale humide d'Afrique, en Asie du Sud- Est et en Amazonie, les problèmes posés par le déficit en phosphore, la toxicité due à l'aluminium, la faible résistance à la sécheresse, et la faible fertilité inhérente sont courants et bien connus (Sanchez 1987; Lal 1989; Moorman et Kang 1978). La pluviométrie est le facteur qui semble être à l'origine de la médiocrité des sols de la région, car dès que les précipitations dépassent 1000 millimètres, on constate que les sols sont habituellement acidifiés et lessivés (Sanchez 1987). Les carences en nutriments présentées par les sols tropicaux sont le principal facteur limitant la productivité. suit e

68 Avec la déforestation, la protection du sol assurée par la forêt disparaît. Les sites déboisés, surtout s'ils occupent plus de quelques hectares, subissent une érosion accélérée, grave le cas échéant, dès qu'ils sont exposés à de fortes pluies. La vulnérabilité du sol à l'érosion est déterminée par la superficie de la zone défrichée et la méthode utilisée. Si l'éclaircie est petite, de superficie inférieure à 2 ou 3 hectares, et si elle reste entourée par la forêt, la végétation réapparaîtra rapidement, et la perte de sol par érosion sera minime. Si la superficie est plus grande, le sol s'appauvrira rapidement en nutriments et subira davantage les effets de l'érosion. Mais même une petite ouverture peut occasionner de forts écoulements superficiels et provoquer des phénomènes érosifs si elle est pratiquée selon des méthodes très perturbatrices. Archives de documents de la FAO 390F01.htm 390F01.htm Une fois que la déforestation s'est produite et que le cycle des nutriments de l'écosystème forestier est rompu, le sol perd ses nutriments et sa structure physique est affaiblie. Même si la forêt tropicale n'était pas dépendante du sol pour son approvisionnement en nutriments, les racines des arbres exerçaient une fonction fixatrice et permettaient l'infiltration de l'eau, tandis que la litière forestière protégeait le substrat de la pluie (Goudie 1984). Une fois cette litière forestière enlevée, le sol devient sensible au phénomène de compactage, il perd ses propriétés de rétention de l'eau, et ne peut plus abriter une macro-faune importante (vers de terre et termites), qui lui apportait des nutriments et en améliorait la structure physique (Lal 1987).

69 A l'échelle de la planète, la déforestation est un phénomène dont l'ampleur s'accentue chaque année : 11 millions d'hectares/an déforestés en 1980, 15 millions d'hectares/an déforestés en 1990, probablement plus de 20 millions d'hectares/an en Elle affecte pour l'essentiel les forêts tropicales : en 1990, les évaluations étaient de : 7 millions d'hectares/an en Amérique latine, soit 0,8 % des forêts existantes, 4 millions d'hectares/an en Afrique, soit 0,7% des forêts, 4 millions d'hectares/an en Asie, soit 1,2% des forêts. DONC, un peu moins de 1% des forêts tropicales disparaît par année.

70 Chaque année, km 2 de forêt tropicale sont détruits. Une surface représentant approximativement la moitié du territoire français. Les arbres disparus, le sol est mis en culture mais, généralement, de façon provisoire. Plus de 100 millions de personnes vivent encore de l'agriculture itinérante, un mode d'exploitation archaïque consistant à brûler la végétation et à cultiver ensuite les sols ainsi défrichés durant trois ou quatre ans, jusqu'à leur épuisement. On connaît la pauvreté des sols forestiers tropicaux et leur extrême sensibilité à l'érosion, dès lors que la couverture forestière qui les protège a disparu. Après trois ou quatre années de culture, les sols épuisés sont abandonnés et le même processus se reproduit ainsi indéfiniment. Environ km 2 de forêt amazonienne, une superficie supérieure à celle de l'Autriche, sont ainsi détruits chaque année avec de très faibles possibilités de régénération. Au rythme actuel de la déforestation, la plupart des pays du Sud-Est asiatique n'auront plus aucun arbre d'ici 40 ans. À lire : suit e

