La séquestration du carbone
Les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère sont passés des niveaux préindustriels de 280 parties par million à 375 parties par million. L'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone est principalement due à l'utilisation sans cesse croissante des combustibles fossiles pour l'énergie. Les niveaux de CO 2 continuent d’augmenter dans l’atmosphère en raison de l’augmentation considérable de la consommation d’énergie. De plus en plus de preuves de perturbations du cycle global du carbone ont contribué au réchauffement de la planète. Les changements observés de la température, des précipitations, de la couverture neigeuse, du niveau de la mer et des conditions météorologiques extrêmes confirment que le réchauffement climatique est une réalité.
Ce réchauffement atmosphérique a été expliqué par l'effet de serre. Il s’agit d’un phénomène par lequel le dioxyde de carbone, la vapeur d’eau, le méthane atmosphérique, le protoxyde d’azote, l’ozone et les aérosols retiennent davantage la chaleur du soleil, provoquant un réchauffement de la planète. Le dioxyde de carbone représente 60% de l'effet de serre total.
Arrhenius (1859-1927) a été le premier à introduire ce phénomène sous le nom de «théorie de la serre chaude», connue plus tard sous le nom de «théorie de la serre» pour modéliser de manière quantitative l'effet des variations de la concentration de dioxyde de carbone atmosphérique sur le climat. À mesure que le réchauffement de la planète progressait, les puits de carbone terrestres essentiels tels que les forêts et les sols étaient constamment érodés, dégradés et épuisés, entraînant une réduction du contenu organique du sol, une baisse de la fertilité du sol et une réduction importante de la productivité.
De plus en plus de preuves mondiales montrent que les tendances climatiques et atmosphériques récentes ont déjà une incidence sur la physiologie, la répartition et la phénologie des espèces. L'extension des limites de l'aire géographique des espèces progresse soit vers les pôles, soit vers les altitudes plus élevées. L'extinction des populations locales le long des limites des aires de répartition aux latitudes inférieures ou aux altitudes inférieures progresse.
L'invasion croissante d'espèces opportunistes, de mauvaises herbes et / ou de mobilité concurrentielle est évidente. Un découplage progressif - d'une interaction d'espèce par exemple entre plantes et pollinisateurs en raison d'une phénologie mal adaptée - est en cours.
Le changement climatique, s'il n'est pas atténué, créera des défis majeurs. Pandey (2004) a décrit certains défis. Dans le cas des enfants, les changements environnementaux entraînent des maladies respiratoires, des coups de soleil, des mélanomes et une immuno-suppression. le changement climatique peut directement causer un coup de chaleur, la noyade, des maladies gastro-intestinales et un mauvais développement psychosocial; et les modifications écologiques provoquées par le changement climatique peuvent augmenter les taux de malnutrition, d'allergies et d'exposition aux mycotoxines, à des maladies à transmission vectorielle telles que le paludisme, la dengue, l'encéphalite et les maladies infectieuses émergentes.
Dans le cas de la population jeune, les changements environnementaux créent des risques pour la santé qui les rendent improductifs et aggravent la pauvreté. En outre, le changement climatique dans le contexte des réalités industrielles et politiques mondiales provoque l'élévation du niveau de la mer et les inondations côtières, perturbe la mousson et les précipitations et prolonge la période de sécheresse.
Le Protocole de Kyoto à la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques, en 1997, a compris qu'il s'agissait d'un problème catastrophique et a préconisé la séquestration du carbone afin de contrôler les niveaux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Cela montre que des changements majeurs sont nécessaires dans la manière dont nous produisons et utilisons l'énergie pour contrôler les émissions de carbone.
Des moyens importants de gérer le carbone utilisent l’énergie plus efficacement pour réduire le besoin d’une source majeure d’énergie et de carbone, ainsi que pour l’utilisation croissante de combustibles et de technologies à faibles émissions de carbone et sans carbone comme l’énergie nucléaire ou les sources renouvelables telles que l’énergie solaire, éolienne et de la biomasse. Après l’émission de carbone dans l’atmosphère, le processus de séquestration du carbone est une méthode importante pour contrôler les niveaux de carbone dans l’atmosphère.
La séquestration du carbone consiste à capter les émissions de dioxyde de carbone et à les stocker dans des formations géologiques souterraines, des gisements de pétrole et de gaz, des gisements de charbon inexploitables et des réservoirs salins profonds), la biosphère terrestre (dans les forêts, les terres cultivées et agricoles et les zones humides) ou en profondeur. les océans, de sorte que l’accumulation de dioxyde de carbone dans l’atmosphère diminue ou ralentisse.
