Le cas croissant de la géoingénierie

Tatsuro Kiuchi

David Mitchell se gare sur le parking du Desert Research Institute, un avant-poste de sciences environnementales de l'Université du Nevada, perché dans les collines rouges et sèches au-dessus de Reno. Le campus regarde par-dessus les casinos du centre-ville dans les montagnes enneigées des pignons de pin. Ce matin, des cirrus vaporeux dessinent de longues lignes au-dessus de la chaîne.

Mitchell, un physicien atmosphérique dégingandé et à la voix douce, pense que ces nuages ​​​​glaciaux dans la haute troposphère pourraient offrir l'un de nos meilleurs plans de repli pour lutter contre le changement climatique. Les minuscules cristaux de glace contenus dans les cirrus rejettent le rayonnement thermique contre la surface de la Terre, emprisonnant la chaleur comme une couverture ou, plus précisément, comme du dioxyde de carbone. Mais Mitchell, professeur agrégé de recherche à l'institut, pense qu'il pourrait y avoir un moyen de contrer les effets de ces nuages.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mai 2017

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Cela fonctionnerait comme ceci : des flottes de gros drones sillonneraient les latitudes supérieures du globe pendant les mois d'hiver, saupoudrant le ciel de tonnes de matériaux extrêmement fins ressemblant à de la poussière chaque année. Si Mitchell a raison, cela produirait des cristaux de glace plus gros que la normale, créant des cirrus plus fins qui se dissipent plus rapidement. Cela permettrait plus de rayonnement dans l'espace, refroidissant la terre, dit Mitchell. Réalisé à une échelle suffisamment grande, cet ensemencement de nuages ​​pourrait abaisser les températures mondiales jusqu'à 1,4 °C, soit plus que le réchauffement de la planète depuis la révolution industrielle, selon un étude séparée de Yale .

De grandes questions demeurent quant à savoir si cela fonctionnerait vraiment, quels effets secondaires dommageables pourraient survenir et si le monde devrait risquer de déployer un outil qui pourrait modifier l'ensemble du climat. En effet, la suggestion que nous devrions confier le thermostat global à une armada de robots volants semblera absurde à beaucoup. Mais la vraie question est : absurde par rapport à quoi ?

Sans une action drastique, le changement climatique pourrait tuer environ un demi-million de personnes par an vers le milieu de ce siècle, par la famine, les inondations, le stress thermique et les conflits humains. Empêcher les températures de monter de 2 °C au-dessus des niveaux préindustriels, longtemps considéré comme la zone de danger à éviter à tout prix, semble désormais presque impossible. Cela signifierait réduire les émissions de gaz à effet de serre jusqu'à 70% d'ici 2050, et cela pourrait bien nécessiter le développement de technologies qui pourraient aspirer des milliards de tonnes de dioxyde de carbone de l'atmosphère, selon le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat de l'ONU. Mais une croissance corps de rechercher suggère que nous n'aurons probablement pas le temps ou la technologie pour y parvenir. Notamment, même si chaque nation respecte les engagements qu'elle a pris dans le cadre des accords de Paris sur le climat politiquement ambitieux, les températures mondiales pourraient encore grimper plus que 5 °C d'ici 2100 .

Tout le monde envisage deux diplômes, mais pour moi, c'est une chimère, déclare Daniel Schrag, directeur du Harvard University Center for the Environment, qui était l'un des meilleurs conseillers du président Obama sur le changement climatique. Je crains que nous ayons de la chance d'en échapper quatre, et je veux m'assurer que personne n'en voit jamais six.

La différence entre deux et quatre degrés représente un autre quart de milliard de personnes sans accès fiable à l'eau, plus de cent millions de plus exposés aux inondations et une baisse massive des rendements des cultures dans le monde, selon une étude par le Comité sur le changement climatique, un groupe scientifique basé à Londres créé pour conseiller le gouvernement britannique (voir ci-dessous).

Sans une action drastique, le changement climatique pourrait tuer environ un demi-million de personnes par an d'ici le milieu de ce siècle.

L'idée que nous pourrions contrecarrer ces dangers en réorganisant le climat lui-même, des techniques collectivement connues sous le nom de géo-ingénierie, a commencé à émerger des franges scientifiques il y a environ une décennie (voir The Geoengineering Gambit ). Aujourd'hui, l'élan derrière l'idée se construit : des projections climatiques de plus en plus sombres ont convaincu un nombre croissant de scientifiques qu'il est temps de commencer à mener des expériences pour découvrir ce qui pourrait fonctionner. De plus, une liste impressionnante d'institutions dont l'Université de Harvard, la Conseil Carnegie , et le Université de Californie, Los Angeles , ont récemment mis en place des initiatives de recherche.

