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"Voici comment il est possible d’atteindre des émissions nettes de carbone nulles aux Etats-Unis : c’est possible mais pas facile de réduire les émissions de dioxyde de carbone CO2 pour freiner le changement climatique" par Alexandra Witze

Traduction & Compléments de Jacques Hallard

mercredi 1er février 2023, par Witze Alexandra

ISIAS Climat Energies Emissions CO2

Voici comment il est possible d’atteindre des émissions nettes de carbone nulles aux Etats-Unis : c’est possible mais pas facile de réduire les émissions de dioxyde de carbone CO2 pour freiner le changement climatique

Traduction du 31 janvier 2023 par Jacques Hallard d’un article de Alexandra Witze en date du 27/01/2023, diffusé par ‘Science News’ sous le titre « It’s possible to reach net-zero carbon emissions. Here’s how  » ; référence : https://www.sciencenews.org/article/net-zero-carbon-emissions-climate

A line of wind turbines disappearing into the distance with an out of focus wheat field in the foreground.

Freiner le changement climatique signifie qu’il faut obtenir plus d’électricité à partir de sources renouvelables, telles que l’énergie éolienne. Erik Isakson/ Tetra images/Getty Images –

Patricia Hidalgo-Gonzalez a vu l’avenir de l’énergie lors d’une chaude journée de septembre dernier. Une alerte par e-mail a frappé sa boîte de réception de la ‘San Diego Gas & Electric Company’. “Une chaleur extrême sollicite le réseau’, lit-on dans le message, qui a également été envoyé sous forme d’un texte à 27 millions de personnes. ’Économisez de l’énergie pour éviter les interruptions de courant”.

Ça a marché. Les gens réduisent leur consommation d’énergie. La demande a plongé, les pannes d’électricité ont été évitées et la Californie a réussi à surmonter une crise exacerbée par le changement climatique. ” C’était très excitant à voir’, déclare Hidalgo-Gonzalez, ingénieur électricien à l’Université de Californie à San Diego, qui étudie les énergies renouvelables et le réseau électrique.

Ce type de réponse sociétale collective, dans laquelle nous remodelons la façon dont nous interagissons avec les systèmes qui nous fournissent de l’énergie, sera crucial pour comprendre comment vivre sur une planète en mutation.

La Terre s’est réchauffée d’au moins 1,1 degré Celsius depuis le 19ème siècle, lorsque la combustion du charbon, du pétrole et d’autres combustibles fossiles a commencé à éructer des gaz dans l’atmosphère - piégeant ainsi la chaleur – des gaz tels que le dioxyde de carbone. Les scientifiques conviennent que seule une action drastique pour réduire les émissions peut empêcher la planète de dépasser 1,5 degré de réchauffement — un seuil au-delà duquel les conséquences deviennent encore plus catastrophiques que l’élévation du niveau de la mer, les conditions météorologiques extrêmes et d’autres impacts que le monde connaît déjà…

L’objectif est d’atteindre ce que l’on appelle des émissions nettes nulles, où tous les gaz à effet de serre qui pénètrent encore dans l’atmosphère sont équilibrés par ceux qui sont éliminés- et de le faire dès que possible.

Les scientifiques disent qu’il est possible de transformer rapidement les façons dont nous produisons et consommons de l’énergie. Pour montrer la voie à suivre, les chercheurs ont tracé la voie vers un monde où les activités humaines génèrent peu ou pas de dioxyde de carbone et d’autres gaz à effet de serre — une économie décarbonée.

La clé d’un avenir décarboné réside dans la production de grandes quantités de nouvelle forme électricité à partir de sources qui émettent peu ou pas de gaz, comme l’éolien, le solaire et l’hydroélectricité, puis transforment autant de nos vies et de nos industries que possible pour s’éloigner de ces sources. L’électricité propre doit alimenter non seulement la consommation d’énergie actuelle de la planète, mais également les demandes accrues d’une population mondiale croissante.

Une fois que l’humanité sera presque entièrement passée à l’électricité propre, nous devrons également contrebalancer le dioxyde de carbone que nous émettons encore — oui, nous en émettrons encore — en retirant une quantité équivalente de dioxyde de carbone de l’atmosphère et en le stockant quelque part en permanence.

