Letteratura scientifica selezionata sul tema "Bilan des émissions de gaz à effet de serre – Afrique"

Cet article résume les apports du programme «Porcherie verte» dans la connaissance et la maîtrise des émissions gazeuses intervenant lors des différentes phases de l’élevage porcin. Ces émissions comprennent des gaz à effet de serre, particulièrement le méthane (CH4) et le protoxyde d’azote (N2O), ainsi que l’ammoniac (NH3), nocif pour les animaux et pour l’homme et qui a un impact sur l’environnement en termes d’acidification et d’eutrophisation. Les émissions de NH3 ont été modélisées pour le cas des bâtiments d’élevage sur caillebottis. Ces émissions peuvent être réduites en diminuant la teneur en protéines de l’aliment distribué aux animaux ou en renouvelant fréquemment le lisier dans les bâtiments. Le traitement biologique du lisier permet aussi de réduire ces émissions, surtout en l’absence de séparation de phases. Le brassage du lisier dans les fosses de stockage les favorise au contraire. Les émissions de NH3 varient fortement en fonction du substrat utilisé pour la litière et de son mode de conduite. Pendant le compostage, elles dépendent aussi fortement des caractéristiques initiales du substrat composté, mais aussi de la technique utilisée. Les émissions de N2O sont en général plus élevées avec de la litière que sur caillebotis, mais il y a de très fortes variations en fonction de son mode de conduite. Le compostage peut aussi conduire à des émissions de N2O, tout particulièrement s’il est pratiqué en couche mince. Lors du traitement biologique des lisiers, ces émissions sont assez faibles mais dépendent de la technique d’aération utilisée. Dans le sol, les émissions de N2O ne sont pas plus importantes après apports d’effluents animaux qu’après apports de fertilisants minéraux et restent difficiles à quantifier. Les émissions de CH4 sont plus faibles sur litière que sur caillebotis. Elles sont faibles également lors du compostage, sauf s’il est réalisé en couche mince. Le traitement biologique du lisier conduit à une forte réduction des émissions par rapport à un simple stockage. Les litières et le compostage ont une excellente image de marque auprès du grand public et sont souvent réputées avoir beaucoup moins d’impact sur l’environnement que le lisier. Nous avons pu montrer cependant qu’elles génèrent en général davantage de gaz à effet de serre, que ce soit de façon directe (émissions de N2O) ou indirecte (gaspillage de fertilisants azotés dont la synthèse est très «énergivore»), et ce d’autant plus que l’on cherche à rogner sur les coûts en augmentant la densité animale ou en diminuant la quantité de paille utilisée comme substrat de compostage. De même, le traitement biologique du lisier, qui semble à première vue avoir un impact favorable puisqu’il conduit à réduire les émissions de NH3 sans trop relarguer de N2O, a en fait un bilan environnemental très défavorable du fait qu’il est très énergivore aussi bien directement qu’indirectement (gaspillage de fertilisants). On a là un double transfert de pollution, du sol et de l’eau vers l’atmosphère d’une part, et de l’exploitation vers l’extérieur de l’exploitation d’autre part.

La sensibilité climatique à l'équilibre (SCE) est définie comme le réchauffement de la surface terrestre en réponse à un doublement de la concentration du CO2 dans l'atmosphère par rapport au climat préindustriel. Estimer la SCE revient à estimer au premier ordre la réponse du bilan d'énergie de la planète aux émissions de gaz à effet de serre, ce qui permet ensuite de caractériser le changement climatique actuel. Pour cette raison, l'évaluation de la SCE est devenue depuis 40 ans un des objectifs majeurs de la recherche sur le climat. Face à un tel enjeu, il est apparu nécessaire d'utiliser les observations actuelles du bilan d'énergie pour contraindre de manière indépendante les estimations de la SCE qui jusqu'à récemment étaient essentiellement tirées des simulations des modèles de climat et des observations paléoclimatiques. Nous retraçons ici les progrès récents qui permettent désormais de déterminer la SCE grâce aux observations du bilan d'énergie de la Terre du réseau de profileurs océaniques Argo, l'altimétrie satellitaire et la gravimétrie spatiale. The equilibrium climate sensitivity (ECS) is defined as the equilibrium annual global mean temperature response to a doubling of atmospheric CO2 from preindustrial level. Estimating the ECS amounts to estimating the first-order response of the global energy balance to greenhouse gases emissions, which characterizes current climate change. For this reason, the assessment of the ECS has become one of the major objectives of climate research over the last 40 years. Faced with such a challenge, it appeared necessary to use current energy balance observations to independently constrain ECS estimates, which until recently were mainly derived from climate model simulations and paleoclimate observations. We trace here the recent progress which now makes it possible to determine the SCE thanks to the observations of the Earth energy imbalance with Argo oceanic profilers, satellite altimetry and space gravimetry.

