Le « Bilan CarboneTM » : quel intérêt, quels usages ?

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1 Le « Bilan CarboneTM » : quel intérêt, quels usages ?
ADEME 16/04/2017 Le « Bilan CarboneTM » : quel intérêt, quels usages ? Aspects physiques du changement climatique introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

2 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Un peu de sémantique : le climat, ce n’est pas la météo La météo, c’est le temps qu’il fait « tout de suite », ou dans pas très longtemps, et « devant ma porte », ou pas très loin. Elle se traduit par des valeurs instantanées et locales de la température, des précipitations, de la pression, de la nébulosité, etc. Pour faire de la météo, il suffit, pour l’essentiel, de regarder ce qui se passe dans l’atmosphère Il est très facile de passer de la météo au climat (c ’est même comme cela que l’on fait des moyennes) ; il est bien plus difficile de deviner la météo de demain à partir de grandes tendances climatiques introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

3 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Un peu de sémantique : le climat, ce n’est pas la météo (bis) Le climat se définit avec les mêmes paramètres que la météo : température, précipitations, vent, nébulosité, etc. Par contre, le climat ne désigne pas des valeurs instantanées en un lieu donné, mais des conditions moyennes, et leurs variations les plus régulières (saisons par ex.), sur une zone plus ou moins vaste Le climat change naturellement, mais pas aussi vite que la météo ! introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

4 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Un peu de sémantique : le climat, ce n’est pas la météo (ter) Pour cerner le comportement du climat, il ne suffit pas de regarder ce qui se passe dans l’atmosphère (mais il faut quand même continuer à le faire !). Il faut aussi s’intéresser : à l’astre solaire à l’océan, aux glaces polaires, aux volcans, à la dérive des continents, à la végétation, Et maintenant, à l ’homme, qui est devenu un agent climatique…. introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

5 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 L’effet de serre est de l’histoire très ancienne 1824 : Joseph Fourier, physicien français, publie "Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires", où il expose que la température du sol est augmentée par le rôle de l'atmosphère 1838 : Claude Pouillet, physicien français, attribue l'effet de serre naturel à la vapeur d'eau et au gaz carbonique. Il conclut que toute variation de la quantité de vapeur d'eau, comme de CO2, devrait se traduire par un changement climatique 1896 : Svante Arrhenius, chimiste Suédois (Prix Nobel 1903) prédit que l'utilisation intensive des combustibles fossiles engendrera un réchauffement climatique. Il donne un ordre de grandeur : 4°C en plus pour un doublement du CO2 dans l’air. 1920 : Lewis Fry Richardson, un physicien anglais, tente une première expérience de modélisation du climat à partir des seules équations de la physique (sans ordinateur !). 1950 : Le premier ordinateur (l’ENIAC) est utilisé pour expérimenter le premier modèle numérique de prédiction météorologique introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

6 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 L’effet de serre est aussi une histoire plus récente... 1966 : Des scientifiques américains réalisent le premier forage glaciaire au Groenland. Les Européens (et les Grenoblois !) s’illustreront remarquablement dans ce même domaine 1987 : Création de l'International Panel on Climate Change (IPCC), dont la traduction française est Groupe Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC) Années 1990 : Début des simulations couplant modèles océaniques et modèles atmosphériques 1992 : Signature, lors du Sommet de la Terre à Rio de Janeiro, de la "Convention Climat », dont le protocole de Kyoto, signé en 1997, n’est qu’un appendice (mais plus important que le nôtre !). 2004 : En ratifiant le Protocole de Kyoto, la Russie garantit son entrée en vigueur le 16 février 2005. 2008 : Le nouveau président américain ne se mêle plus de dire quelle est la bonne science…. introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

7 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Qu ’est-ce que « l ’effet de serre » ? Un rapide aperçu du fonctionnement de l ’atmosphère introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

8 Les gaz « à effet de serre » introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Les gaz « à effet de serre » Un gaz est dit « à effet de serre » si il est capable d’absorber du rayonnement infrarouge émis par la Terre Cela concerne essentiellement : La vapeur d’eau H2O Le dioxyde de carbone ou « gaz carbonique » ; CO2 Le méthane, ou gaz naturel ; CH4 Le protoxyde d’azote ; N2O Des molécules plus complexes telles les halocarbures ; CxHy FzCl t Un gaz sans émissions directes : l’ozone introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

