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Quel climat pour (après) demain ? |
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Whynot
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Eléments de base sur l’énergie au 21è siècle
Jean-Marc Jancovici - ENSMP 2010
Partie 3 - Quel climat pour (après)demain ?
Jean-Marc Jancovici - Mines Paris Tech mai-juin 2010 - www.manicore.com
L’avenir climatique sera pour partie ce que nous en ferons
Concentration
Concentration atmosphérique
Période de
Augmentation de
atmosphérique en
tous gaz à effet de serre au
survenance du
température globale à
CO2 au moment moment de la stabilisation en
maximum des
l'équilibre, par rapport à
de la stabilisation
CO2-équivalent
émissions de CO2 la température de 1850
350 à 400 ppm
445 à 490 ppm
2000 à 2015
2,0 à 2,4 °C
400 à 440 ppm
490 à 535 ppm
2000 à 2020
2,4 à 2,8 °C
440 à 485 ppm
535 à 590 ppm
2010 à 2030
2,8 à 3,2 °C
485 à 570 ppm
590 à 710 ppm
2020 à 2060
3,2 à 4,0 °C
570 à 660 ppm
710 à 855 ppm
2050 à 2080
4,0 à 4,9 °C
660 à 790 ppm
855 à 1130 ppm
2060 à 2090
4,9 à 6,1 °C
450 ppm de CO à stabilisation : nous avons « encore
2
droit » à 250 Gt de carbone, soit les réserves
pétrolières et gazières et RIEN DE PLUS
Source IPCC, novembre 2007
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Attention : le climat, ce n’est pas la météo !
Avec nos sens, nous ne percevons que la météo. La météo, c’est le
temps qu’il fait « tout de suite et devant ma porte ». Elle concerne
des
valeurs
instantanées
et
locales
de
la
température,
des
précipitations, de la pression, de la nébulosité, etc.
Par contre, le climat désigne des conditions moyennes de
température ou de précipitations, et leurs variations les plus
régulières (saisons par ex.), sur une zone plus ou moins vaste
La confusion est possible parce que le climat utilise les mêmes
grandeurs que la météo : température, précipitations, vent,
nébulosité, etc.
Le climat change (et a toujours changé), mais pas aussi vite que la
météo !
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Que des hommes pour tripoter le climat ? Allons donc…
A l’échelle de la
semaine :
l’atmosphère
domine
A l’échelle de 10.000 à 100.000
A l’échelle du siècle au millénaire : l’océan domine
ans : l’astronomie domine
Causes diverses d’influence sur le climat et échelles de temps
caractéristiques. Edouard Bard, exposé au Collège de France.
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L’observation, règle cardinale en physique
Il est évident qu’Allègre néglige des données
d’observation irréfutables
2010
Effet du relèvement des températures l’habillement depuis 1920
Source : Petit Bateau ; Playtex ; Aubade ; Princesse Tam Tam
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Être perturbé concerne aussi les planètes
Obliquité:
~ 40 000 ans
Variation de
l’excentricité :
Précession des
~ 100 000 ans
équinoxes:
~ 21 000 ans
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Je gèle et je déglace
105 Wm-2
11.000 ans avant
maintenant
Variation de l’insolation en juin à 65°N. Source André Berger, exposé au Collège de
France,
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Les gaz naturels responsables de l’effet de serre
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Climatologue, cela n’existe (presque) pas !
Pour cerner le comportement du climat, il faut une multitude de
disciplines scientifiques, dont aucune ne s’appelle « climatologie » :
Astrophysiciens -> énergie solaire reçue par la Terre
Dynamiciens de l’atmosphère -> échanges surface-espace
Chimistes de l’atmosphère (aérologues) -> composition de l’air
Océanographes -> océan,
Glaciologues -> calottes polaires, paléoclimats,
Vulcanologues -> volcans,
Géophysiciens -> dérive des continents,
Biogéochimistes -> cycle des éléments (N, C, P, O…), paléoclimats
Biologistes -> végétation,
Sans parler de toutes les sciences humaines, puisque l’homme est
devenu un agent climatique….
