Résumé :
Cet article présente une méthode de calcul permettant d’obtenir mathématiquement l’évolution annuelle des concentrations de gaz carbonique dans l’atmosphère. Cette méthode est appliquée à la fois au régime dit d’équilibre pour lequel les concentrations atmosphériques restent stables et voisines de 280 ppmv, et au régime ‘hors d’équilibre’ pour lequel ces concentrations augmentent d’années en années, comportement qui semble être celui actuel.
La comparaison entre les résultats calculés et les données mesurées permettent d’obtenir avec une bonne précision les valeurs des temps de résidence ꚍE du gaz carbonique dans l’atmosphère dans le régime d’équilibre et celui des surplus d’émissions ꚍHE en régime hors équilibre.
Dans tous les cas de figure et avec les critères définis, ces temps de résidence semblent statistiquement rester inférieurs à 10 ans, en désaccord avec la plupart des valeurs annoncées dans la littérature.
L’analyse de ces résultats semble mettre en évidence des modes de fonctionnement particuliers et d’une certaine façon inattendue des puits de carbone mis en jeu ; mode de fonctionnement qu’il serait intéressant d’analyser et de comprendre plus en détail.
16 réponses
Tout ça est bien compliqué !
Il suffit de faire une petite « marque » sur le carbone initial, et compter le nombre d’années avant que le nombre d’atomes de carbone marqués initial soit réduit de moitié … les militaires ont fait l’expérience pour nous … D’après ce que je vois sur cette courbe: https://gml.noaa.gov/education/isotopes/bombspike.html , la « demi-vie »du CO2 est d’un peu plus de 10 ans ! (PS: Espérons qu’il ne leur viendra jamais à l’idée de refaire l’expérience en plus grand !)
Une autre question (qui correspond davantage aux soucis des écolos) que l’on peut se poser à propos des concentrations de CO2 …
Supposons que l’on arrête aujourd’hui toute émission anthropique, la concentration de CO2 dans l’atmosphère se mettrait à décroitre pour revenir à la concentration préindustrielle. Combien de temps faut-il pour que l’excès de CO2 revienne à x% de sa valeur initiale … par exemple 50%.
Pour cela, je me base sur un petit modèle de Roy Spencer (https://www.drroyspencer.com/2019/04/a-simple-model-of-the-atmospheric-co2-budget/ – pour les calculs voir le fichier Excel en lien dans l’article). La totalité des émissions de CO2 d’une année ne se retrouve pas dans l’atmosphère à la fin de l’année. La fraction qui « disparait naturellement » ainsi est d’après ses calculs égale à 2,33% de l’excès de CO2 au-delà de la valeur préindustrielle.
Supposons maintenant que l’on arrête toute émission anthropique. La loi d’absorption du CO2 par le milieu naturel ne va pas varier pour autant. L’excès de CO2 de l’année « n » soit « Excn » se calcule donc en l’absence de nouvelles émissions à partir de l’excès de l’année précédente par la formule:
Excn = (1 – 0,0233) x Excn-1 = 0,9767 Excn-1
et par extrapolation:
Excn+m = 0,9767^m . Excn
Le nombre d’années avant le retour à 50% de l’excès de CO2 (donc à une concentration de 1/2 . (425+295) = 360 ppm) sera donc obtenu au bout de :
m = ln(0,5) / ln(0,9767) = 29,4 ans
NB1: R Spencer complète sa formule par un terme correctif pour tenir compte de l’ENSO et du volcanisme. Je n’en ai pas tenu compte
NB2: R Spencer ne fait pas le calcul ci-dessus. Il se sert de son modèle pour montrer que si on maintient constantes nos émissions, la concentration de CO2 finira par plafonner très au-dessous des valeurs envisagées par le GIEC (par exemple 500 ppm sur les bases de 2018). Il n’y a donc aucune raison de s’entêter à faire du « Net Zéro » !