9 L’origine de l’effet de serre naturel introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 L’origine de l’effet de serre naturel introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

10 introduction au bilan carbone
Il y a aussi de l’effet de serre « ailleurs » introduction au bilan carbone

11 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 D ’où viennent les émissions humaines de gaz à effet de serre ? Dioxyde de carbone (CO2) : essentiellement combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) et, pour une plus faible part (15% du total du CO2 anthropique), déforestation. Méthane (CH4 ) : rizières, élevage bovin, exploitation des hydrocarbures, déchets organiques (industriels, agricoles ou ménagers) Protoxyde d’azote (N2O ) : essentiellement utilisation des engrais azotés, mais aussi l ’industrie chimique Halocarbures : fluides frigorigènes, gaz expanseurs dans l ’industrie des mousses plastiques, solvants pour semi-conducteurs, gaz propulseurs des aérosols, produits dérivés « indésirables » de certains procédés industriels (par exemple électrolyse de l ’alumine), etc Ozone troposphérique : pas d’émissions directes. L’ozone augmente dans l’atmosphère à la suite d’émissions de « précurseurs », notamment les NOx et les hydrocarbures, qui réagissent ensuite entre eux sous l’effet du rayonnement solaire pour former de l’ozone. Les précurseurs sont essentiellement liés à l ’usage des combustibles fossiles. introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

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ADEME 16/04/2017 Emissions de CO2 provenant de combustibles fossiles Les émissions de CO2 provenant de combustibles fossiles ont été multipliées par plus de 4 depuis Climate Change 1995, GIEC introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

13 introduction au bilan carbone
Les émissions de CO2 perturbent des échanges naturels de carbone L ’émission liée aux activités humaines est faible comparée aux échanges naturels, mais importante comparée au solde de ces échanges naturels introduction au bilan carbone

14 Début de la révolution industrielle
ADEME 16/04/2017 Tout ce CO2 se retrouve dans l’air, et…..une partie y reste Début de la révolution industrielle Concentration sur les dernières années. Source :Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC 1000 1800 2000 Concentration atmosphérique de CO2 sur les dernières années. Source : Petit & al, Nature, 1999 introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

15 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Les carottages glaciaires, source d’avancées majeures A gauche, un carottier, à droite, un des morceaux de la carotte extraite à Vostok. Images aimablement communiquées par Jean-Robert Petit , Laboratoire de Glaciologie de Grenoble introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

16 Les autres gaz s’accumulent aussi pour partie dans l’atmosphère
ADEME 16/04/2017 Les autres gaz s’accumulent aussi pour partie dans l’atmosphère Concentrations dans l’air de divers gaz à effet de serre. Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC Deux exemples d’HFC (substituts des CFC) Méthane (CH4) Protoxyde d ’azote (N2O) Hexafluorure de soufre (SF6) introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

17 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Et demain, quelles émissions ? Émissions de CO2, CH4, N2O, SO2 suivant divers « scénarios de travail » (Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC, 2001) Les projections de température sont réalisées en se basant sur des scénarios d’émissions qui prennent en compte tous les gaz à effet de serre, qui « réchauffent » le climat, et les émissions soufrées, qui « refroidissent » le climat. Ces scénarios représentent des évolutions possibles, mais non certaines, du monde. Aucun scénario utilisé pour les simulations n ’est considéré comme plus probable qu’un autre par les modélisateurs. introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

18 introduction au bilan carbone
Évolution de la concentration en CO2 pour ces divers scénarios Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC, 2001 Tous les scénarios envisagés conduisent à une augmentation brutale de la concentration atmosphérique en CO2, plus ou moins vite selon nos comportements à venir introduction au bilan carbone

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Qu’est-ce qu’un modèle ? Source : L. Fairhead, LMD/IPSL introduction au bilan carbone

20 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Les grandes tendances données par la modélisation sont-elles fiables ? Comparaison de la température moyenne observée (rouge) et de celle simulée (plage grise, enveloppe de 4 modèles) pour la période Source : GIEC, 2001 introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

21 introduction au bilan carbone
Je mets mes scénarios d’émission dans les modèles : quel résultat ? Évolution de la température moyenne de l’air au niveau du sol, selon les scénarii, et mise en perspective avec le passé. Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC introduction au bilan carbone

