Bois-énergie et climat : ça va chauffer

L’article a été rédigé en 2015 et les chiffres de concentration de CO2 n’ont pas été mis à jour. Ils n’interviennent pas dans les résultats obtenus.

Plusieurs études récentes, dont celle de Bjart Holtsmark intitulée « le résultat réside dans les hypothèses : analyse des effets sur le niveau de carbone atmosphérique du développement du bois énergie »*, démontrent que le développement du bois énergie à grande échelle aggrave le changement climatique.

Les études scientifiques qui s’intéressent aux émissions de gaz à effet de serre dans le cas du bois-énergie, c’est-à-dire la combustion des arbres et des résidus des exploitations forestières pour produire de l’électricité, de la chaleur ou les deux combinés ont considérablement évolué ces quelques dernières années.

Alors que les études antérieures considéraient que la combustion de la biomasse solide était neutre en carbone (n’entraînait aucune dette en carbone, donc ne contribuait pas à l’augmentation de la concentration en carbone dans l’atmosphère, donc au réchauffement climatique), les études actuelles démontrent incontestablement que la dette en carbone du bois-énergie dure pendant plusieurs décennies, voire des siècles. Le bois-énergie n’est pas neutre en carbone, ni à court terme ni à long terme.

Dans le cas de l’exploitation régulière dans le temps d’une forêt (dans les conditions d’une forêt parfaitement bien gérée suivant les normes les plus strictes), les modèles montrent que la dette en carbone du bois-énergie n’est jamais remboursée. Autrement dit, le bilan net du bois-énergie est positif, il contribue à augmenter la concentration en CO2 dans l’atmosphère et au réchauffement climatique. De plus, par le contenu en carbone, à quantités d’énergie produits identiques, les émissions directes de CO2 du bois-énergie sont plus importantes que celles du gaz naturel et même que celles du charbon, de composition voisine, du fait que le bois-énergie est le plus souvent humide et que le rendement de combustion est donc moindre que dans le cas du charbon.

UNE DETTE QUI NE SERA JAMAIS REMBOURSÉE

La persistance de la dette carbone du bois énergie est facile à comprendre et l’explication est validée par la théorie et les modèles numériques.

Il y a un point de départ qui est bien entendu vrai dans la théorie erronée de la neutralité du bois — énergie.

Pendant sa croissance, un arbre absorbe une quantité nette de CO2 de l’atmosphère et le carbone correspondant est stocké dans l’arbre. Quand l’arbre a cessé de croître, il émet autant de CO2 qu’il en absorbe. Quand on coupe l’arbre (à condition qu’il ait cessé de croître) et qu’on le brûle, le carbone stocké est émis dans l’atmosphère. Comme c’est (approximativement, parce qu’une partie du carbone absorbée par l’arbre se retrouve aussi dans le sol) la même quantité de carbone que celle qui a été absorbée pendant la croissance, on a dit que la combustion du bois était neutre en carbone.

C’est vrai si on fait abstraction du temps. Mais aujourd’hui, le problème, c’est qu’il y a déjà trop de CO2 dans l’atmosphère : 400 ppm en mai 2015, alors que l’objectif de Kyoto était de 350 ppm comme la limite à ne pas dépasser, et les politiques actuellement appliquées et décidées pour les prochaines années conduisent à une concentration de 700 ppm (pour l’ensemble des gaz à effet de serre) à la fin du siècle (voir l’article Sensibilités dans ce numéro).

Dans les 400 ppm d’aujourd’hui, l’absorption de CO2 par notre arbre durant sa croissance dans le passé est déjà comptée. Quand on remet la même quantité de CO2 dans l’atmosphère en brûlant l’arbre aujourd’hui, le fait de considérer qu’elle est compensée par le CO2 absorbée durant les années de croissance de l’arbre n’a aucun sens en ce qui concerne la concentration en CO2 future. Ce qui compte en effet, ce n’est pas le bilan arithmétique des quantités de CO2 émis, c’est la concentration de CO2 dans l’atmosphère qui résulte de l’accumulation de ces émissions au cours du temps.

