Blog de Paul Jorion

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A quelle sauce allons-nous nourrir le cycle du carbone, le nourrir et nous en alimenter ? Quels sont les « menus carbonara » pour ce CO2 qui s’entasse ici et qu’on va cacher là ? Revue des recettes en présence, entre sel dystopique et poivre utopique.
Et en final, ma vision version dystoptique de notre futur sur les gradins virtuels d’une société à « étages de carbone », étage sur des terrils virtuels habités de petits Sisyphe pas tous heureux. Sauf si on prend le taureau par les cornes ?

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A) Le cycle géologique du carbone d’abord : A la naissance des planètes, il y a beaucoup d’atomes d’oxygène et pas tant de carbone que ça. Tout ce qui peut s’oxyde. Mais le soleil peut inverser les choses, il joue le rôle inverse de l’oxydation, la photochimie pouvant défaire ce que fait la chimie tout court : c’est un réducteur. Le début de la vie s’essaye à canaliser cela, par photosynthèse dans les algues. Mais le chaudron est trop grand : si elles produisent un brin d’oxygène, les premières formes de vie ne peuvent pas empêcher sa capture par le fond minéral de l’assiette. Les traces en sont les moultes argiles et autres alumino-silicates (Si-Al-O), le gros de la croûte. Quant au CO2, abondant au tout début, il se voit pris par les roches et commence le cycle de carbone géologique, pas très connu. Laissons passer 1 à 3 milliards d’années. Voici donc au menu Cambrien le carbone sous la forme oxydée CO2, encore abondant dans l’atmosphère comparé à nos jours, mais déjà, la vie en profite, utilise le carbone de l’atmosphère en masse. C’est l’origine du calcaire, CaCO3, associé aux formes de vie marines qui furent longtemps les principales.
Voici déjà une première complexité sur laquelle nos physico-chimistes modernes butent encore un peu : la synthèse biominérale dans les coquilles d’un composé comme la calcite (le futur calcaire disons). Le résultat est une masse assez cristalline alors que les cellules sont encore et toujours ces montres molles à la Salvador Dali, qui n’ont nulle table à dessin ou équerre apparente pour vous faire des cristaux.

Puis voilà la photosynthèse sur terre ferme qui finit par avoir raison du gros du CO2 atmosphérique qui restait, et tout cela renvoie dans l’atmosphère tout l’oxygène que nous y trouvons aujourd’hui (20%, 2 tonnes par m² de surface au sol, plus de mille milliards de tonnes dans l’air de la France). Et la vie s’est à son tour adaptée à cet oxygène, qui ne demande qu’à réagir (la rouille !), même à l’abri de l’air (il se dissout un peu dans l’eau) : elle le fait à l’aide d’anti-oxydants comme la vitamine C.

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B) Les excès du moment : En 2019, des scientifiques comme le français Philippe Ciais ont conduit assez d’études pour vous expliquer ce qui arrive au CO2 en excès que nous rejetons : pour l’instant, dame nature en gobe quelques 50% . L’océan en capte une bonne partie (30% disons). Et l’océan a une grande inertie (disons mille ans) avant de saturer. Mais il se réchauffera plus vite que ça et il s’acidifie « en temps réel » (le gaz carbonique, le CO2, c’est comme celui du soda) : ce n’est pas top pour les coquillages et encore moins pour les coraux, une variation de pH de -0.1 correspond à 26% d’ions H+ en plus, ennemis de la calcification. Et sur terre ? Instruisez-vous en cherchant « AFOLU » : « Agro-FOrestry and Land Use » , agro-foresterie et « usage de la terre »(ici par exemple) : des forêts sympas peuvent fixer pour l’instant quelques 20% de nos excès (les jeunes, sans doute les vieilles aussi), mais ça va moins durer, et puis nous demandons aux champs de produire sans fixer de carbone, un champ de Beauce nourri aux engrais et réduit à la terre nue à l’automne est un désert carbonique, mieux vaut un bocage plein de fourragères et autres adventices. Au total, le CO2 dans l’atmosphère ne se résorbe pas du tout aussi vite que s’est soigné l’ozone (dont le trou a été à moitié calmé par la suppression des CFC, les chlorofluorocarbones), il y a une dynamique « courte » de l’ordre du siècle pour la capture par les sols agro-forestiers, et une dynamique « longue » de l’ordre de mille ans pour l’océan, rien ne se passe vite au fond.