Papijo
vous écrivez : « Supposons que l’on arrête aujourd’hui toute émission anthropique, la concentration de CO2 dans l’atmosphère se mettrait à décroître pour revenir à la concentration préindustrielle. Combien de temps faut-il pour que l’excès de CO2 revienne à x% de sa valeur initiale … par exemple 50%. »
Vous faites erreur. L’excès anthropique du CO2 est négligeable (4 % pour le GIEC) par rapport au dégazage des océans dans les zones intertropicales les plus chauffées par une activité solaire plus élevée depuis 60 ans. Il est évident que l’on ne reviendra jamais à la concentration préindustrielle, le problème ne se pose pas car « l’excès » naturel est bien supérieur ! Il n’y a d’ailleurs pas d’excès, il n’y a que des variations climatiques continuelles, c’est la règle, avec ou sans intervention humaine, cette dernière fût-elle non négligeable. Vous vous laissez balader dans le narratif du GIEC et de l’effet de serre anthropique. Il va falloir sortir de votre zone de confort, je comprends, c’est dur. Et vous n’êtes, hélas, pas le seul.
Si votre théorie était exacte, la teneur en CO2 aurait dû être déjà aussi élevée qu’aujourd’hui lors de l’optimum médiéval ou auparavant … or, ce n’est pas ce qui a été mesuré dans les carottes de glace.
Vous dites que le CO2 n’a pas toujours accompagné les optimums du passé. Mais que sait-on des conditions d’alors, le CO2 apparaissant tantôt après quelques années, tantôt après 800 ans ? On a déjà bien du mal à comprendre ce qui se passe de nos jours. Une chose est sûre, le postulat CO2=chaleur ne marche pas à tous les coups, merci de le rappeler. Et pour ma part il ne marche que marginalement. Et tant pis si « je me répète plusieurs fois par jour » (ça doit être l’âge), mais on perd beaucoup son temps avec le CO2.
Pour répondre partiellement aux commentaires de Zagros et papyjo
L’objectif de mon article était essentiellement de montrer que, via le modèle d’échange atmosphérique décrit, le temps de résidence du gaz carbonique dans l’atmosphère restait très court et de toute façon inférieure à 10 ans.
Dans le régime d’équilibre (concentration atmosphérique de CO2 stable sur une longue période), ce temps d’incidence est d’environ 4,9 années (avec le critère défini dans le texte) en adoptant comme masse de gaz carbonique émise annuellement dans l’atmosphère de l’ordre de 770Gt (sur une masse totale de l’ordre de 3200Gt) équivalent à 98,3 ppmv ; ce chiffre est à prendre avec précaution mais se retrouve dans plusieurs publications. Le taux de résidence annuel αHE défini dans mon modèle comme la quantité de CO2 émise dans l’atmosphère, et toujours présente après une année, est alors voisin de 0,4 ; dit autrement, cela veut dire que 40% du CO2 émis est encore présent dans l’atmosphère au bout d’un an, et que donc 60% environ a été absorbé par les puits de carbone.
Dans le régime hors équilibre (concentration atmosphérique de CO2 en augmentation), j’ai fait l’hypothèse que seul le taux de résidence annuel αHE des surplus d’émission (qu’ils soient d’origine anthropiques ou naturels) était affecté. Ce paramètre passe grosso modo de 0,4 à 0,5 (correspondant à des temps de résidence de 6,6 années) c’est-à-dire que seulement 50% des surplus émis sont alors absorbés au bout d’une année, correspondant à une efficacité moindre des puits de carbone vis-à-vis des surplus.
Avec le modèle proposé, cette valeur voisine de 50% semble très peu affectée par l’ampleur des surplus constatés puisque le paramètre αHE passe ainsi de 0,5018 en prenant en compte les surplus dus à l’utilisation des énergies fossiles seules, à 0,5009 en ajoutant les surplus de CO2 dus à l’artificialisation des sols. Le rajout d’émissions naturelles dues au dégazage des océans ou à un surplus de décomposition végétale, conséquence de la hausse globale des températures (de l’ordre de °C par siècle), ne changerait pratiquement rien à l’affaire et αHE resterait voisin de 0,5.
Personnellement, ces surplus naturels annuels me paraissent relativement faibles et au pire dans une fourchette de 0,1-0,2 ppmv. Je ne rejoins pas en cela l’analyse de Camille Veyres, mais de toute façon cela ne changerait en rien les conclusions fournies par mon modèle avec seulement une nouvelle très légère diminution de αHE toujours voisine de la valeur 0,5.
