Un article de Nature sur la géo-ingénierie

Les chercheurs prévoient de projeter des particules réfléchissant la lumière du soleil dans la stratosphère, une approche qui pourrait finalement être utilisée pour abaisser rapidement la température de la planète.

Zhen Dai tient un petit tube de verre recouvert d'une poudre blanche : du carbonate de calcium, un composé présent partout, du papier et du ciment au dentifrice et aux mélanges à gâteaux. Plongez un comprimé de celui-ci dans l'eau, et le résultat est un antiacide pétillant qui calme l'estomac. La question pour Dai, doctorante, et ses collègues à l'Université Harvard de Cambridge, Massachusetts, est de savoir si cette substance inoffensive pourrait également aider l'humanité à soulager le cas ultime d'indigestion : le réchauffement climatique causé par les émissions de gaz à effet de serre.

L'idée est simple : pulvérisez un tas de particules dans la stratosphère, et elles refroidiront la planète en réfléchissant certains des rayons du Soleil dans l'espace. Les scientifiques ont déjà vu le principe en action. Lorsque le mont Pinatubo a éclaté aux Philippines en 1991, il a injecté environ 20 millions de tonnes de dioxyde de soufre dans la stratosphère - la couche atmosphérique qui s'étend d'environ 10 à 50 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre. L'éruption a créé un voile de particules de sulfate qui a refroidi la planète d'environ 0,5 ° C. Pendant environ 18 mois, la température moyenne de la Terre est revenue à ce qu'elle était avant l'arrivée de la machine à vapeur.

L'idée que les humains pourraient baisser le thermostat de la Terre par des moyens artificiels similaires remonte à plusieurs décennies. Il s'inscrit dans une classe plus large de systèmes de refroidissement planétaire connus sous le nom de géo-ingénierie, qui ont longtemps suscité un débat intense et, dans certains cas, de la peur.

Les chercheurs ont largement limité leur travail sur ces tactiques aux modèles informatiques. L'une des préoccupations est que la diminution du soleil pourrait se retourner contre le monde, ou du moins fortement désavantager certaines régions du monde, par exemple, en privant les cultures de soleil et en changeant les régimes de pluie.

Mais alors que les émissions continuent d'augmenter et que les projections climatiques restent désastreuses, les conversations sur la recherche en géo-ingénierie commencent à gagner du terrain parmi les scientifiques, les décideurs et certains écologistes. C'est parce que de nombreux chercheurs sont arrivés à la conclusion alarmante que la seule façon de prévenir les graves impacts du réchauffement climatique serait soit d'aspirer des quantités massives de dioxyde de carbone de l'atmosphère ou de refroidir artificiellement la planète. Ou, peut-être plus probablement, les deux.

Si tout se passe comme prévu, l'équipe de Harvard sera la première au monde à déplacer la géo-ingénierie solaire hors du laboratoire et dans la stratosphère, avec un projet appelé Expérience de perturbation contrôlée de la stratosphère (SCoPEx). La première phase - un test de 3 millions de dollars US impliquant deux vols d'un ballon dirigeable à 20 kilomètres au-dessus du sud-ouest des États-Unis - pourrait démarrer dès le premier semestre 2019. Une fois en place, l'expérience libérerait de petits panaches de carbonate de calcium, chacun d'environ 100 grammes, à peu près équivalent à la quantité trouvée dans une bouteille moyenne d'antiacide standard. Le ballon se retournait ensuite pour observer la dispersion des particules.

Le test lui-même est extrêmement modeste. Dai, dont les travaux de doctorat au cours des quatre dernières années ont impliqué la construction d'un petit appareil de simulation et mesure des réactions chimiques dans la stratosphère avant l'expérience, ne met pas l'accent sur les préoccupations suscitées par de telles recherches. « J'étudie une substance chimique », dit-elle. "Ce n'est pas comme si c'était une bombe nucléaire."