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C) Mais l’Anthropocène, cela va être une histoire du carbone qui visite toute la « cuisine » à laquelle il se prête, d’où mon titre « carbonara ». Il va en effet falloir s’éloigner de la version simple, celle où l’on prend du carbone fossile ‘‘réduit’’ (charbon, pétrole, gaz), puis on le brûle (on dégage le CO2), et voilà, on voudrait « juste » cacher le CO2 quelque part (la « CCS », Carbon Capture and Sequestration », j’y reviens plus loin).

L’histoire du Carbone fossile, un peu celle de l’énergie, se complique de 3 ou 4 effets, listons les rapidement :

1) EROI : « Energy Return On (Energy) Invested ». Forer en terrain difficile mange une partie du pétrole qu’on va extraire rien que pour faire tourner la foreuse. On mesure cela dans l’autre sens : Si j’investis 1 litre de travail, je trouve combien de litre d’essence dans mon puits ? C’est l’EROI. Ce facteur, qui pouvait dépasser 20 ou 50 aux temps heureux des forages jaillissant comme dans Tintin, est descendu à quelques unités, voire 3 ou 1,5 pour les sables bitumineux, avec une exploitation qui n’est « rentable » que si le pétrole atteint des cours suffisant (> 70$ le baril disons).

2) Capture du CO2 en sortie de tuyau : cela se fait par des moyens chimiques de type « amines » dans la filière la plus testée actuellement. Elle augmente le coût de 50% en gros, ou dit autrement elle diminue l’EROI d’un facteur d’environ 1,5. Tout cela si le stockage n’est pas limitant. On ne sait pas si on est au taquet ou pas question possibilité technique et coût.

3) Effet rebond : Si on dispose d’une ressource à prix plus bas ou d’un appareil plus efficace, on l’utilise davantage, ce qui annule l’éventuelle économie. Exemple : le transport aérien devenu exagérément bon marché (pas de taxe kérosène car aucun état n’a cru à un élan collectif de ce côté, et la « manne du progrès » a tellement l’air de sortir d’un avion qu’on ne doit surtout pas décourager leur arrivée…). L’efficacité des climatiseurs (air conditionné) a conduit à étendre les mégapoles du sud des USA, au Texas et Floride ( la « sun belt ») et à faire fonctionner beaucoup plus les « clims », donc besoin électrique très gros l’été. Si on a une exception favorable comme les LEDs, c’est parce qu’elles ont représenté un saut d’efficacité énorme (x8 disons) sur l’incandescence. C’est l’exception qui confirme la règle… et tend à augmenter la pollution lumineuse nocturne.

4) Le carbone est dégagé pour des raisons « chimiques » dans deux de nos plus grosses activités : le béton, où la fabrication du « clinker » n’est rien d’autre que d’enlever au CaCO3 (calcaire) le CO2 pour obtenir en gros CaO, la chaux vive. (Lot de consolation, le CO2 est censé revenir réagir lors de  la prise). L’ammoniac, nécessaire aux engrais et aux explosifs, synthétisé par le procédé Haber-Bosch (N2+3H3+catalyseur…), dont l’hydrogène H2 vient du crackage du méthane CH4 (gaz), ce qui laisse des carbones C-xx sur le carreau, au fond de l’assiette.

