Il existe à la fois des sources humaines que des sources naturelles d'émissions de dioxyde de carbone sont à la fois naturelles et humaines. Les sources naturelles incluent la décomposition, le rejet océanique et la respiration. Les sources humaines proviennent d'activités telles que la production de ciment, la déforestation et l'utilisation de combustibles fossiles, comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel.
En raison des activités humaines, la concentration atmosphérique de dioxyde de carbone a considérablement augmenté depuis la révolution industrielle, atteignant de nos jours de dangereux niveaux, inexistants durant ces 3 derniers millions d'années. Les émissions de dioxyde de carbone d'origine humaine sont beaucoup plus faibles que les émissions d'origine naturelle, mais elles ont perturbé l'équilibre naturel existant depuis des milliers d'années avant l'influence de l'être humain.
L'équilibre naturel est dû au fait que les puits de carbone naturels éliminent plus au moins la même quantité de dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère, que la quantité de dioxyde de carbone produite par les sources naturelles. Jusqu' à présent, ce mécanisme avait permis de maintenir les niveaux de dioxyde de carbone en équilibre et dans une marge de sécurité. Néanmoins, les sources humaines ont perturbé cet équilibre naturel, par le fait d'ajouter du dioxyde de carbone dans l'atmosphère sans pour autant en éliminer.
Sources Humaines
Depuis la révolution industrielle, les sources humaines d'émissions de dioxyde de carbone se sont multipliées. Les activités humaines, telles que la combustion de pétrole, de charbon et de gaz, ainsi que la déforestation, sont les causes principales de l'augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Près de 87% des émissions de dioxyde de carbone attribuables à l'homme, proviennent de la combustion de combustibles fossiles, tels que le charbon, le gaz naturel et le pétrole. Le reste provient du défrichage des forêts et autres changements dans l'utilisation des sols (9%), ainsi que de certains procédés industriels, comme la fabrication de ciment (4%).
Schéma 1:Source: Le Quéré, C. et al. (2013). The global carbon budget 1959-2011. [Le bilan mondial du carbone 1959-2011.]
Utilisation des combustibles fossiles
La source humaine d'émissions de dioxyde de carbone la plus considérable provient de la combustion de combustibles fossiles. Cette activité produit 87% des émissions de dioxyde de carbone de source humaine. La combustion de ces combustibles libère de l'énergie, une énergie pour la plupart transformée en chaleur, en électricité ou en carburant utilisé dans le secteur des transports. Parmi quelques exemples d'usage de ces combustibles, citons les centrales électriques, les voitures, les avions et les installations industrielles. En 2011, l'utilisation de combustibles fossiles a créé 33,2 milliards de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone dans le monde.
Les 3 types de combustibles fossiles qui sont les plus utilisés sont le charbon, le gaz naturel et le pétrole. Le charbon est responsable de 43% des émissions de dioxyde de carbone provenant de la combustion de combustibles, 36% sont produites par le pétrole et 20% proviennent du gaz naturel.
Le charbon est le combustible fossile le plus intensif: Pour chaque tonne de charbon brûlé, sont produites environ 2,5 tonnes de dioxyde de carbone. De tous les différents types de combustibles fossiles, le charbon est celui qui produit le plus de dioxyde de carbone. De ce fait, et en raison de son taux d'utilisation élevé, le charbon est la source de combustibles fossiles la plus importante au niveau des émissions de dioxyde de carbone. Le charbon représente un tiers de la contribution des combustibles fossiles à l'approvisionnement mondial en énergie primaire, mais il est responsable de 43% des émissions de dioxyde de carbone provenant de l'utilisation de combustibles fossiles.
Toute activité impliquant l'utilisation d'un combustibles fossile, est invariablement associée à une émission de dioxyde de carbone. Ainsi, par exemple, la combustion de ces combustibles libère non seulement de l'énergie, mais aussi du dioxyde de carbone, celui-ci se produitant comme sous-produit de la réaction. Consequement, presque tout le carbone stocké dans les combustibles fossiles se transforme en dioxyde de carbone au cours du processus de combustion.
Les trois principaux secteurs économiques qui utilisent des combustibles fossiles sont: électricité/chaleur, transport et industrie. Les deux premiers secteurs, électricité/chaleur et transport, ont produit près de deux tiers des émissions mondiales de dioxyde de carbone en 2010.
