Les 9 frontières planétaires : le cas du réchauffement climatique

Les frontières planétaires fixent un cadre à ne pas dépasser pour maintenir les conditions favorables de l’Holocène sur Terre. Au nombre de neuf, nous allons aujourd’hui nous intéresser à la première d’entre elles, le réchauffement climatique, pour comprendre comment est mesurée cette frontière et comment une activité personnelle influe sur son dépassement.

Pour tout savoir sur les frontières planétaires : Les frontières planétaires : un modèle systémique

Comment se mesure-t-elle ?

Selon les travaux du Stockholm Resilience Centre [1], le réchauffement climatique, très certainement l’une des deux frontières planétaires les plus connues, se décompose en deux sous-frontières fortement liées l’une à l’autre : la concentration de CO2 dans l’atmosphère en ppm et le forçage radiatif (la différence dans le bilan radiatif terrestre dû à l'activité humaine) en W/m2.

La concentration en CO2 est en hausse constante depuis l’ère préindustrielle, passant de 280 ppm dans les conditions stables de l’Holocène à 417 ppm en 2023.

Source : GIEC, 2021

Cette concentration dans l’atmosphère peut se mesurer directement à l’échelle locale à l’aide de sondes, puis, avec des modèles comme ceux développés par l’Organisation Mondiale Météorologique (OMM ou WMO en anglais [2]) et par la NASA, il devient possible d’avoir une estimation de la concentration de CO2 dans l’atmosphère à l’échelle mondiale. Ces résultats montrent d’ailleurs que les valeurs mesurées sont au-dessus des estimations qui étaient faites jusqu’à présent (qui consistait à faire un Bilan des Emissions des Gaz à Effet de Serre).

Le forçage radiatif est, quant à lui, plus générique et regroupe différents gaz, du moment qu’ils participent à l’effet de serre. On y retrouve bien évidemment le CO2, mais aussi le méthane (CH4), l’oxyde d’azote (NO2), l’hexafluorure de soufre…

Où en sommes-nous ?

Les valeurs des frontières pour la concentration en CO2 et le forçage radiatif sont calculées pour limiter le réchauffement climatique en dessous des 1,5°C fixés par les accords de Paris mais en accord avec de récentes études qui dénoncent les risques que représente un dépassement de 1°C. Les études paléoclimatiques montrent qu’il existe entre 350 ppm et 550 ppm un seuil au-dessus duquel il n’y avait pratiquement pas de glace sur Terre.

	Valeur actuelle	Valeur de la frontière
Concentration CO2 (en ppm)	417	350
Forçage radiatif excédentaire par rapport à l'ère préindustrielle (en W.m-2)	+2,91	+1

Aujourd’hui, la concentration en CO2 atmosphérique est estimée à 417 ppm et le forçage radiatif à +2,91 W.m-2 par rapport au niveau préindustriel. Aucun scénario du GIEC n'envisage un retour en dessous de ces frontières. [3]

Le scénario SSP1, le plus optimiste des scénario du GIEC, prévoit au mieux un forçage radiatif de 1.9 W.m-2 ou 2.6 W.m-2. Il permet de limiter le réchauffement global à moins de 2°C par rapport à l'ère préindustrielle. Pour limiter le réchauffement à +1.5°C il faut qu'en 2100, le forçage radiatif soit redescendu à +1.9 W.m-2 et que la concentration en CO2 dans l'atmosphère retombe à 346 ppm.

Faire redescendre le forçage radiatif à zéro en 2100 est impossible : ces frontières ne constituent pas un objectif politique mais montrent que sur le plan du réchauffement climatique, l’activité humaine a eu des conséquences dévastatrices.

Comment mesure-t-on notre impact sur cette frontière ?

Cette double frontière se recoupe dans les critères d’impact qu’on étudie dans une ACV (analyse de cycle de vie), sous l’appellation « émission de CO2 équivalent ». Comment décomposer cette grandeur, mesurable au quotidien, en augmentation de CO2 en ppm et en forçage radiatif en W.m-2 ?

Premier constat : le CO2 équivalent est une unité qui permet de comparer les différents gaz en fonction de leur contribution au réchauffement climatique, leur Potentiel de Réchauffement Global (PRG). On peut donc convertir des kilogrammes de CO2 équivalent en contribution excédentaire au forçage radiatif. La formule suivante de Myhre et al. [4] fournit une approche au premier ordre, utilisée aujourd'hui par le GIEC :

Alors :

En posant x la masse de CO2 équivalent en kg on obtient :

Il est dès lors possible de mesurer la contribution d’un objet ou d’un service au forçage radiatif global pour voir comment il influence cette frontière planétaire.

Enfin ce résultat peut être ramené à une concentration en CO2 en partie par million (ppm) en considérant que le CO2 participe pour environ 60% du forçage radiatif global (jusqu’à 80% en fonction des sources). [5][6]

De cette façon :

Cette méthode nous fournit donc une approche pour concilier une grandeur mesurable au quotidien dans la plupart des analyses de cycle de vie (ACV), les kg CO2 eq, aux grandeurs des frontières planétaires.

Illustration

Que représentent ces frontières au quotidien ? Comment participons-nous à leur dépassement à l’échelle individuelle ? Voyons ceci autour d’un exemple de la vie de tous les jours : la consommation de viande.

Un kilogramme de bœuf émet environ 30 kg de CO2eq. Par application directe des formules ci-dessus, nous en déduisons qu’il participe au forçage radiatif excédentaire à hauteur de 4.9 * 10^(-14) W.m-2.

Seulement voilà, notre consommation de viande est telle qu'elle représente aujourd'hui 15% des émissions mondiales de CO2. Si on continue à ce rythme, dans 100 ans, la consommation de viande à elle seule fera augmenter le forçage radiatif de 50% environ et la concentration de CO2 dans l'atmosphère de 69 ppm.

En mesurant notre impact en CO2eq au travers d’outils comme l’ACV, il est possible d’évaluer notre impact sur cette frontière planétaire. Ci-dessous d’autres ordres de grandeur.

L’objectif in fine est bien de diminuer notre impact sur cette frontière, mais aussi sur les autres grâce à des outils de mesure comme l’analyse de cycle de vie (ACV), qui permet de mesurer des impacts environnementaux et qui est l'outil privilégié de l’éco-conception.