71 Une estimation rapportée par François Ramade, éminent spécialiste de ces problèmes, est significative : chaque jour verrait s'éteindre cinq espèces de plantes propres aux forêts tropicales, alors que le rythme naturel d'extinction des espèces qui, on le sait, ne sont pas éternelles, est estimé à une tous les 27 ans, en l'absence de toute intervention humaine. À ce rythme, plus de 20 % des espèces végétales peuplant la planète pourraient disparaître d'ici Le bilan n'est pas plus encourageant en ce qui concerne les animaux, dont on estime que 15 % des espèces d'oiseaux et 25 % des espèces de mammifères sont dès à présent, elles aussi, menacées de disparition. Jean-Marie Pelt Président de l'Institut européen d'Écologie, professeur émérite de l'université de Metz, Les forêts tropicales humides abritent 75% à 90% des espèces vivantes de la planète.

72 Les émissions de GES dans le monde et au Canada La Chine a supplanté les Etats-Unis en tant que premier émetteur de CO 2 en En 2008, les émissions chinoises de GES correspondrait à 22% des émissions mondiales. Tous les sept à dix jours, une nouvelle centrale au charbon ouvre ses portes quelque part en Chine. Émissions de CO 2 et population par pays

73 Les proportions peuvent varier selon les pays et les régions. Production mondiale de GES

74 CANADA Automobiles et petits camions = 92 mT = 12,4% Le transport routier représente ~20% des GES émis par le Canada (~12% pour le transport des particuliers). Pour se conformer aux accords de Kyoto, il faudrait diminuer les émissions de GES dun peu plus de 26%. Même en supprimant toutes les automobiles, on serait encore loin du compte ! Environ 50Mt provenant de lextraction du pétrole des sables bitumineux

75 Chiffres de 1999 CANADA PROVINCES 224 Mt eq CO 2 en 2004 ~ 760 Mt déquivalent CO 2 / année (chiffres de 2004)

76 Émissions au Québec (2003) QUÉBEC ~ 100 Mt déquivalent CO 2 / année (chiffres de 2004)

77 Conséquences néfastes possibles de laugmentation du taux des GES dans latmosphère Augmentation de température Augmentation du niveau des océans Variations des précipitations Augmentation des tempêtes et ouragans Baisse de la biodiversité Augmentation des maladies tropicales

78 Augmentation de température due à leffet de serre Même si on arrêtait aujourdhui toutes les émissions humaines de gaz à effet de serre, la température continuerait quand même à augmenter. Selon le scénario envisagé, la température moyenne de la planète devrait augmenter de 1,5 à 5 degrés dici 2100 avec un maximum de probabilité autour de 3 degrés. Rapport du GIEC Groupe dexperts intergouvernemental sur lévolution du climatGIEC GIEC 2007

79 Hausse prévue dici 2100 selon les différents scénarios du GIEC Scénario B1 : augmentation de 30% de la consommation dénergie fossile jusquen 2050 puis baisse jusquà 30% de moins quaujourdhui en Le taux de CO 2 atteint 550 ppm. Scénario A2 : augmentation constante de la consommation dénergie fossile jusquà 4 fois la consommation daujourdhui en Le taux de CO 2 atteint 840 ppm. Scénario B2 : augmentation de la consommation dénergie fossile jusquà 2,5 fois la consommation daujourdhui en Stabilisation à ce niveau par la suite. Le taux de CO 2 atteint 605 ppm. Scénarios du GIEC

80 Changements de température prévus pour 2100 selon le scénario A2 du GIEC Le scénario A2 suppose une augmentation constante de la consommation dénergie fossile jusqua`4 fois la consommation daujourdhui en 2100 Notez que laugmentation de température sera plus prononcée dans les hautes latitudes quà léquateur. GIEC 2007

81 Changements de température prévus pour 2100 selon le scénario B2 du GIEC GIEC 2007 Selon le scénario B2, la consommation dénergie fossile augmente jusquen 2050 pour atteindre 2,5 fois la consommation actuelle. La consommation se stabilise à ce niveau jusquen 2100.

