Percée dans l’estimation des émissions de dioxyde de carbone des combustibles fossiles

Une équipe de scientifiques dirigée par l’Université d’East Anglia (UEA) a fait une percée majeure dans la détection plus rapide et plus fréquente des changements dans les émissions de dioxyde de carbone des combustibles fossiles.

Dans une étude publiée aujourd’hui, ils ont quantifié les réductions régionales des émissions de CO2 des combustibles fossiles pendant les blocages du COVID-19 de 2020-2021, en utilisant les mesures atmosphériques du CO2 et de l’oxygène (O2) de l’observatoire atmosphérique de Weybourne, sur la côte nord du Norfolk au Royaume-Uni.

L’estimation utilise une nouvelle méthode pour séparer les signaux de CO2 des plantes terrestres et des combustibles fossiles dans l’atmosphère. Auparavant, il n’était pas possible de quantifier les changements dans les émissions de CO2 des combustibles fossiles à l’échelle régionale avec une grande précision et en temps quasi réel.

Les méthodes existantes basées sur l’atmosphère ont largement échoué à séparer le CO2 des combustibles fossiles de la grande variabilité naturelle du CO2, de sorte que les estimations des changements, tels que ceux qui se produisent en réponse aux confinements, doivent s’appuyer sur des sources de données indirectes, qui peuvent prendre des mois ou des années pour compiler.

La méthode basée sur l’O2 atmosphérique, publiée dans la revue Les avancées scientifiques, est en bon accord avec trois estimations d’émissions britanniques à plus faible fréquence produites pendant la pandémie par le Department for Business, Energy and Industrial Strategy, le Global Carbon Budget et le Carbon Monitor, qui ont utilisé différentes méthodes et combinaisons de données, par exemple celles basées sur la consommation d’énergie .

Fondamentalement, en plus d’être complètement indépendante des autres estimations, cette approche peut être calculée beaucoup plus rapidement.

Les chercheurs sont également capables de détecter des changements dans les émissions avec une fréquence plus élevée, telles que des estimations quotidiennes, et peuvent clairement voir deux périodes de réductions associées à deux périodes de verrouillage au Royaume-Uni, séparées par une période de récupération des émissions lorsque les restrictions COVID ont été assouplies, pendant l’été de 2020.

Des chercheurs de l’UEA, qui abrite le seul laboratoire de mesure de l’O2 atmosphérique de haute précision au Royaume-Uni, ont travaillé avec des collègues de l’Université de Wageningen aux Pays-Bas et de l’Institut Max Planck de biogéochimie en Allemagne.

L’auteur principal de l’étude, le Dr Penelope Pickers, du Center for Ocean and Atmospheric Sciences de l’UEA, a déclaré: « Si les humains veulent réduire nos émissions de CO2 provenant des combustibles fossiles et notre impact sur le climat, nous devons d’abord savoir combien d’émissions changent. .

« Notre étude est une réalisation majeure dans la science de l’atmosphère. Plusieurs autres, basées uniquement sur les données de CO2, ont échoué, en raison des émissions importantes des plantes terrestres, qui obscurcissent les signaux de CO2 des combustibles fossiles dans l’atmosphère.

« L’utilisation de l’O2 atmosphérique combiné au CO2 pour isoler le CO2 des combustibles fossiles dans l’atmosphère nous a permis de détecter et de quantifier ces signaux importants à l’aide d’une approche » descendante « pour la première fois. Nos résultats indiquent qu’un réseau de sites de mesure en continu a une forte potentiel pour fournir cette évaluation du CO2 des combustibles fossiles au niveau régional. »

Actuellement, les émissions de CO2 des combustibles fossiles sont officiellement déclarées selon une approche « ascendante », en utilisant des méthodes de comptabilisation qui combinent des facteurs d’émission avec des statistiques énergétiques pour calculer les émissions.

Celles-ci sont ensuite compilées dans des inventaires nationaux des émissions estimées de gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère provenant de sources et d’activités anthropiques, telles que les bâtiments domestiques, les véhicules et les processus industriels.

Cependant, les inventaires peuvent être inexacts, en particulier dans les pays moins développés, ce qui rend plus difficile la réalisation des objectifs climatiques.

Cela peut aussi prendre des années pour que les évaluations d’inventaire soient terminées, et à l’échelle régionale, ou sur une base mensuelle ou hebdomadaire, les incertitudes sont beaucoup plus grandes.

Une autre méthode d’estimation des émissions de GES consiste à utiliser une approche « descendante », basée sur des mesures atmosphériques et une modélisation.

L’inventaire des émissions du Royaume-Uni est déjà informé et soutenu avec succès par des évaluations descendantes indépendantes pour certains GES clés, tels que le méthane et l’oxyde nitreux.

Mais pour le CO2, le GES le plus important pour le changement climatique, cela n’a jamais été possible auparavant, en raison des difficultés à faire la distinction entre les émissions de CO2 des combustibles fossiles et les sources végétales terrestres dans l’atmosphère.

Le Dr Pickers a déclaré: « Le temps nécessaire pour terminer les inventaires rend difficile la caractérisation des changements d’émissions qui se produisent soudainement, tels que les réductions associées aux blocages de la pandémie de COVID.

« Nous avons besoin d’estimations fiables des émissions de CO2 des combustibles fossiles rapidement et à des échelles plus fines, afin que nous puissions surveiller et informer les politiques sur le changement climatique pour éviter d’atteindre 2°C de réchauffement climatique.

« Notre approche basée sur l’O2 est rentable et fournit des informations à haute fréquence, avec le potentiel de fournir des estimations de CO2 des combustibles fossiles rapidement et à des échelles spatiales plus fines, comme pour les comtés, les États ou les villes. »

L’équipe a utilisé 10 ans de mesures horaires de haute précision de l’O2 et du CO2 atmosphériques de l’observatoire atmosphérique de Weybourne, qui sont pris en charge par le National Center for Atmospheric Science du Royaume-Uni. Avoir des mesures à long terme de ces gaz importants sur le plan climatique était crucial pour le succès de l’étude.

Pour détecter un signal COVID, ils ont d’abord dû supprimer les effets du transport atmosphérique sur leurs ensembles de données O2 et CO2, à l’aide d’un modèle d’apprentissage automatique.

Ils ont formé le modèle d’apprentissage automatique sur des données pré-pandémiques, pour estimer le CO2 des combustibles fossiles qu’ils se seraient attendus à observer à Weybourne si la pandémie ne s’était jamais produite.

Ils ont ensuite comparé cette estimation au CO2 des combustibles fossiles effectivement observé en 2020-2021, ce qui a révélé la réduction relative des émissions de CO2.

« Une nouvelle quantification des réductions régionales de CO2 des combustibles fossiles pendant les fermetures de COVID-19 à l’aide de mesures de l’oxygène atmosphérique », par Penelope A. Pickers et al., est publiée dans Avancées scientifiques le vendredi 22 avril 2022.