Une autre tentative pour dire que la combustion du bois est neutre en carbone consiste à considérer que chaque fois qu’on coupe un arbre, on en replante un autre (dans une forêt bien gérée) et que le CO2 qui va être absorbé pendant la croissance des arbres plantés va compenser le CO2 émis en brûlant l’arbre coupé. Mais d’une part, les arbres plantés auraient de toute façon absorbé du CO2 qui est émis en excès par les combustibles fossiles, donc il vaut mieux planter des arbres et ne pas brûler les arbres coupés. Il vaut mieux utiliser le bois dans la construction, pour fabriquer des isolants et d’autres produits qui stockeront le carbone au moins pendant toute leur durée de vie.

D’autre part, en raisonnant sur une seule campagne d’abattage dans une forêt et en s’intéressant à un arbre, la combustion de l’arbre coupé émet du CO2 instantanément alors que la croissance de l’arbre planté pour le remplacer met des années (des décennies) à croître et à absorber la même quantité de CO2. Pour une seule campagne d’abattage d’arbres, les modèles montrent qu’au bout d’un certain temps, qui est fonction du temps de croissance de l’arbre, le CO2 absorbé durant la croissance des arbres plantés compense en effet le CO2 émis lors de la combustion des arbres coupés. Mais entre-temps, le CO2 émis aura contribué à augmenter la concentration en CO2 dans l’atmosphère et on sait aujourd’hui que le temps qui s’écoule entre l’augmentation de la concentration et l’élévation de température qui en résulte est très court, dès les premiers mois et à l’échelle de l’année. Or, contrairement au CO2 qui ne reste « que » cent ans dans l’atmosphère, l’étude de la paléoclimatologie montre qu’il faut des millénaires pour que la température retrouve son niveau d’avant un réchauffement climatique.

Mais surtout, dans le concept d’un développement du bois-énergie comme il est en train de se produire, on ne peut pas raisonner sur une seule campagne d’abattage dans une forêt. Il faut étudier ce qui se passe quand se produit une succession de coupes et de combustions à intervalles réguliers. Si on raisonne et qu’on calcule sur un an, chaque année on envoie une impulsion de CO2 dans l’atmosphère. Les modèles montrent alors que dans ce cas d’une exploitation du bois-énergie par des campagnes successives d’abattage, il n’existe pas de nombre d’années au-delà duquel le CO2 absorbé compense le CO2 émis. La dette carbone du bois-énergie à échelle industrielle n’est jamais remboursée.

UN EFFET SUR LE CHANGEMENT CLIMATIQUE SUPÉRIEUR À CELUI DU GAZ NATUREL

La question se pose alors de savoir si au moins les émissions directes du bois-énergie sont moindres que celles du gaz naturel et du charbon. Pour le gaz naturel, dont la combustion émet au relativement peu de CO2 (au moins 30 % de moins que celle du charbon à production d’énergie égale) et qui est utilisé dans des unités de production avec des rendements élevés, la réponse est non. Le bois-énergie contient plus de carbone et le rendement des installations est moindre. Pour le charbon, les émissions de CO2 sont comparables, mais le rendement de combustion du bois dépend de son degré d’humidité et Il est généralement inférieur à celui du charbon. Du point de vue des émissions directes de CO2, l’énergie-bois ne présente pas d’intérêt.

ET DANS LE CAS OÙ LES FORÊTS EXPLOITÉES NE SONT PAS RECONSTITUÉES AU FUR ET À MESURE ?

Tout ce qui précède est valable dans le cas de forêts parfaitement gérées. Mais, pour faire face à la demande en plaquettes de bois (pellets) des centrales de production d’énergie en Europe, les énergéticiens importent des plaquettes d’Amérique du Nord. Celles-ci ne proviennent pas de forêts bien gérées, mais de déforestations. La déforestation entraîne des émissions supplémentaires de CO2, celui qui n’est plus absorbé par les arbres coupés et non remplacés. Cette dette vient s’ajouter à la dette qui existe déjà dans le cas d’une forêt bien gérée. Sans compter le transport des plaquettes entre l’Amérique et l’Europe, cette solution présente un bilan carbone désastreux.

QUELLE EST L’ORIGINE DE CETTE ERREUR DE RAISONNEMENT ?

L’histoire des politiques de développement de la combustion de la biomasse solide, des énergies solaire, éolienne, géothermique, marines, etc. date des décennies 1980, 1990 et du début des années 2000.