Secteur électricité/chaleur
La production d'électricité et de chaleur est le secteur économique qui produit la plus grande quantité d'émissions de dioxyde de carbone attribuables à l'homme. En 2010, ce secteur a produit 41% d'émissions de dioxyde de carbone liées aux combustibles fossiles. Dans le monde entier, ce secteur dépend fortement du charbon, qui est le combustible fossile le plus intensif parmi tous; Ceci explique ainsi l'énorme empreinte carbone de ce secteur.
Presque tous les pays industrialisés obtiennent la majorité de leur électricité à partir de la combustion de combustibles fossiles (environ 60-90%). Seuls le Canada et la France sont l'exception. Selon la variété énergétique de votre compagnie d'électricité locale, vous remarquerez sans doute que l'électricité que vous utilisez à la maison et au travail, a un impact considérable sur les émissions de gaz à effet de serre.
Le tableau ci-dessous montre le pourcentage d'énergie électrique produite par la combustion de combustibles fossiles en fonction de chaque nation membre du G8; pour la liste complète de toutes les nations cliquez ici.
Tableau 1:
Énergie Électrique Produite par la Combustion des Combustibles Fossiles |
(Milliards de Kilowattheure) |
|
|
|
Pays du G8 |
Combustion de Combustibles Fossiles |
Total |
% |
Canada |
154.55 |
569.41 |
27.1% |
France |
52.23 |
535.45 |
9.8% |
Germany |
354.78 |
561.57 |
63.2% |
Italy |
223.16 |
268.18 |
83.2% |
Japan |
640.17 |
982.76 |
65.1% |
Russia |
569.72 |
869.07 |
65.6% |
United Kingdom |
278.21 |
373.26 |
74.5% |
United States |
2,758.65 |
3,891.72 |
70.9% |
Source: International Energy Database (2008), Energy Information Administration. [Base de données Internationale sur l'Énergie (2008), L'Agence d'Information sur l'Énergie.]
Les secteurs de l'industrie, du logement et du commerce sont les principaux utilisateurs d'électricité, couvrant 92% de l'utilisation. L'industrie est le plus grand consommateur des trois parce que certains procédés de fabrication nécessitent une très grande consommation d'énergie. Plus précisément, la production de produits chimiques, de fer, d'acier, de ciment, d'aluminium, ainsi que de pâte et de papier, compte pour la grande majorité de la consommation d'électricité à usage industriel. Les secteurs résidentiel et commercial dépendent en très grande partie de l'électricité pour répondre à leurs besoins énergetiques, en particulier pour l'éclairage, le chauffage, la climatisation et les appareils électroménagers.
Secteur des transports
Le secteur des transports constitue la deuxième source majeure d'émissions de dioxyde de carbone attribuable à l'homme. En 2010, le transport des marchandises et des personnes à travers le monde, a produit 22% des émissions de dioxyde de carbone liées aux combustibles fossiles. Ce secteur nécessite une très grande consommation d'énergie, et, pour répondre à ses besoins, utilise presque exclusivement des carburants dérivés du pétrole (essence, diesel, kérosène, etc.). Depuis les années 1990, les émissions liées au transport se sont accrues rapidement, augmentant de 45% en moins de 20 ans.
Le transport routier représente 74% des émissions de dioxyde de carbone du secteur des transports. Les automobiles, les camions de fret et les camions légers sont les sources principales d'émissions pour l'ensemble du secteur des transports, et les émissions provenant de ces trois modes de transport ont régulièrement augmenté depuis 1990. Outre les véhicules routiers, les autres sources importantes d'émissions pour ce secteur sont la navigation maritime et l'aviation mondiale.
Le transport maritime produit 14% des émissions de dioxyde de carbone dues au transport. Bien qu'il y ait beaucoup moins de navires que de véhicules routiers qui soient utilisés dans le secteur des transports, les navires utilisent le carburant le plus polluant sur le marché, un carburant si peu raffiné qu'il peut être suffisamment solide pour être traversé à température ambiante. De ce fait, le trafic maritime est responsable de plus de 1 milliard de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone, dépassant ainsi les émissions annuelles de plusieurs pays industrialisés (Allemagne, Corée du Sud, Canada, Royaume-Uni, etc.), et ce secteur continue de croître rapidement.
