Formation Bilan Carbone® « Enseignants » Atelier scientifique - Présentation des aspects physiques du changement climatique. - Définition du problème d'un point de vue physique et éclairage sur les écarts entre désirs et lois de la physique. du lycée Edgar QUINET Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » SOMMAIRE 1- Effet de Serre et variations climatiques a- Indispensable Effet de serre b- Augmentation de l’effet de serre c- Exemple du CO2 d- Conséquences 2- Le Bilan Carbone ® a- L’équivalent carbone b- Facteurs d’émissions c- Résultats 2007 d- La méthode bilan lycée 3- Et après ? a- Analyse des résultats b- Solutions envisageables pour le lycée Quinet Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Fonctionnement simplifié de l’atmosphère Principes de base du fonctionnement de la machine climatique et de l'effet de serre. L'énergie nécessaire au fonctionnement de l'ensemble est fournie par le rayonnement solaire. Environ 1/2 du rayonnement est renvoyé par l'atmosphère (nuages), les pôles et le sol. Environ ½ est absorbée par le sol qui va la restituer de 3 façons : En réchauffant l'air par le bas, mettant en route le cycle de l'eau. En faisant évaporer l'eau, ce qui consomme beaucoup d'énergie. En émettant un rayonnement infrarouge. L'atmosphère chargé d'énergie va s'en débarrasser en émettant des infrarouges dans toutes les directions, une partie part vers l'espace, le reste vers le sol. Ce mécanisme permet ainsi d'augmenter la température moyenne de 30°c environ. Globalement, le système tend à l’équilibre Très récemment, l'homme est intervenu en augmentant artificiellement la teneur de l'atmosphère en GES, qui contribuent à retenir une plus grande quantité d'infrarouges, d'où augmentation du chauffage du sol, intensification du cycle de l'eau et donc des émissions d'infrarouges dans l'atmosphère. Les nuages ont des effets antagonistes : les cumulus ont une action refroidissante (de l'ordre de 40 W/m²) et les cirrus ont une action réchauffante (environ 40 W/m²). Les cirrus incluent les traînées d'avions. Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » Rôle de l’effet serre + 33°C grâce à 0,5% de l’atmosphère Comparaison : Terre : 0,03% de CO2 15 °C Vénus : 96 % de CO2 420 °C L'effet de serre est le mécanisme qui a permis le développement de la vie sur terre. Sans effet de serre la température moyenne à la surface du globe serait d'environ -18°C. L'effet de serre naturel permet une augmentation globale de 30°C maintenant une température moyenne de 15°C. L'effet de serre n'est donc pas un problème en soit, bien au contraire. Il pourrait le devenir s'il venait à être renforcé, en particulier par le biais d'un enrichissement de l'atmosphère en gaz à effet de serre. Quelles seraient les conséquences à court et long terme sur la température moyenne. Ce point demeure mal connu. A titre de comparaison, l'atmosphère terrestre contient, entre autre chose, 0.03% de CO2, principal gaz à effet de serre. Celle de Venus contient 96% de CO2. La température moyenne y est de 420°C. Le mécanisme de l'effet de serre peut donc aller très loin. Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Les gaz à effet de serre (GES) L'effet de serre naturel est principalement dû à la vapeur d'eau qui représente 0,3% de l'atmosphère environ. Pour les autres gaz, il s'agit pour l'essentiel du CO2. Halocarbures N20 Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » Paléoclimatologie L'atmosphère, dont la masse totale est d'environ 5,6 x 1015 tonnes, est principalement composée d'azote, d'oxygène et d'argon pour environ 99%. Viennent ensuite plusieurs autres gaz dont la vapeur d'eau, pour 0.3% et le CO2 pour 0.03%. Les 2 plus importants GES en valeur absolue, représentent moins d'1/2 % de l'atmosphère. L'effet de serre naturel est donc le résultat d'un des composant mineur de notre atmosphère Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Quelques degrés en plus, cela arrive souvent ? Si l'on regarde l'évolution des températures des climats du passé par rapport à la température moyenne de 1990 qui constitue ici le point "0", on constate que globalement ces températures ont été la plupart du temps largement inférieur, et à quelques occasions ont été supérieures d'environ 2°C. Attention : Les variations de la température représentées ici sont celles de l'antarctique. Or celles-ci sont deux fois plus importantes que les variations au niveau de la température moyenne du globe. Une variation de +2°C observée en antarctique correspond à une variation moyenne de +1°C à l'échelle du globe. Nos ancêtres ont connu des climats globalement plus froids, et une augmentation de 5°C environ aura été vécue par environ 400 générations. Certains scénarios laissent apparaître une évolution semblable en 2 ou 3 générations. Apparition d’homo sapiens sapiens Une humanité de quelques millions de chasseurs-cueilleurs, vivant 20 à 25 ans en moyenne, voit la température s’élever de 5°C… en 10.000 ans Aujourd’hui Évolution de la température moyenne de l’Antarctique sur les 400.000 années écoulées (Petit et al., Science, 1999) Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