22 introduction au bilan carbone
Quelques degrés en plus qu ’aujourd’hui, cela arrive souvent ? Évolution de la température moyenne de l’Antarctique sur les années écoulées. Petit et al., Science, 1999 introduction au bilan carbone

23 introduction au bilan carbone
Quelques degrés en plus qu’aujourd’hui, cela arrive souvent ? Évolution de la température moyenne de la planète sur les 70 millions d’années écoulées. Zachos et al., Science, 2001 introduction au bilan carbone

24 introduction au bilan carbone
Quelques degrés en plus, c’est un changement d’ère climatique Depuis le dernier maximum glaciaire, la moyenne planétaire n’a augmenté «que» de 5°C, mais notre planète a considérablement changé. Il y a ans Aujourd’hui Période glaciaire : d’immenses glaciers, épais de plusieurs km, recouvrent l’Amérique et l’Europe du nord. Le sol de la France est gelé en permanence, et inapte aux cultures Période glaciaire : on passe à pied sec de France en Angleterre : la mer est plus basse de 120 mètres ! Période glaciaire : la température de l’Europe est plus basse de 8 à 10 °C mais celle des tropiques a peu varié -> Quelques degrés de hausse, ce sera une modification radicale du monde actuel introduction au bilan carbone

25 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 La température n’évoluera pas partout de la même manière Évolution régionale de la température (°C) en 2100 pour le scénario B2 (620 ppmv de CO2 en 2100 ; 2,5 °C d ’élévation moyenne). Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

26 introduction au bilan carbone
Après la température, la pluie Comparaisons inter-modèles de l’évolution des précipitations. Source : GIEC, 2001 introduction au bilan carbone

27 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Quels seront les impacts du changement climatique ? Avec une amplitude qui dépendra de nos émissions : Impacts sur les écosystèmes (affaiblissements, disparitions, déplacements) Augmentation du niveau des océans Impacts sur les courants marins et donc sur les climats régionaux Modification des phénomènes extrêmes (dont pics de chaleur, précipitations intenses, sécheresses, etc) Augmentation du « trou d’ozone » Impacts directs sur la santé humaine (déplacement des zones endémiques pour les maladies, conséquences des phénomènes brusques, etc). Et nous ne ferons jamais le tour de toutes les mauvaises surprises possibles à l’avance, puisque la situation est inédite introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

28 Quels seront les impacts du changement climatique ? (2)
ADEME 16/04/2017 Compte tenu de notre connaissance nécessairement partielle des processus, on parle de risques de dommages, avec une probabilité plus ou moins élevée, et non de conséquences certaines. Attention à ne pas confondre conditionnels et futurs simples : tout ce qui est possible n’arrivera pas nécessairement Mais attention aussi à ne pas confondre « ignorance » et « garantie qu’il ne se passera rien » ! L’ignorance, c’est juste l’ignorance…. Attention aussi à ne pas raisonner à capacité de réaction constante : ce qui fait notre capacité de résistance à l’adversité aujourd’hui, c’est essentiellement l’abondance de l’énergie, et ce qu’il restera de cette abondance dans un siècle est un énorme point d’interrogation Qui parle de risques du changement climatique? Faut-il vraiment souligner une nouvelle fois l’imminence de la hausse? introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

29 Élévation du niveau des océans
ADEME 16/04/2017 Élévation du niveau des océans Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC L’eau montera sous l’influence de la dilatation des océans et de la fonte des glaces : Inondations de surfaces terrestres peu élevées (deltas, ..) Salinisation possible des nappes phréatiques proches des côtes, Dégâts plus en profondeur lors de tempêtes introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

30 Mais surtout, l’évolution possède une inertie considérable
ADEME 16/04/2017 Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC Élévation du niveau des océans à plus long terme, suite à la fonte partielle ou totale du Groenland. Les températures mentionnées sont les élévations au-dessus du Groenland atteintes en 3000 (nécessairement très supérieures aux élévations planétaires en 2100). Un problème analogue se pose pour la calotte «occidentale» de l ’Antarctique. introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

31 introduction au bilan carbone
Modification des courants marins Des échanges entre eaux de surface et eaux profondes ont lieu en permanence. Les eaux profondes remontent les éléments nutritifs (sels minéraux) indispensables à la faune marine de surface. Un ralentissement de cette circulation profonde : Modifie la répartition de la chaleur à la surface du globe avec un impact local ou régional qui peut être massif (l’Europe en période glaciaire ?), diminue les apports minéraux en surface et l ’oxygénation des fonds : pression sur la vie halieutique introduction au bilan carbone