Il faut bien noter que ces estimations des temps de résidence ne fournissent, à ce stade, aucune indication sur d’éventuelles augmentations de température induites par les augmentations de concentration prises en compte. Elles démontrent simplement l’incohérence des valeurs présentées par de nombreux articles publiés dans la littérature.
Les résultats obtenus interrogent sur le mode de fonctionnement des puits de carbone mais ne permettent aucune conclusion sur une éventuelle corrélation entre concentration de CO2 et températures.
Par contre, si les concentrations atmosphériques de CO2 et les températures sont liées de la façon dont les climatologues nous le présentent (par exemple via la formule empirique de Myrhe sur le forçage radiatif et ses interprétations discutables), il serait logique d’observer une augmentation de ces concentrations au cours des périodes chaudes recensées (optimum médiéval par exemple) voire une diminution au cours des périodes froides (petit âge glaciaire).
Les valeurs de concentrations atmosphériques que j’ai pu trouver dans la littérature (issus des mesures sur des carottes de glace) et que j’ai, sur des périodes réduites, utilisées dans mon modèle ne reflètent pas ce comportement logique et restent toujours voisines de 280ppmv.
Il y a donc une incohérence à ce niveau mais ce n’est hélas pas la seule.
Merci pour ces précisions. J’observe qu’en fin de votre commentaire vous constatez que le comportement réciproque entre CO2 et réchauffement est loin d’être clarifié, si tant est qu’un lien existe. Par ailleurs votre article a le mérite d’écarter des énormités entendues telles que le CO2 anthropique qui resterait des siècles dans l’atmosphère…
Les calculs mis en jeu sont très simples et conduisent à la résolution de simples suites géométriques. Il corroborent en partie les valeurs de temps de résidence que vous citez pour les isotopes du carbone mais sont plus courts ce qui paraît assez normal dans la mesure où la nature via la photosynthèse ne semble pas trop apprécier les isotopes de masse plus élevée (en plus la notion de durée de vie ne correspond pas vraiment à mes calculs et ne me paraît pas adaptée au cas du CO2 lambda).
Les véritables questions concernent la validité du modèle qui conduit à la résolution de ces suites géométriques simples.
Dans le cas des échanges en équilibre cela semble assez logique; par contre pour les échanges où un surplus fait sortir de l’équilibre, je me suis posé beaucoup de questions.
Le fait d’avoir choisi des taux d’incidence annuels plus élevés pour les seuls surplus résultent de deux choses:
– une réponse donnée par François Marie Bréon à un journaliste qui s’étonnait des valeurs très élevées des temps de résidence trouvés dans la littérature (100 ans et plus) et qui lui assurait que ces valeurs ne concernaient que les surplus d’émissions.
– une analyse logique des processus mis en jeu dans les puits de carbone qui n’ont pas de raison d’être moins efficaces sur la part des concentrations atmosphériques usuelles pour lesquelles le système est en équilibre (~280 ppmv si l’on se fie à la littérature).
Je reconnais que l’argument est faible, mais mon choix semble en partie validé par les résultats, et en particulier le fait de retrouver par voie de calcul cette fois, le concept « d’airborne fraction » avancé par le GIEC de manière purement empirique. Par ailleurs, en appliquant mon modèle à la concentration totale de CO2 et non aux seuls surplus, la superposition des courbes calculées et mesurées nécessite un ajustement permanent du paramètre ‘taux de résidence annuel’ et non plus une valeur presque constante de celui-ci au cours du temps. Ce n’est pas une preuve que ma façon d’opérer est juste mais intuitivement
je la trouve plus élégante !
Ce n’est pas si simple : votre méthode donne environ 5 ans, puisque océans et végétation échangent environ 20% du CO2 atmosphérique par an.
Mais, quantitativement, ce CO2 reste dans l’atmosphère, puisqu’il ne s’agit que d’un échange.
Bien sûr et je n’ai jamais dis le contraire.