Au Bénin, une typologie de quatre groupes d’éleveurs a été établie sur la base des deux pratiques agroforestières (agrosylvopastoralisme et sylvopastoralisme) en lien avec l'adaptation au changement climatique. Il s’agit : des petits agrosylvopasteurs (Groupe 1 : PAS), des petits sylvopasteurs (Groupe 2 : PSV), des grands sylvopasteurs (Groupe 3 : GSV), et enfin des grands agrosylvopasteurs (Groupe 4 : GAS). Les effets de ces pratiques sur la productivité du bétail ont été évalués et connus. Cependant, des informations sur les effets de ces pratiques sur l’émission de gaz à effet de serre (GES) font défaut. Ainsi, la présente étude permet de combler cette lacune. Pour l’atteinte de cet objectif, 180 éleveurs ont été enquêtés. Des données sur l'alimentation animale, la gestion du fumier et la composition des troupeaux ont été collectées, et l’outil GLEAM-i (Global Livestock Environmental Assessment Model interactive) de la FAO a été utilisé pour estimer les émissions de GES au sein de chaque type d’élevage. Les résultats ont révélé que les émissions de GES de tous les types d'élevage bovin étaient de 34,24 Gg CO2-eq/an dont les élevages GAS, GSV, PSV et PAS contribuaient respectivement pour 37,57 % ; 35,89% ; 13,87% et 12,67%. Dans tous les types d'élevage, le CH4 issu de la fermentation entérique était le principal contributeur aux émissions de GES. Les intensités d'émission du lait et de la viande étaient plus faibles dans les élevages GAS (60,21 kg CO2/kg de protéines du lait ; 178,68 kg CO2/kg de protéines de la viande) et PAS (61,61 kg de CO2/kg de protéines du lait ; 180,61 kg CO2/kg de protéines de la viande). Cette étude servira d'outil d'appui à l'élaboration de lignes directrices pour les systèmes de production animale à faibles émissions au Bénin et ailleurs en Afrique subsaharienne. In Benin, a typology of four groups of herders was established on the basis of two agroforestry practices (agrosilvopastoralism and silvopastoralism) related to adaptation to climate change. These are small agro-silvopastoral (Group 1: PAS), small silvopastoral (Group 2: PSV), large silvopastoral (Group 3: GSV), and finally large agro-silvopastors (Group 4: GAS). The effects of these practices on livestock productivity have been assessed and known. However, information on the effects of these practices on greenhouse gas (GHG) emissions is lacking. Thus, the present study fills this gap. To achieve this objective, 180 farmers were surveyed. Data on animal feed, manure management, and herd composition were collected, and the Global Livestock Environmental Assessment Model interactive (GLEAM-i) tool was used to estimate GHG emissions within each farming type. The results revealed that the GHG emissions of all cattle farming types were 34.24 Gg CO2-eq/year, of which GAS, GSV, PAS, and PSV breeding contributed respectively for 37.57 %; 35.89%; 13.87% and 12.67%. In all farming types, CH4 from enteric fermentation was the main contributor to GHG emissions. The emission intensities of milk and meat were lower in GAS (60,21 kg CO2/kg milk protein; 178.68 kg CO2/kg meat protein) and PAS (61.61 kg CO2/kg milk protein; 180.61 kg CO2/kg meat protein). This study will serve as a support tool for the development of guidelines for low-emission animal production systems in Benin and elsewhere in sub-Saharan Africa.

Les impacts environnementaux liés aux productions animales sont pris en considération depuisau moins deux décennies. Mais jusqu’à une date récente, ils étaient considérés comme des «dommagescollatéraux» résultant de la nécessité de nourrir la planète. Depuis le rapport de la FAO«Livestock’s long shadow» (Steinfeld et al 2006), les préoccupations environnementales liées enparticulier aux gaz à effet de serre (GES) ont pris une importance croissante auprès des acteursdes filières animales et des décideurs politiques. Elles sont désormais au centre de la réflexion surle développement de l’élevage. En témoignent des documents dépassant le cadre de l’agriculturecomme la publication des propositions du «Grenelle 2» par le gouvernement français, ou la feuillede route de l’Union Européenne pour une baisse drastique des émissions de gaz carbonique àl’échéance de 2050. En fait, le problème est planétaire, car la consommation mondiale de produitsanimaux augmente, tendance appelée à se poursuivre en raison de l’évolution démographiqueet de l’accroissement de la part des produits animaux dans l’alimentation dans les pays endéveloppement et émergents (Gerber et al 2011). La revue INRA Productions animales a publié depuis plusieurs années de nombreux articlesrelatifs aux relations entre élevage et environnement, analysées sous divers angles. Récemmentdes articles relatifs aux polluants ou aux aspects environnementaux plus globaux ont été publiésdans le cadre de trois numéros thématiques : «Porcherie verte» avec notamment des articles surles éléments à risque et les émissions gazeuses lors de la gestion des effluents (Bonneau et al2008a, b), «Les nouveaux enjeux de la nutrition et de l’alimentation du porc» avec un article surles relations entre nutrition et excrétion de polluants (Dourmad et al 2009), et «Elevage en régionschaudes» avec un article consacré aux impacts et services environnementaux (Blanfort et al2011). Des articles ont également été publiés sur la quantification des émissions de méthane parles animaux d’élevage en France (Vermorel et al 2008) et sur la modélisation des émissions deméthane chez les ruminants (Sauvant et al 2009). Enfin, les moyens de réduire les rejets porcinset avicoles par la génétique ont été analysés (Mignon-Grasteau et al 2010). A signaler aussi lenuméro spécial «Elevage bio» en 2009, qui analysait les systèmes d’élevage biologique sans toutefoisdiscuter leurs avantages au plan environnemental. La réduction des émissions de GES par l’élevage est devenue un enjeu majeur des recherchessur les systèmes d’élevage et en nutrition animale. Ce dossier composé de quatre articles estconsacré aux GES en élevage bovin en mettant l’accent sur le méthane. En effet dans la plupartdes systèmes laitiers et à viande, le méthane est le gaz à effet de serre qui contribue le plus auxémissions, exprimées en équivalent gaz carbonique, comme le montre le premier article (Dollé etal 2011) qui replace les émissions de méthane dans l’ensemble des émissions de gaz à effet deserre. Un travail considérable a été réalisé pour évaluer et comparer les systèmes français, et lesINRA Productions Animales, 2011, numéro 5situer dans un contexte plus global : depuis quelques années les émissions induites par des systèmesd’élevage très divers sont étudiées dans le monde, principalement en Europe. Le deuxièmearticle (Sauvant et al 2011) analyse les relations étroites entre la production de méthane et les fermentationsdans le rumen selon la nature du régime alimentaire, puis discute la précision des principaleséquations empiriques de prévision de la production de méthane, ainsi que des modèlesmécanistes qui ont été développés. Des voies d’amélioration sont proposées. Dans un troisièmearticle (Popova et al 2011), les mécanismes de production de méthane dans le rumen sont analysés.Un intérêt particulier est porté au rôle des Archaea méthanogènes, microorganismes qui constituentun domaine spécifique du règne vivant et qui sont les seuls à produire du méthane à partirde l’hydrogène. La compréhension des mécanismes est un élément majeur pour prévoir les effetspossibles d’une ration, d’un additif, d’une biotechnologie sur la production de méthane. Laconnaissance actuelle de ces effets est présentée dans un quatrième article (Doreau et al 2011),centré sur les résultats obtenus in vivo. Il est en effet important de confronter les annonces faitesà partir d’essais in vitro, ou d’un seul essai in vivo mené sur le court terme, aux résultats d’étudesapprofondies reposant sur une base expérimentale solide. Ce dossier dresse un bilan des recherches et de l’état des connaissances sur le méthane entérique,et mentionne les principaux leviers d’action pour réduire les émissions des trois principauxgaz à effet de serre. Une vision plus large nécessiterait le développement d’aspects complémentaires.En premier lieu, celui des émissions de méthane et de protoxyde d’azote liées aux effluents.Elles sont toutefois très mal connues et éminemment variables, comme l’ont souligné Hassounaet al (2010) qui ont développé une méthode permettant de les évaluer en bâtiments. En deuxièmelieu, l'impact des nombreuses voies permettant de réduire les émissions de protoxyde d'azote auchamp doit être évalué. Ainsi, serait nécessaire une analyse portant sur les différents moyens permettantde limiter la fertilisation azotée minérale (fertilisation «de précision», recours aux légumineuses,inhibition des réactions de nitrification/dénitrification dans les sols, meilleure gestiondu pâturage…) qui sont seulement évoqués dans le texte de Dollé et al (2011). Enfin, la séquestrationde carbone par les prairies doit être prise en compte dans l’analyse de la contribution desélevages de ruminants au réchauffement climatique. Les valeurs actuellement retenues sont probablementsous-estimées (Soussana et al 2010), mais les résultats récents mettent en évidence unetrès grande variabilité de ce stockage de carbone, liée non seulement au type de végétation et auxconditions pédologiques, mais aussi, entre autres, au type d’exploitation par les animaux et auxaléas climatiques (Klumpp et al 2011). Le réchauffement climatique est actuellement considéré par les médias et les décideurs politiquescomme l’urgence en termes de protection de notre environnement. Cela ne doit pas faireoublier qu’il est nécessaire de prendre en compte simultanément l’épuisement de certaines ressourcescomme l’énergie fossile et les phosphates, la raréfaction des réserves en eau, la compétitionpour les surfaces agricoles, et la pollution de l’air, des sols et de l’eau par différentes moléculesminérales et organiques. L’analyse des impacts environnementaux, en tant que composantede la durabilité des systèmes d’élevage, doit donc être multifactorielle et prendre également encompte les services environnementaux et sociétaux de l’élevage, une activité qui fait vivre plusd’un milliard d’habitants de notre planète.

