Depuis plus de 3 milliards d’années, la machinerie chlorophyllienne des microalgues utilise l’énergie solaire pour convertir le dioxyde de carbone, les nitrates, sulfates et autres nutriments en dioxygène et biomasse (protéines, polysaccharides, lipides, pigments, antioxydants, vitamines, etc.). Pour de nombreux domaines d’application les microalgues et les cyanobactéries sont une ressource végétale d’avenir. Aujourd’hui, l’exploitation industrielle reste cependant modérée et peu diversifiée. La plupart des activités commerciales concerne les compléments alimentaires (biomasse entière) ou l’extraction d’un métabolite spécifique à très haute valeur, pour les marchés de la cosmétique ou de la nutraceutique.

L’un des freins au développement de la filière industrielle des microalgues concerne les applications impliquant un passage à grande échelle, comme la production de vecteurs énergétiques, chimiques ou alimentaires et soulève de nombreux problèmes aussi bien technologiques que scientifiques. Les verrous technoscientifiques sont pluridisciplinaires et concernent notamment la sélection et l’optimisation des souches en vue d’améliorer la productivité et la qualité des molécules produites, et l’optimisation en termes de coût, de bilan énergétique et de bilan environnemental des procédés de culture, de récolte et d’extraction.

C’est grâce à la chimie que la France sera en mesure de répondre aux enjeux majeurs du siècle, à savoir les problématiques de changement climatique, de préservation des ressources et de l’environnement, ou encore de transition énergétique.

L’industrie chimique en France a réduit de près de 60% ses émissions de gaz à effet de serre depuis 1990. De plus, de nombreuses initiatives ont déjà été mises en œuvre afin d’encourager les efforts d’innovation dans le sens de procédés industriels plus sobres en carbone. L’initiative Responsible Care® engage depuis 25 ans les industriels de la chimie dans une démarche d’amélioration continue des performances dans la santé, la sécurité et l’environnement.

La chimie permet, par la mise au point de nouvelles énergies, ou la réduction de la dépendance dans ces dernières, de faire face à la raréfaction des ressources. C’est grâce aux produits et solutions innovantes qu’elle met à leur disposition que les industries en aval ainsi que les particuliers peuvent réduire leur empreinte énergétique et envisager un circuit économique plus sobre en carbone. Depuis le début du siècle déjà, de nombreux projets ayant trait à l’économie circulaire sont développés par les industriels, axés sur l’utilisation de ressources renouvelables et mais aussi sur le recyclage de matières déjà utilisées. Dans ce cadre, même si la chimie basée sur les ressources fossiles est appelée à rester la plus importante pour de nombreuses années, la chimie du végétal trouve toute sa place dans les grands projets du futur de l’industrie, son développement contribuant à la valorisation de la biomasse et à une indépendance énergétique croissante.

Le changement climatique constitue un enjeu environnemental très particulier puisqu'il affecte sur le long terme (l'échelle des décennies) un système où évoluent de manière solidaire des composantes très différentes : l'atmosphère, les océans, les sols continentaux. Les émissions de gaz à effet de serre perturbent les évolutions naturelles de ce système à un rythme qui s'accélère sans cesse. Au cours des 60 dernières années les émissions de CO₂ liées à la combustion du charbon, du pétrole ou du gaz naturel ont été multipliées par un facteur 10 environ, et elles s'accumulent dans l'atmosphère sur des durées de l'ordre du siècle.

Les modèles de simulation de l’évolution climatique, la scénarisation des climats futurs, ainsi que les différents symptômes de changement climatique sont présentés selon les différents modèles. Des conclusions sont émises sur les décisions à prendre et sur les enjeux de l’adaptation préventive à une part de changements devenus inévitables.

Les variations de l’activité solaire et celles de l’orbite de la Terre sont les principaux déterminants des variations du climat. La composition de l’atmosphère, la présence des gaz dits à effet de serre (GES)  - H₂O, CO₂ notamment - déterminent aussi en partie les fluctuations du climat sur Terre.