J’ai même fait des tas de simulations en fonction des évolutions possible des surplus. Ces calculs montrent que si nous devions absolument diminuer les concentrations atmosphériques de CO2 (pour l’instant je n’en vois personnellement pas vraiment la nécessité mais je peux me tromper), il valait mieux essayer d’abaisser le taux de résidence annuel αHE plutôt que de chercher à diminuer ou limiter l’ampleur des surplus.
Je me suis rendu compte que ses calculs étaient purement académiques et actuellement sans véritable intérêt, car nous n’avons pas de véritables données objectives sur les modes de fonctionnement des puits de carbone et sur leur évolution en fonction des concentrations atmosphériques.
Par contre, le plus troublant à mon sens, si le modèle est fiable, est que cette valeur de αHE semble rester toujours très proche de 0,5 même si les surplus annuels augmentent fortement.
Ce point que je relie au concept empirique ‘d’airborne fraction’ du GIEC me parait sous-tendre des informations concernant les modes de fonctionnement des puits de carbone qu’il conviendrait d’approfondir.
Serge Valette, Jacques-Marie,
je respecte votre connaissance du comportement du CO2, et je ne prétends aucunement m’immiscer dans vos discussions.
Sauf que le CO2, c’est établi, n’est qu’un facteur extrêmement secondaire dans les évolutions climatiques, loin derrière l’orbite terrestre, les cycles solaires, l’albédo, le rôle de l’eau liquide et vapeur, etc.
L’effet de serre lui-même est directement dépendant de l’activité solaire. Tout cela, vous l’avez justement dit, n’est qu’une vaste manipulation.
Dès lors, ne faudrait-il pas dépenser toute l’énergie des gens sensés vers une véritable recherche des vrais causes des évolutions climatiques erratiques qui sont la règle, même si, c’est vrai, leur modélisation est quasiment impossible dans un système complexe et chaotique.
Ne faudrait-il pas diriger l’action des gens sensés vers l’instruction (je crains qu’on en soit là…) de ceux qui se prétendent nos dirigeants ?
Ne faudrait-il pas protéger nos dirigeants précités des influences toxiques de lobbies financièrement intéressés qui se fichent de l’environnement comme de leur première chemise, et de farfelus hébétés qui ne pensent qu’en terme de ressources limitées d’un monde qui leur échappe car vu depuis leur canapé parisien ?
C’est un très bel effort mais qui fait appel à la notion de temps de résidence. Pour échapper à l’utilisation de cette notion purement mathématique il faut partir d’une part des mesures de températures moyennes réelles au sol et d’autres part des mesures réelles de CO2 atmosphérique, et constater d’abord la saisonnalité qu’il faut éliminer des séries avant de tenter une corrélation. On constate alors que une série est corrélable à l’intégrale de l’autre. Voir Camille Veyres pour plus d’informations.
J’avoue ne pas avoir tout compris dans votre commentaire. Pour ce qui est de la saisonnalité, vous pouvez constater que dans mes calculs, la période de référence est l’année, ce qui d’une certaine façon intègre la saisonnalité, mais peut être critiquable, j’en conviens.
Je n’ai pas compris votre référence à Camille Veyres pour plus d’informations à la fin de votre commentaire: pourriez -vous précisez?
Cordialement
Un constat saute aux yeux: année après année, la température mondiale et le taux de CO2 dans l’atmosphère augmentent….et ce. en dépit toutes les politiques préconisées par le GIEC !!!
Ce qui prouve un échec TOTAL du GIEC ‼️‼️‼️
Vouloir essayer de modifier un climat est une idée saugrenue qui ne mène nulle part, les preuves sont là
Comme vous dites vrai !
Mais le gouvernement ne dira rien, trop heureux de prélever des taxes et de remplir les caisses. Dans cette triste affaire, les écolos sont les idiots utiles de ceux qu’ils prétendent dénoncer.
Quant à prétendre agir sur le climat, les vrais scientifiques sont sceptiques. Les forces naturelles sont bien supérieures. Certains ont bien pensé lancer des dispositifs spatiaux pour ralentir l’activité solaire mais c’est très risqué.
Cette approche semble bien complexe
Comprendre simplement la relation du CO2 avec la nature est pourtant possible
https://www.laquestionclimatique.org/86-absorption.naturelle.co2.htm