L’ambition de cet article est de dresser un bilan environnemental de l’élevage de bovins pour la viande en France, aussi exhaustif que possible, à partir des données scientifiques et statistiques disponibles. Les impacts environnementaux abordés sont les émissions de gaz à effet de serre, la pollution de l’eau et des sols, l’utilisation des ressources naturelles (énergie, phosphore, eau), l’utilisation des terres et la biodiversité végétale et animale. Les méthodologies d’évaluation et les indicateurs utilisés sont justifiés et discutés. Lorsque l’unité d’expression est le kg de viande, l’essentiel des impacts environnementaux provient de l’atelier naisseur en raison de la longue phase d’élevage pour obtenir un broutard. Les résultats sont très différents lorsque les impacts sont calculés par unité de surface, que le stockage de carbone dans les prairies est pris en compte et que les impacts positifs de ces systèmes sur la biodiversité et sur le paysage sont intégrés à l’analyse. Bien qu’ayant des atouts pour aborder la transition agroécologique du fait de la part importante de prairies permanentes leur permettant de tirer avantage des régulations biologiques, les systèmes naisseurs sont cependant engagés depuis 20 ans dans un processus d’agrandissement au détriment de leur durabilité.

Alors que le tourisme et le transport aérien se relèvent de l’impact de la Covid-19 et des problèmes structurels qu’elle a mis en lumière (conditions de travail, etc.), cela paraît être le moment de faire un bilan et une synthèse combinant les thématiques suivantes : les scénarios d’émissions de gaz à effet de serre du tourisme pour lesquels des travaux récents ont amélioré sensiblement la réflexion ; les émissions de l’aérien, dont 60 % selon le dernier rapport du GIEC sont hors CO2. On y voit maintenant plus clair sur les possibilités de diminuer ces dernières de façon significative ; les carburants et les motorisations alternatives pour l’aviation, sujets complexes et controversés sur lesquels la science a bien avancé ces dernières années. Les développements dans ces trois domaines offriraient-ils de nouvelles perspectives pour penser et atteindre une décarbonation du tourisme aérien ? La réponse est qu’elles peuvent apporter une contribution partielle, sans pour autant rendre caduques les réflexions antérieures sur les substitutions entre types de tourisme (proximité/longue distance), modes de transport (transport terrestre/aérien), etc. Dans le prolongement de cette analyse, l’article s’intéresse au positionnement des acteurs et aux types d’arguments qu’ils mobilisent. Le texte conclut sur la nécessité des choix stratégiques à effectuer pour éviter un gaspillage de moyens.

Des rapports précis et cohérents sur l'évolution de la superficie forestière et des changements d’occupation du sol sont importants dans le contexte de l’accord de Paris où les pays ont l’obligation de soumettre régulièrement leurs rapports sur le bilan émission absorption des gaz à effet de serre. Cette notification des changements peut avoir un impact direct sur les paiements par le biais de comparaisons avec les niveaux de référence (émissions) nationaux dans le cadre de la réduction des émissions dues à la déforestation et à la dégradation des forêts, notamment dans le cadre du processus REDD+. Cependant avant cela, les pays sont invités à renforcer leur système national de surveillance des forêts mais aussi de production des produits cartographiques qui respectent des règles robustes d’évaluation de l’incertitude des estimations de l’évolution de la superficie du couvert forestier prescrites par la CCNUCC. Dans cette étude, nous présentons les résultats de la précision des nombreuses cartes forestières dont le Congo dispose en utilisant l’approche assistée par modèle développée par Sannier et al, 2014, adaptée au contexte de la République du Congo. Les résultats de l’étude montrent une sous-estimation des près de 50% des pertes forestières dans la période entre 2000 et 2014 que ce soit par la méthode des estimations directes ou des estimations par régression. La comparaison des deux méthodes montre que les estimations des pertes de la couverture forestière par la méthode échantillons point sous-estime l’estimation des pertes sur la période 2000-2014 ainsi que sur la période 2014-2016. Nous concluons qu’il faut renforcer les équipes nationales en charge de l’élaboration des cartes forestières mais aussi que le pays doit s’approprier cette méthode de Sannier et al. 2014 pour l’évaluation de la précision.