Ce processus couvre tout le «cycle de vie» de la capture, de la séparation, du transport, du stockage ou de la réutilisation, ainsi que la capacité de mesurer et de surveiller la quantité de dioxyde de carbone stockée. Ceci est accompli en maintenant ou en améliorant le processus naturel ou en développant de nouvelles techniques pour éliminer le carbone.
Les recherches en géosciences liées à la compréhension de la géophysique et de la géochimie des réservoirs potentiels appropriées pour la séquestration souterraine de dioxyde de carbone constituent une option pour séquestrer le carbone dans des dépôts géologiques souterrains. Les moyens d'identifier pour améliorer la séquestration du carbone de la biosphère terrestre par l'élimination du dioxyde de carbone de l'atmosphère par la végétation et son stockage dans la biomasse et les sols sont inévitables pour renforcer le cycle terrestre naturel.
La séquestration du carbone dans les océans est un autre facteur important à prendre en compte pour améliorer l'absorption océanique nette de l'atmosphère par la fertilisation de phytoplancton avec des nutriments et par l'injection de dioxyde de carbone à des profondeurs océaniques supérieures à mille mètres.
Le dernier concept en matière de gestion du carbone consiste à séquencer les génomes de microbes produisant des combustibles tels que le méthane et l’hydrogène ou à faciliter la séquestration du carbone, afin de permettre une évaluation de leur utilisation potentielle pour la production de combustibles à partir de combustibles fossiles, de biomasse ou de déchets.
La séquestration du carbone terrestre est une approche importante pour réduire les gaz à effet de serre. Les forêts, les arbres et d’autres végétaux servent de puits de carbone terrestres pour absorber les émissions de dioxyde de carbone et atténuer les effets du changement climatique. La biomasse aérienne totale dans les forêts du monde est de 421 × 10 9 tonnes, réparties sur 3 869 millions d'hectares.
Sur cette superficie, 3 682 × 10 6 hectares ou 95% sont des forêts naturelles et 187 × 10 6 hectares ou 5% des plantations. Les forêts contiennent un volume de bois de 100 m 3 ha -1 (mètre cube par hectare) et une biomasse de bois de 100 t ha -1 (tonne par hectare). Ils stockent 1 200 GtC dans la végétation et le sol dans le monde. Le carbone dans les forêts constitue 54% des 2 200 Gt du réservoir total de carbone dans les écosystèmes terrestres.
Ils séquestrent 1 à 3 GtC chaque année grâce aux effets combinés du reboisement, de la régénération et de la croissance accrue des forêts existantes, compensant les émissions mondiales de dioxyde de carbone résultant de la déforestation. En Inde, la quantité de carbone stockée dans les sols est comprise entre 23, 4 et 27, 1 Gt, soit 1, 6 à 1, 8% du carbone stocké dans les sols du monde. La biomasse totale des forêts en surface et souterraine est estimée à 6 865, 1 et 1 818, 7 millions de tonnes, représentant respectivement 79% et 21% de la biomasse totale.
L'élimination directe du dioxyde de carbone de l'atmosphère s'effectue par le biais d'un changement d'affectation des terres, du boisement, du reboisement, de la fertilisation des océans et de pratiques agricoles visant à améliorer le carbone des sols. Les combustibles fossiles étaient à la fois de la biomasse et continuent à stocker le carbone jusqu'à leur combustion. Les arbres et les plantes absorbent le dioxyde de carbone, libèrent l'oxygène et stockent le carbone.
Les forêts ou d’autres systèmes naturels ont la capacité de «couler» ou de stocker du carbone et de l’empêcher de se déposer dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Des niveaux élevés de dioxyde de carbone améliorent les taux de croissance et la quantité d'azote fixé de manière symbiotique dans les légumineuses telles que les espèces d’Acacia, ce qui permet de planifier un mélange d’espèces optimisant la croissance de plantations multifonctionnelles.
Les arbres situés dans des sols pauvres répondent mieux aux niveaux élevés de dioxyde de carbone et il serait judicieux de recourir à des efforts de restauration à grande échelle dans les forêts dégradées et les terres incultes en tant qu'option d'atténuation du changement climatique à court terme. Des systèmes sylvicoles pour les forêts multifonctionnelles capables de remplir des fonctions écologiques, économiques et sociales sont suggérés pour améliorer la séquestration du carbone et le continuum du paysage.
