Evolution récente de la concentration atmosphérique en CO2 et puits de la biosphère terrestre

Une publication dans Nature Communications met en évidence, sur la période 2002-2014, un ralentissement de la croissance annuelle de la concentration en CO2 atmosphérique, dans un contexte où les émissions anthropiques augmentent. Si les mécanismes sous-jacents ne sont pas encore bien compris, les auteurs attribuent ce phénomène à un plus grand stockage de carbone par la biosphère terrestre (accumulation nette de l'effet des changements d'usage des terres), en particulier sous les effets de l'augmentation du CO2 sur le développement de la végétation (« effet fertilisation ») et d'une baisse de la respiration globale (moindre augmentation de la température). Dans la partie « discussion » de l'article, les auteurs rappellent que ce ralentissement est probablement temporaire.

Source : Nature Communications

Gestion des émissions d'ammoniac en bâtiment d'élevage

Une publication de l'IIASA s'intéresse aux pratiques dans les bâtiments, et leur combinaison, pour réduire les émissions d'ammoniac des élevages bovins lait : raclage des sols, type de sols, évacuation du fumier avec de l'eau, acidification du fumier en bâtiment. Les auteurs estiment le potentiel technique d'atténuation entre 17 et 50 %. Ils soulignent également que le modèle est utilisé pour conseiller le gouvernement flamand.

Source : Science of The Total Environment

Seconde étude d’impacts sur les émissions agricoles européennes et l’adoption de leviers d’atténuation

Dans la continuité de sa publication EcAMPA de février 2015 (voir un précédent billet sur ce blog), le Joint Research Center a actualisé, cet été, son évaluation économique de la mise en œuvre d'actions d'atténuation par l'agriculture européenne. Cette étude repose, de manière générale, sur les mêmes outils de modélisation.

Deux différences sont néanmoins à relever par rapport à la version précédente. Tout d'abord les auteurs ont construit de nouveaux scénarios, sept sans compter le scénario de référence. Les quatre principaux intègrent une réduction obligatoire des émissions de gaz à effet de serre (GES) par l'agriculture européenne, à hauteur de 20 % par rapport à 2005 (objectif décliné pour chaque État avec un prix carbone de 50 €/tCO2éq). Ces quatre scénarios se différencient par leurs modalités pour atteindre cet objectif : introduction éventuelle de subvention (à hauteur de 80 %), caractère volontaire ou obligatoire des leviers d'atténuation, vitesse de déploiement des technologies.

De plus, de nouvelles actions d'atténuation s'ajoutent aux cinq préalablement étudiées : vaccination visant à réduire la production de méthane par les ruminants, augmentation de la part des légumineuses dans les prairies temporaires, sélection génétique des ruminants (amélioration de la production laitière), etc.

Les principaux résultats d'EcAMPA 2 à l'échelle de l'UE-28 sont :

- une baisse de 2,3 % des émissions en 2030 par rapport à 2005 dans le scénario de référence ; ce pourcentage atteint 14 % avec un taux de subvention de 80 % mais sans objectif de réduction défini ;

- une réduction des émissions (de -20%) qui passe essentiellement par un ajustement de la production (diminution de la taille des cheptels bovins de -16 % et de -9 % de la production de viande par rapport à la référence). Si les subventions atténuent ces impacts, les auteurs évaluent leur coût entre 188 et 278 € la tonne de CO2éq (prix 2030).

Enfin, cette étude explore les conséquences des fuites de carbone, qui réduisent les efforts d'atténuation de l'ordre de 30 %, un effet qui est moindre dans les scénarios avec subventions (14 % à 20%).

Élise Delgoulet, Centre d'études et de prospective

Source : Joint Research Center

Forêt et bois : une contribution essentielle à l'atténuation du changement climatique

Alors que l'accord de Paris assouplit les règles de comptabilisation du carbone forestier dans les engagements des États, la FAO récapitule dans un rapport récent les différents leviers mobilisables pour l'atténuation du changement climatique (augmentation de la surface forestière, lutte contre la déforestation, bois énergie, bois construction, etc.), et les conditions économiques optimales de leur utilisation. Elle s'appuie sur des travaux théoriques récents et les programmes menés dans différents pays. Cette analyse fait écho à des travaux publiés récemment sur la forêt française.

