EMISSIONS ET CONCENTRATIONS DE CO2 DANS L’ATMOSPHERE. Pour servir à la prospective.

« Ce n’est que faute de savoir bien connaître et étudier le présent qu’on fait l’entendu pour étudier l’avenir » (Blaise Pascal, lettre à Mlle de Roannez, décembre 1656).

1/ Introduction.

On sait l’importance que la communauté internationale attache aux émissions dites « anthropiques » de dioxyde de carbone ou CO2. Ces émissions, réputées néfastes, donnent lieu à d’innombrables publications, rapports, engagements internationaux, pronostics et mises en garde. Il est permis de mettre en doute le bien-fondé des théories actuellement en vigueur. Toutefois celles-ci connaissent un tel retentissement universel qu’il n’est pas possible d’en ignorer le contenu méthodologique.

La présente note ne prend pas parti sur la validité scientifique de la démarche officielle. Elle se contente de décrire les méthodes utilisées pour évaluer les émissions de CO2 dues aux activités humaines, leur comparaison avec les mesures in situ de CO2 et leur rapprochement avec les données démographiques et économiques mondiales. A partir des éléments ainsi rassemblés, chacun pourra se faire sa propre idée sur ce que nous réserve l’avenir.

2/ Les sources d’information.

L’organisme officiel qui répertorie les émissions annuelles de CO2 est le Global Carbon Project (GCP) ; ses travaux sont publiés par ICOS (Integrated carbon observation system) https://www.icos-cp.eu/GCP/2018

Les données démographiques et économiques sont fournies par la Banque mondiale : https://datacatalog.worldbank.org/dataset/world-development-indicators

Les séries couvrent la période 1960-2017.

En complément, le GCP a publié le 5 décembre 2018 une estimation précoce du PIB mondial et des émissions de CO2 pour 2018 : http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aaf303/meta

Les données relatives à l’énergie primaire (à partir de 1965) sont issues du rapport 2018 de BP https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html

Les concentrations de CO2 dans l’atmosphère sont mesurées par la NOAA (National oceanic& atmospheric administration http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/ ) notamment à l’observatoire de Mauna Loa à Hawaï, considéré comme une référence.

3/ Origines du CO2 anthropique.

Le GCP distingue deux types d’origines : celles qui proviennent de l’utilisation des ressources fossiles et celles qui résultent de changements dans l’affectation des terres (déforestations, cultures, jachères, etc). Le GCP s’exprime en milliards de tonnes de Carbone (GtC) : pour les convertir en GtCO2, il suffit de les multiplier par 3,664 (rapport des masses moléculaires). Dans la suite, on retiendra les expressions en CO2, les plus couramment utilisées.

Produits fossiles.

Les émissions dues aux produits fossiles sont réparties en cinq catégories : les trois combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz), la production de ciment (le calcaire CaCO3 se transforme en chaux CaO selon la relation, très simplifiée, CaCO3 —-> CaO + CO2), enfin les émissions des torchères. En 2017, la répartition entre ces cinq sources est retracée par le graphique ci-dessous (milliards de tonnes ou Gt, et pourcentages).

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Les émissions fossiles étaient en 2017 de 36,2 Gt de CO2, dont 34,4 Gt pour les trois combustibles fossiles.

Utilisation des sols. Ces émissions étaient en 2017 de 5,1 Gt.

Total. Les émissions anthropiques de CO2 étaient donc en 2017 estimées à 36,2 + 5,1 = 41,3 Gt.

4/ Destinations du CO2 anthropique.

Cet apport de CO2 ne reste pas en totalité dans l’atmosphère. Une partie des émissions est absorbée par la végétation terrestre qui s’en nourrit, et par les océans (dissolution dans l’eau – la solubilité du CO2 dans l’eau étant inversement proportionnelle à la température toutes choses égales par ailleurs – et absorption par la végétation marine). On donne le nom de « puits » de carbone à ces absorptions. Comme pour les émissions, le GCP fournit une estimation annuelle de la masse ainsi absorbée.