L'écosystème forestier a le potentiel de capter et de retenir de grands volumes de carbone sur de longues périodes, car les arbres absorbent le carbone par le biais du processus de photosynthèse. Une jeune forêt, lorsqu'elle se développe rapidement, peut séquestrer des volumes relativement importants de carbone supplémentaire à peu près proportionnel à la croissance de la biomasse de la forêt. Une forêt mature sert de réservoir, retenant de gros volumes de carbone même si elle ne connaît pas de croissance nette et la gestion de la forêt a donc une influence sur la séquestration du carbone.
Réduire la déforestation, élargir le couvert forestier, augmenter la biomasse forestière par unité de surface et développer l'inventaire des produits ligneux à longue durée de vie font partie des activités visant à convaincre la communauté mondiale de réaliser le potentiel de séquestration du carbone des écosystèmes forestiers.
Les sols constituent un important réservoir de carbone organique, stockant deux fois plus que l'atmosphère et trois fois plus que les plantes. L'application de grandes quantités de biomasse au sol et l'amélioration de l'efficacité d'utilisation de l'eau et des nutriments augmentent la concentration en carbone organique du sol. Les pratiques agricoles telles que le mulching, le labour de conservation, l'utilisation de composts et de fumier de ferme, la rotation des cultures, les systèmes agroforestiers et l'application de biosolides jouent un rôle important dans l'ajout de biomasse au sol.
Le degré de perturbation du sol par les opérations de travail du sol a un impact négatif sur l’agrégation du sol, exacerbe la décomposition des résidus et réduit la rétention finale de carbone dans le sol. L'agriculture sans travail du sol est une option viable qui permet aux agriculteurs de faire pousser des cultures de manière économique tout en réduisant l'érosion et en améliorant la quantité et la qualité de la matière organique du sol.
Les cendres volantes, les résidus de la combustion de charbon de basse qualité dans les centrales électriques et les boues d’épuration sont produites en quantités énormes dans la plupart des pays. Ces deux déchets sont en grande partie déposés directement dans les systèmes d’eau; cela entraîne l'envasement, l'inondation et la contamination des sources d'eau.
Les coûts environnementaux, économiques et sociaux associés à l'élimination des déchets sont considérables et continueraient à augmenter à mesure que la population et les activités industrielles croissent. L'utilisation de mélanges de déchets est une approche importante pour améliorer la fertilité et la structure du sol et augmenter les taux de survie et de croissance des espèces végétales, en particulier les plantes vivaces ligneuses et les graminées. Comme les déchets génèrent en permanence, il s'agit d'un remède potentiel pour traiter les maladies du sol.
Mitra et al (2005) ont expliqué le rôle des zones humides dans le cycle global du carbone. Les zones humides peuvent affecter le cycle du carbone atmosphérique de quatre manières différentes. Premièrement, de nombreuses zones humides, en particulier les tourbières boréales et tropicales, sont des réservoirs de carbone extrêmement labiles; ils peuvent libérer du carbone si les niveaux d'eau sont abaissés ou si les pratiques de gestion des sols entraînent l'oxydation des sols.
La hausse des températures pourrait faire fondre les sols de pergélisol et émettre des hydrates de méthane emprisonnés dans ces terres humides. Deuxièmement, de nombreuses zones humides peuvent continuer à séquestrer le carbone de l'atmosphère grâce à la photosynthèse des plantes des zones humides et à l'accumulation ultérieure de carbone dans le sol. Troisièmement, les zones humides sont impliquées de manière complexe dans les voies de transport horizontales du carbone entre différents écosystèmes.
Ils sont susceptibles de piéger les sédiments riches en carbone des sources des bassins versants, mais peuvent également libérer du carbone dissous par le biais du flux d'eau dans les écosystèmes adjacents. Ces voies horizontales peuvent affecter les taux de séquestration et d’émission de carbone. Quatrièmement, les sols de zones humides produisent du méthane, qui est régulièrement émis dans l'atmosphère, même en l'absence de changement climatique.
Ils émettent plus de 10% de la teneur en méthane d'origine mondiale en raison des conditions anoxiques présentes dans leurs sols inondés et de leur taux de production primaire élevé. Le drainage des zones humides lors de la conversion en agriculture ou en foresterie réduit les émissions de méthane à zéro et consomme même de petites quantités de méthane de l'atmosphère.
Les changements climatiques vont probablement affecter la capacité des zones humides à émettre du méthane et à séquestrer le carbone. L'augmentation du dioxyde de carbone dans l'atmosphère se traduira par une productivité primaire accrue dans la plupart des zones humides, voire toutes. La fertilisation de l'atmosphère en dioxyde de carbone pourrait améliorer le stock de carbone existant dans d'autres écosystèmes.
