Stockage simultané de carbone dans des terres marginales et des produits anthropiques grâce à la bio-pompe : potentiel d'induction d'émissions négatives et d'atténuation du changement climatique
Auteur / Autrice : | Zhou Shen |
Direction : | Ligia Tiruta-Barna, Lorie Hamelin |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie des Procédés et de l'Environnement |
Date : | Soutenance le 18/05/2022 |
Etablissement(s) : | Toulouse, INSA |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : TBI - Toulouse Biotechnology Institute, Bio & Chemical Engineering - Toulouse Biotechnology Institute / TBI |
Jury : | Président / Présidente : Mathieu Sperandio |
Examinateurs / Examinatrices : Ligia Tiruta-Barna, Lorie Hamelin, Bernard Kurek, Hayo Van Der Werf, Thibaut Lecompte | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Kurek, Hayo Van Der Werf |
Résumé
L'Accord de Paris exige que la société humaine limite l'augmentation de la température mondiale à 1,5°C ou maximum 2°C, et cet objectif est confirmé lors de la Conférence des Nations Unies sur le changement climatique de 2021. De nombreuses mesures ont été proposées pour atteindre cet objectif, par exemple la France a annoncé qu'elle réduirait ses émissions de gaz à effet de serre (GES) de 40 % avant 2030 et qu'elle atteindrait la neutralité carbone avant 2050. Tous ces objectifs climatiques sont le moteur pour développer des méthodes pour éliminer les GES de l'atmosphère et éviter l'utilisation accrue de carbone fossile.Les plantes utilisent le CO2 par la photosynthèse, qui est considérée comme une capture naturelle du CO2. Inspirée par cela, cette thèse propose le concept de "bio-pompe" pour induire des émissions négatives et atténuer le réchauffement climatique. La bio-pompe est une plante capable de convertir une partie du carbone capté par la photosynthèse en stocks de carbone organique du sol(COS). Une fois la plante mature, les parties récoltables sont transformées en produits biosourcés, afin que le carbone de cette partie de la biomasse soit conservé dans la technosphère. Ces matériaux ont une durée de vie et une fin de vie qui vont influencer le stock de carbone dans la technosphère. En même temps, les produits biosourcés remplacent les produits fossiles avec des fonctions similaires, ce qui peut contribuer à l'atténuation du changement climatique. Ainsi, la bio-pompe peut capter le carbone de l'atmosphère dans deux puits, le sol et la technosphère, tout en évitant la production de produits à base de fossiles, qui peuvent contribuer aux objectifs climatiques.Pour éliminer plus de CO2, des bio-pompes devraient être plantées dans des zones qui perturbent le moins les activités agricoles et humaines actuelles, tout en ayant un potentiel élevé de stockage supplémentaire de carbone dans le sol. Ces terres sont appelées « terres vulnérables au carbone » (terres-CV). On estime qu'il existe jusqu'à 24 000 km2 de terres-CV en France. La plantation de bio-pompes sur ces terres pourrait augmenter de 0,23 à 0,49 Mt de carbone stocké en COS annuellement, ce qui représente 0,19 % à 0,41 % par rapport au budget carbone annuel français 2015-2018. Si le carbone contenu dans la biomasse est conservé dans des produits anthropiques, il pourrait représenter jusqu'à 13,07 % du budget carbone annuel français, prouvant la faisabilité de cette stratégie en général.Deux études de cas spécifiques ont été menées. Le chanvre et le robinier ont été choisis respectivement comme bio-pompes annuelles et pérennes. Les flux de carbone ont été comptabilisés annuellement, une analyse du cycle de vie (ACV) conséquentielle a été réalisée pour évaluer les effets environnementaux de l'introduction de la bio-pompe dans les nouvelles chaînes de valeurs. Le chanvre et le robinier étaient considérés comme cultivés pendant environ 100 ans sans interruption. Le changement de COS pendant la culture a été simulé sur la base des caractéristiques des terres -CV et des apports de carbone des bio-pompes sélectionnées. Étant donné que les systèmes étudiés ont des temporalités différentes et qu'il existe différents objectifs climatiques (par exemple 2030, 2050), il est nécessaire d'estimer l'effet sur le changement climatique avec des paramètres temporels, en utilisant l'approche ACV dynamique.Les résultats montrent que les bio-pompes pourraient non seulement induire plus de COS et atténuer le changement climatique, mais aussi être plus performantes dans la plupart des aspects environnementaux (par exemple, la santé humaine, l'eutrophisation), en partie du fait du remplacement des produits fossiles. En termes de calendrier, les bio-pompes pérennes pourraient réduire le réchauffement climatique à plus long terme que les plantes annuelles.