Par exemple, pour 2017, on obtiendrait selon le GCP le bilan suivant en milliards de tonnes de CO2 :

-émissions fossiles + utilisation des sols : 36,2 + 5,1 =          41,3 Gt

-puits océaniques + puits terrestres : – (9,2 + 13,9) =           – 23,1 Gt

-reste dans l’atmosphère (y compris écart statistique) :         18,2 Gt

Ne serait donc restée dans l’atmosphère en 2017 que moins de la moitié des émissions anthropiques. Selon les années, cette proportion évolue autour d’une valeur moyenne. On en donnera plus loin une évaluation observée sur longue période.

5/ Bilans annuels du CO2 anthropique.

Les graphiques ci-dessous montrent l’évolution de ces différents paramètres depuis 1960 : successivement : émissions (tenant compte de l’augmentation de 2,7% en 2018 pronostiquée par le GCP), puits, bilan émissions moins puits, proportion restant dans l’atmosphère.

Emissions.

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Puits.

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L’absorption par les océans évolue relativement régulièrement alors que celle des puits terrestres manifeste des variations annuelles considérables (c’est une des raisons des écarts statistiques signalés par le GCP).

Bilans émissions moins puits.

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Proportion de CO2 restant dans l’atmosphère.

Observée sur longue période (comme le montre la moyenne mobile sur 30 ans) la proportion de CO2 qui subsiste dans l’atmosphère semble se stabiliser à environ 45% des émissions anthropiques.

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6/ Emissions calculées et concentrations de CO2 mesurées.

Les concentrations de CO2 dans l’atmosphère sont depuis 1959 mesurées à l’observatoire de Mauna Loa à Hawaï. On peut donc comparer les masses annuelles de CO2 subsistant dans l’atmosphère (en Gt, calculées par GCP) avec les augmentations annuelles de la concentration de CO2 dans l’atmosphère (mesurées par NOAA), cette concentration étant exprimée traditionnellement en parties par million en volume, ppmv.

Les échelles ont été choisies de façon à faire approximativement coïncider les origines et extrémités des deux courbes.

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On peut choisir une autre représentation : depuis 1960, cumul des masses restant dans l’atmosphère et concentrations annuelles.

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On trouve ainsi, pour la totalité de la période de 1960 à 2017 :

Cumuls des masses annuelles du GCP :

-masse de CO2 anthropique émise :                                      1 558 Gt

-masse de CO2 absorbée par terres et océans :                      – 835 Gt

-écart statistique                                                                       – 26 Gt

-masse de CO2 anthropique restée dans l’atmosphère :          697 Gt (soit environ 45% des émissions)

Concentrations en CO2 selon NOAA :

-augmentation de concentration en CO2 : 407 – 317 =              90 ppmv

Le rapport : Gt / ppmv, est donc 697 / 90 # 7,8 milliards de tonnes de CO2 pour 1 ppmv. Ce rapport est classique.

7/ Contexte démographique et économique mondial.

Population.

La population est passée entre 1960 et 2017 de 3 milliards à 7,5 milliards d’habitants. La croissance d’une année à l’autre, qui était supérieure à 2% dans les années 1960, est actuellement d’environ 1,1 % à 1,2 %. Sur les trente dernières années, la population s’est accrue d’environ 80 à 85 millions d’habitants par an.

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Produit intérieur brut, total et par habitant.

Afin d’éliminer les effets de l’érosion monétaire, le PIB est exprimé en monnaie constante (dollars US constants base 2010). Le PIB mondial est passé entre 1960 et 2017 de 11 000 milliards de dollars (3 700 US$ 2010 par habitant) à 80 000 milliards de dollars (10 600 US$ 2010 par habitant). Depuis une vingtaine d’années, le PIB par habitant croît en moyenne d’environ 135 à 140 US$ 2010  par an.

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8/ Emissions de CO2 et données démographiques et économiques.

