Aérien

Description

Dans la Base Carbone®, les facteurs d'émissions du transport aérien de voyageurs sont classés selon :

■La capacité de l'appareil (nombre de sièges)

■La longueur du trajet : 500/1000/3500/plus (en km)

Des valeurs moyennes pour les court, moyen et long courrier sont également disponibles pour une évaluation en première approche. Les facteurs d'émissions sont donnés en "kgCO2e/(passager équivalent.km)"

Les avions passagers correspondent à des avions dit « mixtes ». Il s’agit des avions de ligne classiques, pouvant transporter à la fois passagers et fret.

Source des données & périmètre

■ Postes "Amont" et "Combustion"

L’ensemble des données proposées dans la Base Carbone® sont issues du calculateur TARMAAC (Traitements et Analyses des Rejets éMis dans l’Atmosphère par l’Aviation Civile) de la DGAC (Direction Générale de l’Aviation Civile).

TARMAAC est un outil développé par la DGAC en coopération avec le CITEPA (Centre Interprofessionnel Technique d’Etudes de la Pollution Atmosphérique), notamment utilisé pour établir l’inventaire des émissions du trafic aérien de la France dans le cadre des engagements pris lors du protocole de Kyoto (niveau national). Il s’appuie sur des méthodes internationales utilisées pour les inventaires d’émissions et sur des données de trafic réelles allant jusqu’au vol à vol (type avion, origine destination, motorisation, chargement en passagers, fret et poste, temps de roulage, etc…).

Les données proposées intègrent les émissions liées à l’amont et la combustion du carburant, durant les phases de vol, roulage et stationnement. Elles intègrent donc de fait les consommations des APU (groupe auxiliaire de puissance). Ne sont pas incluses les émissions liées à la fabrication de l’appareil, ou aux infrastructures aéroportuaires.

L’incertitude globale des données fournies est estimée à 10%. Toutefois l’écart-type relatif par type d’appareil et distance parcourue peut s’avérer parfois important au regard du faible trafic enregistré. Ces écart-types sont donnés ci-dessous à titre informatif :

Ecart-type relatif des données pour les vols passagers, année 2018

Pour plus de détails ou pour réaliser vos évaluations au plus juste en origine-destination, n’hésitez pas à consulter directement le calculateur d’émissions de CO2 de l’aviation en ligne et le bilan annuel des émissions du transports aériens, produit par la DGAC.  

■ Poste "Fabrication de véhicule"

Pour déterminer l’impact de la fabrication d’un avion en kgCO2e/kg de véhicule, l’analyse bibliographique s’est basée sur des publications scientifiques d’analyse de cycle de vie, des EPD ainsi que des données ecoinvent.

Afin de convertir les valeurs en kgCO2e/kg de véhicule en kgCO2e/passager.km ou /tonne.km selon qu’on s’intéresse au transport de personnes ou au transport de marchandises, des hypothèses sur les caractéristiques des différents avions ont été utilisées. La base de données de l’Organisation de l’Aviation Civile Internationale (OACI ou ICAO en anglais) regroupant les données de trafic aérien depuis 2008 a été utilisée.

Pour plus d’informations sur l’approche méthodologique générale, se référer au chapitre Transport de Personnes.

Principales hypothèses

■ Postes "Amont" et "Combustion"

Pour permettre des évaluations en première approche, des facteurs d’émission globaux sont fournis par catégorie de distance ou de taille d’appareil et pour le trafic total. Cela revient à effectuer des moyennes avec une pondération en passagers-équivalents.kilomètres-transportés.

Ordres de grandeurs :

Trafic en passagers équivalent kilomètres transportés, année 2018

■ Poste "Fabrication "

Il a été considéré que l’impact par kg de véhicule pouvait être considéré comme indépendant de la taille de l’avion. Ainsi, une unique valeur a été retenue pour l’ensemble des avions. Le facteur est en revanche différent une fois le recalcul en passager.km effectué, du fait d’hypothèses de distance, de durée de vie ou de taux de remplissage différentes.  La valeur retenue est de 40 kgCO2e/kg de véhicule.

Le recalcul en passager.km a été réalisé à partir des hypothèses suivantes :

Les valeurs moyennes Court Courrier/Moyen Courrier/Long Courrier sont calculées à l’aide de moyennes pondérées basées sur la répartition passagers-équivalents.kilomètres-transportés.

Evolution du secteur

L’activité du transport aérien en France s’est élevée en 2018 à 172,43 millions de passagers, en hausse de 5,1% par rapport à 2017, un ensemble fret et poste de 2,51 millions de tonnes (-1,2%) et un nombre de passagers équivalents-kilomètres-transportés (convention ½ croisière) de 292,9 milliards de PeqKT (+5,5%), pour 1,54 million de mouvements commerciaux (+1,3%).

