Suivi des émissions et des absorptions de gaz à effet de serre - l'Accord de Paris
Reconnaissant que les émissions anthropiques de dioxyde de carbone (CO
2), de méthane (CH
4) et d'autres gaz à effet de serre (GES) sont la principale cause du réchauffement climatique, les Parties à l'Accord de Paris ont décidé de réduire rapidement ces émissions. Pour suivre les progrès accomplis dans la réalisation de cet objectif, elles dressent des inventaires nationaux des émissions et des absorptions de GES, qui seront évalués tous les cinq ans dans le cadre des inventaires mondiaux (GST).
Ces inventaires sont compilés en utilisant les meilleures pratiques recommandées dans les Lignes directrices du Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat (GIEC) pour les inventaires nationaux de gaz à effet de serre, qui exigent des rapports sur les émissions annuelles par les sources et sur les absorptions par les puits dans des secteurs et catégories spécifiques. Les émissions et absorptions nettes dans chaque catégorie de chaque secteur sont approximées soit en multipliant les données d'activité mesurées (c'est-à-dire le nombre de litres de pétrole ou de tonnes de charbon brûlés) par un facteur d'émission supposé (nombre de kilogrammes de CO
2 émis par litre de pétrole ou tonne de charbon), soit en échantillonnant directement les variations du stock de carbone et en additionnant les résultats pour obtenir des totaux.
Ces méthodes d’approche ascendante peuvent donner des résultats fiables concernant les émissions de CO
2 pour les catégories du secteur de l'énergie, comme la combustion de combustibles fossiles, lorsque les émissions peuvent être estimées avec précision à partir de la quantité et du type de combustible brûlé car la teneur en carbone du combustible est bien connue et que les facteurs d'oxydation sont proches de un. Cependant, elles sont souvent moins fiables dans d'autres secteurs et catégories, comme dans la catégorie Utilisation des Terres du secteur Agriculture, foresterie et autres utilisations des terres (AFOLU), où les processus d'émission ou d'élimination sont beaucoup plus diversifiés et difficiles à quantifier.
Budgets avec une approche descendante des GES atmosphériques
Les émissions et les absorptions de CO
2 et de CH
4 peuvent également être quantifiées à l'aide de mesures en haute résolution et à résolution temporelle de leurs concentrations dans l'atmosphère. Les sources d'émissions de CO
2 ou de CH
4 augmentent leurs concentrations sous le vent, tandis que les absorptions par les puits diminuent leurs concentrations sous le vent. Pour déduire les flux nets surface-atmosphère, les mesures de CO
2 et de CH
4 sont analysées à l'aide de modèles atmosphériques inverses. Ces modèles dérivent des estimations des distributions de flux qui sont cohérentes avec les concentrations atmosphériques observées en présence des champs de vent. Les bilans descendants des flux qui en résultent sont moins spécifiques aux sources que les inventaires ascendants, mais complètent ces méthodes en fournissant une contrainte intégrée sur les émissions nettes de toutes les sources et de tous les puits à des échelles spatiales allant des grandes centrales électriques ou des zones urbaines aux nations ou au globe entier. Ainsi, même si ces bilans de GES atmosphériques descendants ne remplaceront jamais les inventaires ascendants, ces produits descendants et ascendants peuvent être combinés pour produire une évaluation plus complète et plus transparente des progrès accomplis dans la réalisation des objectifs de réduction des émissions de GES.
Les mesures in situ terrestres et aériennes recueillies par le réseau de la Veille de l'Atmosphère Globale (VAG) de l'Organisation Météorologique Mondiale (OMM) continuent de fournir les estimations les plus précises des concentrations de GES et de leurs tendances à l'échelle mondiale. Les capteurs satellitaires, dont le satellite japonais GOSAT (Greenhouse gases Observing SATellite) et GOSAT-2, les observatoires orbitaux du carbone (OCO) 2 et 3 de la NASA, et le précurseur européen TROPOMI de Copernicus Sentinel 5, fournissent des mesures à résolution spatiale du CO
2 et du CH
4 sur l'ensemble du globe. Ces ensembles de données sont analysés à l'aide de systèmes de modélisation inverse de l'atmosphère afin de produire des estimations descendantes des émissions et des absorptions de ces deux gaz à effet de serre critiques à des échelles pertinentes pour les politiques, ce qui accroît leur valeur potentielle dans le contexte du TPS.
Les systèmes actuels de mesure et de modélisation des GES, qu'ils soient terrestres, aériens ou spatiaux, ont la résolution ou la couverture spatiale nécessaire pour quantifier les émissions ou les absorptions nettes des pays de taille moyenne à grande (c'est-à-dire la Russie, les États-Unis, la Chine, l'Inde), mais n'offrent pas encore la couverture et la résolution nécessaires pour quantifier avec précision les sources et les puits de CO
2 ou de CH
4 dans les petits pays (c'est-à-dire le Sri Lanka, l'Autriche, le Panama). Cependant, les capacités de ces systèmes augmentent rapidement. Grâce à ces mises à jour, ces méthodes descendantes pourraient soutenir à la fois l'élaboration d'inventaires nationaux et servir de partie intégrante d'un système transparent de surveillance et de vérification (MVS) pour le contrôle qualité et l'assurance qualité des inventaires ascendants, comme celui prévu dans les Lignes directrices du GIEC pour les inventaires nationaux de gaz à effet de serre.
Perfectionnement de 2019 des Lignes directrices de 2006 du GIEC pour les inventaires nationaux de gaz à effet de serre.
