bioDYM: Dynamic material flow analysis for biogenic carbon management and CDR strategy assessment
Le document présente bioDYM, un logiciel de modélisation des flux de matières dynamiques en open-source construit sur le cadre ODYM qui permet une modélisation flexible des systèmes de carbone biogénique et des stratégies de CDR, démontrant son efficacité à travers une étude de cas sur la paille de blé allemande qui souligne l'impact critique de la stabilité du carbone et de la durée de vie des produits sur la performance de l'élimination du carbone à long terme.
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Imaginez la Terre comme une cuisine géante et trépidante où le carbone est l'ingrédient principal. Parfois, ce carbone reste dans l'air comme de la vapeur s'élevant d'une casserole (l'atmosphère), et parfois il est stocké dans le garde-manger, le jardin ou même dans les murs de la maison (le sol, les plantes et les bâtiments). Le problème est que trop de « vapeur » s'élève, rendant la cuisine inconfortablement chaude et provoquant le changement climatique. Les scientifiques essaient de comprendre comment attraper cette vapeur et la verrouiller en toute sécurité pour une longue période. C'est ce qu'on appelle l'élimination du dioxyde de carbone, ou CDR (Carbon Dioxide Removal). Pour ce faire, ils doivent suivre chaque miette de carbone lorsqu'elle passe de l'air aux plantes, puis vers différents lieux de stockage comme le sol ou les matériaux de construction. C'est un peu comme essayer de suivre une goutte d'eau spécifique alors qu'elle s'évapore, retombe sous forme de pluie, coule dans une rivière et finit par être absorbée par une éponge, tout en voyant l'éponge sécher lentement. Le défi est que ces lieux de stockage ne sont pas tous identiques ; certaines éponges retiennent l'eau pendant un siècle, tandis que d'autres la laissent s'égoutter en quelques années. Pour résoudre ce puzzle, les chercheurs ont besoin d'une calculatrice super intelligente capable de suivre ces éléments mobiles sur des décennies, et non pas seulement sur des jours.
Voici bioDYM, un nouvel outil logiciel open-source créé par une équipe de la Technische Universität Berlin. Considérez bioDYM comme un grand livre de comptes technologique et voyageur dans le temps pour le carbone. Alors que les outils plus anciens étaient soit trop simples pour gérer des scénarios complexes de voyage dans le temps, soit trop compliqués (nécessitant des compétences en programmation experte) à utiliser, bioDYM offre un équilibre. Il permet aux utilisateurs de construire un modèle de la façon dont le carbone circule dans un système en utilisant un tableur convivial ou une application web, sans avoir besoin d'être un programmeur informatique. Le logiciel est conçu pour simuler le comportement du carbone sur de longues périodes, en tenant compte du fait que certains carbones se décomposent rapidement (comme une pomme qui pourrit) tandis que d'autres formes, comme le biochar ou le bois dans un bâtiment, peuvent durer des siècles. Il peut même exécuter des milliers de scénarios « et si » simultanément pour voir à quel point l'avenir pourrait être incertain.
Pour tester si leur nouvel outil fonctionne, les chercheurs l'ont utilisé pour simuler une histoire s'étalant sur un siècle (de 2025 à 2125) impliquant de la paille de blé en Allemagne. Ils ont imaginé une région de 1 000 kilomètres carrés et ont posé une question simple : si nous prenons toute la paille de blé récoltée là-bas, quelle est la meilleure façon de stocker son carbone le plus longtemps possible ? Ils ont comparé trois chemins différents :
- Incorporation Directe (ID) : Labourer la paille directement dans le sol.
- Pyrolyse et Incorporation (P&I) : Transformer la paille en biochar (une substance semblable au charbon) par la chaleur, puis la mettre dans le sol.
- Matériau de Construction (MC) : Utiler la paille pour construire des choses comme des toits, de l'isolation ou des poutres structurelles.
La simulation a révélé des résultats surprenants. En l'an 2125, l'ensemble du système avait retiré une masse énorme de 8 817 Gg C (gigagrammes de carbone) de l'atmosphère. Cependant, où se trouvait ce carbone dépendait entièrement de la méthode utilisée. La méthode d'« Incorporation Directe » était la moins efficace pour le stockage à long terme ; en 2125, elle n'avait retenu que 409 Gg C car le carbone dans le sol se décomposait et retournait dans l'air relativement vite. En revanche, la méthode « Pyrolyse et Incorporation » était une force de la nature, verrouillant 4 721 Gg C sous forme de biochar stable. Le chemin « Matériau de Construction » a également bien performé, stockant 3 687 Gg C dans les bâtiments pendant des décennies.
L'étude a utilisé un moteur « Monte Carlo », qui revient à lancer les dés 5 000 fois pour voir comment différentes incertitudes (comme la vitesse à laquelle la paille pourrit ou la durée de vie d'un toit) pourraient modifier le résultat. Les résultats ont montré que la stabilité du carbone et la durée de vie du produit étaient les facteurs les plus importants. Par exemple, même si le chemin du biochar commençait avec moins de carbone entrant dans le sol que le chemin de la paille directe, il finissait par stocker onze fois plus de carbone après 100 ans parce que le biochar est incroyablement stable et ne pourrit pas facilement.
Les chercheurs ont également testé un scénario d'« arrêt » où ils coupent l'approvisionnement en nouvelle paille pour les voies du biochar et de la construction en l'an 2075. Les résultats ont montré que le stock de biochar restait presque parfaitement stable, ne chutant que d'environ 11 % au cours des 50 années suivantes, prouvant sa durabilité. Cependant, le stock de construction s'est effondré, chutant de près de 89 % à mesure que les bâtiments atteignaient la fin de leur vie et étaient brûlés, rendant le carbone à l'air. Cela suggère que si construire avec de la paille est une excellente façon de retarder la libération du carbone, ce n'est pas une solution permanente à moins que les bâtiments ne soient conservés éternellement.
En résumé, bioDYM prouve qu'il est possible de modéliser ces systèmes circulaires de carbone complexes dans un outil unique et flexible. L'étude suggère que pour l'élimination du carbone à long terme, le type de stockage importe bien plus que la simple quantité de carbone que vous y mettez. Bien que l'outil soit puissant, les auteurs notent que ce sont des simulations basées sur des données et des hypothèses actuelles ; les bénéfices climatiques réels devraient également prendre en compte les coûts et les facteurs sociaux, ce que cet outil ne mesure pas. Mais pour suivre le voyage du carbone à travers le temps, bioDYM offre une façon claire, accessible et dynamique de voir quelles stratégies pourraient réellement garder la cuisine fraîche pour le siècle prochain.
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