La révolution industrielle A l'aide des simulation de teneur de l'atmosphère en GES, les modèles climatiques prévoient une évolution de la température pour le prochain siècle comprise entre 1,4°c et 5,8°c avec les 7 scénarios retenus.(données du GIEC en 2001) Le prochain rapport du GIEC (2007) devrait ouvrir la fourchette vers le haut avec les mêmes scénarios à cause de la prise en compte de nouveaux effets amplificateurs. Évolution de la température moyenne de l’air au niveau du sol (Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC) Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » GES émis 59 % des gaz à effet de serre sont du CO2 Dû au combustibles fossiles et 10% sont CO2 dû à la déforestation , 18% sont du méthane causé par Répartition des émissions mondiales par nature de gaz en 2000, hors ozone (GIEC, 2000) Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Le cycle naturel du carbone Formation Bilan Carbone® « Enseignants » 10

Les émissions anthropiques en plus … Nous rejetons 7.1 Gt/an mais 3.8 Gt/an sont absorbés par les océans ,3.3 Gt/an excédentaires sont injectées dans l’atmosphère chaque année Formation Bilan Carbone® « Enseignants » 11

Anthropogenic C Emissions: Fossil Fuel 2006 Fossil Fuel : 8.4 Gt eqC Raupach et al. 2007, PNAS; Canadell et al 2007, PNAS

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » Les conséquences Hautmont – 03 août 2008 Les gaz à effet de serre (GES) sont des molécules capables d'absorber le rayonnement infrarouge émis par la Terre. La vapeur d'eau est en quantité de loin le plus important, elle résulte de l'évaporation naturelle. Cependant comme nous le verrons plus tard, elle n'a pas d'impact à long terme sur le climat. Dans certains cas elle contribuera à renforcer un phénomène engendré par d'autres gaz. Le CO2 : le principal GES après la vapeur d'eau. Représente près de 0,04% de l'atmosphère. Résulte de la combustion des énergies fossiles. Le CH4 ou Méthane ou Gaz naturel : c'est le gaz de la putréfaction; On le trouve dans les marécages (naturels ou artificiels tels que les rizières), les estomacs des ruminants, mais également dans les mines de charbon (le grisou) ou dans le pétrole (extrait lors du raffinage et brûlé dans les torchères). Le N2O ou Protoxyde d'azote, également connu sous le nom de gaz hilarant. Également lié à l'activité agricole, car résulte principalement de l'utilisation d'engrais azotés, qui engendrent des émissions de N2O lors d'une réaction chimique avec le sol. CO2, CH4 et N2O existent à l'état naturel. HFC, PFC et SF6 : familles de molécules complexes créées par l'homme, caractérisées par leur très grande stabilité chimique (et donc des durées de vie parfois très longues), et qui s'avèrent être de puissants GES. Il faudrait ajouter les CFC interdits de production depuis plusieurs années du fait de leur action sur la couche d'ozone. Les CFC avait dans un premier temps remplacé l'ammoniaque dans les circuits réfrigérants. Ces gaz se retrouvent dans les différentes solutions de production de froid (groupes froids, climatisation etc..), pour la fabrication de mousses plastique et comme émission annexe lors de l'électrolyse de l'alumine. O3 l'Ozone : seul GES de cette série qui ne résulte pas d'émissions directes. Il apparaît suite à une réaction chimique mettant en jeu plusieurs composants. Cf. plus loin. Les six gaz en rouge, sont ceux pris en compte par le protocole de Kyoto. Marseille – 19 sept. 2000 Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Atmospheric CO2 Concentration Year 2006 Atmospheric CO2 concentration: 381 ppm 35% above pre-industrial 1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 [CO2] 2000 - 2006: 1.9 ppm y-1 1970 – 1979: 1.3 ppm y-1 1980 – 1989: 1.6 ppm y1 1990 – 1999: 1.5 ppm y-1 NOAA 2007; Canadell et al. 2007, PNAS