82 Augmentation du niveau des océans Le niveau des océans est directement relié à la température. Une hausse de température de la planète entraînera une hausse du niveau des océans. Variations du niveau des océans depuis 550 millions dannées

83 Le niveau des océans varie en fonction de la température Au cours de la dernière période glaciaire, le niveau des océans était à plus de 100 m sous le niveau actuel.

84 GIEC 2007 Observations depuis 1700

85 Hausses prévues dici 2100 selon les différents scénarios envisagés par le GIEC GIEC 2007

86 Expansion thermique de leau Le volume des océans augmente si leur température augmente. Fonte des glaciers continentaux Une grande quantité deau est actuellement stockée dans les glaces du Groenland et de lAntarctique. La fonte totale de ces glaces (ce qui prendrait au moins quelques milliers dannées) pourrait entraîner une hausse du niveau des océans de plusieurs mètres. N.B. La fonte de la glace de mer na pas dincidence sur le niveau de leau (puisquelle flotte sur leau). Causes de la hausse du niveau de leau : Durée Augmentation du niveau de la mer Fonte des glaciers de montagne Moins d'un siècle30 cm Fonte du Groenland Quelques milliers d'années7 m Fonte de l'Antarctique Plusieurs milliers d'années80 m

87 Un réchauffement de 2 à 5 ºC pourrait entraîner la disparition complète de la glace au Groenland ce qui ferait augmenter le niveau des océans de 7 à 8 m. À 1000 ppm de CO 2, la fonte totale des glaces du Groenland prendrait environ 3000 ans. Plus si le taux de CO 2 se stabilise à des valeurs moindres.

88 - 125 m + 50 m m

89 Variation des précipitations De façon générale, les précipitations globales augmentent lorsque la température augmente. Mais, alors que les précipitations pourraient augmenter à certains endroits, elles pourraient diminuer à dautres. Les modèles actuels de prévision ne sont pas assez précis pour le confirmer. GIEC 2007 Scénario A2

90 Baisse de la biodiversité Une augmentation rapide de la température entraînera des bouleversements écologiques pouvant conduire à lextinction de plusieurs espèces. Espèces les plus menacées = « les spécialistes » Cest-à-dire les espèces adaptées à un mode de vie et à un milieu très spécifiques. Ex. ours polaire Les espèces peuvent sadapter par évolution à un changement de climat, mais pas à un changement aussi rapide que celui qui est prévu.

91 On ignore à quel point les forêts tropicales humides seront touchées. Celles-ci renferment la plupart des espèces animales et végétales de la planète. Si elles se réduisent, un grand nombre despèces risquent de disparaître. On ignore aussi si les forêts parviendront à progresser vers le Nord assez vite pour suivre le changement de climat. L'humain, par contre, peut rapidement reboiser de vastes superficies s'il le faut. La croissance des arbres est lente (plusieurs dizaines dannées). Certaines espèces, surtout celles aux graines lourdes comme le chêne, progressent lentement. Il y a une limite à la vitesse à laquelle une espèce végétale peut augmenter son aire de distribution.

92 Autres conséquences : Augmentation des tempêtes et ouragans ? Augmentation des maladies tropicales ??? La chaleur est la source dénergie du vent et des ouragans. Une augmentation de la température pourrait augmenter la force et la fréquence des événements climatologiques catastrophiques. Mais beaucoup dautres facteurs jouent aussi. Pour le moment, on ne peut rien conclure avec certitude. Certains le prétendent. Laugmentation de la température pourrait favoriser lextension de certains insectes vecteurs de maladie. Par contre, la dissémination de ces maladies semblent beaucoup plus liée à labsence de services médicaux acceptables et daménagement quà la température.