32 introduction au bilan carbone
Le ralentissement de la circulation océanique profonde dans le passé De tels ralentissements, engendrant de véritables « chocs climatiques », sont arrivés à de multiples reprises dans le passé (les lignes verticales tiretées en montrent 3 ; le plus récent s’appelle le Dryas récent). Reconstitution, sur les dernières années : - de la température au-dessus du Groenland (∂ O18/O16, ∂D/H dans la glace) - de la température de surface de l’Atlantique Nord (proportion d’alkénones dans les sédiments marins) - de la proportion de sédiments détritiques glaciaires dans les sédiments marins (atteste de la présence d’icebergs détachés du Laurentide et du Groenland) - de la teneur en oxygène de l’eau profonde (∂ C13/C12 dans les foraminifères benthiques) Source : Edouard Bard, Physics Today, 2002 introduction au bilan carbone

33 introduction au bilan carbone
Le ralentissement de la circulation profonde à l’avenir : chimère ? Évolution du flux nord atlantique (1Sv = 106 m3/s) pour le scénario IS 92a (720 ppmv de CO2 en 2100 ; élévation de température moyenne de 2,5 °C en 2100). Le niveau actuel est de 25 SV. Source : Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC introduction au bilan carbone

34 introduction au bilan carbone
Et les événements « extrêmes » ? Synthèse des études de variabilité publiée dans le rapport Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC introduction au bilan carbone

35 introduction au bilan carbone
Plus de tempêtes en France ? : pas pour l’instant introduction au bilan carbone

36 Plus « d’épisodes cévenols » en France ? : pas pour l’instant non plus
ADEME 16/04/2017 Plus « d’épisodes cévenols » en France ? : pas pour l’instant non plus Nombre annuel d ’épisodes pluvieux intenses dans le Sud-Est de la France entre 1958 et 2002. Un tel épisode représente plus de 100 mm de pluie sur 24 heures. Source : Météo France introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

37 introduction au bilan carbone
La variabilité : la moyenne ne reflète pas les événements isolés Evolution de la température moyenne en France depuis 50 ans. L’année 2003 est 1,5 °C au-dessus de la moyenne. introduction au bilan carbone

38 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Un dépassement de moyenne qui n’a pas été constant sur l’année Détail des écarts mensuels à la moyenne : il a pu atteindre 5°C en juin, soit 3 fois plus que l’écart entre la moyenne annuelle et la « normale » annuelle. introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

39 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Plus chaud l’été plus tard en France ? P’têt ben qu’oui…. Simulation réalisée à l ’IPSL sur la température moyenne du mois de juillet en France. L’été 2003 pourrait bien être la normale d’ici quelques décennies. Verrons nous étés à 50 °C ? introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

40 Le phénomène peut «s’emballer» : les puits deviennent des sources
Sous l’effet d’un début de changement climatique, les écosystèmes continentaux (actuellement des puits) pourraient se transformer en source : les sols de forêts (par une augmentation de l’activité microbienne) ; végétation (par le stress hydrique) les pergélisols (partie du sol situé sous la surface qui ne dégèle pas pendant au moins 2 années consécutives, 25% des terres émergées) contiennent du méthane stocké sous forme d’hydrates solide qu’un début de réchauffement pourrait émettre de manière massive dans l’atmosphère Les océans se transformeraient en source : les océans se stratifieraient, du fait de la fin des courants convectifs, ce qui mettra fin au renouvellement des eaux de surface, dans lesquelles se dissout le CO2 Évolutions comparées sans et avec prise en compte du cycle du carbone. Le scénario de référence conduit à 720 ppmv de CO2 en 2100 sous l’effet anthropique seul. (Hadley Centre, 2001) 16/04/2017

41 Quelques échelles de temps
ADEME 16/04/2017 Élévation du niveau des océans due à la fonte des glaces Quelques échelles de temps Élévation du niveau des océans due à la dilatation de l’eau de mer Évolution de la température moyenne Évolution de la concentration en CO2 Hypothèse : évolution des émissions de CO2 L’arrêt des perturbations n’est pas immédiat après la stabilisation de la concentration en CO2, notamment à cause de la « durée de vie » de ce dernier dans l ’atmosphère. Source : Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