Néanmoins, l'expérience sera la première à voler sous la bannière de la géo-ingénierie solaire. C'est pourquoi il fait l'objet d'un examen approfondi, y compris de la part de certains groupes environnementaux, qui affirment que de tels efforts sont une distraction dangereuse pour trouver la seule solution permanente au changement climatique : la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Le résultat scientifique de SCoPEx n'a pas vraiment d'importance, déclare Jim Thomas, codirecteur exécutif du groupe ETC, une organisation de défense de l'environnement à Val-David, près de Montréal, au Canada, qui s'oppose à la géo-ingénierie : « C'est autant une expérience pour changer les normes sociales et franchir une ligne que c'est une expérience scientifique. »

Consciente de cette attention, l'équipe avance lentement et travaille à la mise en place d'une supervision claire de l'expérience, sous la forme d'un comité consultatif externe pour revoir le projet. Certains disent qu'un tel cadre, qui pourrait ouvrir la voie à de futures expériences, est encore plus important que les résultats de ce test. "SCoPEx est le premier à sortir de la porte, et il déclenche un débat important sur ce à quoi devraient ressembler une direction, des conseils et une surveillance indépendants", explique Peter Frumhoff, climatologue en chef à l'Union of Concerned Scientists de Cambridge, Massachusetts, et membre d'un panel indépendant qui a été chargé de sélectionner le chef du comité de conseils. » « Bien faire les choses est bien plus important que de le faire rapidement. »

Unir leurs forces

À bien des égards, la stratosphère est un endroit idéal pour essayer de rendre l'atmosphère plus réfléchissante. Les petites particules qui y sont injectées peuvent se propager dans le monde entier et rester en altitude pendant deux ans ou plus. S'ils sont placés stratégiquement et régulièrement dans les deux hémisphères, ils pourraient créer une couverture relativement uniforme qui protégerait la planète entière. Le processus n'a pas à être extrêmement coûteux ; dans un rapport du mois dernier, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat a suggéré qu'une flotte d'avions de haut vol pourrait déposer suffisamment de soufre pour compenser environ 1,5 ° C de réchauffement pour environ 1 à 10 milliards de dollars par an.
 
Jusqu'à présent, la plupart des recherches en géo-ingénierie solaire ont porté sur le dioxyde de soufre, la même substance libérée par le mont Pinatubo. Mais le soufre n'est peut-être pas le meilleur candidat. En plus de refroidir la planète, les aérosols générés lors de cette éruption ont accéléré la vitesse à laquelle les chlorofluorocarbones appauvrissent la couche d'ozone, qui protège la planète des rayons ultraviolets nocifs du Soleil. Les aérosols de sulfate sont également réchauffés par le soleil, suffisamment pour affecter potentiellement le mouvement de l'humidité et même modifier les courants d’altitude (jet stream). « Il y a tous ces effets en aval que nous ne comprenons pas pleinement », explique Frank Keutsch, chimiste atmosphérique à Harvard et chercheur principal du SCoPEx.

Les premières expériences stratosphériques de l'équipe SCoPEx se concentreront sur le carbonate de calcium, qui devrait absorber moins de chaleur que les sulfates et avoir moins d'impact sur l'ozone. Mais les réponses des manuels - et même le simulateur (tabletop) de Dai - ne peuvent pas capturer l'image complète. « En fait, nous ne savons pas ce que cela ferait, car il n’existe pas dans la stratosphère », explique Keutsch. "Cela met en place un drapeau rouge."

SCoPEx vise à recueillir des données réelles pour trier cela. L'expérience a commencé comme un partenariat entre le chimiste atmosphérique James Anderson de Harvard et le physicien expérimental David Keith, qui a rejoint l'université en 2011. Keith étudie diverses options de géo-ingénierie depuis plus de 25 ans. En 2009, alors qu'il était à l'Université de Calgary au Canada, il a fondé la société Carbon Engineering, à Squamish, qui travaille à commercialiser la technologie qui élimine le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Après avoir rejoint Harvard, Keith a utilisé le financement de la recherche qu'il avait reçu du cofondateur de Microsoft, Bill Gates, pour commencer à planifier l'expérience.