Potentiel économique de la foresterie par rapport aux autres options d'atténuation dans le secteur de l'agriculture, la forêt et des autres usages des terres, par région en 2030 (d'après Smith et al.)

Source : FAO

Si le boisement et le reboisement restent les plus efficaces pour atténuer à court terme le réchauffement climatique, ils comportent de nombreuses limites : coût du foncier, sécurisation de la propriété, risques politiques. Combiner un coût réduit de plantation et une efficacité maximale de séquestration, qui sont les critères de sélection par la finance carbone, s'avère délicat quand le prix du carbone est faible.

La lutte contre la déforestation a un périmètre d'application restreint par nature, les pays développés ayant déjà adopté des mesures de restriction sur les défrichements forestiers. Dans les pays du Sud, la déforestation est liée à la qualité des sols et aux prix des productions agricoles substituées : dans la majorité des cas, l'avantage économique va aux cultures plutôt qu'au maintien de la forêt. D'où la nécessité de développer les incitations financières (via le programme REDD+ notamment).

Le rapport aborde également les émissions de carbone évitées par l'utilisation du bois-énergie ou matériau. L'amélioration de l'efficacité énergétique est un enjeu fort dans les pays où le bois est un combustible courant (Afrique surtout), en particulier pour la cuisson. Le bilan carbone du bois-énergie est quasiment nul lorsqu'il provient de forêts gérées durablement, en circuit court. Pour le bois-matériau, la difficulté de retracer le cycle de vie des produits, le manque de statistiques fiables sur la production et le commerce des matériaux compliquent l'évaluation du potentiel d'atténuation.

Pour une efficacité optimale, les politiques devraient combiner ces différents leviers (qui se renforcent mutuellement) et mettre en place des outils financiers adaptés.

Muriel Mahé, Centre d’études et de prospective

Source : FAO

« GLEAM-i » : un nouvel outil interactif développé par la FAO pour évaluer les impacts environnementaux du secteur de l'élevage

La FAO a mis en ligne courant août 2016 le premier outil libre permettant au public d’utiliser les fonctionnalités du modèle GLEAM (Global Livestock Environmental Assessment Model) développé pour calculer la production mondiale de viande, de lait et d'œufs, et ses émissions de gaz à effet de serre (GES). Le secteur étant responsable de près de 14,5 % des émissions anthropiques de GES, cet outil a vocation à améliorer sa double performance productive et environnementale. GLEAM fournit en outre une information précieuse pour fonder des actions d’adaptation et d'atténuation. Son libre accès sous une interface de type Excel devrait faciliter sa diffusion.

Construction de GLEAM

Source : GLEAM-FAO

Construit comme une analyse de cycle de vie, GLEAM différencie les étapes clés (production, transformation, transport des aliments du bétail ; dynamique des troupeaux, alimentation animale et gestion des effluents ; transformation et transport des produits animaux), réparties en cinq modules complétés de deux autres pour l’évaluation des consommations d’énergie sur l’exploitation et de ses émissions aval. Cette structure donne une image complète et désagrégée des conséquences environnementales de la production animale. L’intérêt de GLEAM réside surtout dans le détail des systèmes recensés (plus de 14 000 combinaisons uniques de produits, pays, systèmes de production et conditions climatiques), et son maillage géographique très fin (10 km x 10 km) permis par la mobilisation des dernières versions des bases de données Gridded Livestock of the World et Global Agro-Ecological Zones.

Émissions totales régionales et leur profil par espèces (en millions de tonnes d’équivalent CO2)

Source : GLEAM-FAO

Au-delà du bilan de l’existant, le modèle peut aussi être utilisé par les acteurs locaux comme outil d'évaluation ex ante de scénarios pour différentes stratégies d’adaptation et d'atténuation. Ainsi, il a trouvé des applications dans un certain nombre de projets sur les cinq continents, parfois couplé à d’autres modèles : quantification de l’efficacité économique de la réduction des émissions de GES par l'utilisation de la semence sexée dans les exploitations laitières écossaises ; évaluation des bilans fourragers et analyse du potentiel de l'élevage dans les zones arides de l'Afrique sub-saharienne ; ou encore évaluation de mesures techniques pour réduire les émissions de GES dans un projet de crédits carbone pour les exploitations laitières au Kenya.