Atteindre des émissions nettes nulles ne sera pas facile. Pour parvenir à une action efficace et significative contre le changement climatique, il faut surmonter des décennies d’inertie et de déni quant à l’ampleur et à l’ampleur du problème. Les pays sont bien en deçà des engagements existants en matière de réduction des émissions, et le réchauffement climatique reste sur la bonne voie pour dépasser les 1,5 degré, peut-être même d’ici la fin de cette décennie.

Pourtant, il y a de l’espoir. Le taux de croissance des émissions de CO2 ralentit à l’échelle mondiale — passant d’une croissance annuelle de 3% dans les années 2000 à une croissance annuelle de 0,5 pour cent au cours de la dernière décennie, selon le ‘Global Carbon Project’, qui quantifie les émissions de gaz à effet de serre.

Il y a des signes que les émissions annuelles pourraient commencer à diminuer. Et au cours des deux dernières années, les États-Unis, de loin le plus grand contributeur cumulatif au réchauffement climatique, ont adopté plusieurs lois fédérales qui incluent des incitations financières pour accélérer la transition vers une énergie propre. “Nous n’avons jamais rien vu à cette échelle”, déclare Erin Mayfield, chercheuse en énergie au ‘Dartmouth College’.

Bien que la transition énergétique nécessitera de nombreuses nouvelles technologies, telles que des moyens innovants d’éliminer définitivement le carbone de l’atmosphère, de nombreuses solutions, telles que l’énergie éolienne et solaire, sont en main — “des choses que nous avons déjà”, dit Mayfield.

Comment atteindre des émissions nettes de carbone nulles d’ici 2050

Dans un rapport de 2021, l’Agence internationale de l’énergie a décrit les mesures nécessaires pour garantir que d’ici 2050, la quantité de dioxyde de carbone émise dans l’atmosphère à l’échelle mondiale équilibre la quantité retirée.

Ce graphique montre comment les émissions de dioxyde de carbone devraient baisser d’un secteur à l’autre pour que les émissions à l’échelle de la planète passent d’environ 34 milliards de tonnes métriques par an à zéro net.

Voir les détails de ce graphique avec animation à la source

L’état actuel des émissions de dioxyde de carbone

De toutes les émissions qui doivent être réduites, la plus importante est le dioxyde de carbone, qui provient de nombreuses sources telles que les voitures et les camions et les centrales électriques au charbon. Le gaz représentait 79% des émissions de gaz à effet de serre des États-Unis en 2020. Le deuxième gaz à effet de serre le plus important, avec 11% des émissions aux États-Unis, est le méthane, qui provient des opérations pétrolières et gazières ainsi que du bétail, des décharges et d’autres utilisations des terres agricoles.

La quantité de méthane peut sembler faible, mais elle est puissante — à court terme, le méthane est plus de 80 fois plus efficace pour piéger la chaleur que le dioxyde de carbone, et les niveaux atmosphériques de méthane ont presque triplé au cours des deux derniers siècles. Les autres gaz à effet de serre comprennent les oxydes d’azote, qui proviennent de sources telles que l’application d’engrais sur les cultures ou la combustion de combustibles et représentent 7% des émissions américaines, et les gaz fluorés d’origine humaine tels que les hydrofluorocarbures qui représentent 3%.

À l’échelle mondiale, les émissions sont dominées par les grandes nations qui produisent beaucoup d’énergie. Les États-Unis émettent à eux seuls environ 5 milliards de tonnes métriques de dioxyde de carbone chaque année. Le pays est responsable de la plupart des émissions de gaz à effet de serre à travers l’histoire et n’a cédé la place de premier émetteur annuel à la Chine qu’au milieu des années 2000.

En raison du rôle des États-Unis dans la production de la majeure partie de la pollution par le carbone à ce jour, de nombreux chercheurs et défenseurs soutiennent qu’ils ont la responsabilité morale de prendre l’initiative mondiale de la réduction des émissions. Et les États-Unis ont les objectifs les plus ambitieux des principaux émetteurs, du moins sur le papier. Le président Joe Biden a déclaré que le pays visait à atteindre des émissions nettes nulles d’ici 2050. Les dirigeants chinois et indiens se sont fixé des objectifs de zéro émission nette pour 2060 et 2070, respectivement.