Les raisons de ces politiques n’étaient pas le changement climatique. Jusqu’à assez récemment, les courants de pensée dominants étaient les courants climatosceptique et le courant qui affirmait que les activités humaines ne sauraient influer sur le climat. C’était l’époque des crises pétrolières qui ont poussé les États à rechercher l’indépendance énergétique et de la crainte irrationnelle de l’épuisement à l’échelle de deux ou trois décennies des énergies fossiles, pétrole (la « fable du peak-oil »), gaz et charbon. On confirme aujourd’hui que non seulement il y a des réserves conventionnelles pour des milliers d’années pour le charbon, centaines d’années pour le gaz et dizaines d’années pour le pétrole, mais qu’il faudra laisser 80 % de ces réserves sous la croûte terrestre si on veut éviter un réchauffement climatique catastrophique.

Ce n’est pas une nouvelle. En 2004, nous écrivions déjà « il y a assez d’énergies fossiles dans le sous-sol pour faire augmenter la température de la Terre d’autant de degrés Celsius qu’on le souhaite ». Mais ce point de vue était à l’époque très marginal.

Face à l’épuisement supposé des énergies fossiles et au risque conjoncturel de pénurie de pétrole, les États se sont donc intéressés aux énergies « renouvelables ». Terme qui recouvre deux types très différents de sources d’énergie : le solaire, l’éolien (alimenté par l’énergie solaire), les énergies marines des courants, des vagues et des marées (celle-ci alimentée par la force gravitationnelle), qui sont à notre échelle plutôt inépuisable que renouvelable (le soleil ne se renouvelle pas, il perd de l’énergie et il s’éteindra dans quelques milliards d’années, la planète se refroidit et sa rotation ralentit et l’interaction gravitationnelle est une constante physique), la géothermie qui est épuisable à notre échelle parce que les sites exploités se refroidissent et enfin la biomasse, qui est en effet la seule devant être qualifiée de renouvelable à notre échelle de temps du fait de la croissance des plantes. Et qui contrairement aux autres sources citées a la particularité d’être carbonée et utilisée en la brûlant donc d’être à l’origine d’émissions directes de CO2. C’est quand l’idée suivant laquelle il fallait songer à réduire les émissions de CO2 a été prise en compte qu’on a considéré que la combustion de la biomasse n’intervenait pas, en oubliant le facteur temps parce que le réchauffement paraissait lointain et incertain. Les considérations économiques et financières ont fait le reste.

 

ET LES RÉSIDUS D’EXPLOITATION DES FORÊTS ?

D’abord, si une utilisation important du bois-énergie dans le bouquet énergétique est prévue, les résidus ne peuvent pas suffire à alimenter les unités de production et c’est la ressource forestière totale qui sera nécessairement exploitée.

Il reste vrai que l’utilisation des seuls résidus de bois issus de l’entretien d’une forêt locale, dans une installation de combustion à rendement élevé, présente de l’intérêt en particulier si elle remplace une centrale à charbon. Il s’agit en effet d’une production locale, ce qui va dans le sens de la transition énergétique, les coûts et l’énergie (donc les émissions de gaz à effet de serre) pour extraire et transporter le charbon sont évités et la qualité de l’air est améliorée. En revanche, cette solution n’est pas plus neutre en CO2 que celle qui consiste à brûler l’arbre entier. Elle doit être justifiée autrement que par les réductions d’émissions de CO2, en particulier par rapport à un projet utilisant le gaz naturel ou le biogaz.

Deux autres arguments avancés en faveur de la combustion des résidus sont peu réalistes. Ils consistent à comparer le cas de la combustion au cas où les résidus sont laissés sur place. D’abord, il y a d’autres usages possibles des résidus de bois ramassés que la combustion, comme pour fabriquer des matériaux de construction, des isolants, etc.