La carbonisation est une activité humaine impliquant de fortes pressions sur les forêts tropicales dans le présent contexte de changement climatique. Ce travail visait à faire une synthèse des études menées sur la séquestration de carbone et les émissions de gaz à effet de serre dues à la carbonisation. Pour ce faire, un ensemble d’équations de recherche a été mis en place avec des mots clés mis en combinaison avec des connecteurs booléens. L’équation prenant en compte des publications en français comme en anglais a été retenue. Le principal moteur de recherche utilisé est SCOPUS. Ainsi, l’analyse factuelle de 601 publications recensées faisait ressortir trois regroupements majeurs de recherche. Le premier traitait des sujets relatifs aux écosystèmes, aux changements observés, et différentes méthodes de séquestration du carbone. Le deuxième traitait de la carbonisation du bois et les émissions de CO2. Quant au troisième, les publications étaient plus orientées vers la recherche de solutions aux défis des changements climatiques. Cependant, des relations significatives étaient observées entre les groupes. Beaucoup d’efforts restent à faire en Afrique, surtout au Bénin, où très peu d’études renseignent sur le niveau de séquestration du carbone. Il serait donc intéressant d’ouvrir et d’approfondir les recherches dans ce sens. English title: Impact of charcoal production on climate change factors: a review Charcoal production is a human activity that involves intense pressures on tropical forests in the present context of climate change. This work aimed to make a synthesis of the studies carried out on carbon sequestration and greenhouse gas emissions due to charcoal production. For that, a set of search equations was set up with keywords put in combination with Boolean connectors. The equation that considered publications in both French and English was retained. The main search engine used is SCOPUS. Thus, the factual analysis of 601 publications surveyed highlights three major research groups. The first deals with subjects relating to ecosystems, the changes observed, and the different methods used in carbon sequestration. The second deals with charcoal production, and CO2 emissions. As for the third, the publications are more oriented towards searching for solutions to the challenges of climate change. However, significant relations between the groups can be observed. Much effort remains to be done in Africa, especially in a country like Benin, where very few studies provide information on the level of carbon sequestration. It would therefore be interesting to open and deepen research in this direction.

La production de bétail fait partie de la culture des peuples et est importante pour la nutrition et le bien-être humain. Cependant, le bétail d'élevage conventionnel est une source de gaz à effet de serre (Ges). La séquestration du carbone dans la végétation et les sols peut être améliorée tandis que les émissions de Ges peuvent diminuer avec le pâturage contrôlé, des espèces fourragères appropriées, et l'utilisation de systèmes sylvopastoraux (Sps) combinant arbres, arbustes et pâturages. En outre, les Sps favorisent l'adaptation au changement climatique avec les effets améliorateurs des arbres sur les températures de l'air qui limitent le dessèchement des pâturages et améliorent le bien-être et la productivité des animaux. Plusieurs types de Sps sont très répandus dans les paysages agricoles de l'Amérique latine. Dans les Sps intensifs (Isps), comprenant des banques de fourrage avec des espèces ligneuses plantées à haute densité, les rendements sont supérieurs à l'élevage conventionnel, en raison d'une plus grande densité de bétail et du gain de poids plus élevé des animaux. Les recherches en Colombie, au Nicaragua et au Costa Rica montrent que les Sps ont plus de carbone dans la biomasse aérienne et dans les sols que dans les pâturages dégradés. Dans les Sps, le bois des arbres fruitiers, plantés ou de régénération naturelle, augmente les stocks de carbone et les taux de séquestration. Les espèces arborées locales peuvent être utilisées dans les Sps avec de bons résultats en termes de productivité, de restauration des sols, de séquestration du carbone et de conservation de la biodiversité. L'utilisation de Sps contribue à la séquestration du carbone dans les arbres et dans les sols, tandis que l'établissement des plantations forestières et la conservation des forêts secondaires augmentent la séquestration et le stockage du carbone à l'échelle du paysage. Les Sps et surtout les Isps peuvent contribuer à atténuer le changement climatique car ils peuvent avoir un bilan Ges positif. En Amérique latine, les Isps aux résultats positifs ont été adaptés à des niveaux régionaux. Des mesures incitatives telles que le paiement des services environnementaux ainsi que l'assistance technique peuvent stimuler l'adoption des Sps contribuant ainsi à l'atténuation du changement climatique tout en préservant les moyens de subsistance en milieu rural.