Les rizières des zones humides produisent plus que du méthane sous une exposition plus élevée au dioxyde de carbone. L'augmentation des températures peut entraîner une augmentation de l'évapotranspiration et ainsi diminuer les niveaux des eaux souterraines et de surface dans de nombreuses zones humides. Par conséquent, augmenter les réserves de carbone dans les zones humides dans le contexte du changement climatique est compatible avec la réduction des émissions de gaz à effet de serre provenant des zones humides et la restauration de leurs réserves de carbone. La protection des zones humides est un moyen pratique de conserver les réserves de carbone existantes et d'éviter ainsi les émissions de dioxyde de carbone et de gaz à effet de serre.
En Inde, le ministère de l'Environnement et des Forêts a dressé un inventaire des zones humides en 1990. Cette enquête montre qu'environ 4, 1 millions d'hectares sont couverts par des zones humides de différentes catégories. En outre, les zones humides mangroves et côtières occupent une superficie d’environ 6 740 km.
Conscient de l'importance des zones humides dans le cycle global du carbone et d'autres utilisations, le gouvernement a publié en 1991 une notification de zone de régulation côtière interdisant les activités de développement et l'élimination des déchets dans les mangroves et les récifs coralliens. Quinze zones de mangrove ont été identifiées pour une conservation intensive.
La séquestration du carbone est une stratégie gagnant-gagnant pour l'agriculture et l'environnement. Il aide à atténuer le changement climatique mondial en stockant le dioxyde de carbone dans les sols. Les mesures de restauration du sol augmentent la production de biomasse. La séquestration améliore la qualité du sol et la production agricole. Les pratiques de conservation qui séquestrent le carbone améliorent simultanément la qualité de l'eau en aidant à réduire le ruissellement ou la pollution de source non ponctuelle.
Seneviratne (2002) a pris une autre dimension de la séquestration du carbone et a proposé quelques activités importantes pour la séquestration du carbone. Le PNUD a prédit que le réchauffement de la planète réduirait la production de céréales, ce qui se traduirait par une conversion accrue des écosystèmes naturels en agro-écosystèmes. En effet, la priorité serait donnée aux cultures vivrières plutôt qu’aux arbres.
Avec l'expansion de l'agriculture, les puits de carbone provoqués par des actions délibérées ne contribueraient pas suffisamment à la séquestration du carbone. Par conséquent, l'inoculation de la faune dans le sol est une option viable pour augmenter la force du puits de carbone dans les sols agricoles ainsi que dans les arbres des forêts pour plus de productivité. L'application foliaire d'éléments nutritifs sur le couvert forestier en utilisant des avions est une autre option pour améliorer le puits de carbone, car elle présente plusieurs avantages.
Pour une application efficace des éléments nutritifs, il est important que les plantes augmentent l'efficacité de l'utilisation des éléments nutritifs, en évitant les limitations en éléments nutritifs. Il aide à conserver les stocks de carbone du sol en ralentissant la décomposition microbienne par rapport à l'application directe d'éléments nutritifs au sol. Il empêche les interruptions causées par le renouvellement de la litière vers la séquestration du carbone.
Sahrawat (2003) a expliqué l'importance du carbone inorganique dans la séquestration du carbone dans les sols de régions sèches. Les sols des régions plus sèches des tropiques contiennent de faibles réserves de matière organique et d'éléments nutritifs pour les plantes. Le pool de carbone du sol composé de carbone organique et inorganique est essentiel pour que le sol remplisse sa fonction de productivité et ses fonctions environnementales et joue un rôle important dans le cycle global du carbone.
Le carbonate de calcium est un minéral commun dans les sols des régions sèches du monde et joue un rôle dominant dans la modification des propriétés physiques, chimiques et biologiques et du comportement des éléments nutritifs des plantes dans le sol. Les régions arides et semi-arides couvrent plus de 50% de la superficie totale de l'Inde. Les sols de ces régions sont de nature calcaire et contiennent 2 à 5 fois plus de carbone inorganique que le carbone organique du sol dans la couche supérieure de 1 m.
