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La fertilisation des océans


« Give me a half tanker of iron and I’ll give you another ice age! » (Donnez-moi un demi-réservoir de fer et je vous créerai une nouvelle ère de glace!) C’est ce que disait John Martin en 1991. Cette phrase, suscitant l’imaginaire, a réussi tout de même à mettre sur la carte une technique de géoingénérie (modification des éléments de la Terre), qui est celle de la fertilisation des océans par le fer.

La fertilisation des océans par le fer est le principe d’ajouter dans des régions riches en nutriments et ayant une carrence en fer du sulfate ferreux (FeSO4) chimiquement lié à des molécules d’eau (donc sous une forme de mélange solide-liquide) pour favoriser la croissance de biomasse.

Le fonctionnement

Augmenter la production de phytoplankton permettrait de séquestrer du carbone

Augmenter la production de phytoplankton permettrait de séquestrer du carbone

Plusieurs zones des océans sont connues sous le nom de HNLC (High-nutrient, low chlorophyll). Ces zones ont de grandes quantités de nutriments dans leurs eaux, mais pourtant, le phytoplankton ne s’y reproduit pas en grandes quantités. Dans les années ’80, John Martin (encore lui!) a prouvé, malgré la controverse, que le facteur limitant de ces régions était une carrence en fer.  Le fer se rend en effet naturellement dans les océans, grâce aux vents qui poussent du fer sous forme organique jusque dans les océans. Le fer est un élément nécessaire à la photosynthèse (méthode des plantes pour produire de l’énergie), mais une très petite quantité est nécessaire. Le ratio de Refield explique que pour la biomasse océanique, il existe un ratio de nutriments requis pour créer du plankton: 106 atomes de carbone pour 16 atomes d’azote pour un atome de phosphore et 0.001 atome de fer (Ratio de Redfield: 106C:16 N:1P:0.001Fe). Donc, le fer est un élément nécessaire à la photosynthèse chez le phytoplankton dans les océans, mais il n’a pas besoin d’une forte concentration.

Depuis 1980, on estime qu’il y aurait eu un déclin de 6 à 12% dans la reproduction du phytoplankton (le plankton microscopique qui effectue de la photosynthèse en milieu océanique et donc, fournit l’énergie à la chaîne alimentaire). Cette réduction représente des pertes de 3 à 5 milliards de tonnes d’équivalent CO2 absorbées par année de l’atmosphère vers les océans. Rétablir la population de phytoplankton au niveau qu’elle devrait avoir en fertilisant les océans permettrait donc de réduire considérablement la présence de GES dans l’atmosphère. Par contre, certains experts affirment que le rythme de reproduction du phytoplankton serait cyclique, et qu’éventuellement il reviendrait à un rythme « normal ».

La majorité du carbone absorbé par le phytoplankton est relâché dans l’atmosphère relativement rapidement. Par contre, lorsque le phytoplankton meurt sans être absorbé par d’autres organismes (comme le zooplankton ou de petits animaux marins), son squelette, composé de carbone, commence à se précipiter dans les fonds océaniques. 20 à 30% du phytoplankton finit donc par se retrouver à au moins 200m sous la surface de l’eau, où le carbone du squelette est séquestré pendant des siècles, voire des millénaires. À ce point, on peut donc affirmer que le carbone est séquestré « à long terme », selon tous les standards de séquestration du carbone.

Les avantages de la fertilisation des océans

Selon les études actuelles mesurées pendant de petits intervalles de temps, il faut très peu de fer pour séquestrer de grandes quantités de carbone. Planktos proposait, pour un projet de séquestration à but lucratif, de vendre de crédits de carbone à 5US$/tonne. Wikipedia estime le coût plutôt à 5€/t (ou 8-9$/tonne). Mais à ce prix, cette séquestration devient compétitive sur les marchés du carbone. La prolifération de phytoplankton pourrait aussi permettre le renouvellement de certains bancs de poisson, et donc d’accroître la biodiversité marine et de lancer des projets économiques, tel la pêche. Je reviendrai sur ce point plus tard, car il y a un « mais ».

Ces avantages seraient d’autant plus profitables si les méthodes pour la fertilisation des océans étaient améliorées.

L’ingénérie de la fertilisation du fer

La fertilisation a été effectuée 13 fois au cour des 15 dernières années par des expéditions de recherche. Chaque recherche jouait environ avec 1 tonne de fer à répandre sur une superficie déterminée. Par contre, il a été démontré dans un papier cette année par Stéphane Blain que cette fertilisation était de 10 à 100 fois moins efficace que les méthodes de fertilisation naturelle.