Les interactions entre l’élevage et l’environnement sont l’objet d’un débat médiatique, sociétal et scientifique depuis les années 70. Ce débat, focalisé sur les impacts négatifs de l’élevage sur l’environnement et jusqu’ici limité aux pays développés, concerne dorénavant les pays émergents et en développement où se fera l’essentiel de l’accroissement de la production animale. Toutefois, il est désormais admis que l’élevage peut aussi produire des services écosystémiques en plus de sa fonction productive. Cette synthèse propose un bilan des impacts et des services environnementaux liés aux productions animales dans les pays du Sud et trace des pistes d’amélioration pour les élevages de ruminants, les porcs et volailles ainsi que l’aquaculture. Les changements historiques d’utilisation des terres et de certains habitats aquatiques en cours dans le monde tropical nécessitent une réflexion pour des systèmes de production plus durables. Les émissions de gaz à effet de serre concernent en grande partie les zones tropicales où les systèmes à faible productivité sont forts émetteurs par kg de lait ou de viande produite. Elles sont compensées en partie par un stockage de carbone dans les pâturages, mais les références en zone tropicale restent à préciser. L’augmentation rapide des productions animales au cours des dernières décennies est essentiellement issue de l’industrialisation de l’élevage dans de nombreux pays du Sud où les questions sur la pollution des sols, des eaux, de l’air et le traitement des effluents deviennent incontournables. Les systèmes extensifs moins productifs mais moins polluants conduisent aussi à des services environnementaux. L’élevage est fort consommateur d’eau, mais principalement d’eau «verte» liée à la production végétale. La consommation de ressources fossiles (énergie, phosphates...) s’avère fortement dépendante de l’intensification des systèmes d’élevage. Le risque d’érosion de la biodiversité animale et végétale est une menace avérée, en lien avec la déforestation et les pratiques d’élevage. Dans une discussion globale, les principaux systèmes d’élevage des pays du Sud sont évalués à l’aune de leurs performances environnementales. Des perspectives d’évolution vers des systèmes de production à plus faible impacts et intégrant des services écologiques existent notamment par la mise en place de mécanismes financiers incitatifs. Mais les priorités de lutte contre la faim et la pauvreté constituent des obstacles de taille dans de nombreux pays du sud. Elles conditionnent l’amélioration des performances environnementales à la mise en place de systèmes d’élevage assurant la réponse aux besoins alimentaires des populations et la durabilité économique et sociale indispensable aux sociétés en développement.

Depuis la deuxième moitié du XXème siècle, l’augmentation de la concentration des trois principaux gaz à effet de serre (GES) : le Dioxyde de Carbone (CO2), le Méthane (CH4) et le Protoxyde d’Azote (N2O) du fait des activités humaines a clairement été identifiée par la communauté scientifique comme la principale cause du récent forçage radiatif affectant l’équilibre des processus énergétiques du système terrestre. Ces perturbations anthropiques ont entre autres conséquences, une augmentation de la température annuelle moyenne globale à la surface de la Terre. Étant donné que les GES sont bien mélangés dans l’atmosphère, et du fait de la complexité des différents processus du transport atmosphérique, les conséquences du forçage radiatif anthropique induit par les principales zones émettrices de GES ne se produisent pas nécessairement directement sur ces territoires. Ainsi, l’Afrique est le continent qui est historiquement le moins responsable des émissions cumulées de GES. Pourtant, le dernier rapport du GIEC (AR6) a mis en évidence que cette région est l’une des zones qui est déjà les plus touchées au monde par les conséquences du changement climatique d’origine anthropique. Des articles pionniers sur les émissions anthropiques et le budget carbone de l’Afrique comme celui de Ciais et al. (2011) avaient aussi souligné que « l’Afrique augmentera probablement sa part d’émissions globales au cours des décennies à venir » (Canadell, 2009). Or ce continent est relativement peu étudié. C’est pourquoi, nous avons choisi de focaliser l’étude au centre de ce manuscrit sur le périmètre Africain, composé de 54 pays pour lesquels nous disposons de données. Notre objectif est d’effectuer une estimation des sources et des puits d’origine anthropique sur ce continent pour les trois principaux GES. Dans ce but, la méthodologie originale utilisée ici s’appuie d’une part, sur des données dites « montantes », c’est-à-dire des rapports nationaux officiels de pays, des inventaires statistiques et des modèles basés sur des processus chimiques et biogéochimiques. D’autre part, le deuxième volet de la méthode consiste en une comparaison de ces données « montantes », avec des inversions de la méthode dite « descendante », c’est-à-dire des données satellite. Nous conduisons cette analyse pour les trois dernières décennies (1990-2018) en vue de dégager des tendances. Le but de cette étude est aussi d’apporter des éléments de réponse à la problématique suivante : comment l’état actuel des outils scientifiques peut contribuer à évaluer le respect des engagements de l’Accord de Paris pour des pays ne faisant pas partie de l’Annexe I, et en particulier dans le cas des pays Africains ? Pour apporter des éléments de réponse à cette question importante du point de vue scientifique mais aussi sociétal, le chapitre 1 présente les principales caractéristiques du CO2, du CH4 et du N2O en ce qui concerne le forçage du budget radiatif de la planète Terre. Ce premier chapitre contextualise le monitoring des sources et des puits de GES d’origine anthropique dans le cadre du dispositif de Monitoring, Reporting et de Vérification de l’Accord de Paris. Le chapitre 2 est une analyse originale des tendances pour les sources et pour les puits de GES au cours des trente dernières années, centrée sur le cas Africain. Le chapitre 3 est une discussion élargie proposant des perspectives plus globales sur le rôle des outils scientifiques pour une évaluation indépendante des pays du respect des engagements de l’Accord de Paris
Since the second part of the 20th century, the role of three main greenhouse gases (GHG) : Carbon Dioxide (CO2), Methane (CH4) and Nitrous Oxide (N2O) has been clearly established by the scientific community as the main cause of the recent forcing of the Earth energetic processes from human-induced activities, resulting among other disturbances in an increase of the annual mean surface temperatures. As GHG are well-mixed in the atmosphere and due to the complexity of atmospheric transport processes, the main emitters do not necessarily face the consequences of the additional radiative forcing that they directly induce. In this study, we restrict the analysis to CO2, CH4 and N2O because they are the most important GHG in the atmosphere. For the following-up of GHG, the Paris Agreement has a device named the “Enhanced Transparency Framework “(ETF). Within the ETF, countries have to report annually or biannually their GHG emissions and removals starting in 2023 within the Global Stocktake (GST). The ETF is based on the Monitoring, Reporting and Verification (MRV) provisions of the PA, aiming at the measurement of GHG for the PA signatory countries, at the centralization of the regularly updated country-reports, and at the verification of the respect of the countries ex ante vs. ex post pledges. This GST will represent a challenge for many Non-Annex I countries, including Africa, where emissions and removals in national inventories have been irregular since the UNFCCC creation in 1992. The literature tends to be scarce about GHG emissions from African countries, usually thought to be small emitters by non-experts. However, the recent Sixth Assessment Report (AR6) of the IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) underlines with high confidence that the speed of surface temperature increase in Africa has already been higher than elsewhere in the world due to anthropogenic emissions (IPCC Working Group I, 2021). Recent analyses also predict a fast increase of African emissions correlated with its demographic growth, which is the fastest in the world. Pioneering papers on anthropogenic emissions and the carbon balance in Africa like the one of Ciais et al. (2011), already underlined that “Africa is likely to increase its share of global emissions over the coming decades” (Canadell, 2009). That is the reason why we chose to strictly restrict to Africa the scope of our central analysis in the original study of the present manuscript. Our aim is to assess African CO2, CH4 and N2O anthropogenic emissions and removals using bottom-up datasets (inventories and process-based models) and to compare them with top-down inversions coming from satellites over three decades (1990-2018) in order to deliver trends’ analyses. The purpose of this analysis is also to discuss the following main question: how can the current state of science help for the evaluation of the Respect of the Paris Agreement (PA) in Non-Annex I countries, and most specifically in Africa? Chapter 1 presents CO2, CH4 and N2O main features and impacts with regards to the Earth Radiative Budget forcing, and contextualizes the scientific monitoring of GHG emissions and removals from anthropogenic origins in the climate policy context of the Monitoring, Reporting and Verification (MRV) provisions of the PA. Chapter 2 delivers an original analysis of GHG emissions and removals trends over the last three decades for the case of Africa. Chapter 3 discusses more broadly the conclusions of the African case analysis and proposes larger perspectives from both a scientific and from a climate policy view for future developments in the evaluation of the respect of the PA