Le pool de carbone inorganique du sol est constitué de carbonates inorganiques primaires ou de carbonates inorganiques lithogènes et de carbonates inorganiques secondaires ou de carbonates inorganiques pédogènes. Les carbonates secondaires se forment par dissolution des carbonates primaires et précipitation des produits de vieillissement. La réaction du dioxyde de carbone atmosphérique avec l'eau, le calcium et le magnésium dans les couches supérieures du sol, son lessivage dans le sous-sol et sa précipitation ultérieure entraînent la formation de carbonates secondaires et la séquestration du dioxyde de carbone atmosphérique.
Le carbone inorganique pédogène formé à partir de matériaux non carbonatés est un puits pour le carbone et conduit à la séquestration du carbone, tandis que celui formé à partir de matériaux calcaires ne peut pas être impliqué dans la séquestration du carbone dans le sol. Cela suggère que la dissolution des carbonates et la lixiviation dans le sol peuvent conduire à la séquestration du carbone. La lixiviation des bicarbonates dans les eaux souterraines est un mécanisme majeur de la séquestration du carbone inorganique dans les sols.
L'amélioration de la productivité primaire de la végétation et l'adoption de mesures de contrôle de la salinité impliquant l'utilisation de gypse et d'amendements organiques peuvent entraîner une lixiviation du bicarbonate de calcium dans le profil sous irrigation; il en résulterait une séquestration du carbone et une amélioration des sols affectés par le sel.
La séquestration du carbone inorganique du sol a des conséquences lorsque des eaux souterraines non saturées en bicarbonate de calcium sont utilisées pour l’irrigation. L'aridité dans le climat est considérée comme responsable de la formation de bicarbonate de calcium pédogénique, ce qui est un processus inverse de l'amélioration du carbone organique du sol.
Une augmentation de la séquestration du carbone via une augmentation du carbone organique dans le sol induirait la dissolution du carbonate de calcium natif et sa lixiviation entraînant la séquestration du carbone inorganique dans le sol. Il est nécessaire de comprendre le rôle de la séquestration du carbone inorganique dans la séquestration du carbone afin d'améliorer le stock de carbone dans les sols calcaires appauvris et dégradés dans les régions arides et semi-arides et d'atténuer l'effet de serre.
Le monde en développement serait responsable de la plupart des récentes émissions de dioxyde de carbone dues à la déforestation et aux incendies de forêt. Cela est vrai localement, mais si on la compare globalement aux émissions dues au changement actuel et historique d’utilisation des sols et aux émissions de combustibles fossiles sous les latitudes tempérées, les émissions dans les pays en développement sont très faibles.
Au cours des derniers siècles, le paysage a été principalement transformé par les humains sous les latitudes tempérées, convertissant les forêts et les prairies en terres cultivables et en pâturages hautement productifs émettant de grandes quantités de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Des études récentes indiquent que la couverture forestière sous les latitudes tropicales n’est pas mauvaise.
L'Inde est plus vulnérable aux impacts du changement climatique que ses homologues développés, car elle ne dispose pas des ressources nécessaires pour s'adapter aux changements qui en découlent. En outre, la santé humaine et les systèmes socioéconomiques sont plus vulnérables dans le contexte des ressources en terres limitées du pays. La séquestration du carbone est l’option la plus dynamique et la plus viable pour inverser l’état actuel des différentes ressources terrestres et écosystémiques.
L'Inde a adopté des politiques et des programmes visant à atteindre l'objectif de 33% de couverture forestière / forestière par la politique forestière nationale, en couvrant au total 109 millions d'hectares de couvert forestier, sur une superficie totale de 328 millions d'hectares du pays. La couverture forestière existante en Inde est actuellement de 67, 83 millions d'hectares et, en outre, 16 millions d'hectares de couvert arboré existent déjà en dehors des forêts.
Ensemble, le total des terres couvertes de forêts et d'arbres est actuellement de 79, 73 millions d'hectares. Une superficie supplémentaire de 29, 27 millions d’hectares doit être recouverte d’arbres pour atteindre 33% de couvert végétal. En outre, environ 31 millions d'hectares sur 63, 73 millions d'hectares auraient besoin d'être restaurés pour améliorer la productivité des forêts dégradées et 29 millions d'hectares d'arbres peuvent être établis au moyen de plantations sur des terres non forestières et des écosystèmes agricoles.
Il est proposé de boiser / reboiser un total de 60 millions d'hectares de terres en Inde dans les temps à venir. Ces activités devraient séquestrer du carbone supplémentaire entre 83, 2 millions de tonnes de carbone et 202, 6 milliards de tonnes de carbone par an. Elles sont sans aucun doute essentielles pour atténuer les effets du changement climatique afin de maintenir des concentrations normales de gaz dans l'atmosphère.