José Ramanantsoa, Centre d’études et de prospective

Source : FAO, FAO

Mieux prendre en compte les sols dans les modèles globaux de simulation des cultures

Examiner les incertitudes des données sur les sols et leurs conséquences sur la modélisation des cultures et la variabilité des rendements, tel est l'objectif de l'article publié dans Nature Communications en juin dernier. Sept chercheurs se sont associés pour estimer l'impact de l'allocation spatiale des différents types de sols. En effet, les auteurs soulignent que les modèles prennent actuellement en compte le sol dominant dans une maille donnée (0,5°x0,5°), et non l'ensemble des types de sols.

Le modèle global de simulation repose sur EPIC, et la base de données harmonisée des sols du monde a servi de source pour déterminer les types de sols présents dans une maille. La culture étudiée est le maïs. Les auteurs ont choisi de représenter 3 x 2 itinéraires techniques couplant l'irrigation (présence ou absence) avec trois niveaux d'application de fertilisants (absence, « business as usual », c'est-à-dire les taux de l'année 2000, et un niveau plus important). Pour chacun de ces scénarios, la variabilité inter-annuelle des rendements est estimée sur une période de dix ans, d'une part dans le cas où seul le sol dominant est pris en compte dans chaque cellule (CVdom), d'autre part dans le cas où tous les types de sols sont considérés (CVtot).

Au niveau des résultats, CVtot est supérieure à CVdom dans tous les scénarios, hormis dans le cas d'une agriculture irriguée et avec le plus fort des taux d'application de fertilisants, cas pour lequel cette différence est moindre, voire non significative. Cette étude montre également que les niveaux d'incertitude les plus importants sont dans les régions potentiellement les plus vulnérables au changement climatique. La figure ci-dessous montre le facteur dominant (climat ou sols) dans les variations de rendements estimées. Les auteurs notent qu'en intégrant des scénarios du GIEC (RCP 8,5), les impacts du changement climatique peuvent être positifs ou négatifs en fonction du type de sols dans certains cas extrêmes.

Mailles et facteurs dominant la variabilité des rendements Les auteurs représentent en bleu les cellules où le climat est le facteur dominant (CVdom/CVsoil> 30 %),en magenta celles où ce sont les sols (Cvsoil/Cvdom >30 %)

Source : Nature communications

In fine, les auteurs en appellent à une meilleure prise en compte des types de sols dans les travaux de modélisation des scénarios climatiques, ainsi qu'à une amélioration de la qualité des données disponibles.

Élise Delgoulet, Centre d'études et de prospective

Sources : Nature communications, IIASA

Agroforesterie : vers une amélioration des inventaires ?

Une étude publiée dans Scientific Reports se penche sur la contribution de l'agroforesterie à la séquestration de carbone, plus précisément via le carbone stocké par les arbres. Cette étude propose également une analyse de l'évolution des systèmes agroforestiers.

Ainsi, en 2010 et au niveau mondial, 43 % des terres agricoles ont un couvert arboricole d'au moins 10 %, soit une augmentation d'environ 2 % en dix ans. En termes d'atténuation, les auteurs choisissent d'appliquer un taux de séquestration de 5 tonnes de carbone par hectare pour les sols agricoles en l'absence d'arbres, et d'augmenter linéairement ce taux en fonction de leur couverture arboricole. Ils calculent alors la quantité de carbone séquestré : elle serait de l'ordre de 43,5 MtC, avec une contribution des arbres pour plus de 75 %.

Rappelons que si l'agroforesterie contribue à la séquestration de carbone, elle est également reconnue comme stratégie d'adaptation face au changement climatique (voir à ce sujet une Analyse du CEP).