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D) Mais je veux en venir au point suivant : l’histoire du carbone va aussi se compliquer dès lors que les deux côtés du cycle (« réduit »= carburant fossiles actuels et « oxydé »=CO2) sont d’ores et déjà en train de se complexifier. Je décrirai le gradient qui s’ensuit par la métaphore de terrasses sur un terril virtuel.

Une part de cette évolution complexe des « carbures » est un principe de « réalité » contraint : On se rend compte qu’il va falloir séquestrer du CO2 pour atteindre la neutralité en 2050. C’était assez peu pensable en 2000 –  2005. Car le stockage géologique direct (ancienne poches de gaz ou mines de sel,…) n’est pas une panacée. Si ça fuit en masse, le CO2 stagne à la surface, et il asphyxie par villages entiers, comme on l’a vérifié au Cameroun en 1986 lors de la catastrophe du « dégazage » du lac volcanique Nyos (éruption dite « limnique », plus de 1700 morts, depuis on fait « dégazer » le dessous du lac par un tuyau astucieux).
Mais depuis quelques années, la « CCS » (Carbon Capture and Sequestration) s’est inscrite en grosses lettres dans les agendas des groupes qui étudient notre « adaptation » au réchauffement. Seul moyen, semblerait-il, de ne pas (trop) sevrer l’économie de son carbone.

Le stockage avec conversion d’un minéral en roche de type calcaire (CaCO3) bien inerte serait l’idéal, mais les premiers essais n’ont pas marché comme prévu (des bactéries en folie ont fait croire à une fixation de carbone en réalité fort lente).

La philosophie actuelle de ceux qui regardent au-delà du bête stockage est donc de considérer qu’on va récupérer le CO2 là où on n’a pas pu éviter de l’utiliser (certains chauffages, véhicules) et que le stockage n’est au mieux qu’un palliatif provisoire vers une suite. Il s’agit dans cette suite de faire  un cycle qu’on va dire « vert », par voie photo-électro-chimique, avec tout ce qu’on a sous la main, débouchant sur une synthèse d’un carburant nouveau, pas forcément super énergétique (une des terrasse du terril virtuel, pas celle du haut). Quand en France on avait le gazogène pendant la guerre (gaz à partir du bois), les Allemands avaient la « LeunaBenzin », essence à base de charbon grâce à la réaction de Fischer-Tropf. C’était des exemples de conversion « entre énergies », faisant des passerelles entre « terrasses énergétiques » des différents degrés d’oxydation intermédiaires du carbone (méthane,, propane, méthanol, acide acétique … jusqu’à l’acide oxalique CO4H2 qui « ressemble » à du CO2)

La vie moderne de 2019, c’est qu’au lieu de partir de bois (ou de charbon), on repart de CO2 carrément. Mais du coup, obtenir un bon gaz (CH4) ou une bonne essence est difficile. C’est là que j’essaye de voir ce qui pourrait faire système dans cette nouvelle logique à gradins. On va en gros  avoir un « monde des terrasses énergétiques » sur le terril virtuel de notre anthropocène avec différents privilèges énergétiques sur les points de la chaine, qui seront répartis ou pas, et assortis d’autorisation à refaire du CO2 ou pas (par tout mode de  persuasion …).

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E) Ce qui pourrait se profiler est donc que nous aurons des sortes de « décharge de carbone », plus ou moins réutilisables, d’où nous essayerons, tels des Sisyphe coincés dans un terril virtuel, de tirer de précieux hydrocarbures pour satisfaire des besoins. Une partie sera utilisée dans le processus lui-même, du fait des bas EROI de la plupart des procédés : gros besoin d’énergie pour faire fonctionner cette remontée de pente. Une autre partie sera ce que l’espace entre les terrils (virtuels) permettra : quels communautés, quelle humanité « fractalisée » viendront/viendra aux portes de ces terrils virtuels (en forme de silo ou autre, mais ne croyons plus trop aux oléoducs) pour y échanger pétrole de niveau 2 ou 3 ou 4 contre nourriture & médicaments, Smartphones… de niveau 2 ou 3 ou 4 ?