L'aviation mondiale représente 11% des émissions de dioxyde de carbone issues du secteur des transports. Les vols internationaux créent environ 62% de ces émissions et les vols intérieurs représentent 38%. Au cours des 10 dernières années, l'aviation a été l'une des sources d'émissions de dioxyde de carbone la plus fortement en croissance. L'aviation est également la forme de transport la plus intensive au niveau du carbone, et en conséquece, sa croissance est accompagnée d'un impact considérable sur le changement climatique.
Schéma 2:Source: CO2 Emissions from Fuel Combustion (2012), International Energy Agency. [Émissions de CO2 provenant de la combustion de combustibles (2012), Agence Internationale de l'Énergie.]
La schéma 2 souligne l'une des tendances les plus alarmantes dans l'économie moderne actuelle. Les d'émissions issues du transport des personnes et des marchandises ont augmenté si rapidement, qu'elles ont dépassé les émissions du secteur industriel, ce qui a eu pour cause, un énorme impact sur le changement climatique. Cette tendance a commencé dans les années 1990, et elle se poursuit depuis, ce qui entraîne une augmentation des émissions indirectes.
Les émissions causées par le transport des marchandises sont des exemples d'émissions indirectes, car le consommateur n'a aucun contrôle direct sur la distance entre l'usine et le magasin. Les émissions causées par les personnes qui voyagent (en voiture, en avion, en train, etc.) sont des exemples d'émissions directes, car les personnes peuvent choisir où elles vont se rendre et par quel moyen.
Étant donné que la distance parcourue par les marchandises durant leur production continue de s'accroître, l'industrie des transports se voit obligée de combler l'écart et finit par créer davantage d'émissions indirectes. Le plus grave, c'est que plus de 99% des émissions de dioxyde de carbone causées par le transport des personnes et des marchandises dans le monde entier, provient de la combustion de combustibles fossiles.
Secteur industriel
Le secteur industriel est la troisième source anthropogénique majeure d'émissions de dioxyde de carbone. En 2010, ce secteur a produit 20% des émissions de dioxyde de carbone liées aux combustibles fossiles. Le secteur industriel comprend 4 domaines: la fabrication, la construction, l'exploitation minière et l'agriculture. La fabrication est le domaine le plus important du secteur industriel, et se divise en 5 catégories principales: le papier, les aliments, les produits du pétrole, les produits chimiques, ainsi que les produits métalliques et minéraux. Ces catégories représentent la grande majorité de l'utilisation de combustibles fossiles et des émissions de CO2 du secteur industriel.
La fabrication et autres procédés industriels s'ajouttent, pour produire de grandes quantités de differents gaz à effet de serre, et plus particulièrement de grandes quantités de CO2. Ceci est dû au fait que de nombreuses installations de fabrication utilisent les carburants fossiles de façon directe, pour créer la chaleur et la vapeur nécessaire aux divers stades de production. Par exemple, les usines de l'industrie du ciment doivent chauffer le calcaire jusqu'à 1,450°C pour le transformer en ciment, un procédé qui utilise la combustion de combustibles fossiles pour créer la chaleur requise.
Modification de l'utilisation des terres
Les modifications de l'utilisation des terres sont une source importante d'émissions de dioxyde de carbone au niveau mondial, représentant 9% des émissions anthropogéniques de dioxyde de carbone; En 2011, les modifications de l'utilisation des terres ont contribué 3,3 milliards de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone. Les modification de l'utilisation des terres surviennent lorsque l'environnement naturel est converti en zones à usage humain, comme des terres agricoles ou des colonies. De 1850 à 2000, l'utilisation des terres et les changements d'utilisation des terres ont libéré environ 396-690 milliards de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, ce qui constitue 28-40% du total des émissions anthropogéniques de dioxyde de carbone.
La déforestation a été responsable de la grande majorité de ces émissions. La déforestation, ou suppression permanente des forêts intactes, constitue le type le plus important de changement d'utilisation des terres, à cause de son impact sur les émissions de gaz à effet de serre. Dans de nombreuses régions, les forêts ont été défrîchées pour le bois, ou réduites en cendres pour l'aménagement d'exploitations agricoles et de pâturages. Quand une terre forestière est déboisée, de grandes quantités de gaz à effet de serre sont libérées, ayant pour conséquence l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone, de trois façons différentes.