Les produits pilotes descendants pour entamer une discussion
Afin de démontrer l'état actuel des méthodes descendantes de suivi des émissions et des absorptions de CO
2 et de CH
4, l'équipe de travail sur les gaz à effet de serre du groupe de travail conjoint CEOS/CGMS sur le climat (WGClimate) a travaillé avec la communauté de la modélisation inverse pour compiler des budgets descendants pilotes des émissions de CO
2 et de CH
4 à l'échelle nationale afin de soutenir le premier GST en 2023. Bien que ces produits de première génération n'aient pas encore la précision, la résolution et la couverture nécessaires pour servir de système de surveillance et de vérification indépendant, ils illustrent clairement les forces et les faiblesses de cette approche et servent de passerelle importante entre les émissions, qui sont le principal moyen d'atténuation, et les concentrations, qui sont les principaux moteurs du changement climatique. Ils devraient permettre d’amorcer une discussion entre les parties prenantes, la communauté des inventaires nationaux et les communautés de mesure et de modélisation des GES afin d'identifier les meilleurs produits atmosphériques disponibles et les meilleures pratiques pour combiner les données ascendantes et descendantes sur les GES afin de produire des inventaires plus complets et plus transparents pour les futures GST. Ils devraient donc permettre d'affiner les exigences d'un futur MVS GES spécialement conçu.
Le processus d'inventaire mondial - (Gauche) Les inventaires conventionnels de GES sont compilés en utilisant une approche ascendante qui compile les estimations d'émissions et d'absorptions de secteurs et de catégories spécifiques. (Droite). Les flux de GES atmosphériques de type descendant sont dérivés de mesures directes des GES atmosphériques. Ces deux méthodes sont complémentaires. Les méthodes ascendantes sont plus spécifiques aux sources, tandis que les méthodes atmosphériques descendantes fournissent une contrainte intégrale sur les émissions nettes de toutes les sources et de tous les puits. En principe, il devrait être possible de combiner ces deux méthodes pour obtenir un compte rendu plus complet et plus transparent des émissions et des absorptions de GES
Les perspectives d'avenir pour les estimations descendantes des émissions
Les études utilisant l’approche descendante sur le CO
2 et le CH
4 atmosphériques, telles que celles résumées ici, fournissent déjà des informations importantes sur les sources et les puits de CO
2 les plus importants et sur leur réaction à l'activité humaine et au changement climatique. Cependant, les groupes CO
2 et CH
4 avertissent que ces produits pilotes doivent être interprétés avec prudence étant donné les limites des systèmes actuels de mesure et d'analyse de l'atmosphère.
Bien que ce système ne réponde pas encore complètement aux exigences d'un système MVS pour les GES, les récentes avancées dans les mesures terrestres, aériennes et spatiales du CO
2 et du CH
4, combinées aux progrès des méthodes inverses de l'atmosphère, permettent d'améliorer considérablement la précision, l'exactitude, la résolution et la couverture. Les échéanciers de la flotte croissante de capteurs spatiaux de CO
2 et de CH
4 exploités par les agences CEOS et CGMS sont présentés à la figure 1. Les engins spatiaux dont le lancement est prévu dans les cinq prochaines années, notamment le GOSAT-GW du Japon, le MethaneSat d'EDF, le GeoCarb de la NASA et les satellites CO2M de Copernicus, devraient permettre d'améliorer considérablement la couverture spatiale et la résolution du CH
4et du CO
2. Leurs observations peuvent être combinées avec celles des missions d'imagerie à haute résolution, telles que GHGSat, Sentinel 2 et PRISMA ou les missions prévues telles que CarbonMapper pour localiser les panaches intenses de CH
4 facilitant ainsi la détection des « super émetteurs » des installations d'extraction, de transmission, de traitement et de distribution du pétrole et du gaz. Des systèmes terrestres et aéroportés étendus devraient également être déployés au cours de cette période, complétant les systèmes spatiaux par une couverture 24 heures sur 24, même pendant les périodes nuageuses et la nuit. La valeur de ces données pourrait être encore accrue si elles pouvaient être harmonisées pour étendre encore la couverture et la résolution et faciliter le passage d'une génération de capteurs à la suivante.
Ces nouvelles capacités de mesure entraînent le développement de modèles inverses atmosphériques plus avancés qui exploitent davantage ces nouvelles mesures. Alors que le réseau de mesure actuel ne permet pas de réaliser des inversions à des résolutions de ~100 km, les futurs systèmes fourniront des mesures globales à des échelles aussi fines que 2 km par 2 km. Ces données pourraient permettre des inversions à une résolution beaucoup plus fine, fournissant des contraintes nationales utiles sur les émissions de pays beaucoup plus petits. D'autres mesures spatiales à des résolutions aussi élevées que quelques dizaines de mètres permettront de faire progresser les méthodes de modélisation des panaches d'émissions provenant de sources ponctuelles telles que les centrales électriques, les villes et les zones d'extraction de combustibles fossiles.
Une caractéristique essentielle de ces mesures atmosphériques descendantes dans le contexte d'un GST est leur potentiel de transparence. La plupart des données terrestres, aéroportées et spatiales recueillies par les missions du secteur public (et certaines missions du secteur privé) sont mises gratuitement à disposition sur des archives accessibles au public. Les méthodes utilisées pour analyser ces données sont complexes et coûteuses en termes de calcul, mais elles sont actuellement mises en œuvre dans le cadre d'efforts de collaboration par des équipes scientifiques du monde entier, avec de nombreux projets d'intercomparaison pour évaluer les compromis entre les différentes méthodes. Si ces pratiques sont poursuivies, elles augmenteront clairement la valeur et la transparence des produits d'émissions atmosphériques descendantes.
Chronologie des satellites de surveillance des gaz à effet de serre. Les chronologies des satellites qui mesurent uniquement le CO2 sont indiquées en bleu, ceux qui mesurent uniquement le CH4 sont colorés en vert, et ceux qui mesurent les deux gaz sont indiqués en jaune.
