Parallèlement à des réductions strictes des émissions, le déploiement de l’élimination du dioxyde de carbone (CDR) est nécessaire pour limiter le réchauffement à 2 °C, soit 1,5 °C par rapport aux niveaux préindustriels¹. Une capacité de CDR préventif de plusieurs centaines de GtCO₂ est nécessaire, ce qui permettrait d’intensifier le déploiement si nécessaire, pour se protéger et se prémunir contre les résultats inattendus d’un réchauffement élevé au cours de ce siècle². Compte tenu de l’empreinte du CDR sur les systèmes énergie-eau-terre, divers portefeuilles, y compris des méthodes terrestres et marines telles que le boisement/reboisement (AR) et l’amélioration de l’alcalinité des océans (OAE) devraient être pris en compte³, et il est donc crucial de comprendre comment leur mise à l’échelle et/ou leur combinaison fonctionnent au sein du système terrestre interactif.

En plus de réduire le CO atmosphérique₂ et donc les températures mondiales (refroidissement biogéochimique), la CDR déclenche également des rétroactions complexes carbone-climat^4,5,6,7. En particulier, les gradients de CO₂ dans les continua air-mer et air-feuille sont réduits, réduisant les émissions de CO air-mer₂ l’échange et l’absorption photosynthétique respectivement⁸. Par conséquent, l’amélioration du puits de carbone terrestre réduit le puits océanique, et vice versa, par rapport à un scénario contrefactuel sans CDR. Si l’on définit ainsi l’efficacité d’élimination ( %) du CDR comme la diminution du carbone atmosphérique divisée par l’augmentation du carbone terrestre (océanique) suite à l’application d’une méthode CDR terrestre (marine)⁹, ce chiffre doit être inférieur à 100 %. De tels « flux compensatoires » déconnectent la séquestration de carbone que l’on pourrait théoriquement mesurer sur le terrain du CO atmosphérique réalisé₂ , ce qui a des implications cruciales pour le suivi, la déclaration et la vérification du CDR⁸.

Les modèles du système terrestre de complexité intermédiaire (EMIC) ont montré que l’efficacité d’élimination dépend fortement de l’état du système terrestre et du scénario d’émissions, tandis que la quantité d’applications de CDR (et donc l’augmentation de la CDR) est moins importante⁹. Cette attente est fondée sur des scénarios où les émissions négatives sont prescrites comme étant éliminées de façon permanente directement de l’atmosphère et où le carbone éliminé n’interagit pas avec le système terrestre^4,10,11. Cette configuration est représentative de méthodes telles que le captage et le stockage directs du carbone dans l’air, où le carbone extrait est stocké dans des formations géologiques et n’interagit pas avec le reste du cycle du carbone dans les échelles de temps d’intérêt. En RA, la séquestration du carbone est due au climat et au CO₂et ne peut pas être connu a priori, tandis que le carbone retiré reste dans le cycle interactif du carbone⁷. La plantation de forêts déclenche également des effets biogéophysiques complexes en modifiant les propriétés de la surface terrestre telles que l’albédo et la rugosité, et donc en modifiant l’énergie de surface et les flux d’eau^12,13. Des considérations similaires s’appliquent à l’OAE, qui comprend l’ajout de matériaux alcalins à la surface de l’océan, augmentant ainsi la dissolution du CO atmosphérique₂ dans la mer¹⁴. La quantité de carbone océanique absorbée dépend de facteurs tels que les modèles de circulation océanique, la vitesse du vent, la chimie des carbonates de surface des océans et le CO atmosphérique₂ concentrations, qui affectent la cinétique des échanges gazeux, et ne peuvent pas être connues a priori^15,16.