Entre 2000 et 2018, ces émissions ont progressé de 21,5% pour un nombre de passagers-équivalents-kilomètres-transportés (PeqKT) en augmentation de +62,1%. Le développement du trafic aérien s’est ainsi accompagné d’une amélioration continue de son efficacité énergétique : diminution de -25,7% des émissions de CO2 unitaire (en kg de CO2/ PeqKT), soit une décroissance moyenne de -1,6% /an.

Chiffres clés, DGAC - https://eco-calculateur.dta.aviation-civile.gouv.fr/les-chiffres-cles

Impact climatique des traînées de condensation & émissions associées

En plus du CO2 émis par la production et combustion du carburant, les avions peuvent affecter le climat par d’autres émissions et processus atmosphériques, tels que la vapeur d’eau (H2O), les oxydes d’azote (NOx), les particules (aérosols) de sulfate et de suie, ou les traînées de condensation. Pour ces dernières, bien que leur contribution sur le total de l’impact climatique de l’aviation à l’échelle mondiale (évaluée sur la base du forçage radiatif – cf ci-après) soit évaluée à un minimum de 50 %, il subsiste encore d’importantes incertitudes scientifiques quant à leur estimation et font encore l’objet de nombreuses recherches scientifiques.

Définition

Les traînées de condensation sont des panaches blancs observables dans le ciel après le passage d’un avion. Elles se forment à haute altitude (de 8 à 13 km) à la sortie des réacteurs si l’air environnant est suffisamment froid et humide. Les traînées de condensation sont constituées de cristaux de glace, formés par la condensation de la vapeur d’eau émise par les moteurs, autour de noyaux de condensation présents dans les gaz de combustion et dans l’atmosphère.

Les traînées de condensation peuvent s’estomper quelques secondes seulement après leur formation, par sublimation de la glace (on parle de trainées non persistantes), ou persister jusqu’à quelques heures pour former des nuages induits du type cirrus (on parle alors de trainées persistantes si elles conservent une forme linéaire ou cirrus de trainée si elles ne conservent pas de forme linéaire).

Métriques associées

Pour comprendre l’évaluation de l’impact des trainées de condensation, il faut revenir à la définition de l’équilibre énergétique de la Terre. Au sommet de l’atmosphère, moyenné sur le globe et sur une année, l’équilibre énergétique est défini de telle sorte que le rayonnement solaire absorbé par la Terre est approximativement égal au rayonnement infrarouge sortant de la Terre. Du fait qu’une partie de l’énergie que renvoie la Terre ne quitte pas l’atmosphère et est retenue, l’effet de serre se produit. C’est cet effet de serre « naturel » qui permet à la terre d’avoir une température moyenne de l’ordre de 15 °C (au lieu de -18 °C sans atmosphère).

©Citepa d’après Kartable.fr

Alors, pour identifier les différentes contributions au déséquilibre de cette balance énergétique, il est nécessaire de définir l’apport d’une espèce chimique ou d’un phénomène au bilan énergétique de la Terre. Pour cela, la notion de forçage radiatif (RF, acronyme de l’anglais « Radiative Forcing ») est appliquée. Il s’agit du flux d’énergie qu’une substance a ajouté ou soustrait durant une certaine période au bilan énergétique de la planète.

Le forçage radiatif (RF) est calculé en watts par mètre carré (W.m-²). Quatre paramètres sont importants pour le calcul :

©Citepa

•L’effet sur le bilan radiatif : Le RF est positif lorsque la planète absorbe plus d’énergie qu’elle n’en émet. Le système climatique réagit en conséquence en se réchauffant. C’est le cas des gaz à effet de serre (GES) émis dans l’atmosphère.

Le RF est négatif lorsque la planète émet plus d’énergie qu’elle n’en absorbe. Ceci conduit à un refroidissement. C’est le cas des particules d’aérosol qui réfléchissent le rayonnement solaire.

L’impact des traînées de condensation, ainsi que le total de tous les effets issus de l’aviation ont un forçage radiatif positif.

•L’efficacité d’absorption ou de réflexion : Par exemple, une molécule qui absorbe fortement et sur une large gamme de longueur d’onde aura un impact plus important sur le forçage radiatif. C’est le cas du méthane (CH4) comparé au dioxyde de carbone (CO2).

•La concentration dans l’atmosphère : Plus un gaz est présent en grande quantité, plus fort sera son effet sur le bilan radiatif. De ce fait, l’estimation du RF prend en compte l’historique des émissions pour examiner leur effet cumulatif sur une période donnée (généralement une année).

•La stabilité ou durée de vie : Une molécule très stable, et qui donc persiste longtemps dans l’atmosphère, aura une contribution durable sur le bilan radiatif. Ceci est le cas du CO2 qui a des effets à longue durée.