93 Les émissions de gaz à effet de serre devraient diminuer à partir de 2050 (épuisement des ressources). Mais la température continuera quand même à augmenter. Le niveau des océans devrait continuer à augmenter pendant quelques milliers dannées. Le taux de CO 2 se stabilisera, mais ne rebaissera pas avant des milliers dannées. GIEC 2007

94 Le Protocole de Kyoto est un document qu'environ 180 pays ont signé à Kyoto, au Japon, en décembre 1997.Protocole de Kyoto Les participants s'entendent pour réduire les émissions de six gaz à effet de serre (GES) de 5,2 % entre 2008 et 2012, par rapport aux niveaux de Les États-Unis sengagent à réduire leurs émissions de 7 %, le Canada de 6 %, et l'Union européenne de 8 % par rapport au taux de Les pays en développement, y compris l'Inde et la Chine, le deuxième pollueur du monde, sont exemptés. La Russie aussi puisque son taux d'émission actuel est plus faible que celui de Les USA ont refusé d'accorder ces exemptions aux pays en développement et à la Chine; c'est pourquoi, entre autres raisons, ils ont finalement refusé dentériner le protocole. Plusieurs états américains ont quand même mis en place des réformes pour sy conformer sans toutefois adhérer au protocole. Ex. Schwarzenegger part en guerre contre les gaz à effet de serreSchwarzenegger part en guerre contre les gaz à effet de serre Le protocole de Kyoto

95 Attention, dans certains documents les chiffres sont en equivalent Carbone (eq C). Ce nest pas la même chose que léquivalent CO 2 (eq CO 2 ) 1 eq C = 3,7 eq CO 2 Engagements du Canada Réduction de 6% des émissions par rapport au niveau de 1990 dici 2012 soit passer de 758 Mt (2004) à 565 Mt eq.CO 2 Les émissions nont pas cessé daugmenter depuis 1990 Il faudrait, dici 2012, réduire les émissions de 25% par rapport aux émissions de 2004 (758 Mt) soit environ 193 Mt eq CO 2 À long terme, réduction de 65% des émissions actuelles dici = 601 Mt 2004 = 758 Mt Objectif = 565 Mt 44g/12g Le respect des objectifs de Kyoto (au Canada) coûterait 100 milliards $

96 Kyoto permettrait de mettre en place le concept de bourse du carbone. Chaque compagnie produisant des GES se verrait accorder une limite du volume de CO 2 (ou déquivalent CO 2 pour les autres GES) pouvant être émis. Cette limite serait établie en fonction des engagements du pays à réduire ses émissions. Une compagnie qui ne pourrait respecter sa limite de production de GES devrait acheter des droits démission à dautres compagnies. Une compagnie qui émettrait moins de GES que sa limite permise, pourrait vendre ses surplus de droits démission. Une bourse centralisée permettrait de vendre et dacheter ces droits démission de CO 2 dont les prix fluctueraient en fonction de loffre et de la demande (comme tout marché boursier). Le marché pourrait se faire aussi entre pays.

97 Kyoto ne serait qu'un début (fort modeste) : Le respect de ces accords par tous les pays concernés ne ferait que retarder de 6 ans le réchauffement prévu. On atteindrait en 2100 la température prévue pour Bjorn Lomborg, professeur de statistique au département de Sciences politiques de lUniversité dAarhus, au Danemark, et auteur de « The Skeptical Environmentalist » (Cambridge University Press). Pour stopper l'accroissement du taux de CO 2 dans l'atmosphère, il faudrait réduire les émissions mondiales d'au moins 50% par rapport à leur niveau de Pour une population qui se stabiliserait à 6 milliards (ce qui ne sera pas le cas), cela représente une limite d'environ 500 Kg déquivalent carbone par habitant soit 1/12 des émissions moyennes dun américain. Encore moins si la population grimpe à 9 ou 10 milliards dhabitants (ce qui est pratiquement certain). Le Canada devra réduire ses émissions de gaz à effet de serre (GES) de 25% par rapport au niveau de 1990 dici 2020, et de 80% dici Rapport rendu public le 22 novembre par la Fondation David Suzuki et lInstitut Pembina

98 Que faire ? Utilisation de source dénergie ne produisant pas ou peu de GES. Utilisation de sources dénergie renouvelables (biocarburants) Retrait des GES à la source.