Les ratios qui suivent sont connus sous le nom de « facteurs de Kaya », du nom d’un économiste japonais. Ils visent à examiner la relation entre le PIB, la consommation d’énergie et les émissions de CO2.

Le ratio qui exprime le contenu du PIB en CO2 est le produit de deux facteurs :

-le contenu du PIB en énergie (tep ou kWh par unité de PIB) qui reflète l’efficacité énergétique de l’économie.

-le contenu de l’énergie en CO2 (tonne de CO2 par tep ou kWh) qui reflète essentiellement la part des énergies fossiles dans la production d’énergie.

Les graphiques suivants illustrent les évolutions de ces trois facteurs.

Contenu du PIB en énergie.

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Contenu de l’énergie en CO2.

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Contenu du PIB en CO2.

(En tenant compte des estimations précoces du GCP pour 2018)

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Comme les sources sont différentes, la concordance entre les chiffres n’est pas parfaite. Les tendances et les ordres de grandeur sont néanmoins significatifs.

9/ Conclusions.

On dispose ainsi d’observations sur près de soixante années, période dont il n’est pas nécessaire de rappeler ici les nombreuses vicissitudes. La relative régularité des courbes n’en est que plus frappante. Certaines sont quasi-linéaires, d’autres semblent tendre vers des asymptotes. Les creux et les pics ont généralement été « corrigés » dans les années suivantes, il n’y a donc pas de ruptures durables dans les tendances. Cette régularité est due aux inerties considérables des phénomènes en jeu.

En s’appuyant sur ces données, tout esprit bien fait peut ainsi imaginer des « scénarios » de l’évolution future, sachant notamment que les tendances démographiques et macro-économiques des quelques deux ou trois décennies à venir sont déjà largement engagées en raison des inerties rappelées précédemment. « It’s not rocket science » comme disent les Anglo-saxons. Les sources qui sont citées en introduction (GCP, Banque mondiale, BP) sont aisément accessibles. De plus, elles contiennent si nécessaire des données plus détaillées, soit par origines du CO2, soit par régions du monde, catégories de pays ou pays isolé. Toutefois, l’intérêt de raisonner au niveau mondial est d’agréger un nombre considérable de variables, gage de robustesse quant aux ordres de grandeur et aux tendances.

Il ne faut pas se laisser intimider par les nombreux pronostics ou « Outlooks » qui sont publiés chaque année et s’influencent souvent les uns les autres. Les « experts » qui les élaborent ne disposent pas de sources d’informations cachées qui leur conféreraient une prescience particulière pour prévoir l’avenir.

Chacun peut donc se livrer sans complexe à cet exercice de prospective.

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19 réflexions au sujet de « EMISSIONS ET CONCENTRATIONS DE CO2 DANS L’ATMOSPHERE. Pour servir à la prospective. »

  1. Un grand merci, c’est clair, c’est net; c’est « objectif ».
    C’est ce que j’essaie, bien modestement, de faire, sans avoir eu toutes les données, pour (essayer de) parler sereinement des tous les « effets et conséquences » du CO2
    A savoir, ce qui est très bien repris dans l’article, concentration dans l’atmosphère et pas « simples » émissions, rapportées d’une part à l’évolution de la population et d’autre part à la « richesses » mondiale.
    Un élément intéressant, mais peut-être un peu compliqué à « objectiver », serait l’évolution de l’urbanisation (îlots de chaleur, effets de concentration), et spécialement dans les régions « naturellement » soumises à des événements météo plus ou moins « extrêmes », dans les pays du Sud, mais également des exemples tels que La Nouvelle Orléans/Katrina, ou New York/Sandy.
    Cela dit, ma remarque concerne plus l’évolution des températures que les « effets » CO2 (quoique…)