Peu de scientifiques sérieux soutiendraient que nous devrions bientôt commencer à déployer la géo-ingénierie. Mais le temps presse, il est impératif d'explorer toute option qui pourrait empêcher le monde d'être au bord de la catastrophe, déclare Jane Long, ancienne directrice associée du Lawrence Livermore National Laboratory. Je ne sais pas vraiment quelle est la réponse, dit-elle. Mais je crois que nous devons continuer à dire quelle est la vérité, et la vérité est que nous pourrions en avoir besoin.

Rêves de poussière

Mitchell travaille dans un petit bureau carré au dernier étage du Desert Research Institute. Des piles d'articles scientifiques encombrent son bureau ; des journaux et des classeurs remplissent sa bibliothèque. Des images en gros plan de délicats cristaux de glace sont accrochées à des punaises sur le tableau d'affichage au-dessus de son écran d'ordinateur.

Au printemps 2005, lors d'un congé sabbatique au National Center for Atmospheric Research à Boulder, Colorado, Mitchell a commencé à explorer comment la taille des cristaux de glace affecte les cirrus et le système climatique. Lui et ses collègues trouvé que des cristaux plus gros, du type qui ont tendance à se former en présence de particules de poussière, produisaient des cirrus moins nombreux et plus fins.

Ce point est resté dans le cerveau de Mitchell. Un matin, peu de temps après son retour au Nevada, il a fait un rêve dans lequel cette idée s'est transformée en un schéma d'ingénierie climatique. Il s'est réveillé en se demandant si l'ajout délibéré de poussière dans les zones où ces nuages ​​se forment engendrerait ces cristaux de glace plus gros, réduisant la couverture des cirrus et libérant plus de chaleur dans l'espace.

280 millions

plus de personnes sans accès à une eau adéquate

120 millions

plus de personnes exposées aux grandes crues fluviales

12 millions

plus de personnes soumises aux inondations côtières

24%

baisse de la productivité mondiale du maïs

Bien qu'il ait de sérieuses réserves sur la géo-ingénierie, il a décidé d'explorer l'idée. En 2009, lui et un collègue ont publié un papier suggérant que l'ensemencement de cirrus avec de minuscules particules de tri-iodure de bismuth, un composé inorganique qui peut se décomposer en une taille inférieure au micromètre nécessaire, pourrait compenser considérablement le changement climatique. Plus récemment, Mitchell a estimé qu'il faudrait environ 160 tonnes de matériau par an pour semer des nuages ​​dans les zones qu'il a en tête, pour un coût d'environ 6 millions de dollars.

8%

baisse des rendements du blé de printemps

3. 4%

des espèces végétales perdent la moitié de leur habitat convenable

vingt-et-un%

des espèces de mammifères perdent leur habitat

Tout le monde n'est pas d'accord pour dire que la proposition fonctionnerait. Un article de 2013 dans La science , dirigé par le scientifique atmosphérique du MIT Dan Cziczo , a conclu que la formation de cristaux de glace autour de la poussière, connue sous le nom de nucléation hétérogène de la glace, est déjà le mécanisme dominant créant les cirrus. Cela pourrait signifier que l'ajout de plus de poussière créerait, dans l'ensemble, des nuages ​​​​plus épais qui retiendraient plus de chaleur. Selon Cziczo, le plus gros problème avec cette idée est que les nuages ​​sont la partie la moins bien comprise du système climatique. Nous n'avons pas assez de connaissances sur la microphysique des nuages, ou des mesures suffisamment précises, pour manipuler avec précision le climat de cette manière, dit-il.

Mais les recherches les plus récentes de Mitchell, s'appuyant sur les observations des concentrations de cristaux de glace du satellite Calipso de la NASA, l'ont davantage convaincu que l'ensemencement des nuages ​​pourrait fonctionner, tant qu'il est effectué dans des régions où les cirrus se forment principalement sans particules de poussière. Sur l'écran de son bureau, Mitchell affiche une page de cartes d'un article qu'il a présenté au National Center for Atmospheric Research fin février. Les points bleu marine et bleu clair, représentant les nuages ​​hétérogènes de Cziczo, dominent les latitudes moyennes, couvrant une grande partie de l'Amérique du Sud et de l'Afrique. Mais les latitudes plus élevées sont couvertes de points rouges, jaunes, orange et verts qui indiquent les types de nuages ​​que Mitchell a en tête.