Sous les auspices d’un traité international sur le changement climatique de 2015 connu sous le nom d’accord de Paris, 193 pays et l’Union européenne se sont engagés à réduire leurs émissions. L’accord vise à maintenir le réchauffement climatique bien en dessous de 2 degrés, et idéalement à 1,5 degré, au-dessus des niveaux préindustriels. Mais c’est insuffisant. Même si tous les pays réduisaient leurs émissions autant qu’ils l’ont promis dans le cadre de l’accord de Paris, le monde dépasserait probablement les 2 degrés de réchauffement avant la fin de ce siècle.

Chaque nation continue de trouver son propre chemin vers l’avant. “À la fin de la journée, toutes les solutions seront spécifiques au pays”, explique Sha Yu, un scientifique de la terre au ‘Pacific Northwest National Laboratory’ et au ‘Joint Global Change Research Institute’ de l’Université du Maryland à ‘College Park’, Md. “Il n’y a pas de solution universelle.”

Mais il y a quelques thèmes communs pour accomplir cette transition énergétique — des moyens de concentrer nos efforts sur les choses qui importeront le plus. Ce sont des efforts qui vont au-delà des choix individuels des consommateurs, tels que voler moins en avion ou manger moins de viande. Au lieu de cela, ils pénètrent tous les aspects de la façon dont la société produit et consomme de l’énergie.

De tels changements massifs devront surmonter de nombreuses résistances, y compris de la part des entreprises qui gagnent de l’argent avec les anciennes formes d’énergie ainsi que des politiciens et des lobbyistes. Mais si la société peut apporter ces changements, elle se classera parmi les plus grandes réalisations de l’humanité. Nous aurons abordé un problème de notre propre fabrication et nous l’aurons vaincu.

Voici un aperçu de ce que nous devrons faire.

Faites autant d’électricité propre que possible

Pour répondre aux besoins en énergie sans mettre de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, les pays devraient augmenter considérablement la quantité d’énergie propre qu’ils produisent. Heureusement, la majeure partie de cette énergie serait générée par des technologies que nous avons déjà — des sources d’énergie renouvelables, y compris l’énergie éolienne et solaire.

“Les énergies renouvelables, de loin, sont le pilier clé de tout scénario net zéro”, explique Mayfield, qui a travaillé sur un rapport influent de 2021 du projet ‘Net-Zero America’ de l’Université de Princeton, axé sur l’économie américaine.

Le rapport de Princeton prévoit que la production d’énergie éolienne et solaire quadruplera à peu près d’ici 2030 pour amener les États-Unis à zéro émission nette d’ici 2050. Cela signifierait la construction de nombreux nouveaux parcs solaires et éoliens, à tel point que dans le scénario le plus ambitieux, les éoliennes couvriraient une superficie de la taille de l’Arkansas, de l’Iowa, du Kansas, du Missouri, du Nebraska et de l’Oklahoma réunis.

De combien d’énergie solaire et éolienne aurions-nous besoin ?

Pour atteindre le ‘zéro émission nette’, il faudrait une augmentation spectaculaire de l’énergie solaire et éolienne aux États-Unis. Ces cartes montrent l’empreinte des infrastructures solaires et éoliennes existantes aux États-Unis contigus (à partir de 2020) et une empreinte possible pour un scénario de milieu de gamme pour 2050. Le gris montre une densité de population de 100 personnes par kilomètre carré ou plus.

Two maps showing few solar and wind projects in 2020 and many more proposed projects in 2050 to help reach net zero.Cliquer ici pour agrandir les cartes

E. LESLIE, A. PASCALE, J.D. JENKINS/PRINCETON’S NET-ZERO AMERICA STUDY, ANNEX D : SOLAR AND WIND GENERATION TRANSITIONS

Une telle mise à l’échelle n’est possible que parce que les prix de la production d’énergie renouvelable ont chuté. Le coût de l’énergie éolienne a chuté de près de 70% et l’énergie solaire de près de 90% au cours de la dernière décennie aux États-Unis. “Cela a changé la donne et je ne sais pas si certaines personnes s’y attendaient”, a déclaré Hidalgo-Gonzalez.