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  2. Le dernier graphique est particulièrement intéressant. On y voit que la production de CO2 par unité de PIB décroit régulièrement. Assez fortement jusqu’aux années 2000 et un peu moins vite depuis. L’hystérie climatique ayant débuté à partir à cette époque, de même que les gaspillages dans de fausses solutions, il semble donc assez vraisemblable que les stratégies plus anciennes reposant simplement sur le progrès technique (les process industriels, les moteurs, l’énergie nucléaire…) étaient bien plus efficaces que les énergies dites renouvelables. Si l’on craint le changement climatique (et l’on peut douter qu’il soit de grande ampleur), pousser les feux sur la technique est donc une excellente solution, bien meilleure que de dépenser des fortunes sur des vielles solutions sans avenir comme les éoliennes. On remarquera également que la culpabilisation des pays riches n’a pas lieu d’être car c’est eux qui sont la source des améliorations techniques alors que les pays pauvres en expansion démographique ne contribuent pas à l’amélioration de l’efficacité énergétique mais contribuent hélas au facteur multiplicatif de pollution qu’est la taille de la population.

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    • Bouh hou marre de tout ces pauvres sans exergie ! J’avais écrit ça ce matin, correspond assez bien à la fin de ce post (m’en permette la trop grande liberté d’expression d’internet) : « Qu’on jouisse du malheur des autres là n’est pas le pire, le pire c’est qu’on le fasse en refusant de le voir. »

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  3. pourquoi pas d’indications sur les mesures des différents CO2 isotopiques pour parler du vrai CO2 anthropique resté dans l’atmosphère? ni de la relation entre l’augmentation en ppm qui varie selon les températures ? Ce papier me semble incomplet ?

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    • https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radiocarbon_bomb_spike.svg?uselang=fr
      On peut trouver facilement les données (ci-dessus un lien wikipedia). En gros depuis le pic des essais atmosphériques, le C14 atmosphérique décroit de 2% par an, l’atmosphère contenant 750 Gt de carbone, cela veut dire que la perte nette par les échanges avec l’océan et le sol est de 15 Gt par an. C’est assez cohérent avec les chiffres donnés plus haut qui ont sans doute été obtenus par un modèle plus complexe détaillant chaque réservoir.
      Bien entendu les échanges étant en gros proportionnels aux déséquilibres, cela signifie que ces pertes vont augmenter quand la teneur de l’atmosphère en CO2 va augmenter conduisant ainsi à une asymptote si les émissions fossiles se stabilisent. Et bien entendu les catastrophistes ne manqueront pas de dire qu’au contraire les échanges vont se réduire quand les couches superficielles de l’océan seront plus chargés en CO2. Ce à quoi je répondrai que les couches superficielles échangent aussi avec les couches plus profondes dont la capacité d’absorption est quasi illimitée etc…

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    • Les mesures isotopiques sont très difficiles à interpréter du fait du brassage rapide du C02 entre l’atmosphère , les océans et la biomasse.
      Par contre, il n’y a aucun doute sur le fait que la quasi totalité de l’accroissement du CO2 dans l’atmosphère est du à nos émissions. Les théories de ceux qui essayent de prouver le contraire ont toutes été facilement démontrées absurdes.

      C’est pourquoi je suis gêné de la vidéo de F Gervvais entre 46 et 48 mn:
      – relativement à son « addition » du réchauffement dans la troposphère et du refroidissement en stratosphère, remarque bizarre
      – surtout de n’avoir pas complètement abandonné sa vieille lune de l’accroissement de CO2 d’origine « naturelle ».

      Il discrédite (pour ceux qui connaissent) son discours avec ça alors qu’il n’a pas besoin de cela pour être convaincant, le reste de la conférence étant très bien pour des gens non avertis.

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      • Parfait. J’aime ce post parfaitement objectif et documenté. C’est un modèle de ce que devrait faire un grand nombre de personnes avant de poster n’importe quoi.