99 Lénergie éolienne Puissance dune éolienne ~ 1 MW à puissance maximum; on se dirige de plus en plus vers des éoliennes de 2- 3 MW Par comparaison, une centrale nucléaire fait environ MW; Manic 5, MW; le complexe La Grande à la baie James, MW (produit la moitié de lélectricité du Québec). Le parc éolien de Cap-Chat est constitué de 76 éoliennes qui produisent, à puissance maximum, 57 MW. Un autre parc, près de Matane, est constitué de 57 éoliennes produisant 43 MW. Une éolienne ne fonctionne que si le vent est dans la fourchette 10 à 90 Km/h. En MOYENNE, la puissance produite en tenant compte des arrêts ou du vent faible = 20 à 25% de la puissance nominale pour les sites les plus venteux (le long des côtes en général). Le rendement peut tomber à 10% pour les sites moins favorables.

100 Lénergie éolienne seule ne peut suffire : le réseau doit fournir à la demande (vent ou pas vent). En pratique, il faut doubler les éoliennes de centrales thermiques pour palier aux périodes peu venteuses. Pour chaque MW de puissance éolienne nominale ajoutée, on doit prévoir la production de 0,9 MW par une centrale traditionnelle. Ces centrales dappoint font augmenter de beaucoup le coût de léolien. Au Québec, plus on augmente la production éolienne, plus il faut construire de centrales conventionnelles pour palier aux périodes sans vent. Le développement de léolien ne peut se faire sans le développement de lhydraulique (ou de centrales thermiques). Une centrale nucléaire ne peut être couplée à léolien (on ne peut pas larrêter et la repartir rapidement). Lénergie éolienne peut quand même permettre déconomiser leau de certains réservoirs hydrauliques. Lénergie éolienne ne peut être que marginale.

101 Le Danemark est le champion mondial de lutilisation de lénergie éolienne : près de 10% de lélectricité produite est dorigine éolienne. Le Danemark est le champion mondial de la quantité de CO 2 dégagé par KWh délectricité produite (~ 200 g eqC / KWh contre 160 pour les USA et 25 pour la France et la Suède. Pourquoi ? Ce qui ne vient pas de léolien vient surtout de centrales au charbon. Pour la même quantité dénergie produite, le charbon dégage beaucoup plus de CO 2 que les autres combustibles. Lextraction et le transport du charbon nécessitent beaucoup dénergie. La combustion du charbon dégage beaucoup plus de CO 2, pour une même quantité dénergie produite, que la combustion des autres ressources fossiles.

102 Le nucléaire écolo ?!! Couverture du rapport annuel aux actionnaires de la compagnie canadienne Cameco, le plus gros producteur duranium au monde Le nucléaire ne produit que peu de gaz à effets de serre (énergie dépensée pour lextraction et le traitement de luranium et la construction de la centrale). Par contre il produit des déchets radioactifs qui doivent être stockés de façon sécuritaire pendant des centaines de milliers dannées. Danger de catastrophe nucléaire (Tchernobil)? Danger de prolifération des armes nucléaires (les centrales produisent du plutonium pouvant servir à faire des bombes; les usines denrichissement de luranium pourraient être utilisées pour produire de luranium hautement enrichi à usage militaire).