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » Evolution Les inventaires donnent des résultats en ordre de grandeur, ça n’est pas propre au bilan carbone. Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » SOMMAIRE 1- Effet de Serre et variations climatiques a- Indispensable Effet de serre b- Augmentation de l’effet de serre c- Exemple du CO2 d- Conséquences 2- Le Bilan Carbone ® a- L’équivalent carbone b- Facteurs d’émissions c- Résultats 2007 d- La méthode bilan lycée 3- Et après ? a- Analyse des résultats b- Solutions envisageables pour le lycée Quinet Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » La stabilité chimique Ces courbes reflètent la durée de résidence des gaz dans l’atmosphère, qui va parfois évoluer à l’avenir (notamment pour le CO2) En complément de la notion de durée "moyenne" de résidence, il est important de souligner également l'inertie sous jacente à un retour à une situation initiale. Les scientifiques ont calculé l’effet cumulé de la présence de ces gaz sur une certaine durée de référence. Il savent désormais estimer la durée de séjour dans l’atmosphère de ces gaz, c’est-à-dire le temps qui est nécessaire pour que le gaz en surplus disparaisse dans l’atmosphère. Le CO2 est séquestré par les océans et la biosphère. Les halocarbures disparaissent uniquement par dissociations avec les UV de la haute atmosphère. Le méthane se dégrade chimiquement dans l’atmosphère. Le graphique ci-dessus représente le forçage radiatif, au cours du temps, et en watts par mètre carré, provenant d'une tonne de gaz émise à l'instant 0). On voit qu'il faut attendre de l'ordre du siècle avant que le CO2 ne commence à être évacué de l'atmosphère, de l'ordre de 1O ans pour le méthane, mais que certains halocarbures (CF4 ici) n'ont toujours pas commencé à décroître significativement au bout de 1000 ans. Forçage radiatif au cours du temps d’une tonne de gaz émise à l’instant 0 (en années, axe horizontal : échelle logarithmique). Source : D. Hauglustaine, LSCE Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