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L’effet de serre est de l’histoire (scientifique) 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, puis Joseph Tyndall, un irlandais,
attribuent l'effet de serre naturel à la vapeur d'eau et au gaz carbonique.
Pouillet affirme que toute variation de la quantité de vapeur d'eau, comme de
CO , doit se traduire par un changement climatique
2
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 CO dans l’air.
2
1922 : 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
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Vous avez dit 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 H O
2
Le dioxyde de carbone ou « gaz carbonique » ; CO2
Le méthane, ou gaz naturel ; CH4
Le protoxyde d’azote ; N O
2
Des molécules plus complexes telles les halocarbures ; C H F Cl
x
y
z
t
Un gaz sans émissions directes : l’ozone
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Origine de l’effet de serre « naturel » : que d’eau !
28%
vapeur d'eau
nuages
55%
autres gaz
17%
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La Terre n’a pas le monopole de l’effet de serre
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Plus ça va (le PIB) et moins ça va (le CO )…
2
Croissance ++
Récession
Choc pétrolier
Choc
pétrolier
Grosse Récession
Guerre
Récession
Les émissions de CO provenant de combustibles fossiles ont été multipliées
2
par plus de 5 depuis 1950, et surtout il est impossible de « faire » de la
croissance économique sans augmenter ces émissions. AIE, 2004 + IPCC, 2007
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En France aussi, plus ça va et moins ça va
Emissions de CO provenant de combustibles fossiles en France depuis 200 ans
2
Source CEA.
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Il n’y a pas que les combustibles dans le CO …
2
Emissions de CO toutes sources depuis 1860. Calculs de l’auteur sur données Schilling et al. & BP
2
Statistical Review pour les combustibles ; source Houghton, The Woods Hole Research Center sur
http://cdiac.ornl.gov/trends pour la déforestation ; extrapolations de l’auteur sur données partielles IPCC
AR4 pour le ciment
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Par source, PIB et CO marchent de pair… ou pas !
2
Mêmes données que le graphique précédent, avec une courbe par source, et en traits verticaux 4 grandes
crises mondiales : 1929, 1944, 1974, 1979. On note l’évolution très différenciée de chaque source à chaque
fois.
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La déforestation, historiquement la première source
Emissions dues à la déforestation, par grande zone, de 1850 à 2005.
Source : Houghton, The Woods Hole Research Center sur
http://cdiac.ornl.gov/trends
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Et par personne ?
Emissions de CO2 par personne depuis 1880. Calculs de l’auteur sur données Schilling et al. & BP
Statistical Review pour les combustibles ; données Houghton, The Woods Hole Research Center sur
http://cdiac.ornl.gov/trends pour la déforestation (extrapolation pour 2006 à 2008) ; données IPCC AR4
pour le ciment extrapolées par l’auteur ; WRI pour la population.
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Une partie de ce CO se trouve très bien dans l’air
2
Axe gradué en ppm
d’écart à la normale (1
ppm = 1 partie par
∆ CO , Mauna Loa, Hawaï
2
million = 0,0001% du
volume de
l'atmosphère)
∆ CO , Baring
2
Head, New
Zealand
∆ O , Alert, Canada
2
(82°N)
∆ O , Cape Grim,
2
Australie (41°S)
Source : GIEC, 4è rapport d'évaluation, 2007
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Emettons, émettons, il en restera toujours quelque chose
Début de la révolution
industrielle
Concentration sur les
2000 dernières années
(Source : GIEC, AR4, 2007)
2100 ?
Concentrations atmosphériques du CO , CH , N O sur les 650.000 dernières années (
2
4
2
GIEC, AR4, 2007)
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Plus ou moins de CO , c’est naturel aussi…
2
Variation de la concentration atmosphérique en CO , au cours des 600 millions
2
d’années qui nous ont précédé. Source : Berner, Science, 1997
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Les gaz à effet de serre aiment s’envoyer en l’air… et y rester
Forçage radiatif au cours du temps (en années, échelle logarithmique, axe horizontal) d’une
tonne de gaz émise à l’instant 0 . D. Hauglustaine, LSCE.