Source : Scientific Reports

Le vin scruté par La Recherche : des effets du changement climatique à ceux de l’agriculture biologique

L’édition de juillet-août 2016 de La Recherche propose un dossier sur « Le vin : ce qu’en dit la science », associant des chercheurs de diverses disciplines et des journalistes scientifiques qui vulgarisent les derniers principaux enseignements académiques sur le sujet. Six thèmes sont approfondis : les impacts du changement climatique sur le vignoble français (stratégies possibles d’adaptation de la vigne, conséquences organoleptiques sur le vin) ; l’histoire de l’apparition et de la consommation de vin en France depuis la fin du néolithique ; les mécanismes chimiques sur lesquels repose la vinification ; la performance environnementale du vin bio ; l’influence du contenant sur la perception du contenu ; et les effets du vin sur la santé.

Parmi les travaux sélectionnés, le projet Laccave (Long term adaptation to climate change in viticulture and enology) de l’INRA, sur les stratégies d’adaptation de la vigne au changement climatique, fait l’objet d’un focus spécifique. Associant 80 chercheurs de différentes disciplines depuis 2012, il explore les perspectives offertes par de récents progrès en génétique, en sélection variétale et en agronomie, en particulier sur la gestion de l’eau et du sol.

Source : La Recherche

Réduire les émissions de gaz à effet de serre autres que les oxydes de carbone en Chine

Un récent document de travail du World Resources Institute fait un état des lieux de la politique de réduction des émissions des gaz à effet de serre (GES) hors carbone. À partir de travaux de recherche, il anticipe l'évolution, d'ici 2030, des émissions liées à l'agriculture, l'industrie ou l'énergie, et analyse les principales mesures prises par le gouvernement chinois.

Émissions actuelles et projetées de GES hors oxydes de carbone, par la Chine, par secteur

Source : WRI

Constatant que certains secteurs sont actuellement peu ou pas couverts par ces mesures, les auteurs font l'inventaire des sources d'émissions et de l'état des connaissances en matière de limitation. Dans le secteur agricole, les émissions proviennent surtout de la fertilisation azotée (également mise en cause dans le process de fabrication des ammonitrates) et des rizières. Selon le WRI, les mesures de réduction pourraient être optimisées.

Source : WRI

Limiter le réchauffement à 2°C : contribution de l'agriculture

Publié dans Global Change Biology, un article explore la contribution de l'agriculture à l'atténuation des émissions de méthane et de protoxyde d'azote (hors CO2), dans le cas du scénario du GIEC RCP 2.6, qui permettrait de limiter le réchauffement en dessous des 2°C. En s'appuyant sur 3 modèles, les auteurs estiment cette contribution de l'ordre de 1 GtCO2éq en 2030. Ce potentiel représenterait une réduction des émissions agricoles, hors CO2, de l'ordre de 10-11 % par rapport au scénario au fil de l'eau.

Les auteurs mettent en regard ce potentiel de réduction avec deux scénarios d'évolution, considérés comme plausibles. Le premier repose sur la diffusion des techniques agronomiques avec un prix de la tCO2éq à 20$, le second sur l'intensification de la production végétale et animale avec une meilleure efficience. Leurs travaux montrent que ces deux scénarios permettraient d'atteindre entre 21 et 40 % des efforts de réduction attendus. Ils concluent alors sur la nécessité de changements plus importants (utilisation d'inhibiteurs de méthane – voir à ce sujet une précédente brève sur ce blog), et discutent également des potentiels (non inclus dans les modèles), de la séquestration de carbone dans les sols, de la réduction du gaspillage alimentaire et des modifications des régimes alimentaires à partir d'estimations disponibles dans la littérature.

Source : Global Change Biology

Changement climatique : des conditions de travail dégradées pour l'agriculture

Un rapport publié fin avril par le secrétariat du Climate Vulnerable Forum, au sein du Programme des Nations unies pour le développement (UNDP), alerte sur la dégradation actuelle et future des conditions de travail en raison de la hausse des températures au niveau mondial.