La première cause est dans la nature du fer. Le phytoplankton est habitué à absorber du fer sous forme organique, alors que les sulfates ferreux ne sont pas sous la forme de prédilection pour l’absorbtion. Trouver un moyen d’augmenter la prolifération du fer de façon naturelle serait donc une bonne avenue.

La seconde différence est que la prolifération du fer de façon naturelle se fait de façon relativement soutenue dans le temps. Une fertilisation artificielle se fait rapidement, presque d’un seul coup, et a une moins grande efficacité, car d’autres organismes, comme le zooplankton (un des prédateurs du phytoplankton) l’absorbe, se reproduit plus rapidement et diminue donc l’efficacité de la séquestration en mangeant plus de plankton. La reproduction rapide et soudaine du plankton est aussi un phénomène qui rend le procédé moins efficace, car une reproduction rapide d’une proie représente aussi la reproduction rapide de ses prédateurs. Une fertilisation plus constante serait donc plus efficace, si le but de la séquestration est que les squelettes de phytoplankton puissent se précipiter en profondeur dans l’océan.

Donc, il y a trois avenues à voir pour améliorer l’efficacité de la fertilisation des océans:

-S’assurer que le fer soit plus facilement absorbable

-Obtenir un transfert plus régulier du fer

-Favoriser l’absorbtion du fer par le phytoplankton, et non par d’autres espèces marines

Les inconvénients de la fertilisation des océans

Ils sont nombreux, surtout parce que l’on commence à envisager cette technique depuis à peine dix ans. À cause de la nouveauté de la technologie, certains aspects n’ont pu être bien cernés, et les conséquences théoriques d’une technologie de géoingénérie si primitive sont nombreuses, car nous n’avons que peu de contrôle sur les conséquences directes et indirectes de la fertilisation.

Modifications de la chaîne alimentaire océanique

La prolifération irrégulière de phytoplankton pourrait changer les modèles de prédation/proie dans le milieu océanique. Cela pourrait effectivement avoir un effet positif en favorisant la prolifération de poissons et d’espèces désirables. Par contre, il serait aussi possible que la prolifération de phytoplankton stimule la prolifération d’espèces indésirables, comme les méduses ou d’algues dangereuses. Cela pourrait donc nuire à la biodiversité. Une évaluation à long terme des conséquences de la fertilisation sur l’écosystème serait donc nécessaire avant tout projet important de fertilisation.

Manque de nutriments

Les nutriments sont présents en quantités limitées. Comme le montrait le ratio de Redfield, il faut de grandes quantités de carbone et d’azote pour former de la biomasse de plankton. Si le plankton absorbe trop de nutriments, les autres espèces ne pourront pas en bénéficier directement, ce qui peut débalancer un écosystème et l’apauvrir. La mort du phytoplankton et son dépôt dans les fonds océaniques fait que plusieurs nutriments de la surface des eaux tomberont dans les fonds océaniques, où ils ne seront disponibles à nouveau que dans quelques siècles ou plus.

Pour résoudre ce problème, une évaluation des nutriments serait nécessaire avant de lancer une expédition. On estime que la région qui a le plus grand potentiel de séquestration de carbone serait le Sud des Océans, près de l’Antartique. Cette région est une HNLC qui pourrait réduire de 70 ppm le nombre de particules de CO2 dans l’air (mesurée à environ 380 ppm – ou particules par millions). Cette zone possède des quantités très élevées de nutriments, mais d’autres problèmes apparaissent (les conditions de travail dans une région froide et le fait que la photosynthèse n’ait lieu que 6 mois par année, à cause de la noirceur).

Émission de GES par un manque d’oxygène

En mourant, le phytoplankton absorbe une grande quantité d’oxygène, nécessaire à la respiration des bactéries aérobes et de la majorité de la vie sur Terre. En absorbant trop d’oxygène, ce manque pourrait favoriser les modes de vie anoxiques (qui n’utilisent pas d’oxygène), qui produisent leur énergie en se nourissant de matière organique et en relâchant du méthane et des oxydes azotées. Ces éléments sont des GES qui sont plus dommageables pour l’environnement que le dioxyde de carbone. En théorie, je crois que l’on séquestrerait plus de carbone que l’on n’en émettrait, mais il faut tenir en compte dans les calculs de séquestration de GES des quantités de méthane dégagées par la modification de l’écosystème, et des autres effets néfastes qu’ont le manque d’oxygène dans l’eau.