À l’échelle mondiale, la baisse des prix des énergies renouvelables a permis à la croissance de monter en flèche ; la Chine, par exemple, a installé un record de 55 gigawatts de capacité d’énergie solaire en 2021, pour un total de 306 gigawatts, soit près de 13% de la capacité installée du pays pour produire de l’électricité. La Chine est presque certaine d’avoir connu une autre année record pour les installations d’énergie solaire en 2022.

Les défis comprennent la recherche de moyens de stocker et de transmettre toute cette électricité supplémentaire et la recherche d’emplacements pour construire des installations éoliennes et solaires acceptables pour les communautés locales. D’autres types d’énergie à faible émission de carbone, comme l’hydroélectricité et l’énergie nucléaire, qui s’accompagnent de leur propre résistance publique, joueront probablement également un rôle à l’avenir.

Plus d’électricité renouvelable à l’échelle mondiale

Les sources d’énergie renouvelables, telles que le solaire, l’éolien et l’hydroélectricité, représentent aujourd’hui une part plus importante de la production mondiale d’électricité qu’en 2015. L’Agence internationale de l’énergie s’attend à ce que cette tendance se poursuive, projetant que les énergies renouvelables dépasseront 38% en 2027.

Soyez efficace et passez à l’électrique

La volonté d’atteindre des émissions nettes nulles nécessite également de renforcer l’efficacité énergétique dans tous les secteurs et d’électrifier autant d’aspects de la vie moderne que possible, tels que les transports et le chauffage domestique.

Certaines industries se tournent déjà vers des méthodes de production plus efficaces, comme la sidérurgie en Chine qui intègre des fours à base d’hydrogène qui sont beaucoup plus propres que ceux au charbon, dit Yu.

En Inde, la simple fermeture des centrales électriques au charbon les plus inefficaces en donne le plus pour son argent, déclare Shayak Sengupta, expert en énergie et en politique au groupe de réflexion ‘Observer Research Foundation America’ à Washington, DC “ ’ La liste a été dressée”, dit-il, des centrales qui devraient fermer en premier, “et cela se produit.”

Pour atteindre zéro émission nette, les États-Unis devraient augmenter leur part de pompes à chaleur électriques, qui chauffent les maisons beaucoup plus proprement que les appareils au gaz ou au mazout, d’environ 10% en 2020, jusqu’à 80% d’ici 2050, selon le rapport de Princeton. Les subventions fédérales pour ce type d’appareils sont déployées en 2023 dans le cadre de la nouvelle Loi sur la réduction de l’inflation, une législation qui contient un certain nombre de dispositions liées au climat.

Le passage des voitures et autres véhicules de la combustion de l’essence, à la réduction de l’électricité, entraînerait également des réductions importantes des émissions. Dans un rapport majeur de 2021, les Académies nationales des sciences, de l’ingénierie et de la médecine ont déclaré que l’une des mesures les plus importantes pour décarboner l’économie américaine consisterait à ce que les véhicules électriques représentent la moitié de toutes les ventes de véhicules neufs d’ici 2030. Ce n’est pas impossible ; les ventes de voitures électriques représentaient près de 6% des nouvelles ventes aux États-Unis en 2022, ce qui est encore un nombre faible, mais près du double de l’année précédente.

Fabriquez des carburants propres

Certaines industries telles que la fabrication et le transport ne peuvent pas être entièrement électrifiées à l’aide des technologies actuelles — les avions alimentés par batterie, par exemple, ne seront probablement jamais réalisables pour les vols de longue durée. Les technologies qui nécessitent encore des combustibles liquides devront passer du gaz, du pétrole et d’autres combustibles fossiles à des combustibles à faible émission de carbone ou à zéro émission de carbone.

Un acteur majeur sera les carburants extraits des plantes et autres biomasses, qui absorbent le dioxyde de carbone à mesure qu’ils grandissent et l’émettent à leur mort, ce qui les rend essentiellement neutres en carbone tout au long de leur vie. Pour créer des biocarburants, les agriculteurs cultivent des cultures et d’autres transforment la récolte dans des installations de conversion en carburants tels que l’hydrogène. L’hydrogène, à son tour, peut être remplacé par des substances plus gourmandes en carbone dans divers procédés industriels tels que la fabrication de plastiques et d’engrais-et peut — être même comme carburant pour les avions un jour.