Il pointe notamment les situations dans l'agriculture et la construction, où les emplois sont directement exposés au soleil. Il identifie également l'industrie comme secteur à risque, en particulier celle utilisant des produits dont la stabilité se dégrade avec la chaleur (solvants, colles, etc.). Au-delà des dégâts sur la santé, la hausse des températures réduit la productivité en limitant le temps de travail diurne, et par conséquent les revenus des salariés, alimentant les flux migratoires vers les régions les moins impactées par le réchauffement.

Enfin, l'analyse identifie les mesures susceptibles de réduire l'impact sur la santé et la perte en productivité, soit de manière directe en protégeant les travailleurs, soit indirectement en pariant sur l'éducation et la formation, afin de réduire la part du travail en extérieur au profit d'emplois dans l'industrie ou les services.

Pourcentage d'heures de travail diurne perdues dans les pays les plus peuplés (pour une intensité de travail de 300 W, et une hausse de 2,7°C en 2085)

Source : CVF - UNDP

Source : UNDP

Plantes et dioxyde de carbone : rétrospective et effets à horizon lointain

Dans un article paru dans Nature Climate Change, une équipe internationale de 32 chercheurs s'est intéressée à l'évolution du couvert végétal, soit environ 32 % de la surface de la Terre (plantes et forêts comprises), sur la période 1982-2009. Utilisant des données satellitaires pour déterminer la surface foliaire, leur travail montre une tendance globale à son augmentation pour 25 à 50 % du couvert (greening), et une diminution pour moins de 4 %. Les auteurs ont complété cette approche par des modèles globaux d'écosystèmes afin d'identifier les facteurs déterminants, et leurs poids respectifs dans ces évolutions passées. La fertilisation liée au dioxyde de carbone (CO2) expliquerait 70 % de cette augmentation de la surface foliaire, notamment au niveau des tropiques. D'autres facteurs comme le nitrogène (9 %), le changement climatique (hors effet CO2 ; 8 %) ou les modifications du type de couvert (4 %) contribuent également à ces évolutions. Les chercheurs soulignent enfin le rôle du changement climatique dans les hautes latitudes et sur le plateau tibétain, ainsi que celui de la modification du couvert végétal dans le sud-est de la Chine et à l'est des États-Unis.

Une seconde étude, publiée également dans Nature Climate Change, explore l'effet combiné d'une concentration plus importante de dioxyde de carbone dans l'atmosphère sur les rendements des cultures et sur la productivité de l'eau (i.e. quantité produite par unité d'eau). Les auteurs ont étudié 4 cultures (blé, maïs, soja et riz), mobilisant des modèles globaux du climat et de fonctionnement des cultures. Deux scénarios ont été considérés, avec comme principale différence le niveau de concentration de CO2. Cette dernière double entre 2000 et 2080 dans le premier cas, et est maintenue au niveau des années 2000 dans le second. L'étude conclut que le CO2 permet de compenser – complètement ou partiellement selon les cultures –, les effets du changement climatique et réduit la consommation d'eau (de 4 à 17 %). Les auteurs soulignent la nécessité de travaux de terrain, en particulier dans les zones arides où les incertitudes sur les effets du CO2 sont les plus importantes.

Élise Delgoulet, Centre d'études et de prospective

Sources : Nature Climate Change, Nature Climate Change, Science Daily, Science Daily

Des scénarios pour répondre à la demande globale alimentaire en 2050 sans déforestation

Six chercheurs de l'Institute of Social Ecology et de I'Institut de recherche en agriculture biologique à Vienne ont passé au crible 500 scénarios de production et demande alimentaires, avec comme contrainte initiale l'absence de déforestation à l'horizon 2050. Les principales variations entre ces scénarios tiennent au niveau des rendements, au pourcentage d'expansion des zones cultivées (0 à +70 %) en particulier sur les prairies très productives, à la composition du régime alimentaire des animaux d'élevage, à l'origine de la viande dans l'alimentation humaine (parts des ruminants, des monogastriques) et aux régimes alimentaires humains. Sont distingués les régimes suivants : VEGAN avec uniquement une base végétale (2 636 kcal/pers/jour), VEGETARIAN sans viande mais avec des œufs et du lait (2 636 kcal/pers/jour), MEAT (2 648 kcal/pers/jour), BAU en ligne avec les projections de la FAO en 2050 et RICH où le régime alimentaire nord-américain de 2000 domine (3 546 kcal/pers/jour). Tous ces régimes, sauf BAU, supposent une convergence mondiale des quantités ingérées per capita. La figure ci-dessous présente l'ensemble des scénarios, des hypothèses sous-jacentes et les résultats en termes de faisabilité. Cette dernière correspond à l'adéquation entre l'offre et la demande alimentaires. Si la demande est supérieure à l'offre de 5 % (cropland-limited) et/ou si les seuils écologiques de pâturage sont dépassés (grazing-land limited), le scénario est considéré comme non réalisable.