Difficultés à évaluer les conséquences

Le dernier problème est qu’il est difficile d’évaluer les conséquences néfastes de la fertilisation à cause du mouvement de l’eau. Les budgets de recherche étant limités, peu d’expéditions expérimentales ont pu rester sur place pendant plus de 60 jours. Or, certains éléments, comme la diminution des nutriments ou la présence d’activités anoxiques, apparaissent après un certain temps, parce que l’eau circule dans l’océan et que les parties faibles en nutriments prennent du temps avant de revenir à la surface de l’eau.

Qui a séquestré du carbone?

Le protocole de Kyoto fixait des balises pour les diminutions d’émissions de GES ou pour la séquestration du carbone par pays. Or, le modèle de séquestration dans les océans se trouve dans un territoire international. Dans ce cas-ci, quel pays serait-il responsable de la séquestration du carbone engendré ou, dans le cas de conséquences négatives, de la restoration du milieu de vie aquatique? Cette séquestration, au niveau des normes internationales, entre dans une zone grise qui devrait être revue d’ici les années à venir. Elle entre aussi dans une zone grise au niveau de la gestion du rejet dans les océans; certains traités internationaux tendraient à montrer que de jetter du FeSO4 dans l’eau est en fait une forme de « dumping » de matières dangereuses. Et ce n’est pas entièrement faux.

C’est pour toutes ces raisons que la fertilisation des océans par le fer n’est pas LA seule solution à envisager pour séquestrer le carbone. Les risques d’une utilisation à grande échelle sont nombreux et graves, et il faut donc continuer la recherche pour bien comprendre leurs effets et trouver des pistes de solution qui addressent ces problématiques. Le cas de Planktos nous a bien montré que la hâte n’est pas la solution et que la recherche scientifique doit se poursuivre avant de mettre en oeuvre un projet commercial pour séquestrer du carbone à partir de cette méthode.

Le cas de Planktos

Le Weatherbird II

Le Weatherbird II *Source: Flickr, photo2c

Planktos est une compagnie qui souhaite vendre des crédits de carbone à des particuliers qui veulent diminuer leurs émissions de GES. En 2007, elle lançait l’ambitieux projet d’utiliser le bateau Weatherbird II pour fertiliser une région près des îles Galapagos avec 1000 tonnes de fer. Elle favoriserait ainsi la prolifération de phytoplankton et vendrait des crédits de carbone à 5$/tonne pour ce projet.

Des opposition de l’EPA (Environmental Protection Agency) sur le « dumping » de matières dangereuses forcèrent d’abord Planktos à changer de drapeau sur leur bateau et à voyager dans l’océan sous une bannière qui n’était pas américaine. Comme les eaux à fertiliser n’étaient pas sous juridiction américaine, en faisant cela, Planktos n’avait pas à respecter les lois de l’EPA. C’est similaire aux entreprises qui vont installer des usines dans les lieux où les réglements environnementaux sont les plus légers, afin de revenir vendre un produit de moins bonne qualité (au niveau de la fabrication ou des conditions de travail) aux consommateurs. Des oppositions ont aussi été soulevées par le gouvernement Équatorien.

Planktos souhaitait toutefois poursuivre son projet, car son but était bien sûr de séquestrer du carbone et que cette méthode est, selon les estimations, extrêmement efficace. Pour aller chercher du fer, elle a du envoyer le Weatherbird II au Portugal, où les pressions de groupes écologistes comme le Sea Shepherd Conservation Society ou GreenPeace ont forcé l’administration portugaise à empêcher le Weatherbird II de charger sa cargaison de sulfate ferreux à bord de son bateau.

En février 2008, Planktos a affirmé qu’un manque de fonds monétaires l’empêchait de poursuivre son projet de séquestration de carbone dans les îles Galapagos, blâmant « une efficace campagne de désinformation » de la part des ONG. La Sea Shepherd Conservation Society se réjouit, un peu sarcastiquement, d’avoir été en partie la cause de cet abandon, en expliquant que le projet de Planktos ne respectait pas l’opinion des instances gouvernementales et était, selon leurs experts, une action illégale de « dumping » de produits dangereux dans les zones internationales. Le Sea Shepherd avait d’ailleurs mis à la disposition de la marine Équatorienne un de ses bateaux, afin de patrouiller la région des îles Galapagos et de s’assurer d’éloigner le Weatherbird II, si celui-ci venait à lancer son projet de fertilisation océanique.