La vision majoritaire actuelle des scientifiques qui étudient le climat est que, depuis la seconde moitié du vingtième siècle (et peut être avant), ce n’est plus le Soleil mais ce sont les GES, et surtout le gaz carbonique relargué dans l’atmosphère par la combustion des hydrocarbures fossiles, qui dominent largement par rapport aux effets du Soleil et sont donc la cause principale des variations multi-décennales à séculaires du climat. Une minorité de scientifiques ne partagent pas ces conclusions, principalement en mettant en avant des observations qui entrent en contradiction avec le modèle majoritaire. Le but de cette présentation sera de montrer que le débat reste essentiel.

Cette présentation insiste principalement sur les observations à diverses échelles de temps et d’espace de certains indicateurs des variations du climat et partant de là montre que les variations observées au 20^e siècle ne sortent, ni par leur amplitude ni par leur vitesse, des variations naturelles observées depuis plusieurs siècles, voire millénaires. On montre aussi que la plupart des modèles actuels ne « rétro-prédisent » pas bien les observations et que, depuis plus de 15 ans, la température moyenne de la basse atmosphère n’augmente plus. Elle est sur un plateau que la grande majorité des modèles numériques ne prédisaient pas. L’importance relative du Soleil et des GES dans l’évolution récente du climat terrestre reste donc encore une question ouverte ; elle devrait rester dans le registre des débats normaux qui émaillent l’histoire des sciences.

Les questions de l’énergie et de la transformation du système énergétique en relation avec celle du changement climatique sont parmi les plus difficiles à l’heure actuelle. Pour gérer le risque climatique, il faut pouvoir maîtriser les émissions de CO₂ ainsi que celles des autres gaz à effet de serre. Les obstacles sont nombreux. Ils sont d’abord politiques, économiques, sociologiques et démographiques.
 

Comment pourra-t-on inverser la tendance qui est celle d’une croissance de la demande d’énergie ? Comment faire en sorte que l’énergie qui est tirée actuellement à plus de 80% des ressources fossiles soit obtenue à partir de sources décarbonées ? La réponse à ces questions n’est pas simple et les difficultés scientifiques et techniques sont clairement sous-estimées par les innombrables commentateurs, par les décideurs et par le public. Dans ces domaines, la chimie a un rôle important à jouer. Elle pourra intervenir puissamment dans l’amélioration de l’efficacité énergétique dans beaucoup d’utilisations de l’énergie, dans le développement de solutions innovantes dans l’élaboration de biocarburants ou l’utilisation de la biomasse, dans le développement de solutions pour le stockage massif ou distribué de l’énergie, dans la mise en œuvre de nouvelles idées pour la production d’hydrogène ou la valorisation du CO₂.

Les méthodes de datation de la glace, ainsi que le principe de fonctionnement des archives glaciaires qui ont enregistré sur plusieurs milliers d’années l’évolution passée de notre environnement (températures, précipitations, teneurs passées en gaz à effet de serre, teneur et composition de l’aérosol atmosphérique passé), sont présentées et appliquées à la reconstitution de l’évolution du climat et des gaz à effet de serre au cours du Pléistocène (0 – 800.000 ans) puis à celle correspondant à notre entrée dans la période récente, dite de l’Anthropocène, pour comprendre le changement climatique actuel et prédire son évolution future.

Les gaz à effet de serre ne sont pas les seuls acteurs atmosphériques influençant le climat. Les petites particules présentes en suspension dans l’air (aérosols) interagissent avec les radiations solaires et donc le climat. L’étude de la composition chimique des aérosols emprisonnés dans la glace a permis de mieux comprendre l’origine naturelle et anthropique de l’aérosol organique, la réponse des émissions naturelles comme celle de la végétation aux grands changements climatiques, ou encore la fréquence passée des feux de forêts.