103 Le nucléaire pourrait être utilisé pour produire la chaleur nécessaire à lextraction du pétrole des sables bitumineux de lAlberta. Il pourrait aussi être utilisé pour produire de lhydrogène pour les véhicules (encore de nombreux obstacles technologiques à surmonter avant que ce soit possible). Le retour du nucléaire Un reportage de lémission Découverte de Radio-Canada Centrale de Gentilly II à Varenne

104 Lhydrogène Sa combustion ne produit que de leau. Lhydrogène nest pas une source dénergie, mais une façon de la stocker. Il faut de lénergie pour extraire lhydrogène de leau. Difficile et dangereux à stocker. Peut servir à faire de lélectricité par lintermédiaire de piles à hydrogène. Honda FCX Hydrogen Son moteur électrique est alimenté par des piles à hydrogène. L'hydrogène est stocké à haute pression (5000 psi) dans un réservoir. Autonomie ~ 400 Km

105 Les biocarburants Bois de chauffage. Éthanol produit à partir de canne à sucre, de maïs, de blé ou de betterave à sucre. Huile végétale pure ou estérifiée utilisée à la place du diesel. Méthane obtenu par fermentation anaérobique de déchets organiques. Le CO 2 dégagé par la fermentation et la combustion d'un biocarburant avait été retiré de l'atmosphère par la plante ayant fourni ce biocarburant. Le bilan CO 2 est donc nul.

106 La culture de plantes pour fournir de lénergie entraîne son cortège de problèmes environnementaux liés à lagriculture : déforestation, pollution par les engrais (eutrophisation), dégagement de N 2 O et CH 4. Sans compter lénergie fossile utilisée pour produire les engrais azotés. On estime que pour produire 10 tep de d'éthanol en pays tempéré, (tep = tonne équivalent pétrole) il faut dépenser 9 tep dénergie; le plus souvent sous forme dénergie fossile! Cependant, ces chiffres sont controversés. MAIS La surface des terres arables ne cesse de diminuer et la population ne cesse daugmenter. Bientôt, il ny aura plus assez de terres cultivées pour nourrir la population de la planète. On peut donc difficilement se permettre dutiliser lagriculture pour faire du carburant. Même si on consacrait 100% des terres agricoles à la production de biocarburant, on ne pourrait fournir que 40% de la consommation actuelle en carburant. Lutilisation daliments comme carburant a pour effet de faire augmenter le prix de ces aliments; dans les pays pauvres, leffet peut être catastrophique (le prix des aliments augmente en flèche; les plus pauvres ne peuvent plus se les payer).

107 Le retrait à la source Séquestration du CO 2 produit Dans des couches géologiques profondes ou des nappes deau salée à grande profondeur. Dans danciens puits de pétrole ou de gaz naturel épuisés. Dans les profondeur de locéan (plus de 1000m). Solutions qui ne seraient pas actuellement rentables (plus de 100$ la tonne de CO 2, ce qui est prohibitif). Il faut dépenser beaucoup dénergie pour transporter et injecter le CO 2. On ignore les risques liés à la séquestration dans locéan (lacidification de leau entre autre, sans compter le fait que ce CO 2 va un jour revenir à la surface et dans latmosphère par la circulation thermohaline). Certains évoquent le risque que des tremblements de terre libèrent le CO 2 accumulé.

108 Carbonation minérale Solution étudiée par la compagnie CO 2 Solution.CO 2 Solution Le CO 2 des gaz déchappement des installations fixes (centrales thermiques, par exemple) serait transformé en bicarbonates par des réacteurs enzymatiques utilisant lenzyme anhydrase carbonique. CO 2 + H 2 OH 2 CO 3 H + + HCO3 - anhydrase carbonique Encore de nombreux obstacles techniques à surmonter avant la mise en application à léchelle industrielle (entre autre, réduire les coûts). Voyez- vous les quels ? Transformation du CO 2 en magnésite. Ex. transformation du CO 2 en magnésite en le combinant avec de la serpentine MgSiO 5 (OH) CO 2 3 MgCO SiO H 2 O + 64kJ/mole Transformation du CO 2 émis en bicarbonate de soude Pour en savoir plus

109 CO 2 Capture and Storage

110 La cause première de tous nos problèmes denvironnement :

111 FIN


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