Le conseil régional d’Aquitaine a mis en place en 2005 un plan climat afin d’économiser 2883 ktCO2eq pour 2007-2013 afin de contribuer à l’effort national de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GED). Cette thèse vise à effectuer des études afin de guider le conseil régional dans ce domaine et de surmonter les difficultés provenant d’une comptabilité régionale pauvre. L’analyse entrées-sorties a été retenue du fait qu’elle intègre la complexité des échanges interindustriels avec une étude sectorielle fine. La première partie de la thèse expose la méthode de construction d’une comptabilité régionale, à savoir la constitution d’un tableau entrées-sorties avec un inventaire des émissions de GES associé. La deuxième partie de la thèse montre différentes applications de l’analyse entrées-sorties afin de répondre à la problématique régionale sur les émissions de GES. L’intérêt de cette analyse est de calculer la contribution directe et indirecte des émissions des branches. En appliquant les méthodes d’optimisation, les adaptations économiques ont pu être estimées en vue de concilier les objectifs de réduction des émissions de GES et de croissance économique. L’utilisation de la méthode de décomposition structurelle a l’avantage de repérer les principales forces expliquant l’évolution des émissions de GES et, ainsi, d’utiliser ces résultats pour réaliser des prévisions des émissions régionales jusqu’en 2013. En outre, il a été possible de déterminer l’enveloppe du coût d’opportunité des projets de construction des infrastructures de transport afin de financer les projets de compensation provenant de leurs émissions en recourant aux méthodes d’optimisation
Regional council of Aquitaine, thanks to increasing area of competence because of different laws of decentralization, can contribute to national effort of reducing greenhouse gas emissions (GHG). In order to make it, It has implemented in 2005 a climate plan to avoid 2 883 ktCO2eq for 2007-2013. However, considering of poor regional accounting, it is confronted with a lack of study to implement efficiently its climate plan. The aim of this thesis is precisely to make some studies in order to guide regional council in this field. Input-output analysis was used because of its ability to integrate the complexity of interindustrial trade with a detailed sectored study. The aim of the first part of the thesis is to outline the method of constructing a regional accounting, namely a making of input-output table with a GHG emissions inventory associated. The second part of this thesis shows different applications of input-output analysis in order to answer to regional issues on GHG emissions. The first interest of input-output analysis is to calculate both direct and indirect contribution of sectors emissions. By applying optimization methods, economic restructuring could be estimated in order to reconcile both GHG emissions reduction and economic growth objectives. The use of structural decomposition analysis has advantage to pick out main forces explaining evolution of GHG emissions and, so, to use these results to make forecasting of regional GHG emissions until 2013. Moreover, it was possible to determine a budget of opportunity cost from construction of road and rail infrastructures leading to finance projects to offset theirs emissions by using optimisation methods

Nous sommes loin de disposer d'une estimation fiable et non controversée des risques climatiques. Pourtant, cette thèse compare, à l'aide des modèles intégrés de contrôle optimal RESPONSE, quelles recommandations de réduction des émissions de CO2 sont obtenues pour trois approximations successives, de plus en plus tangibles, des risques climatiques : contraintes sur l'amplitude et le rythme de réchauffement, préférence pour la stabilité du climat et représentation explicite des dommages. Les résultats suggèrent, compte tenu des incertitudes depuis les émissions jusqu'aux dommages, d'anticiper les efforts pour se prémunir contre les regrets économiques et environnementaux liés à la réalisation de configurations défavorables (sensibilité du climat élevée, accélération des dommages). Ils concluent en outre à l'optimalité d'une action précoce sans faire l'hypothèse de dommages importants à long-terme dès lors qu'est prise en compte l'éventualité de seuils de vulnérabilité dans les dommages
To date, climate change damages estimates are far from being reliable and non controversial. Therefor, this thesis compares - trough a family of optimal control integrated assessment models, RESPONSE - which CO2 mitigation policies are recommended for three more and more tangible proxies of climate risks : a set of constraints regarding magnitude and rate of global warming, a preference for current climate regime and an explicit modelling of climate change damages. Given the cascade of uncertainties from emissions to damages, results suggest to anticipate emissions reductions because abatements further delayed may induce significant regret in case of bad news about climate response or singularities in damages. Results also demonstrate that the eventuality of non-catastrophic threshods in damages is sufficient to increase earlier optimal abatements