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Comparer les gaz, comment on fait ?
N
∫ F (t)dt
gaz
PRG =
0
N
∫ F (t)dt
CO2
0
Le Pouvoir de Réchauffement Global, ou PRG (en anglais Global
Warming Potential, ou GWP) : une équation compliquée pour une
notion simple : combien de fois le CO ?
2
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L’unité de mesure permet… la mesure
Accroissement annuel du stock de gaz à effet de serre, en milliards de tonnes
équivalent carbone
Source GIEC, 2007
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On sort la calculette : qui influe le plus ?
CO CH …
2
4
Soleil
Aérosols
Volcans
Comparaison des diverses influences (naturelles et humaines) sur un climat
stable à l’échelle du siècle. Source Hansen et al., Science, 2005
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Contribution de chaque gaz au supplément d’effet de serre
Contribution de chaque gaz au forçage radiatif à fin 2005. Total : 3 W/m2 , à comparer à
un chauffage solaire moyen de 235 W/m2 au niveau du sol (source GIEC, 2007)
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Contribution de chaque gaz aux émissions en 2004
Part de chaque gaz dans les émissions de 2004, hors ozone. Plus de 50 %
des gaz à effet de serre sont issus de la combustion des hydrocarbures, et
plus de 75% de la combustion tout court. Pour le ciment il s’agit uniquement
des conséquences de CaCO -> CaO + CO
3
2
Source GIEC, 2007 + correction Houghton
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CO = pétrole = voitures ? Pas si simple…
2
Emissions de CO par combustible, 2008
2
Jancovici, 2010, d’après BP statistical Review, 2009
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CO = voitures avant tout ? Pas exactement
2
Répartition des émissions de CO directes dans le monde par activité, 2004
2
(source IPCC, 2007+correction Houghton pour la déforestation)
NB : LULUCF : Land Use, Land Use Change & Forestry ; en pratique il s’agit
essentiellement des conséquences de la déforestation
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CO pour tous et partout
2
Emissions de CO d’origine fossile par personne et par an dans divers
2
pays du monde. Source AIE, 2009
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S’il faut émettre pour « émerger », à quand la noyade ?
Taux de croissance annuel moyen des émissions de CO par personne sur la période
2
1990-2003 (rouge), et taux de croissance annuel moyen du PIB par personne sur la
même période (bleu).
Source Banque Mondiale pour le PIB et AIE pour les émissions par tête.
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Vaches qui rotent et pètent émettent tripette
Fermentation
anaérobie : déchets
organiques en
décharge
Ventilation des mines,
dégazage du pétrole
après extraction, fuites de
gaz
Fermentation anaérobie :
rizières, méthanisation des
bovins
Répartition des émissions de méthane dans le monde par secteur, 2004 (source GIEC)
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Un gaz hilarant qui ne l’est plus tellement
Emissions après épandage
des engrais azotés
Répartition des émissions de N O dans le monde par secteur, 2004 (source IPCC)
2
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Chaîne du froid et mauvaises odeurs sous les bras…
Les halocarbures
La première famille - désormais interdite de production - est mondialement connue
: les CFC. Leur premier usage a été le remplacement de l’ammoniac dans les
circuits réfrigérants, puis ils ont servi comme gaz propulseurs, solvants,
expanseurs de mousses plastiques…
Désormais interdits de production, les CFC ont été remplacés par des substituts
aux doux noms de HFC, HCFC, PFC…
Ces gaz servent - toujours - dans les circuits de fluide réfrigérants, mais aussi
comme gaz propulseurs, de gaz expanseurs (industries des mousses plastiques),
de solvants (semi-conducteurs), et viennent parfois de manière « indésirables » de
certains procédés industriels (par exemple électrolyse de l ’alumine
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Ozone des villes et ozone d’en haut
Ozone stratosphérique
3 O + 2 O +
2
3
Souhaitable
Ozone troposhpérique
NO + COV + ->
x
O + … -> O + …
3
2
Pas souhaitable
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Et tout cela s’accumule aussi dans l’atmosphère
Concentration atmosphérique de divers
gaz halogénés (attention ! Échelle
logarithmique : une droite ici = une
exponentielle « en vérité »). GIEC, 4è
Concentration moyenne d'ozone près du sol à l’époque
rapport d’évaluation, 2007
pré)industrielle (à gauche) et actuellement (à droite), en
janvier (en haut) et en juillet (en bas).