Planktos a effectué des erreurs dans la gestion de ce problème. Premièrement, elle a rejetté les oppositions de l’EPA en voguant sous un autre drapeau au lieu de discuter avec les officiels. Ensuite, elle n’a pas tenu compte suffisament de l’opposition Équatorienne, responsable en partie de la protection des îles Galapagos. Plus important encore, Planktos jouait avec une quantités de 1000 tonnes de sulfates ferreux. Il faut bien comprendre qu’actuellement, 13 expériences ont été effectuées et qui tenaient en compte la fertilisation des océans par le fer; chacune de ces opérations jouait avec 1 tonne de FeSO4. Les modèles de séquestration du CO2 ont des limites, et un premier projet de séquestration du carbone à des fins commerciales aurait du avoir une beaucoup plus petite échelle, au lieu de jouer avec des quantités de fer de 1000 fois supérieures à tout ce qui s’est vu auparavant. La plus grave erreur de Planktos aura donc été de se précipiter trop rapidement vers une technologie qui n’est pas encore prête à évaluer les conséquences d’un projet à si grande échelle.

Analyse de la séquestration

J’ai publié récemment un article qui traitait des caractéristiques d’une bonne séquestration du carbone, en y ajoutant les critères les plus importants. Afin de bien comprendre comment on peut évaluer si la séquestration du carbone en fertilisant les océans est, pour l’instant, une bonne méthode, je propose d’utiliser ces critères pour analyser ce que j’en pense.

La solution doit absorber du carbone à court terme

Les effets de la séquestration du carbone sont mesurables rapidement, par la prolifération du phytoplankton et les tests de luminosité de l’eau pour l’évaluer.

Effectivement, la fertilisation des océans respecte ce critère.

La solution doit absorber du carbone à long terme

Vu le manque de moyens, aucune expérience n’a pu rester plus de 60 jours sur place et de mener des études à long terme sur la séquestration du carbone. Par contre, il semble clair que, adéquatement géré, cette méthode peut séquestrer du carbone à long terme.

Même si j’émets quelques réserves, que nous verrons plus tard, la fertilisation des océans par le fer séquestre du carbone à long terme.

Une personne ou un organisme doit être responsable de la fertilisation océanique

En règle générale, on pourrait dire que l’entreprise qui épand les sulfates ferreux dans l’océan serait responsable de la séquestration. Or, comme cette séquestration a lieu en zones internationales, il serait difficile, advenant une conséquences néfaste, de la tenir pour responsable des conséquences négatives de leur plan de fertilisation.

Il y a donc un bémol, au niveau de la loi, à émettre sur la notion de « responsabilité » dans ce procédé de séquestration de carbone. Cela devrait donc être revu rapidement, avant que l’on n’entâme des projets à grande échelle de séquestration de carbone par ce procédé.

La séquestration doit avoir des conséquences positives ou neutres sur l’environnement

Cette méthode peut avoir l’avantage d’augmenter la santé d’un écosystème en lui fournissant plus d’énergie (plus de phytoplankton). Par contre, les conséquences potentielles de cette technologie mentionnés plus haut (possibilités de favoriser des populations néfastes, diminution des nutriments dans l’eau, débalancement de la chaîne alimentaires, augmentation de milieux à conditions anoxiques) sont à étudier adéquatement, ce qui n’est pas le cas actuellement (les projets expérimentaux étant à trop petite échelle).

Donc, pour les conséquences positives sur l’environnement, rien n’est certain et une bonne gestion est de mise.

Pour ces raisons, je crois que la fertilisation des océans est une voie qui a de l’avenir, comme faisant partie d’un projet qui mettrait de l’avant l’utilisation de plusieurs techniques de séquestration de carbone. Il ne faut pas penser que l’on retirera 3 milliards de tonnes de  CO2 uniquement en utilisant cette technologie. Les conséquences seraient dangereuses pour les écosystèmes océaniques. Par contre, en gardant des projets à une échelle raisonnable, en évaluant les conséquences de ces projets et en effectuant plus de recherche sur les méthodes de fertilisation, cette technologie de géoingénérie a de l’avenir, ça c’est certain.

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