Les images satellites suggèrent que dans des conditions très froides et humides, vers les pôles et particulièrement en hiver, de minuscules cristaux de glace peuvent se former d'eux-mêmes, spontanément, sans poussière. Cela suggère que l'ensemencement des nuages ​​pourrait fonctionner s'il est ciblé sur ces zones au cours de ces mois. Mitchell pense même avoir trouvé un moyen d'amener la nature à mener une expérience sur le terrain pour tester sa théorie. Au printemps et en hiver, des vents violents provoquent régulièrement d'importantes tempêtes de poussière dans les déserts de Mongolie et à l'ouest de la Chine. Les particules fines soufflent à travers le Pacifique et se heurtent à une onde atmosphérique qui roule sur les montagnes Rocheuses.

Si Mitchell a raison, la poussière devrait favoriser des nuages ​​cirrus plus fins dans une zone où le type plus épais a autrement tendance à dominer. Il n'y avait aucun moyen d'observer correctement ce phénomène - jusqu'à la fin de l'année dernière, lorsque la National Oceanic and Atmospheric Administration a lancé un satellite équipé de certaines des technologies d'imagerie les plus puissantes jamais lancées dans l'espace, ainsi que de capteurs capables de mesurer la température des nuages. . Le satellite devrait être capable de capturer exactement ce qui se passe lorsque la poussière chevauche les Rocheuses, détectant les changements subtils en cours dans la microphysique des nuages.

Mitchell a soumis une proposition de recherche à la NOAA l'année dernière, demandant à l'agence d'utiliser le satellite pour faire de telles observations. Il sait que c'est long, en particulier à la lumière des efforts de l'administration Trump pour réduire le financement de la science du climat. Mais si la NOAA est d'accord, le test pourrait donner du poids à sa théorie ou, bien sûr, la contredire.

Une autre expérience de géo-ingénierie en plein air devrait avoir lieu encore plus tôt.

À cette époque l'année prochaine, les professeurs de Harvard David Keith et Frank Keutsch espèrent lancer un ballon à haute altitude depuis un site de Tucson, en Arizona. Cela marquera le début d'un projet de recherche visant à explorer la faisabilité et les risques d'une approche connue sous le nom de gestion du rayonnement solaire. L'idée de base est que la pulvérisation de matériaux dans la stratosphère pourrait aider à renvoyer plus de chaleur dans l'espace, imitant un phénomène de refroidissement naturel qui se produit après que les volcans ont projeté des dizaines de millions de tonnes de dioxyde de soufre dans le ciel (voir A Cheap and Easy Plan to Stop Global réchauffement).

Les scientifiques pensent généralement que la technique atténuerait les températures, mais une question persistante est : que fera-t-elle d'autre ? Notamment, les éruptions volcaniques ont également considérablement régimes pluviométriques modifiés dans certaines régions, et le dioxyde de soufre est connu pour appauvrir la couche d'ozone protectrice.

Les scénarios climatiques les plus probables sur des échelles de temps plus longues sont dévastateurs pour les générations futures, absolument dévastateurs.

Keith a effectué une modélisation climatique approfondie pour déterminer si d'autres matériaux, notamment l'alumine, la poussière de diamant et le carbonate de calcium, pourraient avoir un impact neutre ou même positif sur l'ozone. Au cours d'une conversation dans son bureau à Harvard, il a souligné que les expériences ne constitueraient pas un test de géo-ingénierie en soi. Mais ils permettraient à son groupe de soumettre ses modèles à des données du monde réel, révélant plus sur la physique et la chimie stratosphériques pertinentes. La théorie seule ne vous dit pas ce qui se passera dans l'atmosphère, dit Keith. Vous pouvez vous tromper si vous ne sortez pas et ne faites pas de mesures directes.

Keith a déjà commencé le travail de conception avec la société de ballons World View Enterprises, ainsi que des discussions sur la transparence et la surveillance appropriées pour de telles expériences en plein air. Les premiers vols testeraient le fonctionnement de base du ballon, qui serait attaché à une nacelle équipée d'hélices, de pulvérisateurs et de capteurs. Mais finalement, l'expérience impliquerait la libération d'un fin panache de matériaux, probablement du carbonate de calcium, dans la stratosphère. Le ballon suivrait ensuite cette traînée en sens inverse, permettant aux capteurs de mesurer dans quelle mesure les particules diffusent la lumière du soleil, si elles fusionnent ou se dispersent, et comment elles interagissent avec les précurseurs de l'ozone.