Keutsch, qui s'est impliqué plus tard, n'est pas un climatologue et est au mieux un géo-ingénieur réticent. Mais il se demande où va l’humanité et ce que cela signifie pour l’avenir de ses enfants. Lorsqu'il a vu Keith parler de l'idée de SCoPEx lors d'une conférence après avoir commencé à Harvard en 2015, sa première réaction a été que l'idée était « totalement folle ». Puis il a décidé qu'il était temps de s'engager. "Je me suis demandé, chimiste atmosphérique, que puis-je faire ?" Il s'est associé à Keith et Anderson, et a depuis pris la tête des travaux expérimentaux.

Un œil sur le ciel

Déjà, SCoPEx a progressé plus loin que les efforts antérieurs de géo-ingénierie solaire. L'expérience britannique d'injection de particules stratosphériques pour l'ingénierie climatique, qui visait à projeter de l'eau dans l'atmosphère à un kilomètre du sol, a été annulée en 2012 en partie parce que les scientifiques avaient déposé une demande de brevet sur un appareil qui pourrait finalement affecter tous les humains de la planète. (Keith dit qu'il n'y aura pas de brevet sur les technologies impliquées dans le projet SCoPEx.) Et des chercheurs américains du Marine Cloud Brightening Project, qui vise à pulvériser des gouttelettes d'eau salée dans la basse atmosphère afin d’augmenter la réflectivité des nuages ​​océaniques, ont essayé d’amasser des fonds pour le projet pendant près d'une décennie.
 
Bien que SCoPEx pourrait être la première expérience de géo-ingénierie solaire à voler, Keith dit que d'autres projets qui ne se sont pas considérés comme tels ont déjà fourni des données utiles. En 2011, par exemple, l'expérience des nuages ​​d'aérosols émis dans le Pacifique oriental a pompé de la fumée dans la basse atmosphère pour imiter la pollution des navires, ce qui peut provoquer l'éclaircissement des nuages ​​en captant plus de vapeur d'eau. Le test a été utilisé pour étudier l'effet sur les nuages ​​marins, mais les résultats ont eu une incidence directe sur la science de la géo-ingénierie : les nuages ​​plus brillants ont produit un effet de refroidissement 50 fois plus important que l'effet de réchauffement des émissions de carbone du navire des chercheurs.
Keith dit que l'équipe de Harvard n'a pas encore rencontré de protestations publiques ou d'opposition directe - en dehors du théoricien du complot occasionnel. Le défi auquel sont confrontés les chercheurs, dit-il, découle davantage de la crainte de protestations d’écologistes par les agences de financement scientifique susceptibles d'investir dans la géo-ingénierie.
Pour aider à faire avancer le domaine, Keith s'est fixé comme objectif en 2016 de lever 20 millions de dollars pour soutenir un programme de recherche formel qui couvrirait non seulement les travaux expérimentaux, mais également la recherche sur la modélisation, la gouvernance et l'éthique. Il a levé environ 12 millions de dollars jusqu'à présent, la plupart de sources philanthropiques telles que Gates ; la somme finance des dizaines de personnes, principalement à temps partiel.