        Oui, malheureusement F. Gervais est souvent trop approximatif ce qui lui fait dire des âneries qui lui sont de fait facilement (trop facilement) opposables. Quand il dit par exemple que «puisqu’on a envoyé du CO2 dans l’air et bien ça a reverdit la planète» il est en total contradiction avec le papier qu’il cite. Certes le CO2 est potentiellement responsable d’un verdissement (une augmentation du LAI en fait) dans des zones où il n’y a pas d’autres facteurs limitants (autrement dit la zone équatoriale), par contre les auteurs mentionnent clairement qu’aux hautes latitudes et aux hautes altitudes, ce verdissement est dû aux augmentations de températures et que dans les déserts c’est à cause d’une augmentation des précipitations. Il est par ailleurs connu que les plantes des régions désertiques (physiologie en C4 et CAM) ne bénéficient pas d’une fertilisation par le CO2, contrairement aux plantes de nos latitudes.

        Et cette attribution CO2 = verdissement, ça n’est qu’une interprétation de modèles d’une complexité équivalente aux modèles climatiques ; modèles dont F. Gervais dit par ailleurs le plus grand mal.

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  4. L’ennui de ce genre d’article c’est son caractère obligatoirement réfutable. Ici, on suit très bien le phénomène CO², e puis, patatras, le dernier commentateur nous ait comprendre qu’il ne vaut pas grand chose parce qu’il a négligé une variante qui biaise le jugement global qu’il portait sur les effets du CO².
    Dans ces conditions les tenant de l’effet négatif du CO² ont beau jeu de persuader les populations de leur bilan et de terrifier les hommes.
    Les seuls gagnants sont les représentants des Etats dits vertueux qui en tirent une manne fiscale inépuisable.

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  5. Je pense qu’il est temps de recentrer le débat. Nulle part dans cet article il n’a été question de discuter des effets du CO2, que ce soit sur les températures, la végétation et quoi que ce soit d’autre (et encore moins des éoliennes).
    La question précise était simplement la suivante : à partir des évolutions de différents paramètres physiques, démographiques et économiques pendant les soixante années passées, que peut-on raisonnablement prévoir quant aux émissions anthropiques de CO2 dans les décennies à venir ? Les pièces à conviction fournies sont issues de sources généralement considérées comme fiables (au moins tant qu’elles se contentent de compiler des données).
    Question sous-jacente ; au vu de ces informations, est-il vraisemblable d’envisager dans un avenir proche de brusques ruptures de tendances à la baisse des émissions de CO2 ?
    Comme on sait, les augures officiels nous l’enjoignent frénétiquement, sous peine des pires catastrophes. Leurs « scénarios » improbables sont illustrés notamment dans le tout récent papier du GCP dont je donne à nouveau la référence (voir notamment les figures 1 et 2) :
    https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aaf303/meta
    (Noter que le chef de file du Global Carbon Project est Corinne Le Quéré, qui est aussi devenue présidente du « Haut conseil pour le climat »).
    Michel

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  6. Le 2ème tableau (3ème graphique) sur les puits de CO2 est manifestement faux puisque ces puits absorbent le CO2 anthropique, mais aussi et surtout l’énorme flux de CO2 non anthropique.

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  7. Oui, MD, c’est une approche intéressante, un pas de côté par rapport au sujet central qu’est la cause des variations de température constatées sur les dernières décennies. Je comprends que vous souhaitez faire remarquer que la baisse tendancielle des émissions de CO2 par unité produite est enclenchée depuis longtemps, et que les effets de manche destinés à montrer à la population que « le monde politique agit » n’ont que peu d’impact. Me trompai-je ?

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  8. Pour Louis-Lucas
    C’est en effet, comme vous le faites remarquer, l’une des constatations importantes qu’on peut faire au vu des graphiques. D’autant plus que les tendances observées sur ces soixante années peuvent apparaître dans une certaine mesure comme « spontanées », c’est-à-dire qu’elles résultent beaucoup plus des progrès techniques et des recherches d’optimisations que des gesticulations politiques genre COP. La question reste de savoir, non tellement si on se dirige vers une asymptote (c’est nécessairement le cas), mais surtout à quel rythme, et à quel niveau se situe cette asymptote. Il est possible de s’en faire une idée, en désagrégeant les états du monde en grandes catégories (OCDE et non-OCDE, par exemple), et en supposant que les évolutions des états les plus avancés préfigurent les évolutions globales. Les données disponibles dont j’ai fourni les sources le permettent.