Le premier de ces deux arguments en faveur de l’utilisation des résidus consiste à affirmer que la décomposition naturelle du bois laissé en place aurait libéré le CO2 de toute façon. Là encore, c’est vrai si on fait abstraction du temps. La décomposition du bois prend des années, voire des décennies et une partie du carbone est absorbé par le sol. Pour la période des deux prochaines décennies qui nous concerne, la combustion des résidus contribue à augmenter la concentration en CO2. Le second argument consiste à tenir compte du fait que le bois en décomposition émet non seulement du CO2, mais aussi du méthane dont le potentiel de réchauffement climatique est 21 fois celui du CO2. Mais, dans des zones aérées comme les clairières après la coupe des arbres, le méthane est produit en très petite quantité ou pas du tout. Les émissions de méthane se produisent dans des zones humides pauvres en oxygène. D’autre part, le sol contient des bactéries qui absorbent une partie du méthane issu de la décomposition. Les quantités émises sont trop faibles pour justifier l’émission instantanée de CO2 dans l’atmosphère que provoque la combustion.

De plus, dans les empilements de stocks de bois nécessaires pour alimenter les chaudières en continu, la température peut monter jusqu’à 80 °C ou au-delà et ces stocks sont aussi des sources d’émission de méthane.

Finalement, quelle que soit la façon dont on aborde la question, la réponse est toujours que la modération du changement climatique ne saurait justifier une utilisation importante du bois-énergie.

QUELQUES EXPLICATIONS COMPLÉMENTAIRES SUR LES CALCULS DE LA DETTE CARBONE DU BOIS ÉNERGIE

Figure 1

La figure 1 permet d’illustrer plus précisément dans un cas particulier pourquoi l’abattage des arbres pour le bois énergie provoque l’augmentation de la quantité de CO2 dans l’atmosphère pendant des décennies par rapport au cas sans abattage. Le trait en tirets représente le carbone demeurant dans l’atmosphère avec une période de rotation de 100 ans dans le cas d’un abattage au temps t=0. Le trait continu gris foncé représente le carbone demeurant dans l’atmosphère avec une forêt qui aurait poussé moins vite, avec un abattage effectué quand la forêt a 100 ans au temps t=0. Dans les deux cas, l’abattage au temps zéro provoque une impulsion d’émission de CO2 correspondant par convention à une tonne de carbone. Le trait pointillé représente l’effet sur les niveaux de CO2 atmosphérique du cas sans abattage, tandis que le trait gris clair représente l’effet net du cas de l’abattage de la première forêt, comparé au cas sans abattage. Durant la première étape, le niveau de CO2   atmosphérique est plus élevé qu’il aurait été sans abattage et c’est le contraire dans la seconde étape, au-delà de 90 ans. Le fait que l’effet négatif de la seconde étape est plus faible que l’effet positif de la première étape permet de prévoir le résultat d’une série d’abattages d’arbres successifs.

 

Figure 2

C’est le cas représenté sur la figure 2, où un abattage d’arbres est effectué chaque année. Chaque année, il y a une impulsion d’émission d’une tonne de CO2 et le début de la croissance des nouveaux arbres.

La série de courbes en traits fins de la figure 2 représente l’effet d’une série d’abattages annuels successifs. L’effet net sur le CO2 dans l’atmosphère de cette série d’abattages est calculé en faisant la somme verticalement des courbes en traits fins, qui correspondent aux abattages annuels successifs, et de la courbe en traits en tirets, qui correspond au cas du premier abattage (valeurs sur l’axe vertical de gauche). La somme est représentée par le trait continu. On note que la courbe en tirets (un seul abattage) converge vers zéro alors que la courbe en trait continu décroît asymptotiquement vers une valeur qui est égale à 19 Mt (en dehors du schéma, loin à droite). Le trait en pontillé correspond à une variant avec un abattage plus important.

Ainsi, alors que dans le cas d’un seul épisode d’abattage, la dette carbone de l’abattage est compensée après quelques décennies, dans le cas d’une succession d’abattages, l’augmentation de la quantité de CO2 dans l’atmosphère est permanente et la dette n’est jamais remboursée.

Le développement du bois-énergie en remplacement des énergies fossiles nécessite une exploitation continue de forêts bien gérées et correspond donc au second cas, celui où la dette n’est jamais remboursée.

Bjart Holtsmark, “The outcome is in the assumptions: analyzing the effects on atmospheric CO2 levels of increased use of bioenergy from forest biomass,” published in Global Change Biology in 2012.

http://www.maforests.org/Biomass%20Assumptions.pdf