Dans l’un des scénarios de l’équipe de Princeton, le Midwest et le sud-est des États-Unis seraient parsemés d’usines de conversion de la biomasse d’ici 2050, de sorte que les combustibles puissent être traités près de l’endroit où les plantes sont cultivées. De nombreuses matières premières issues de la biomasse pourraient potentiellement pousser parallèlement aux cultures vivrières ou remplacer d’autres cultures non alimentaires.

Tendances de l’énergie solaire et éolienne aux États-Unis

La quantité d’électricité produite à partir de l’énergie éolienne et solaire aux États-Unis a bondi au cours de la dernière décennie. Ce coup de pouce a été rendu possible en grande partie par la baisse des coûts de production de cette énergie.

Réduire les émissions de méthane et autres non-CO2

Les émissions de gaz à effet de serre autres que le dioxyde de carbone devront également être réduites. Aux États-Unis, la majorité des émissions de méthane proviennent du bétail, des décharges et d’autres sources agricoles, ainsi que de sources dispersées telles que les incendies de forêt et les zones humides. Mais environ un tiers des émissions de méthane aux États-Unis proviennent des activités pétrolières, gazières et charbonnières. Ce sont peut-être quelques-uns des premiers endroits que les régulateurs peuvent cibler pour le nettoyage, en particulier les “super émetteurs” qui peuvent être identifiés à l’aide de satellites et d’autres types de télédétection.

En 2021, les États-Unis et l’Union européenne ont dévoilé ce qui est devenu un engagement mondial en matière de méthane approuvé par 150 pays pour réduire leurs émissions. Il n’y a cependant pas encore d’application de celui-ci. Et la Chine, le plus grand émetteur de méthane au monde, n’a pas signé.

Les oxydes d’azote pourraient être réduits en améliorant les techniques de gestion des sols, et les gaz fluorés en trouvant des alternatives et en améliorant les efforts de production et de recyclage.

Éliminez autant de CO2 que possible

Une fois que les émissions auront été réduites autant que possible, atteindre zéro émission nette, signifiera éliminer et stocker une quantité équivalente de carbone à ce que la société émet encore.

Une solution déjà utilisée consiste à capturer le dioxyde de carbone produit dans les centrales électriques et autres installations industrielles et à le stocker de manière permanente quelque part, par exemple profondément sous terre. À l’échelle mondiale, il existe environ 35 opérations de ce type, qui consomment collectivement environ 45 millions de tonnes de dioxyde de carbone par an. Environ 200 nouvelles centrales sont sur la planche à dessin pour être opérationnelles d’ici la fin de cette décennie, selon l’Agence internationale de l’énergie.

Le rapport de Princeton envisage d’ajouter la capture du carbone à presque tous les types d’installations industrielles américaines, de la production de ciment à la conversion de la biomasse. Une grande partie du dioxyde de carbone serait liquéfié et acheminé le long de plus de 100 000 kilomètres de nouveaux pipelines vers un stockage géologique en profondeur, principalement le long de la côte du golfe du Texas, où des réservoirs souterrains peuvent être utilisés pour le piéger de manière permanente. Ce serait un effort d’infrastructure massif. La construction de ce réseau de pipelines pourrait coûter jusqu’à 230 milliards de dollars, dont 13 milliards de dollars pour l’adhésion anticipée des communautés locales et la délivrance de permis seulement.

Une autre façon d’absorber le carbone est de faire en sorte que les forêts et les sols en absorbent davantage. Cela pourrait être accompli en convertissant des cultures qui consomment relativement beaucoup de carbone, comme le maïs, pour être utilisé dans l’éthanol, en herbes riches en énergie qui peuvent être utilisées pour des biocarburants plus efficaces, ou en transformant certaines terres cultivées ou pâturages en forêt. Il est même possible de saupoudrer de la roche concassée sur les terres cultivées, ce qui accélère les processus naturels d’altération qui aspirent le dioxyde de carbone de l’atmosphère.

