# Évolution récente du cycle du carbone planétaire :
facteurs humains et naturels

Roland Séférian, Matthias Rocher, Nicolas Metzl, Philippe Ciais

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Roland Séférian, Matthias Rocher, Nicolas Metzl, Philippe Ciais. Évolution récente du cycle du carbone planétaire: facteurs humains et naturels. La Météorologie, 2016, 8 (93), pp.3-4. 10.4267/2042/59931. hal-01323592

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Dans le monde...

# Évolution récente du cycle du carbone planétaire : facteurs humains et naturels

L'accord de Paris, acté à la COP21, engage les États à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre en général et de dioxyde de carbone (CO₂) en particulier d'ici 2025-2030. De tels engagements nous amènent à porter un regard attentif sur l'évolution récente du cycle du carbone global.

Le cycle du carbone naturel fait principalement intervenir l'atmosphère, les réservoirs de carbone organique de la végétation et des sols, les réservoirs de carbone inorganique, organique et le plancton de l'océan. Aux échanges naturels de CO₂ entre ces réservoirs s'ajoutent d'importantes émissions de CO₂ issues des activités humaines dues à l'utilisation d'énergies fossiles telles que le charbon, le gaz naturel et le pétrole, la fabrication de ciment et l'expansion de l'agriculture au détriment des écosystèmes naturels.

Une partie de ces émissions s'accumule dans l'atmosphère, tandis que le reste est absorbé dans les réservoirs naturels. Le temps d'absorption d'une émission instantanée de CO₂ dans l'atmosphère est très long. Après 100 ans, entre 30 et 40 % du CO₂ initialement émis réside encore dans l'atmosphère selon la quantité émise ; après 1 000 ans, il en reste 20 % ou plus. Cela implique que l'augmentation de l'effet de serre lié aux émissions de CO₂ actuelles et passées aura un impact sur le changement climatique futur sur de très longues échelles de temps.

Le Global Carbon Project<fnref n="1" /> estime que les émissions anthropiques de CO₂ liées à l'utilisation d'énergies fossiles et à la fabrication de ciment ont été de 33 milliards de tonnes de CO₂ par an en moyenne sur la période 2005-2014. Cette quantité est assez bien connue dans la mesure où elle est dérivée des statistiques énergétiques des pays. À cette quantité s'ajoutent les émissions de CO₂ liées à l'utilisation des sols et à la déforestation, qui représentent environ 3,4 milliards de tonnes de CO₂ par an en

moyenne sur cette décennie. Même si cette source de CO₂ reste encore mal quantifiée à ce jour, elle reste très inférieure à celle liée à l'utilisation des énergies fossiles.

Les puits naturels de CO₂ que constituent l'océan et la végétation continentale ont, quant à eux, limité l'accumulation de CO₂ dans l'atmosphère en absorbant respectivement 9,5 et 10,3 milliards de tonnes de CO₂ par an en moyenne sur la période 2005-2014. À ce jour, seul le puits de CO₂ océanique est relativement bien estimé. Les observations réalisées depuis les années 1990 et la modélisation ont permis de déterminer l'ampleur du puits océanique sur cette période. Par contre, le puits de CO₂ dû à la végétation et aux sols est difficile à mesurer ; il est souvent déduit des autres termes du bilan global et reste donc très incertain.

En 2014, près de 36 milliards de tonnes de CO₂ ont été émises par les activités

humaines. Cette année-là, la teneur de CO₂ atmosphérique a franchi le seuil de 400 parties par million (ppm<fnref n="2" />) dans l'hémisphère Nord, soit le niveau le plus élevé de ces 800 000 dernières années. La hausse des émissions anthropiques de CO₂ a pourtant été limitée à 0,6 %, une valeur nettement inférieure à la hausse annuelle moyenne sur la période 2003-2014, estimée à 2,4 %.

Ce fait est remarquable car, dans le passé, les hausses modestes des émissions anthropiques de CO₂ ont toujours correspondu à des chocs économiques d'ampleur mondiale, ce qui n'est pas le cas en 2014.

L'année 2014 a aussi connu une forte absorption naturelle de CO₂ par l'océan et la biosphère terrestre. Après avoir diminué pendant les années 1990, l'absorption de carbone par l'océan Austral – une des principales régions d'absorption de CO₂ de l'océan – a

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Figure 1. Évolution temporelle a) des émissions anthropiques de CO₂ liées à l'utilisation des énergies fossiles et à la fabrication de ciment ; b) du taux de croissance de la teneur en CO₂ de l'atmosphère ; c) de l'indice climatique El Niño 3.4. Les émissions anthropiques de CO₂ sont issues de la compilation d'observations et de statistiques énergétiques du Global Carbon Project. La quantité de CO₂ émise par les activités humaines en 2015 (point rouge) correspond à une estimation réalisée à partir des projections de croissance mondiale. Les projections d'émissions futures de CO₂ anthropique effectuées lors des 4ᵉ et 5ᵉ rapports du Giec sont représentées par les aplats de couleur verte et rouge. Le taux de croissance du CO₂ atmosphérique est issu des observations de la Noaa<fnref n="3" />. L'indice climatique<fnref n="4" /> El Niño 3.4 est calculé à partir d'observations de la température de la mer dans la région délimitée par 170° W-120° W et 5° S-5° N. Les valeurs positives et négatives sont des écarts à la moyenne de cet indice et indiquent respectivement la présence des phénomènes El Niño et La Niña.