À titre de comparaison, la figure suivante présente les valeurs des RF des différents composants qui contribuent au RF total du secteur de l’aviation. Ces valeurs sont issues de LEE et al. (2020)401 pour l’année d’évaluation de 2018.

Composants des forçages radiatifs globaux de l’aviation pour l’année 2018.

Source : LEE et al. (2020)401

On définit également le RFI : l’index de forçage radiatif. C’est un indicateur des contributions relatives du CO2 et des effets non-CO2 au forçage radiatif sur un périmètre particulier (par exemple, l’aviation). Il est calculé à partir des RF des composants analysés du secteur concerné. Autrement dit il s’agit du ratio entre la somme des RF composants le RF total (CO2, trainées, NOx, vapeur d’eau, etc.) et celui des émissions seules de CO2.

Le RFI n’est donc pas un nombre intrinsèquement fixe au fil du temps, puisqu’il dépend des concentrations totales de CO2 et des effets non CO2 pris en compte. Ainsi, dans les études plus anciennes, dont le rapport GIEC de 1999402 qui ne prenaient en compte que l’impact des traînées persistantes, le RFI est estimé entre 1,9 et 2,8. Cela signifie que les effets climatiques totaux étaient de 1,9 à 2,8 fois plus grands que les seuls effets liés aux émissions de CO2. Les traînées persistantes contribuent seules, dans ce contexte, entre 15 % et 41 % au RF total de l’aviation. Lorsque les études plus récentes intègrent en plus les effets des cirrus de traînée alors mieux connus, le RFI augmente et il est ainsi estimé entre 3,8 et 4,3. Les trainées de condensation contribuent dans ce contexte, entre 71 % et 75 % au RF total de l’aviation.

A noter qu’une troisième métrique est parfois utilisée pour estimer l’impact des trainées de condensation : le Potentiel de Réchauffement Global d’une substance (PRG). Mise au point par le GIEC pour estimer l’impact futur d’une substance sur le réchauffement planétaire et pouvoir faire des comparaisons entre substances chimiques différentes, elle se définit comme le forçage radiatif cumulé sur une durée d’une quantité de gaz donnée. Cette valeur est normalisée par rapport à celle du CO2 (dont le PRG est fixé arbitrairement à 1) et est calculée sur une période donnée (la période de référence a été fixée à 100 ans dans le cadre de la Convention Cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques [CCNUCC] et du Protocole de Kyoto) après qu’une certaine concentration ait été atteinte à un instant initial. C’est la métrique couramment utilisée pour la réalisation des bilans d’émissions de GES et l’ensemble des facteurs d’émission de la Base Carbone®.

Conclusion à ce jour

L’évolution des connaissances démontre une plus grande importance des effets des traînées de condensation sur le climat à mesure que les méthodologies d’évaluation s’améliorent. Il est ainsi recommandé de prendre en compte ce paramètre pour évaluer l’effet des politiques et actions sur l’impact climatique global de l’aviation : une évaluation qui serait basée exclusivement sur les émissions de CO2 pourrait conduire à mettre en place des mesures inefficaces sur le plan climatique dans les cas où des compromis sont nécessaires, et à négliger – au contraire – des opportunités de réduction des impacts climatiques de l’aviation dans les cas où des synergies sont possibles.

Toutefois, pour estimer l’impact climatique des émissions hors CO2, notamment des traînées de condensation, la complexité de la méthodologie à employer dépend directement de la métrique choisie. À partir de l’état actuel des connaissances scientifiques, les métriques RF et RFI semblent les plus abouties pour évaluer les différents composants de l’aviation ayant un impact sur le changement climatique, notamment les traînées de condensation.

Un facteur équivalent CO2 constant est l’alternative la plus simple pour estimer un tel impact, car il ne nécessite qu’une simple multiplication des émissions de CO2 issues de la combustion. C’est le cas de nombreuses études qui utilisent le RFI comme facteur multiplicateur. Cependant, l’utilisation d’un facteur constant reste imprécis car il existe de fortes interdépendances entre l’impact climatique et le lieu d’émission, ainsi que l’altitude de vol et la distance de vol. En d’autres termes, tous les vols n’induisent pas la formation de trainées, les mesures de RF et RFI représentant l’impact global du secteur à l’échelle mondiale.

Pour plus d’information sur la quantification de l’impact des trainées de condensation, n’hésitez pas à consulter le rapport403 « État de l’art de la recherche scientifique sur l’impact climatique des traînées de condensation des avions » d’avril 2021, disponible dans la librairie de l’ADEME.

Sources :

[401] D.S. LEE, et al., 2020. The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018. Atmospheric Environment. 244 (1), September 2020.

[402] GIEC, 1999. Rapport spécial du GIEC : L’aviation et l’atmosphère planétaire. 1999.

[403] ADEME, 2021- « État de l’art de la recherche scientifique sur l’impact climatique des traînées de condensation des avions » d’avril 2021.