Une autre façon d’augmenter la quantité de carbone stockée dans la terre est de réduire la quantité de forêt amazonienne qui est abattue chaque année. “Pour quelques pays comme le Brésil, la prévention de la déforestation sera la première chose que vous pourrez faire”, dit Yu.

En matière de changement climatique, il n’y a pas de temps à perdre

L’équipe de Princeton estime que les États-Unis devraient investir au moins 2,5 billions de dollars supplémentaires au cours des 10 prochaines années pour que le pays ait une chance d’atteindre des émissions nettes nulles d’ici 2050. Le Congrès a commencé à augmenter le financement avec deux grandes lois fédérales qu’il a adoptées en 2021 et 2022. Ceux-ci orientent plus de 1 billion de dollars vers la modernisation de grandes parties de l’économie du pays sur une décennie, y compris l’investissement dans la transition énergétique pour aider à lutter contre le changement climatique.

D’ici 2030, l’énergie solaire et éolienne, ainsi qu’une efficacité énergétique accrue, peuvent fournir environ la moitié des réductions d’émissions nécessaires pour cette décennie, estime l’Agence internationale de l’énergie. Après cela, les principaux moteurs devraient être l’électrification croissante, le captage et le stockage du carbone et les carburants propres tels que l’hydrogène.

The Ivanpah Solar Electric Generating System in the Mojave Desert.

Une grande partie de la technologie nécessaire pour un avenir avec moins d’émissions de dioxyde de carbone est déjà disponible. Le système de production d’énergie solaire Ivanpah dans le désert de Mojave concentre la lumière du soleil pour générer de la vapeur. Cette vapeur fait tourner les turbines pour produire de l’électricité. ADAMKAZ/E+/GETTY IMAGES

L’astuce consiste à faire tout cela sans aggraver la vie des gens. Les pays en développement doivent être en mesure de fournir de l’énergie pour que leurs économies se développent. Les communautés dont les emplois étaient basés sur les combustibles fossiles doivent avoir de nouvelles opportunités économiques.

Julia Haggerty, géographe à l’Université d’État du Montana à Bozeman, qui étudie les communautés qui dépendent des ressources naturelles, affirme que ceux qui ont de l’argent et d’autres ressources pour soutenir la transition résisteront mieux au changement que ceux qui manquent de ressources maintenant. “Au niveau des États et des régions, cela reste incroyablement inégal’, dit-elle.

La transition énergétique en cours est également confrontée à des chocs imprévus tels que l’invasion de l’Ukraine par la Russie, qui a fait flamber les prix de l’énergie en Europe, et la pandémie de COVID-19, qui a initialement réduit les émissions mondiales, mais les a ensuite vues rebondir.

Mais les technologies existent pour que nous puissions sevrer nos vies des combustibles fossiles. Et nous avons l’inventivité nécessaire pour en développer davantage si nécessaire. Transformer la façon dont nous produisons et utilisons l’énergie, le plus rapidement possible, est un énorme défi — mais que nous pouvons relever de front. Pour Mayfield, atteindre zéro émission nette d’ici 2050 est un objectif réaliste pour les États-Unis. “Je pense que c’est possible”, dit-elle. ’Mais cela ne signifie pas qu’il n’y a pas beaucoup plus de travail à faire.”

Une version de cet article (en anglais) paraît dans le numéro du 28 janvier 2023 de ‘Science News’.

Citations

Net-Zero America : Potential Pathways, Infrastructure, and Impacts. Princeton University, 2021.

Larson, E. et al. Net-Zero America : Potential Pathways, Infrastructure and Impacts. Princeton University. October 2021.

International Energy Agency. Net Zero by 2050 : A Roadmap for the Global Energy Sector. May 2021.

National Academies of Sciences, Engineering and Medicine. Accelerating Decarbonization in the United States : Technology, Policy, and Societal Dimensions. The National Academies Press, 2021. doi:10.17226/25932.

About Alexandra Witze Twitter- Alexandra Witze is a contributing correspondent for Science News. Based in Boulder, Colo., Witze specializes in earth, planetary and astronomical sciences.

Alexandra Witze est correspondante pour ‘’Science News. Basée à Boulder, dans l’état du Colorado aux Etats-Unis, elle est spécialiséq dans les sciences de la Terre, des planètes et de l’astronomie.

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