Scénarios et hypothèses sous-jacentes (régimes alimentaires en colonne, modes de production en ligne). Les zones en vert foncé correspondent aux scénarios considérés comme faisables, en vert clair comme probablement faisables. Les autres couleurs indiquent les raisons de la non faisabilité.

Source : Nature Communications

D'après le jeu d'hypothèses retenu, un peu moins de 60 % des scénarios sont jugés réalisables. Les hypothèses en termes de régimes alimentaires jouent un rôle important en comparaison avec celles touchant aux rendements ou à l'expansion des cultures. Tous les scénarios avec le régime VEGAN et 94 % dans le cas VEGETARIAN seraient réalisables, contre 2/3 en BAU et 15 % pour le régime MEAT. Par ailleurs, l'exercice de modélisation réalisé montre que la convergence des régimes alimentaires diminue l'autosuffisance des pays en développement. Néanmoins, cette étude ne tient pas compte des effets du changement climatique et n'intègre pas des considérations autres que biophysique (ex : flux de biomasse non contraint par des dimensions économiques ou des barrières à l'échange).

Élise Delgoulet, Centre d'études et de prospective

Source : Nature Communications

Vin et changement climatique

Du 10 au 13 avril 2016 s’est tenu, à Bordeaux, un séminaire international sur les enjeux de l’adaptation des filières vitivinicoles au changement climatique. Les thèmes abordés livrent une vue d’ensemble des recherches en cours : simulations climatiques pour différentes régions aux horizons 2050 et 2100 ; impacts sur la vigne (phénologie, utilisation de l’eau, composition des raisins) ; leviers d’adaptation dans les pratiques viticoles et œnologiques ; et enfin, perception des acteurs (viticulteurs, mais aussi consommateurs, conseillers agricoles, etc.). Le tour d’horizon comportait une dimension prospective, avec le rappel des résultats du projet Laccave, mené par l’Inra en collaboration avec l’Inao, FranceAgriMer et Supagro Montpellier, qui décline plusieurs stratégies d’adaptation.

Source : Colloque Climwine

Changement climatique et production de cacao en Afrique de l'Ouest

70 % de la production mondiale de cacao (Theobroma cacao) a lieu dans la zone géographique s'étendant de la Sierra Leone au sud du Cameroun. Un article publié dans Science of The Total Environment explore la vulnérabilité de cette production au changement climatique, en particulier sous le scénario intermédiaire (RCP 6.0) du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Pour ce faire, les effets sur les variables climatiques les plus critiques ont été étudiés : la température maximum atteinte dans l'année, la pluviométrie totale annuelle, le nombre de mois consécutifs avec des précipitations inférieures à 100 mm, et la différence entre les précipitations et l'évapotranspiration totales.

Cartes représentant les conditions climatiques propices pour le cacao en Afrique de l'Ouest sous le climat actuel et en 2050 (relatif, %). Les zones en rouge représentent les zones de production.

Au chapitre des résultats, la température maximum en saison sèche deviendrait une limite équivalente, voire plus importante, que la disponibilité de l'eau à l'horizon 2050. De plus, les régions les plus vulnérables sont les zones de transition forêts-savane au Nigeria et dans l'est de la Côté d'Ivoire. Les auteurs soulignent la nécessité de mise en œuvre de stratégies d'adaptation (ex : arbres pour créer de l'ombre), et des changements possibles des zones de production pour compenser les pertes potentielles, cependant avec un risque de déforestation.

Source : Science of The Total Environment