Ll y a un besoin urgent d'améliorer nos connaissances sur la compréhension à grande échelle du rôle des prairies dans le bilan des gaz à effet de serre (GES) à l'échelle globale, et de la façon dont les écosystèmes prairiaux répondront à l'avenir au changement global. Cette thèse vise à améliorer la représentation des prairies dans le modèle ORCHIDEE. Ce nouveau modèle est utilisé pour évaluer le bilan de carbone (C) et de l'ensemble des GES des prairies européennes et son évolution en réponse aux changements climatiques et à la pression anthropique. ORCHIDEE-GM (gestion des prairies) a été développé grâce à l'intégration dans ORCHIDEE de diverses fonctionnalités issues du modèle de prairies gérées PASIM. ORCHIDEE-GM a d'abord été validé au niveau d'un ensemble de sites, puis au niveau continental (Europe) en comparant le résultat des simulations à différentes données statistiques, de produits de télédétection et d'observations in-situ. Le nouveau modèle simule un important puits de carbone et de GES des prairies européennes au cours des cinq dernières décennies ainsi qu'une tendance positive de la productivité nette l'écosystème (NBP) au cours des deux dernières décennies. Près de la moitié (48%) de la tendance positive peut être attribuée aux changements d'intensité de la gestion des prairies, à savoir la réduction du cheptel à travers l'Union européenne (UE). En outre, une augmentation de la productivité potentielle des prairies a été simulée sur l'Europe en réponse au changement global futur. Cette augmentation peut être attribuée à l'accroissement du CO2 atmosphérique mais surtout, aux changements phénologiques causés par le réchauffement. Ces changements induisent une série de conséquences sur la gestion des prairies, la sécurité alimentaire du bétail (ou la vulnérabilité des prairies) et sur les flux d'eau et de CO2
There is an urgent need to improve our knowledge on large scale understanding of the role of grassland in global greenhouse gas (GHG) budget, and of how grassland ecosystem will respond to future global change. This thesis aims at improving the representation of grassland system in the model ORCHIDEE DGVM, and further using the new model to assess carbon (C) and GHG budgets of grassland ecosystem and their responses to climate change and anthropogenic managements. ORCHIDEE-GM (grassland management) was developed through integrating into ORCHIDEE the parameters and functions related to grassland management originated from a managed grassland ecosystem model PaSim. ORCHIDEE-GM was validated at both site-level and continental-level (Europe) through comparing its results to various data from statistics, remote sensing products, and site observations. The new model simulated a significant C and GHG sink of European grassland ecosystem in the recent five decades, and a positive trend of grassland net biome productivity (NBP) during the last two decades. Nearly half (48%) of the positive trend can be attributed to changes in grassland management intensity, namely to the reduction of livestock numbers across the European Union (EU). Moreover, an increase in grassland potential productivity was simulated over Europe in response to future global change. The increase can be attributed to the rising CO2, and importantly, to the phenological shifts caused by warming, which have a series of implications on grassland management, feed security (or vulnerability) and CO2 and water fluxes

L'analyse des métaux lourds dans les effluents gazeux d’installations industrielles par des méthodes directes, en utilisant des plasmas inductifs est aujourd'hui possible. La précision et la justesse de la méthode reposent sur l'étalonnage. La méthode d'étalonnage retenue consiste à produire un aérosol par nébulisation ultrasonique. Le point clef réside dans le contrôle de la teneur en eau qui doit être identique dans le cas de l'étalon et du gaz à analyser. Un code de calcul thermodynamique des propriétés des gaz en fonction de leur teneur en eau a été utilisé pour définir un cahier des charges. Les systèmes de désolvatation traditionnels se sont révélés insuffisamment précis. Une modélisation du phénomène de condensation a permis de comprendre la raison de ces insuffisances. Il a été nécessaire de concevoir un dispositif spécialisé pour cet usage. Ce dispositif a été testé et caractérisée en détail. Il permet de ramener les erreurs absolues en-dessous de 15 %.

Les feux naturels ainsi que ceux liés aux activités anthropiques libèrent, dans l’atmosphère, des gaz à effet de serre (CO2 , CH4, N2O), des gaz réactifs (CO , NOx) et des aérosols, et contribuent au changement climatique. Les feux de forêts sont à l’origine d’un puits de carbone sur le long terme, notamment pendant la repousse de la végétation. Il est donc important d’intégrer les processus liés aux feux dans les modèles Système Terre, pour être en mesure de quantifier la contribution des feux sur le bilan de carbone de la biosphère terrestre, et également prévoir les rétroactions futures entre les feux, le climat, et la végétation. Dans cette thèse le module de feu pronostique SPITFIRE a été incorporé dans le modèle dynamique de la végétation ORCHIDEE. Les études d’évaluation montrent que le modèle de feu est capable de représenter les processus essentiels, contrôlés par les facteurs climatiques et anthropiques, pour les surfaces brûlées observées au cours du 20ème siècle. Cependant la fréquence et la taille des très grands feux sont sous-estimées dans ce modèle. Les feux sont responsables d’une diminution du puits moyen de carbone de la biosphère terrestre, en comparaison avec une simulation sans feu, avec une diminution plus importante lors des années plus sèches et plus chaudes. Des simulations factorielles indiquent que les feux qui ont eu lieu au cours des trois dernières décennies, couplés à l’impact de l'augmentation du CO2 et de l’évolution climat sur la végétation, ont contribué à l’efficacité du puits de carbone pan-boréal (45°N–90°N), du début du 20ème siècle. Au niveau du site, l’efficacité du puits de carbone, comme observée par les mesures de chrono-séquences biométriques et de tours de flux de CO2, est attribuée à la combinaison de la repousse des forêts après un feu, et de l'augmentation de la concentration atmosphérique de CO2. Autrement dit, le puits de carbone est amplifié par l'effet fertilisant du CO2 sur la végétation lors de la croissance des forêts
Anthropogenic biomass burning and wildfires release greenhouse gases (CO2, CH4, N2O), reactive gases (CO, NOx) and aerosols into the atmosphere, and contribute to regional and global climate change. In forest regions affected by fires, fire also legate a sustained long-term carbon sink during the postfire vegetation recovery. It is thus important to incorporate fire processes into Earth system models, to be able to quantify the large-scale fire contribution to the terrestrial carbon balance, and predict future fire-climate-vegetation feedbacks. In this thesis, the prognostic fire module SPITFIRE has been incorporated into the process-based dynamic vegetation model ORCHIDEE. Evaluation studies show that the fire model is capable of capturing the essential climatic and anthropogenic drivers of burned area in the 20th century, but the frequency and size of very large fires are underestimated. Fires are found to reduce on average the terrestrial carbon sink compared with a simulation without fire, with larger fire-induced sink reduction occurring during drier and warmer years. Model factorial experiments indicate that fires during the last three decades, combined with rising CO2 and climate effects on the vegetation, have contributed to most of the pan-boreal (45oN–90oN) carbon sink at early 20th century. At the site level, the postfire forest carbon sink in North American boreal forests, as observed by chronosequences of biometric measurements and of eddy-covariance CO2 fluxes, are ascribed to a combination of forest regrowth from fire recovery and atmospheric CO2 increase, i. E. , the postfire carbon sink is amplified by the CO2 fertilization effect on forest growth