Keith et Keutsch souhaitent également qu'un comité consultatif externe examine le SCoPEx avant qu'il ne vole. Le comité, qui doit encore être choisi, rendra compte au doyen de l'ingénierie (dean of engineering) et au vice-recteur à la recherche à Harvard. « Nous considérons cela comme faisant partie d'un processus visant à renforcer le soutien à la recherche sur ce sujet », déclare Keith.
Keutsch attend avec impatience de bénéficier des conseils d'un groupe externe et espère qu'il pourra clarifier la manière dont les tests tels que le sien devraient se dérouler. « Il s'agit d'une expérience beaucoup plus difficile politiquement que je ne l'avais prévu », dit-il. "J'étais un peu naïf."
SCoPEx fait également face à des défis techniques. L’expérience doit pulvériser des particules de la bonne taille : l'équipe calcule que celles d'un diamètre d'environ 0,5 micromètre devraient se disperser pour refléter la lumière du soleil. Le ballon doit également pouvoir inverser sa trajectoire dans l'air pour pouvoir traverser son propre sillage. En supposant que l'équipe est en mesure de trouver le panache de carbonate de calcium - et il n'y a aucune garantie qu'ils le peuvent - le SCoPEx a besoin d'instruments capables d'analyser les particules et, nous l'espérons, de ramener des échantillons sur Terre.

« Ce sera une expérience difficile, et cela pourrait ne pas fonctionner », explique David Fahey, scientifique atmosphérique à la National Oceanic and Atmospheric Administration à Boulder, Colorado. Dans l’espoir, l’équipe de Fahey a fourni au SCoPEx un instrument léger qui peut mesurer de manière fiable la taille et le nombre de particules libérées. Le ballon sera également équipé d'un appareil laser qui pourra surveiller le panache de loin. D'autres équipements qui pourraient collecter des informations sur le niveau d'humidité et d'ozone dans la stratosphère pourraient également voler sur le ballon.

Jusqu'à la stratosphère

Keutsch et Keith travaillent toujours sur certains détails techniques. La collaboration avec un fabriquant de ballons ayant échoué, ils travaillent maintenant avec une seconde entreprise. Et une équipe indépendante d'ingénieurs en Californie travaille sur des options pour le pulvérisateur. Pour simplifier les choses, le groupe SCoPEx prévoit de faire voler le ballon au printemps ou en automne, lorsque les vents stratosphériques changent de direction puis - pendant une brève période - se calment, ce qui facilitera le suivi du panache.
Pour toutes ces raisons, Keutsch caractérise le premier vol comme un test d'ingénierie, principalement destiné à démontrer que tout fonctionne comme il se doit. L'équipe est prête à pulvériser des particules de carbonate de calcium, mais pourrait plutôt utiliser de l'eau salée pour tester le pulvérisateur si le comité consultatif s'y oppose.

Keith pense toujours que les aérosols sulfatés pourraient finalement être le meilleur choix pour la géo-ingénierie solaire, ne serait-ce que parce qu'il y a eu plus de recherches sur leur impact. Il dit que la possibilité que les sulfates renforcent l'appauvrissement de la couche d'ozone devrait devenir moins préoccupante à l'avenir, alors que les efforts pour restaurer la couche d'ozone par la réduction des polluants se poursuivent. Néanmoins, son principal espoir est d'établir un programme expérimental dans lequel les scientifiques pourront explorer différents aspects de la géo-ingénierie solaire.

Il y a beaucoup de questions en suspens. Certains chercheurs ont suggéré que la géo-ingénierie solaire pourrait modifier les régimes de précipitations et même conduire à plus de sécheresses dans certaines régions. D'autres préviennent que l'un des avantages possibles de la géo-ingénierie solaire - maintenir les rendements des cultures en les protégeant du stress thermique - pourrait ne pas se réaliser. Dans une étude publiée en août, les chercheurs ont constaté que les rendements de maïs (maïs), de soja, de riz et de blé ont chuté après deux éruptions volcaniques, le mont Pinatubo en 1991 et El Chichón au Mexique en 1982, a obscurci le ciel. Ces réductions pourraient suffire à annuler tout gain potentiel à l'avenir.