C’est le côté dystopique, mais un avant-goût est donné aujourd’hui par l’industrie mondiale du lait : Quand le monde occidental et asiatique mange du beurre, les protéines du lait d’où est venu ce beurre ont été mise de côté. Cela fait un « sous-lait » trop écrémé pour être vendu. Qu’à cela ne tienne, s’est-on dit en Afrique. Puisque j’ai des graisses pas trop chères (dont l’huile de palme !), je vais re-mélanger les protéines pas chères avec ces corps gras, et obtenir du « lait de niveau 2 » ou « second lait ». Cela se vend aujourd’hui en Afrique subsaharienne notamment. Avec pour effet d’appauvrir les producteurs de lait véritable, qui ne peuvent faire concurrence au très bas prix du  « second lait ». Il s’agit en quelques sortes de Sysiphe sur un terril non plus de carbone, mais plutôt d’azote (~protéines)  dans ce cas. En tout cas, si cette affaire est prémonitoire, alors mes terrils virtuels de carbone sont peut-être notre horizon. Et il est temps de nourrir la réflexion pour maximiser la solidarité devant ces évolutions et éviter une société de zones « vertes » et « rouges » (Bagdad actuellement, vocabulaire de Naomi Klein).

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F) Un peu moins dystopique est le fait qu’on commence à tirer parti des leçons de la nature. Les composés organo-minéraux (ou organo-métalliques) sont légion, et sont un de ces endroits où les choses simples qu’on sait sur l’un ou l’autre des bords d’un savoir (l’organique ou le minéral) doit être totalement revu (c’est d’ailleurs le cas de certains des composés de zinc thiophosphoré de l’usine Lubrizol, ceux que Castrol inventa dans les années 1940 pour que les moteurs des Spitfire – dont certains durent survoler Rouen — ne cassent plus autant). Comme exemple : Les notions simples et cartésiennes sur l’eau (du type « baignoire et robinet », flux simple et stock simple) ne sont pas utiles pour comprendre le fonctionnement d’une source d’eau réelle, une source est un point de rencontre de plusieurs lits géologiques, chacun participant à une échelle de temps de la source (les 20 mètres autour à l’échelle de la semaine, les 200m autour à l’échelle de l’année, etc.). De la même façon on peut dire que la chimie organo-minérale offre des possibilités inaccessibles aux entendements formés dans l’une ou l’autre branche organique/minérale seule. La photosynthèse en est un premier exemple, basé sur un complexe organique avec un petit « cluster » Mn4 de 4 manganèse qu’on n’invente pas au bout d’un crayon, et tout cela est entouré d’une série impressionnante de complexes chimiques canalisant les électrons récupérés. L’hémoglobine est un peu plus simple côté métal, un seul atome de Fer y agit dans chaque « hème » ; nous humains, nous les sanguins, sommes moins subtils que les plantes. Devenons davantage des êtres de sève, ou au moins faisons circuler nos savoirs comme la sève circule, dans les deux sens.
Concrètement, il n’est donc pas interdit de penser qu’on puisse faire des bactéries ou autres entités qui, avec le concours d’une chimie organo-minérale, nous mette notre poubelle à CO2 sous forme d’un gros tas de pseudo-calcaire à larguer au fond de la fosse des Mariannes. De quoi se poser 50 ans pour réfléchir.