<footnote n="1">1. www.globalcarbonproject.org/</footnote>

<footnote n="2">2. 1 ppm en volume est équivalent à 1 cm³ par m³ d'air.</footnote>

<footnote n="3">3. www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/</footnote>

<footnote n="4">4. www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml</footnote>
retrouvé un niveau équivalent à celui des années 1990. Le renforcement des vents d'ouest au niveau du secteur pacifique de l'océan Austral a contribué à stimuler l'absorption de CO₂ dans cet océan. L'absorption de CO₂ par la végétation continentale est d'une amplitude équivalente à celle de 2011, la plus élevée depuis 60 ans. Cette absorption record semble être associée à des facteurs biogéochimiques tels que l'effet fertilisant du CO₂ atmosphérique et des dépôts d'azote réactif, mais aussi des facteurs climatiques tels que le rallongement des saisons de croissance et l'absence de phénomène El Niño sur le Pacifique équatorial en 2014. Par leur action, l'océan et la végétation continentale ont permis de soustraire respectivement 10,7 et 15 milliards de tonnes de CO₂ de l'atmosphère en 2014, bien plus que la moyenne sur 2005-2014.

On estime que la quantité totale de CO₂ pouvant encore être émise sans provoquer une hausse de la température mondiale supérieure à 2 °C se situe dans une fourchette de 500 à 1 100 milliards de tonnes de CO₂. Cela représente une échéance

de l'ordre de 15 à 30 ans si les émissions anthropiques de CO₂ continuent d'augmenter au rythme des dernières années.

Les premières estimations du Global Carbon Project pour l'année 2015 semblent indiquer une légère réduction des émissions anthropiques de CO₂ d'environ 0,6 % (figure 1a). La fourchette encadrant cette valeur, allant d'une réduction de 1,6 % à une augmentation de 0,5 %, reflète la part d'incertitude associée aux projections de la croissance économique, mais également à des facteurs climatiques influant sur l'utilisation d'énergie comme les hivers plus doux aux moyennes latitudes. L'évaluation finale des émissions de CO₂ à partir des statistiques énergétiques des pays sur l'année 2015 sera réalisée par le Global Carbon Project lors de la préparation du bilan de carbone sur la période 2006-2015.

Le suivi régulier de la teneur en CO₂ de l'atmosphère indique que l'année 2015 est exceptionnelle à de nombreux égards, avec le plus fort taux de croissance annuel de CO₂ atmosphérique (3,05 ppm, figure 1b) jamais enregistré

depuis les premières observations en 1960 et le franchissement du seuil des 400 ppm à l'échelle du globe en 2015. Il est plus que probable que le retour du phénomène El Niño sur le Pacifique équatorial en 2015 (figure 1c) explique ce taux de croissance record, car des sursauts similaires mais d'une moindre ampleur ont pu être observés par le passé, notamment lors des phénomènes El Niño des années 1987 et 1998. Avec de telles variations annuelles pilotées par de nombreux facteurs naturels, l'impact d'une stabilisation, voire d'une diminution, des émissions anthropiques de CO₂ sur la teneur en CO₂ atmosphérique ne pourra être quantifié avec précision que dans quelques dizaines d'années.

### Roland Séférian, Matthias Rocher

Centre national de recherches météorologiques,
Météo-France / CNRS, Toulouse

### Nicolas Metzl

Laboratoire d'océanographie et du climat :
expérimentations et approches numériques, Institut
Pierre-Simon Laplace, Sorbonne Universités /
CNRS / IRD / MNHN, Paris

### Philippe Ciais

Laboratoire des sciences du climat et de
l'environnement, Institut Pierre-Simon Laplace,
CEA / CNRS / UVSQ, Gif-sur-Yvette

## Dans le monde...

### 2015, une année « historique »

Chaque année, l'Organisation météorologique mondiale (OMM) analyse l'évolution du climat, notamment de la température, grâce aux données de plusieurs organismes : le Centre Hadley du Met Office britannique et l'Unité de recherches sur le climat de l'université d'East Anglia, le Goddard Institute for Space Studies (Giss) de la Nasa et la National Oceanic and Atmospheric Administration (Noaa) ; elles sont corroborées par une analyse de la Japan Meteorological Agency.

Dans sa Déclaration sur l'état du climat mondial en 2015, l'OMM affirme que « l'année 2015 restera à de nombreux égards comme une année historique pour ce qui est du climat mondial. Année record en termes de chaleur, tant au niveau mondial que dans de nombreux pays, elle a vu tomber des records de température établis depuis le début des relevés modernes ».

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 1. Anomalies de la température de surface mondiale 1880-2015. Source : Noaa.</figcaption></figure>

Au niveau mondial, la température moyenne de 2015 est la plus élevée jamais enregistrée depuis qu'il y a une couverture suffisante de données pour calculer une moyenne à l'échelle du globe (figure 1). L'anomalie positive est de 0,76 ± 0,09 °C par rapport à la

normale 1961-1990 utilisée par l'OMM ; d'après la Noaa, elle est de 0,90 °C par rapport à la moyenne du XXe siècle (13,9 °C) ; le précédent record établi en 2014 est battu de 0,16 °C. Tous les mois de 2015 ont connu une température excédentaire