PRG = équivalent CO2 Le PRG en pratique Le PRG (pouvoir de réchauffement global) : un indicateur par nature approximatif, mais qui permet l’action L’effet du relâchement dans l’atmosphère d’un kilo de GES n’est pas le même quel que soit le gaz. Le PRG ou GWP (Global Warming Potential) quantifie l’impact cumulé sur le climat de chaque gaz. Il indique « combien de fois plus » un kg de ce gaz « perturbe le climat » (en fait les échanges radiatifs), pendant une durée donnée, qu’un kg de gaz carbonique. Le PRG permet d’appréhender à la fois: la capacité d’absorption instantanée du gaz découlant de ses raies d’absorption sa durée de séjour dans l’atmosphère Sa valeur se mesure non pas dans l’absolu mais relativement au CO2. Les durées 20 et 100 ans sont prises conventionnellement Commentaire: Quelques exemples de ce que signifie cette comparaison : - émettre un kg de méthane ou 62 kg de gaz carbonique « perturbe le climat » à peu près de la même manière à 20 ans d’échéance - émettre un kg de protoxyde d ’azote ou 296 kg de gaz carbonique « perturbe le climat » à peu près de la même manière à 100 ans d’échéance PRG = équivalent CO2 Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Une autre unité dérivée du PRG X 12/44 = 0.27 CO2 C L ’unité de mesure des physiciens : l’équivalent carbone Dans un kg de dioxyde de carbone on trouve 0,27 kg de carbone (= 12/44 : rapport des masses moléculaires) Par définition, l’équivalent carbone est donc le PRG à 100 ans ramené au seul poids de carbone dans le CO2, autrement dit le PRG multiplié par 12/44. Il s’agit d’une grandeur qui se mesure en kg. Commentaire: L’intérêt de cette mesure en équivalent carbone est sa simplicité d ’emploi (malgré les apparences !) : la combustion complète d’une tonne de carbone pur dégage exactement une tonne équivalent carbone sous forme de CO2. Pour toutes les combustions complètes de composés carbonés, l’équivalent carbone du CO2 dégagé correspond donc exactement au poids de carbone dans le composé de départ. Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » Grâce à l’unité de mesure, on peut enfin comparer les gaz à effet de serre Emissions mondiales par nature de gaz en 2004, en millions de tonnes équivalent carbone, hors ozone (Jancovici, 2007, sur données GIEC, 2007 - le CH4 et le N2O sont repris avec leurs PRG 2007) Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Facteurs d’émission approximatifs par passager.km Grammes équivalent carbone par passager.km pour divers modes de transport, en ordre de grandeur (Jancovici, 2002) Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Facteurs d’émission par … kg de nourriture kg équivalent carbone par kg de nourriture, système conventionnel (Source Jancovici/ADEME 2006 -Bilan Carbone®) Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Qu’est-ce que le Bilan Carbone® ? Pionnier : La première méthode française d’estimation des émissions anthropiques directes et indirectes de gaz à effet de serre. Transparence : Une méthode basée sur un ensemble de productions scientifiques largement disponibles et vérifiables. Environnement et énergie : Le moyen de connaître la contribution d'une activité aux émissions de GES mais aussi sa dépendance aux énergies fossiles. Calcul et non mesure : La fourniture d’un ordre de grandeur et non d’une valeur exact. Une seule unité de mesure : conversion des émissions des 6 gaz, en équivalent Carbone. Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Bilan carbone® 2007 du lycée 389 tonnes équivalent carbone   Soit 1441 tonnes équivalent CO2 Qu’est ce que cela signifie ? En quantité : On pourrait dire que si le lycée n’émettait que du gaz carbonique, il en rejetterait 1441 tonnes dans l’atmosphère en une année. On pourrait aussi dire que le fonctionnement du lycée participe autant au changement climatique qu’un barbecue géant brûlant 389 tonnes de charbon. En valeur : Cela ne signifie pas grand-chose ! Formation Bilan Carbone® « Enseignants » 24

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » Nouvelle méthode Formation Bilan Carbone® « Enseignants » 25

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » Nouvelle méthode Formation Bilan Carbone® « Enseignants » 26

Formation Bilan Carbone® « Enseignants » SOMMAIRE 1- Effet de Serre et variations climatiques a- Indispensable Effet de serre b- Augmentation de l’effet de serre c- Exemple du CO2 d- Conséquences 2- Le Bilan Carbone ® a- L’équivalent carbone b- Facteurs d’émissions c- Résultats 2007 d- La méthode bilan lycée 3- Et après ? a- Analyse des résultats b- Solutions envisageables pour le lycée Quinet Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Résultat global par poste d’émissions Chaque résultat consolidé doit être utilisé dans une logique gestionnaire : identifier les priorités d'action. Formation Bilan Carbone® « Enseignants »

Différences de répartition Elèves - Adultes Déplacements des élèves du lycée Quinet déplacements du personnel du lycée Quinet Formation Bilan Carbone® « Enseignants » 29

Résultat global par poste Amortissements: 71 Teq.C Energies : 103 Teq.C Papier : 3 Teq.C Chaque résultat consolidé doit être utilisé dans une logique gestionnaire : identifier les priorités d'action. Restauration : 73 Teq.C Déplacements : 108 Teq.C Déchets : 30 Teq.C Formation Bilan Carbone® « Enseignants »