Autrefois considérée comme une idée marginale, la perspective de compenser le réchauffement climatique en libérant des quantités massives de particules réfléchissant la lumière solaire dans l'atmosphère terrestre est désormais un sujet de réflexion scientifique sérieuse. Des centaines d’études ont modélisé le fonctionnement possible de cette forme de géo-ingénierie solaire, connue sous le nom d’injection d’aérosols stratosphériques (SAI).
Il existe une réelle possibilité que des nations, voire des individus cherchant une solution provisoire au changement climatique, tentent l'ISC, mais les partisans sous-estiment considérablement à quel point cela sera difficile et compliqué, affirment des chercheurs de l'Université de Columbia.
« Même lorsque les simulations de SAI dans les modèles climatiques sont sophistiquées, elles seront nécessairement idéalisées. Les chercheurs modélisent les particules parfaites qui ont la taille parfaite. Et dans la simulation, ils placent exactement la quantité qu'ils veulent, où ils les veulent. Mais quand on commence à considérer où nous en sommes réellement, par rapport à cette situation idéalisée, cela révèle une grande partie de l'incertitude dans ces prédictions », déclare V. Faye McNeill, chimiste de l'atmosphère et scientifique des aérosols à École climatique de Columbia et Columbia Engineering.
« De nombreuses choses peuvent se produire si vous essayez de faire cela, et nous affirmons que l'éventail des résultats possibles est beaucoup plus large que ce que quiconque avait imaginé jusqu'à présent. »
Dans un article publié dans Rapports scientifiquesMcNeill et ses collègues tiennent compte des limites physiques, géopolitiques et économiques de SAI. Ils commencent par rassembler la littérature scientifique dispersée sur la manière dont les impacts de l'ISC seraient façonnés par les nuances de son déploiement.
De nombreux facteurs affectent la façon dont les aérosols interagissent avec les systèmes terrestres : l’altitude et la longitude auxquelles ils sont libérés, la période de l’année à laquelle cela se produit et, bien sûr, le nombre de particules impliquées.
La variable la plus significative semble cependant être la latitude. Par exemple, une concentration de SAI dans les régions polaires perturberait probablement les systèmes de mousson tropicale. Les rejets concentrés dans les régions équatoriales pourraient affecter le courant-jet et perturber les modèles de circulation atmosphérique qui conduisent la chaleur vers les pôles terrestres.
« Il ne s'agit pas simplement de rejeter cinq téragrammes de soufre dans l'atmosphère. Il importe de savoir où et quand vous le faites », explique McNeill.
Ces variabilités suggèrent que, si l’ISC a lieu, elle devrait l’être de manière centralisée et coordonnée. Toutefois, compte tenu des réalités géopolitiques, les chercheurs estiment que cela est peu probable.
Jusqu'à présent, les études de modèles se sont concentrées presque entièrement sur les approches SAI qui utiliseraient des gaz riches en sulfate analogues à ceux formés lorsque les panaches volcaniques s'oxydent et se condensent dans la stratosphère.
Les éruptions volcaniques ont refroidi la Terre dans le passé. Par exemple, lorsque le Mont Pinatubo est entré en éruption en 1991, les températures planétaires ont chuté de près d’un degré Celsius pendant plusieurs années. Cet événement est souvent cité comme une preuve de principe sur la manière dont l’ISC pourrait fonctionner.
Outre le refroidissement au niveau du sol, le SAI entraîne également des conséquences indésirables, à la fois attendues et inattendues. Par exemple, l'éruption du Pinatubo a également perturbé le système de mousson indien, entraînant une diminution des précipitations dans toute l'Asie du Sud, un réchauffement de la stratosphère et un appauvrissement de la couche d'ozone.
L'utilisation de sulfates pour le SAI pourrait présenter des risques similaires ou des problèmes environnementaux supplémentaires, notamment les pluies acides et la pollution des sols. Ces préoccupations ont conduit à rechercher d’autres ingrédients d’aérosol pour le SAI.
Les alternatives minérales proposées comprennent le carbonate de calcium, l'alumine alpha, le titane rutile et anatase, la zircone cubique et le diamant. L'examen des alternatives s'est concentré sur leurs qualités optiques, mais d'autres facteurs ont été négligés.
« Les scientifiques ont discuté de l'utilisation de candidats aérosols sans se soucier de la manière dont des limitations pratiques pourraient limiter votre capacité à en injecter des quantités massives chaque année », déclare Miranda Hack, scientifique en aérosols à l'Université de Columbia et auteur principal du nouvel article.
« Beaucoup de matériaux proposés ne sont pas particulièrement abondants. »
Le diamant est optiquement bien adapté à cette tâche, mais il n'y en a tout simplement pas assez. En ce qui concerne la zircone cubique et le titane rutile, l'offre pourrait éventuellement répondre à la demande, mais la modélisation économique de l'équipe de Columbia suggère qu'une demande accrue mettrait à rude épreuve les chaînes d'approvisionnement et les rendrait beaucoup plus coûteuses.
Il existe des réserves suffisantes d’alumine alpha et de carbonate de calcium pour absorber la demande sans faire monter les prix à des niveaux prohibitifs – mais, comme pour les autres candidats, il existe de sérieux défis techniques liés à leur dispersion.
Avec la taille de particule minuscule, inférieure au micron, nécessaire au SAI, les alternatives minérales ont toutes tendance à s'agglutiner en agrégats plus gros. Selon les calculs des chercheurs, ces agrégats sont moins efficaces que les particules pour réduire la lumière solaire, et leurs impacts climatiques sont encore moins bien compris.
« Au lieu d'avoir ces propriétés optiques parfaites, vous avez quelque chose de bien pire. Par rapport au sulfate, je ne pense pas que nous constaterions nécessairement les types d'avantages climatiques qui ont été évoqués », déclare Hack.
Selon les chercheurs, toutes ces considérations pratiques – liées aux stratégies de déploiement, à la gouvernance, à la disponibilité et aux propriétés matérielles – ont rendu l’ISC encore plus incertaine qu’elle ne l’est déjà. Cela doit être pris en compte lors de l’examen de l’utilisation du SAI.
« Lorsque l'on considère la géo-ingénierie solaire, tout est question de compromis en matière de risques », déclare Gernot Wagner, économiste du climat à la Columbia Business School et proche collaborateur de la Climate School. Compte tenu des réalités compliquées de l'ISC, dit-il, « cela ne se passera pas comme le modèle 99 % de ces journaux ».
L'étude a été co-écrite par Daniel Steingart, codirecteur du Columbia Electrochemical Energy Center.