Modèles du système terrestre (ESM) de haute complexité, qui capturent ces rétroactions^6,7, sont donc nécessaires pour confirmer si l’efficacité d’élimination reste insensible à la mise à l’échelle et/ou à la combinaison de CDR, quelles que soient les méthodes employées. Même si cela était vrai, le commandant₂ L’élimination des méthodes de combinaison n’est peut-être pas simplement la somme des éliminations individuelles, car leur effet combiné peut différer de l’hypothèse linéaire d’une application indépendante. À l’aide d’un EMIC, Keller et al.⁵ a suggéré que la combinaison de l’AR, de l’OAE et de la fertilisation par le fer océanique produit une réponse fortement saturante de l’élimination, mais cela n’a pas encore été mis à l’épreuve avec une ESM. De même, l’augmentation de l’application du CDR d’un facteur deux, par exemple, ne se traduirait pas nécessairement par un doublement du CO₂ enlèvement. Une telle linéarité exigerait que l’absorption de carbone par unité d’application de CDR soit également insensible à la quantité de déploiement de CDR. Schwinger et al.¹⁵ a récemment démontré que cela est fondamentalement vrai pour l’OAE, mais cela n’a pas été étudié pour la RA, ou pour les déploiements combinés de différentes méthodes CDR.

Pour renforcer la confiance dans nos résultats, nous étudions la mise à l’échelle et la combinaison de l’AR et de l’OAE à l’aide de deux ESM, à savoir le modèle du système terrestre de l’Institut Max Planck de météorologie (MPI-ESM)¹⁷, et l’Infrastructure océanique et climatique flexible (FOCI)¹⁸, fonctionnant dans une configuration axée sur les émissions où le CO atmosphérique₂ n’est pas prescrit, mais calculé dynamiquement¹⁹. En particulier, nous utilisons un scénario de RA avec jusqu’à 927 Mha de RA d’ici 2099 selon Moustakis et al.⁷, et un scénario OAE prévoyant jusqu’à 18 Pmol d’OAE sur les côtes du monde entier d’ici 2099, qui sont également combinés et/ou divisés par deux, tout en suivant les émissions de combustibles fossiles de la trajectoire socioéconomique partagée SSP3-7.0 (c’est-à-dire un scénario avec des émissions positives tout au long de ce siècle). Cela donne une configuration multifactorielle de 7 scénarios et 42 simulations au total (Tableau 1, Fig. 1). Nous montrons que les réponses globales des flux de carbone s’échelonnent linéairement lorsque différentes méthodes CDR sont mises à l’échelle et/ou combinées, ce qui suggère une insensibilité de l’efficacité d’élimination à la fois à l’ampleur de la perturbation CDR elle-même et à la composition du portefeuille CDR.

(Haut) La carte montre le modèle de boisement/reboisement (AR) exprimé en variation de la fraction du couvert forestier d’ici 2099 dans les scénarios AR/mixtes. Pour les scénarios halfAR/halfMixed, le modèle spatial est le même, bien que divisé par deux. Le graphique linéaire montre l’augmentation de la superficie forestière mondiale (en Mha) au fil du temps. Les détails du motif peuvent être trouvés dans Moustakis et al.⁷ (En bas) La carte montre les cellules de grille du littoral où l’alcalinité est ajoutée. Les graphiques linéaires montrent la quantité cumulative d’ajout d’alcalinité (en Pmol) au fil du temps.

 

L’extension du CDR conduit à des réponses linéaires dans les flux de carbone

Dans le scénario halfAR, le carbone terrestre (C_terre) augmente de 258 GtCO₂ (Fig. 2, S1-2) et C_terre l’absorption atteint 56 GtCO₂/100 Mha d’ici 2099 (Figs. 3, S3-4). Une augmentation de C_terre 100 Mha au fil du temps pourraient être attendus compte tenu de l’effet cumulatif de la séquestration continue du carbone par les forêts plantées dès le début, qui dépend des caractéristiques des terres reboisées. Ici, le reboisement est prioritaire par rapport au boisement, et les terres ayant un potentiel de séquestration plus élevé sont donc converties dès le début⁷. Cependant, cette augmentation reflète principalement l’effet de l’augmentation du CO atmosphérique₂ concentrations sur la photosynthèse²⁰. La dépendance vis-à-vis du CO₂ les concentrations deviennent évidentes lorsque l’on compare avec les résultats de Moustakis et al.⁷, qui a utilisé la même configuration bien que sous les émissions SSP5-3.4os inférieures, et a signalé une valeur inférieure de ~40 GtCO₂/100 Mha d’ici 2100.

Source : Nature