Keith dit que la science jusqu'à présent suggère que les avantages pourraient bien l'emporter sur les conséquences négatives potentielles, en particulier par rapport à un monde dans lequel le réchauffement n'est pas contrôlé. L'inconvénient communément cité est que la protection contre le soleil n'affecte pas les émissions, de sorte que les niveaux de gaz à effet de serre continueront d'augmenter et que l'océan deviendra encore plus acide. Mais il suggère que la géo-ingénierie solaire pourrait réduire la quantité de carbone qui se retrouverait autrement dans l'atmosphère, notamment en minimisant la perte de pergélisol, en favorisant la croissance des forêts et en réduisant le besoin de refroidir les bâtiments. Dans une analyse non encore publiée des précipitations et des températures extrêmes à l'aide d'un modèle climatique à haute résolution, Keith et d'autres ont constaté que presque toutes les régions du monde bénéficieraient d'un programme modéré de géo-ingénierie solaire. "Malgré toutes ces inquiétudes, nous ne pouvons trouver aucune zone qui serait définitivement pire", dit-il. "Si la géo-ingénierie solaire est aussi bonne que ce qui est montré dans ces modèles, il serait fou de ne pas le prendre au sérieux."

Il existe encore une grande incertitude sur l'état de la science et les hypothèses dans les modèles - y compris l'idée que l'humanité pourrait s'unir pour établir, maintenir et finalement démanteler un programme de géo-ingénierie bien conçu tout en s'attaquant au problème sous-jacent des émissions. Pourtant, des organisations de premier plan, dont la UK Royal Society et les National Academies of Sciences, Engineering and Medicine des États-Unis, ont appelé à davantage de recherches. En octobre, les académies ont lancé un projet qui tentera de fournir un plan directeur pour un tel programme.

Certaines organisations tentent déjà de promouvoir les discussions entre les décideurs et les responsables gouvernementaux au niveau international. Par exemple, la Solar Radiation Management Governance Initiative organise des ateliers dans le sud du globe. Et Janos Pasztor, qui a géré les questions climatiques sous l'ancien secrétaire général de l'ONU, Ban Ki-moon, a discuté avec des responsables gouvernementaux de haut niveau du monde entier dans son rôle de chef de la Carnegie Climate Geoengineering Governance Initiative, une organisation à but non lucratif basée à New York. « Les gouvernements doivent s'engager dans cette discussion et comprendre ces problèmes », déclare Pasztor. « Ils doivent comprendre les risques - pas seulement les risques de le faire, mais aussi les risques de ne pas comprendre et de ne pas savoir. »

Reste la préoccupation que les gouvernements pourraient un jour paniquer devant les conséquences du réchauffement climatique et se précipiter avec un programme de géo-ingénierie solaire aléatoire. Une autre possibilité, étant donné que les coûts sont suffisamment bon marché que de nombreux pays, et peut-être même quelques individus, pourraient probablement se permettre de faire cavalier seul. Ces questions et d'autres se sont posées au début du mois à Quito, en Équateur, lors du sommet annuel du Protocole de Montréal, qui régit les produits chimiques qui endommagent la couche d'ozone stratosphérique. Plusieurs pays ont appelé à une évaluation scientifique des effets potentiels que la géo-ingénierie solaire pourrait avoir sur la couche d'ozone et, plus largement, sur la stratosphère.

Si le monde devient sérieux au sujet de la géo-ingénierie, Fahey dit qu'il existe de nombreuses expériences sophistiquées que les chercheurs pourraient faire en utilisant des satellites et des avions volant à haute altitude. Mais pour l'instant, dit-il, SCoPEx sera précieux - ne serait-ce que parce qu'il fait avancer la conversation. "Ne pas parler de géo-ingénierie est la plus grande erreur que nous puissions faire en ce moment."

Jeff Tollefson, Nature 563, 613-615 (2018)

Article original : https://www.nature.com/articles/d41586-018-07533-4

Page du projet Scopex : https://projects.iq.harvard.edu/keutschgroup/scopex

Lire en français : "Manifeste contre la géo-ingénierie : bas les pattes !", lundi 8 octobre 2018

https://france.attac.org/nos-publications/notes-et-rapports/article/manifeste-contre-la-geo-ingenierie-bas-les-pattes