Inconnues inconnues

La géo-ingénierie à grande échelle impliquerait inévitablement un certain niveau de risque. Nous sommes susceptibles d'être confrontés à un terrible choix entre accepter les dangers évidents du changement climatique et risquer les inconnues de la géo-ingénierie. Alan Robock , professeur de sciences environnementales à Rutgers, a publié un liste de 27 risques et préoccupations soulevés par la technologie, y compris son potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone et de diminution des précipitations en Afrique et en Asie.

En fin de compte, Robock craint que la géo-ingénierie ne soit tout simplement trop risquée pour être jamais essayée. Nous ne savons pas ce que nous ne savons pas, dit-il. Doit-on faire confiance à la seule planète connue pour avoir une vie intelligente à ce système technique compliqué ? Cziczo du MIT est plus direct. Nous savons que le problème est celui des gaz à effet de serre, alors la solution consiste à éliminer les gaz à effet de serre, dit-il. Vous n'essayez pas de faire quelque chose que nous ne comprenons absolument pas.

Les réserves entourant la recherche en géo-ingénierie se sont pleinement manifestées fin mars lorsque des dizaines de climatologues et de spécialistes des sciences sociales se sont réunis au Carnegie Endowment for International Peace à Washington, D.C., pour le Forum on U.S. Solar Geoengineering Research. Les intervenants ont souligné une longue liste de questions sans réponse, et peut-être sans réponse, sur la gouvernance internationale : Qui décide quand appuyer sur la gâchette ? Comment déterminer les températures moyennes correctes lorsque les mêmes affecteront différentes nations de manière nettement différente ? Une nation peut-elle être tenue responsable des effets négatifs de son programme de géo-ingénierie sur le climat d'un autre pays ? Ces outils pourraient-ils être utilisés pour attaquer délibérément une nation voisine ? Et les conflits sur ces questions pourraient-ils dégénérer en guerre ?

Je n'ai encore entendu aucune description d'un futur monde de géo-ingénierie solaire qui me semble autre chose que dystopique ou hautement irréaliste, a déclaré Rose Cairns, chercheuse à l'Université du Sussex, qui a rejoint la discussion du matin depuis l'Angleterre par Skype.

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Mais le Schrag de Harvard prétendait le contraire : que la version la plus effrayante du futur pourrait être celle où la géo-ingénierie n'est jamais développée ou déployée. Je ne pense pas que les gens comprennent exactement à quoi nous sommes confrontés avec le climat, a-t-il déclaré. Les scénarios climatiques les plus probables sur des échelles de temps plus longues sont dévastateurs pour les générations futures, absolument dévastateurs.

Alors qu'il projetait des diapositives mettant en évidence la perte dramatique de glace de mer dans l'Arctique et l'Antarctique au cours des derniers mois, Schrag a souligné que le changement climatique avait déjà des impacts visibles plus rapidement que prévu. Il a ajouté qu'il est difficile de prévoir un scénario dans lequel nous pouvons réduire les niveaux de gaz à effet de serre assez rapidement pour éviter des dangers bien pires : la quantité que nous avons déjà libérée est susceptible de verrouiller un autre degré de réchauffement même si nous arrêtons les émissions demain, a-t-il déclaré. .

Selon lui, ces dures réalités signifient que nous devons essayer de répondre aux questions difficiles que pose la géo-ingénierie. C'est toujours, dans tous les cas que j'ai vus, mieux que l'alternative de simplement laisser le climat se réchauffer, a-t-il déclaré. Compte tenu de la trajectoire du monde et de la difficulté de réduire les émissions, c'est quelque chose que nous devons vraiment comprendre.

Le pouvoir de la peur

Mitchell s'est opposé à la géo-ingénierie pendant la majeure partie de sa carrière. L'idée que l'humanité devrait bricoler avec le système climatique finement réglé lui a semblé incroyablement arrogante. Mais comme d'autres chercheurs qui ont passé des décennies à regarder des projections de plus en plus effrayantes alors que le monde ignorait les avertissements les plus forts que les scientifiques savaient émettre, il a changé d'avis à contrecœur.

Cela pourrait prendre des décennies pour savoir quelles méthodes de géo-ingénierie pourraient fonctionner, si les effets secondaires environnementaux peuvent être minimisés et si c'est finalement trop dangereux à essayer. Plus nous attendons pour commencer des recherches sérieuses, plus nous risquons de déployer un outil dangereux face à des chocs climatiques soudains, ou de ne pas en avoir un sous la main lorsque nous en aurons besoin. Et personne ne sait vraiment quand cela pourrait arriver.

Selon Mitchell, le besoin d'ingénierie climatique pourrait venir plus vite que nous ne le pensons.

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