Les tourbières représentent 2 à 3% des terres émergées et stockent entre 10 et 25% du carbone des sols. Les tourbières sont soumises à des contraintes anthropiques et climatiques importantes qui posent la question de la pérennité de leur fonctionnement en puits de C et de leur stock. Une meilleure compréhension de ces écosystèmes est nécessaire pour déterminer les facteurs et les effets et interactions de ces facteurs sur les émissions de gaz à effet de serre (GES). Ce travail a consisté à suivre les émissions de GES et les facteurs contrôlant dans La tourbière de La Guette (Sologne) pour établir son bilan de C. En parallèle des expérimentations sur l’effet de l’hydrologie sur les flux ont été menées, enfin un suivi sur 4 sites a été réalisé pour étudier la variabilité à l’échelle journalière. Les résultats de ces travaux montrent que la tourbière de La Guette a fonctionné en source de C (-220 ± 33 gC m-2 an-1) et ce malgré un niveau de nappe élevé. Ils montrent également l’importance de la variabilité spatiale des flux estimés à l’échelle d’un site. Les expérimentations confirment l’importance de l’hydrologie et suggèrent à haut niveau de nappe d’eau des phénomènes liés au transport des gaz. Enfin l’étude de la variabilité journalière montre que la sensibilité de la respiration à la température peut être différente le jour et la nuit et que la synchronisation entre les températures du sol et la respiration peuvent améliorer la représentation de cette dernière
Peatlands cover only 2 to 3% of the land area but store between 10 and 25% of the soil carbon. The outcome of the anthropic and climatic pressure on these ecosystems is uncertain regarding their functions and storage. A better understanding of these ecosystems is needed to determine the factors and their interactions on greenhouse gas (GHG) emission. This work consist in monitoring GHG emissions and controlling factors in a Sphagnum peatland to estimate its carbon balance. Experimentation on mesocosms were carried out to explore the effect of hydrology on the fluxes and a monitoring on 4 sites was made to study the daily variability. Results show that La Guette peatland was a carbon source (-220 ± 33 gC m-2 an-1) in spite of the high water table level. The importance of the spatial variability measured in the site was also demonstrate. The hydrology effect was confirmed by the mesocosms experiments and high water table level shows that gas transport might have an effect. Finally the study of the daily variability show that the temperature sensitivity of the respiration might be different between day and night and that synchronizing soil temperatures and respiration can improve the respiration representation

Les deltas des fleuves sont une zone cruciale dans les flux de matière entre le continent et la zone côtière. Ainsi, le prodelta du Rhône possède des taux de sédimentation et de minéralisation intenses, qui diminuent rapidement avec l’éloignement à l’embouchure jusqu’au plateau continental. Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet « MERMEX river » avec pour objectif d’identifier les sources de matière organique et d’étudier la variabilité temporelle des processus biogéochimiques influençant le devenir du carbone organique. Il s’agissait également de dresser des bilans des flux de carbone à l’embouchure du Rhône. Le prodelta a été étudié de manière intense avec quatorze campagnes en mer réparties sur ces trois années de thèse ainsi que par l’achèvement du développement d’une station benthique autonome équipée de microélectrodes à oxygène. Ce jeu de données a permis de mettre en évidence des variations temporelles (saisonnières et annuelles) de la minéralisation benthique. Des hausses de minéralisation benthique ont été mises en évidence à chaque phénomène de resuspension. Les mesures isotopiques du carbone (δ13C et Δ14C) couplées aux séparations par densité du sédiment ont permis de discriminer les sources de carbone organique et de déterminer les processus de dépôt et d’enfouissement de la matière. Plusieurs processus interagissent : la rétention d’environ 50% de la matière organique terrigène dans le prodelta, la circulation par resuspension du matériel dense et fin venant du plateau continental, la faible contribution du carbone issu de la production primaire dans les sédiments et l’arrivée massive de carbone âgé lors de certaines crues. La matière organique terrigène est principalement soumise au processus d’enfouissement dans le prodelta et sa minéralisation est fortement liée à sa réactivité
Deltaic areas are the main link between continents and the coastal zone. The Rhône prodelta shows intense sedimentation and mineralization rates which decrease rapidly off the River mouth to the continental shelf. This study was carried out under the "MERMEX river" project with the objective of identifying sources of organic matter and studying the temporal variability of biogeochemical processes affecting the fate of organic carbon. It also aimed at calculating mass balances for carbon fluxes in the Rhône prodelta. The prodelta has been studied intensively with fourteen sea cruises spread over three years of thesis and the completion of the development of an autonomous benthic station equipped with oxygen microelectrodes. This dataset has highlighted the temporal variations (seasonal and annual) of benthic mineralization. An Increase of benthic mineralization have been identified during resuspension events. Isotopic measurements of carbon (δ13C and Δ14C) coupled with density separations allowed to discriminate organic carbon sources and determine the process for sedimentation and burial of the material. Several processes interact: the retention of terrigenous organic matter in the prodelta (around 50%), the transport by resuspension of dense and fine material from the continental shelf, the low proportion of marine plankton carbon in sediment and massive inflows of black carbon during river floods. Terrigenous organic matter is mainly subject to the process of burial and mineralization is strongly related to its reactivity