Les arbres agissent comme un puits de carbone. Ils retirent le dioxyde de carbone de l'atmosphère grâce à la photosynthèse. Lorsque les forêts sont défrîchées pour créer des fermes ou des pâturages, les arbres sont abattus et sont soit brûlés, soit décomposés, ce qui ajoute du dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Par le fait de réduire la quantité d'arbres disponibles, la déforestation a aussi pour conséquence de réduire une partie du dioxyde de carbone normalement absorbé par les forêts de notre planète. Lorsque la déforestation survient pour créer de nouvelles terres agricoles, les cultures, qui remplacent les arbres, agissent elles aussi comme puits de carbone, mais elles ne sont pas aussi efficaces que les forêts. Quand les arbres sont coupés pour du bois d'œuvre, le bois se voit conservé, ce qui maintient le carbone, mais le puits de carbone crée par les forêts est réduit en raison de la perte des arbres.
La déforestation provoque aussi de graves changements dans la façon dont le carbone est stocké dans le sol. Lorsque une terre boisée est défrîchée, des émissions de dioxyde de carbone sont crées par la perturbation du sol et par l'augmentation du taux de décomposition du sol converti. De plus, le défrîchage en lui-même augmente l'érosion du sol et la perte d'éléments nutritifs, ce qui a pour conséquence de réduire davantage la capacité d'une région à agir comme puits de carbone.
Procédés industriels
De nombreux procédés industriels produisent des quantités importantes d'émissions de dioxyde de carbone, suite aux réactions chimiques liberant du dioxyde de carbone comme sous-produit. Les procédés industriels représentent 4% des émissions anthropogéniques de dioxyde de carbone; En 2011, ils ont contribué 1,7 milliards de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone.
De nombreux procédés industriels émettent du dioxyde de carbone de façon directe, par le biais de la combustion des combustibles fossiles, mais aussi de façon indirecte, par l'intermédiaire de l'utilisation de l'électricité générée par les combustibles fossiles. Néanmoins, il y a quatre types de proçedés industriels majeurs, qui représentent une source importante d'émissions de dioxyde de carbone: la production et la consommation de produits minéraux comme le ciment, la production de métaux tels que le fer et l'acier, la production de produits chimiques et celle de produits pétrochimiques.
Parmi tous les procédés industriels, la production de ciment produit le plus de dioxyde de carbone. Pour créer l'ingrédient principal du ciment, l'oxyde de calcium, le calcaire est chimiquement transformé en étant chauffé à une température très élevée. Ce procedé produit de grandes quantités de dioxyde de carbone comme sous-produit de la réaction chimique; de telles quantités, que la production de 1000 kg de ciment génère près de 900 kg de dioxyde de carbone.
La production d'acier est un autre procédé industriel qui constitue une source importante d'émissions de dioxyde de carbone. Pour créer de l'acier, le fer est fondu, puis raffiné, afin d'abaisser son contenu en carbone. Ce procédé utilise de l'oxygène, celui-ci étant combiné avec le carbone du fer, créeant ainsi du dioxyde de carbone. En moyenne, 1,9 tonnes de CO2 sont émises pour chaque tonne d'acier produite.
Les combustibles fossiles sont aussi utilisés pour créer des produits chimiques et pétrochimiques, par des procédés qui génèrent des émissions de dioxyde de carbone. Les productions industrielles d'ammoniaque et d'hydrogène utilisent frequement le gaz naturel, ou d'autres combustibles fossiles, comme base de départ, créant ainsi du dioxyde de carbone dans le processus. Les produits pétrochimiques, comme les matières plastiques, les solvants et les lubrifiants, sont créés à l'aide du pétrole. Ces produits s'évaporent, se dissouent, ou s'usent avec le temps, libérant ainsi du dioxyde de carbone.
Sources Naturelles
En plus d'être produit par les activités humaines, le dioxyde de carbone est également libéré dans l'atmosphère par des processus naturels. Les océans, les sols, les plantes, les animaux et les volcans sont toutes des sources naturelles d'émissions de dioxyde de carbone.