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G) Quelques éléments d’autres horizons improbables : La question de l’aviation civile, malgré la réprobation climatique dont elle fait l’objet, est intéressante pour imaginer si nous allons vers des terrils dystopiques ou pas. Car la concentration et l’usage intensif de l’aéronef, point de convergence technico-humain unique en son genre, font que l’éventail des possibilités s’ouvre différemment pour les « penseurs » de ce domaine. Là où les vendeurs de voiture continuent à vendre des SUV, au mieux hybrides, et ne savent pas trop quel réseau électrique permettrait qu’on chargera quasiment 1 voiture électrique par habitant chaque jour (allez, une demi), les fabricants d’avion ont, pour leur part, déjà essayé un bout du « terril virtuel » déjà un peu formé : les agro-carburants sont déjà certifiés en aviation, peu ou prou. On ne peut pas voler avec de l’huile de Jatropha pure (parce que cela nuit aux joints d’étanchéité par manque de cycles benzéniques, que le kérosène contient), mais avec du « mix », c’est bon. Du coup, ces gens hésitent : soit viser de l’ingénierie « incrémentale », pour grappiller ce qui peut l’être et faire « le meilleur usage » de ces agro-carburants, qui sont quand même une demi-catastrophe évidente dans les termes d’un bon « AFOLU » (on va planter des palmiers comme forêt ? ). Soit passer directement à l’hydrogène, ce qui est possible pour un secteur « intensif » comme l’aviation, bien plus que tous les autres. Mais il faut alors revoir toute la structure de l’avion, le réservoir devenant un objet central très spécial (H2 n’est liquide qu’à -250°C environ, H2 gazeux à 300 K exige trop de pression et d’acier pour être emporté dense). Et il faut aussi espérer que H2 est produit de façon assez verte (la bête électrolyse de l’eau par exemple, ce n’est pas si simple et l’électricité n’est pas donnée, mais il faut voir, car au moins tenants et aboutissants sont de portée encore limitée). C’est donc dans la bouche d’acteurs de ce secteur que j’ai entendu des préoccupations se situant à l’échelle qu’on nomme usuellement « prendre le taureau par les cornes » : Se donner les moyens d’un véhicule non émetteur, modulo la production d‘H2. L’aviation électrique va exister entre temps (la première livraison d’un coucou de 9 personnes est actée pour 2022), mais elle ne pourra pas, en raison du poids des batteries, faire plus que 500 ou 700 km, soit une part certaine des vols (genre 40%) mais une assez petite part de la consommation (genre 12%, pour dire un ordre de grandeur là encore), qui se fait sur les grandes distances évidemment.

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H) Je conclus : notre menu « carbonara » d’après 2050 peut se transformer en « sales terrils » où seule une minorité aurait, métaphoriquement, une bonne position, « vue sur la mer » et « eau et gaz à tous les étages ». Nous vivrions, pour la majorité, dans une sorte de pénombre mal décarbonée, où quelques-uns remontent la pente des terrils virtuels jusqu’à leurs terrasses sur la montagne du carbone, là où l’on amène ce qu’on peut de « chimie de capture » coûteuse, et quelques autres la descendent, tandis que les gros émetteurs s’estompent nolens volens dans cette cacophonie dystopique, contrôlés par ceux qui contrôlent les points névralgiques et stratégiques de l’ensemble.

Les quelques exemples suggérés nous montrent toutefois qu’il y a des moyens de « prendre le taureau par les cornes » : soit par le miracle d’une chimie bio-inspirée et réparatrice (n’y croyons pas trop), soit par le basculement des usages par des communautés conscientes du « cycle de savoir et d’énergie » dans lequel elle se trouve (la sève métaphorique). J’ai donné faute de mieux la très coupable aviation civile comme exemple à cause non pas de sa performance d’économie dans le cycle actuel (quoiqu’elle ait fait plus de progrès relatifs que d’autres sur l’efficacité), mais à cause de sa capacité à une réflexivité partielle au moins, liée à son mode de fonctionnement singulier avec « unité de véhicule », et « intensité technique », peu présent dans les autres branches de nos chimies anthropocéniques.

Ce pourrait aussi être une façon de soupeser par quel bout on peut le plus rapidement prendre les affaires de climat collectivement plutôt qu’individuellement : agir là où les silos techniques sont prêts à bouger, et pas là où les pétro-monarques et les réseaux qui les ont soutenus dans le monde occidental se complaisent dans les dérives géopolitiques.