    Pour Laurent. Je rappelle l’hypothèse fondamentale sur laquelle reposent tous ces raisonnements. Jusqu’à une période relativement récente, tout allait bien, on avait bon an mal an nos 280 ppm de CO2 dans l’atmosphère, les puits équilibrant les émissions naturelles en vertu du cycle du carbone. Puis est venue la révolution industrielle qui a détruit ce bel équilibre en extrayant et brûlant des combustibles fossiles à tour de bras. Du coup, la concentration en CO2 (supposée auparavant sensiblement constante) s’est mise à augmenter année après année (actuellement 400 ppmv environ). Ces émissions dites « anthropiques » sont partiellement absorbées par les « puits », de sorte qu’il n’en reste que 45% dans l’atmosphère (« airborne fraction »).
    Ce nouveau cycle du carbone se surajoute donc au cycle « de base » (échanges atmosphère-biosphère-hydrosphère), qui concerne des quantités très supérieures.
    On notera que les concentrations en CO2 sont mesurées (notamment au célèbre site de Mauna Loa à Hawaï), alors que les émissions et les puits sont évalués par le calcul.
    En conclusion, vous avez tout à fait le droit d’estimer que cette théorie est « manifestement fausse ».
    N’empêche qu’elle sert de référence à pratiquement toutes les politiques climatiques et énergétiques actuelles. Et que, même en entrant dans le jeu de ces théories officielles, on doit pouvoir démontrer que lesdites politiques sont illusoires.
    Michel

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  9. Ce que je note c’est l’évolution des discours et des avis d’année en année. D’abord il n’y avait pas vraiment de réchauffement notable autre que les cycles solaires et la variabilité naturelle. Ça me rassurait un peu. Ensuite c’était oui ça s’est réchauffé mais c’est fini depuis 20 ans. Après ça les 5 dernières années sont les plus chaudes donc la moyenne mobile continue d’augmenter mais ce n’est pas la faute du CO2 anthropique. Et maintenant on fait la corrélation partielle ou totale avec le développement industriel !! Et on se demande vers quelle asymptote on se dirige ??? Si ca continue on va se contenter de mettre les paragraphes du rapport du GIEC !!

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    • C’est bien trouvé (mais on doit dire : climato-agnosticisme).
      En effet, selon Wikipedia :
      « Les agnostiques tendent à n’accorder aucune transcendance et aucune valeur sacrée aux religions (…..) : prophète (…..) messie (…..), textes sacrés (…..) et à leurs institutions : clergé (…..). rituels (…..), prescriptions diverses (…..) [Ils] voient en effet les religions (…..) comme de pures constructions sociales et culturelles qui auraient surtout pour fonction historique d’assurer la cohésion (…..) et l’ordre (…..) dans les sociétés humaines traditionnelles, par exemple au travers de la menace de l’enfer (…..), de la promesse du paradis (…..), de la notion de péché (…..) ou du principe du bouc émissaire (…..) ».
      Il suffit de remplir les parenthèses. Quelques suggestions : « Carbocentrisme », « Al Gore », « François », « Laudato Si », « GIEC », « COP », « 2°C »,… « fin du monde », « âge d’or » … « énergies fossiles ». Au choix.
      Michel

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      • Ce n’est pas une religion, ni une croyance mais une façon raisonnée d’appréhender un phénomène récent et relativement rapide. On constate une augmentation des températures depuis 40 ans et on cherche une explication qui tient la route. La corrélation avec le co2 est quelque chose de plausible mais impossible à prouver de manière formelle. Cette augmentation de CO2 (30%) est d’origine anthropique ça a été dit plus haut. Maintenant si une autre explication est avancée, elle doit être étayée faute d’être elle aussi prouvée. Voilà le problème ! Nous sommes à l’écoute. ..

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