42 Qu’émettre au plus si nous voulons arrêter d’enrichir l’atmosphère en CO2 ?
Droit maximal à émettre si nous voulons diviser les émissions mondiales de CO2 par 2, avec 6 milliards d’habitants Idem si nous voulons diviser les émissions mondiales de CO2 par 3, avec 9 milliards d’habitants Émissions de CO2 par habitant en 1998 et « droits maximaux à émettre sans perturber le climat ». Source UNFCCC pour les émissions par habitant. introduction au bilan carbone

43 introduction au bilan carbone
Que fait-on avec le « droit maximal » le plus élevé ? En l’état actuel des technologies, pour émettre ce «droit» il suffit de faire l’une des choses suivantes : faire un AR Paris-NY en avion, ou consommer kWh d'électricité en Grande Bretagne, mais kWh en France (consommation moyenne par Français : environ 7500 kWh), ou acheter 50 à 500 kg de produits manufacturés, ou produire 2 tonnes de ciment (une maison moderne de 100 m2 en nécessite 10), ou parcourir km en Twingo en zone urbaine, ou km en 4x4 ou Mercedes en zone urbaine, ou brûler m3 de gaz naturel (quelques mois de chauffage d'une maison). Source : Jancovici, 2001 introduction au bilan carbone

44 introduction au bilan carbone
Une production pétro-gazière croissante pour combien de temps ? Si les chiffres disponible pour les découvertes mondiales sont « justes », nous ne sommes peut-être plus très éloignés du « pic » de production des hydrocarbures conventionnels. Source : Exxon Mobil, 2002 introduction au bilan carbone

45 Une production pétro-gazière croissante pour combien de temps ?
Toute consommation de ressource limitée a plus ou moins la forme d’une courbe en cloche introduction au bilan carbone Exemple : production pétrolière aux Etats Unis (source Laherrère).

46 introduction au bilan carbone
Qu ’est-ce que c’est que cette histoire de réserves croissantes ? Décomposition par classe des réserves ultimes, en milliards de tonnes équivalent pétrole. Sources diverses introduction au bilan carbone

47 introduction au bilan carbone
Qu’est-ce que c’est que cette histoire de réserves croissantes (bis) ? La médiane des estimations sur les ressources ultimes est peu près stable depuis 30 ans. Sources diverses introduction au bilan carbone

48 introduction au bilan carbone
La pénurie est-elle le premier problème qui surviendra ? Avant la pénurie, nous risquons surtout des tensions à cause de la difficulté d’accès aux ressources Répartition des réserves, de la production, et de la consommation de pétrole Source : BP Statistical Review, juin 2002 introduction au bilan carbone

49 introduction au bilan carbone
Le problème se complique un peu : il n’y a pas que le pétrole Réserves de combustible fossile par nature (Source : BP Statistical Review, juin 2002). Les USA possèdent les premières réserves mondiales de charbon, la Russie les premières de gaz et les deuxièmes de charbon : un rapport avec les tergiversations sur Kyoto ? introduction au bilan carbone

50 introduction au bilan carbone
Combien de temps le problème va-t-il se poser ? Réserves ultimes restantes de combustibles fossiles 1 Gtep = 1 milliard de tonnes équivalent pétrole. La consommation d ’énergie annuelle de l ’humanité en 2000 est d ’environ 9 Gtep Total des réserves prouvées : 800 Gtep, avec les supposées 4000 Gtep. Source IFP introduction au bilan carbone

51 introduction au bilan carbone
Un peu de prolongation tendancielle….. Réserves mondiales prouvées et supposées : 4000 Gtep Avec Gtep, nous pouvons faire croître la consommation de 2% par an pendant un siècle ; en milliards de terriens peuvent alors consommer comme un Américain de l’an 2000 (8 tep par personne)…mais nous aurons épuisé toutes les réserves connues et supposées et la concentration atmosphérique en CO2 aura dépassé 2000 ppmv. introduction au bilan carbone

52 ADEME 16/04/2017 Presque tous les pays contribuant significativement au changement climatique sont des démocraties Répartition approximative par pays des émissions de gaz à effet de serre en 2000. Sources primaires : UNFCCC, WRI, adapté par l’auteur introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone

53 introduction au bilan carbone
ADEME 16/04/2017 Les media sont (hélas ou heureusement ?) incontournables Le 20 heures de TF1 touche en une soirée autant de monde que 2000 ans de conférences hebdomadaires…. introduction au bilan carbone Formation au Bilan Carbone