L’hydrogène est un vecteur énergétique puissant qui peut et va rendre de grands services dans la transition énergétique que nous vivons partout dans le monde. Dans un contexte mondial d’augmentation exponentielle de la population et donc des besoins en énergie, l’hydrogène, vecteur énergétique polyvalent et flexible, apporte des solutions efficaces et décisives pour répondre à ces grands défis liés à la transition énergétique et à la croissance de demain.

Les technologies de l’hydrogène-énergie constituent une solution de stockage et de conversion d’énergie dans lesquelles il est important d’investir dès aujourd’hui afin de faire face :

• à la nécessité de décarboner notre société, notre énergie et nos transports, afin notamment d’améliorer la santé et le bien-être des citoyens ;
• au besoin de réduire notre dépendance énergétique en développant les énergies renouvelables et donc de stocker l’énergie pour faciliter l’intégration des EnR (énergies renouvelables) dans le mix énergétique ;
• à l’impératif de développer la compétitivité et l’innovation au vu de la concurrence mondiale, notamment des pays émergents.

La certitude que nous avons de vivre un « changement » climatique ne date pas d’aujourd’hui. De facto, les sources historiques du dernier millénaire prouvent que nos ancêtres connurent très régulièrement des « dérangements du temps» ou des « renversements des saisons ».

Au-delà de ces phases majeures de la grande histoire climatique, il convient également de faire une place toute particulière aux extrêmes climatiques qui focalisent aujourd’hui l’attention des opinions politiques et des décideurs. En la matière, l’éclairage historique apporte une contribution originale et parfois inattendue en matière de fréquence et de sévérité d’événements comme les cyclones tropicaux, les submersions ou encore les sécheresses et les inondations.

Le dernier volet de l’exposé vise à mesurer l’impact de ces « dérangements » et d’appréhender les réactions des populations confrontées aux « monstruosités du temps » de jadis. Elles prouvent l’existence de stratégies d’adaptation et de formes de gouvernances qui sont autant de retours d’expériences précieux à verser au dossier actuel sur le changement climatique.

Les deux vecteurs énergétiques majeurs, à savoir les hydrocarbures et l’électricité, ainsi que la nature de la consommation, pour le chauffage dans un habitat fortement urbanisé, pour le transport, et pour les industries énergivores, ont nécessité le développement de réseaux de distribution : distribution des hydrocarbures, distribution de l’électricité. Dans le même état d’esprit on pourrait ajouter les réseaux de gaz et les réseaux de chaleur.

La transition énergétique, dans la perspective de la limitation des gaz à effet de serre, est en fait une transition vers une économie décarbonée. Cela passe par une électrification croissante de nos besoins énergétiques. La production d’électricité n’est qu’une facette de la question, la densité de la production, la spatialité de la consommation sont des questions essentielles. C’est pourquoi les réseaux de transport et de distribution jouent un rôle essentiel. Les énergies alternatives sont par nature intermittentes (hormis l’hydraulique) et imposent des contraintes physiques sur le réseau qui conduisent à examiner soit la possibilité du stockage de masse, soit la capacité d’extension du réseau, soit une stratégie d’autoconsommation des énergies fatales. Ces trois options posent des questions différentes en termes de recherche dans le domaine de la chimie.

Vidéo de la conférence (durée 28:50)
Retrouvez ici toutes les vidéos de ce colloque. Possibilité de les télécharger.

Les espèces chimiques de l’atmosphère interagissent avec le rayonnement ultraviolet et visible émis par le Soleil et avec le rayonnement infrarouge émis par la Terre et son atmosphère. La température de la Terre est fortement influencée par ces interactions. L’effet de serre, un processus naturel, conduit à un réchauffement de la surface terrestre de 33 °C et sera renforcé dans le futur par les rejets dans l’atmosphère du dioxyde de carbone et d’autres gaz comme le méthane, liés à l’activité humaine.

La présentation passe en revue les interactions entre la composition chimique de l’atmosphère et le climat. On évoquera les multiples rétroactions qui se produisent dans le système terrestre et qui font souvent intervenir la biosphère. On montrera aussi que les changements climatiques ne seront pas sans effet sur la qualité de l’air dans les décennies à venir.