Les sources humaines de dioxyde de carbone sont beaucoup plus faibles que les émissions naturelles, mais elles perturbent l'équilibre dans le cycle du carbone, un équilibre qui existait avant la révolution industrielle. La quantité de dioxyde de carbone produite par les sources naturelles est entièrement compensée par les puits naturels de carbone, et l'a été ainsi pendant des milliers d'années. Avant l'influence des êtres humains, les niveaux de dioxyde de carbone étaient assez stables en raison de cet équilibre naturel.
De toutes les émissions de dioxyde de carbone produites naturellement, 42,84% proviennent de l'échange entre l'océan et l'atmosphère. D'autres sources naturelles d'origine végétale et animale importantes, incluent la respiration (28,56%), ainsi que la respiration du sol et la décomposition (28,56%). Un faible montant est également issu des éruptions volcaniques (0.03%).
Schéma 3:Source: IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change 2007, Intergovernmental Panel on Climate Change. [GIEC Quatrième Rapport d'Évaluation: Changement Climatique 2007, Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat.]
Échange océan-atmosphère
La source naturelle d'émissions de dioxyde de carbone la plus importante provient de l'échange entre l'océan et l'atmosphère. Cet échange produit 42,84 % des émissions de dioxyde de carbone naturelles. Les océans contiennent du dioxyde de carbone dissous, qui est libéré dans l'air à la surface de la mer. Chaque année, ce processus crée environ 330 milliards de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone.
De nombreuses molécules se déplacent entre l'océan et l'atmosphère, par le processus de diffusion, le dioxyde de carbone étant l'une d'entre elles. Ce mouvement survient dans les deux directions, de sorte que les océans libérent du dioxyde de carbone, et en absorbent simultanément. Les effets de ce mouvement peuvent être facilement observés, par example, lorsque de l'eau est laissée dans un verre pour un certain temps: des gaz sont libérés, créant des bulles d'air. Le dioxyde de carbone est parmi les gaz présents dans ces bulles d'air.
Respiration végétale et animale
Une source naturelle de dioxyde de carbone considérable est la respiration végétale et animale, celle-ci représentant 28,56% des émissions naturelles. Le dioxyde de carbone est un sous-produit de la réaction chimique que les plantes et les animaux utilisent pour produire l'énergie dont ils ont besoin. Chaque année, ce processus crée environ 220 milliards de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone.
Les plantes et les animaux utilisent la respiration pour produire de l'énergie, celle-ci étant utilisée comme carburant pour les activités de base, comme le mouvement et la croissance. Ce processus utilise de l'oxygène pour briser les substances nutritives, telles que les sucres, les protéines et les graisses. Ceci libère de l'énergie qui peut être utilisée par l'organisme, mais crée également de l'eau et du dioxyde de carbone comme sous-produits.
Respiration du sol et décomposition
Une autre source naturelle de dioxyde de carbone importante est la respiration du sol et la décomposition, qui représente 28,56 % des émissions naturelles. De nombreux organismes qui vivent sur le sol de la terre utilisent la respiration pour produire de l'énergie. Parmi eux sont les décomposeurs, qui décomposent la matière organique morte. Ces deux processus libèrent du dioxyde de carbone comme un sous-produit. Chaque année ces organismes du sol créent environ 220 milliards de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone.
Toute respiration qui se produit au-dessous de la surface du sol est considérée comme la respiration du sol. Les racines des plantes, les bactéries, les champignons et les animaux du sol utilisent la respiration pour créer l'énergie dont ils ont besoin pour survivre, mais ceci produit également du dioxyde de carbone. Les décomposeurs qui travaillent sous terre pour briser les matériaux organiques (comme les arbres morts, les feuilles et les animaux) sont également inclus. Le dioxyde de carbone est régulièrement libéré au cours de la décomposition.
Éruptions volcaniques
Une faible quantité de dioxyde de carbone est créé par des éruptions volcaniques, ce qui représente 0,03 % des émissions naturelles. Les éruptions volcaniques libèrent du magma, des cendres, de la poussière et des gaz, des profondeurs de la Terre. L'un des gaz libérés est le dioxyde de carbone. Chaque année ce processus crée environ 0,15 à 0,26 milliards de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone.
Les gaz volcaniques les plus communs sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre. L'activité volcanique entraînera le magma à absorber ces gaz, lors de son passage au travers de la croûte terrestre. Durant les éruptions, ces gaz sont libérés dans l'atmosphère.