Source : Didier Hauglustaine, conférence AFITE/LSCE
d'octobre 2003 au Laboratoire des Sciences du Climat et
de l'Environnement
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Bref, l’ensemble donne quoi ?
Répartition des émissions de gaz à effet de serre dans le monde par activité,
2004, hors ozone.
(Source IPCC + correction Houghton pour la déforestation)
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Et si la conversion énergétique va à ceux à qui elle profite ?
Répartition approximative des émissions de gaz à effet de serre hors ozone dans le
monde par secteur, 2004, après réaffectation de la « production d’énergie » aux secteurs
utilisateurs (Calcul de l’auteur avec sources primaires IPCC, BP stat, Houghton)
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Et si la conversion énergétique va à ceux à qui elle profite ?
Émissions 2004 discriminées par combustibles et principaux usages. Calcul de l’auteur
avec sources primaires IPCC, BP stat, Houghton.
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Et quid de la Gaule ?
Répartition des émissions brutes françaises 2004 (tous gaz à effet de
serre pris en compte) par secteur (source CITEPA)
(*) hors transports maritimes et aériens internationaux
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Dis moi ce que tu émets, je te dirai si tu consommes
Bilan CO2 du français
3000
2700
2500
2400
2000
2000
2
1600
1500
1500
qu CO
K e
1000
500
300
0
Construction et Consommation Alimentation
Autres biens de Déplacements
Services
gros entretien
d'énergie des
consommation
des personnes
des logements
logements
Emissions de gaz à effet de serre par Français en 2009 pour sa
consommation finale. Source Carbone 4-TF1-Mines ParisTech
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La même, en couleurs
Service
Construction et Consommation
Electricit
Chauffa
s
chauffa é (hors
ge et
privés
gros entretien
d'énergie des
ge
chauffag
ECS -
15%
des logements
logements
urbain
e et
Electricit
5%
ECS)
é
3%
14%
8%
7%
Services
19%
Service
s
Chauffa
d'utilité
ge -
Fioul
général
Gaz
domesti
e
41%
que,
85%
GPL,
charbon
Alimentation
37%
Déplacements
15%
des personnes
23%
Bus et
cars
2%
Autres biens
Avion
de
26%
consommation
Biens
Fret
26%
durabl
32%
es
37%
Voiture
71%
Biens
conso
couran
te
31%
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Chaud seulement, ou froid aussi ?
Effet d’autres émissions humaines : les aérosols ou précurseurs d’aérosols.
Source : GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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Les gaz chauffent ; les aérosols refroidissent… quel bilan ?
Contributions des diverses actions humaines au « forcage radiatif », c’est-à-dire à la
variation de la puissance solaire absorbée par le système climatique, qui valait 234 W/m2
avant le début de l’ère industrielle.
Source : GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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Simuler le climat, pas plus fiable qu’un pronostic boursier ?
HYPOTHESES
MODELE
ECONOMIQUES ET
CYCLE
DEMOGRAPHIQUES
C
CH4
CO2
Concentration en GES
MODELES
Emissions de GES
CLIMATIQUES
(~15)
Climat Futur
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Et après ?
?
?
?
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Un peu plus, un peu moins, là est le début de la question
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. (Climate Change 2001, the
scientific Basis, GIEC, 2001)
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La réalité, pire que la fiction ?
Source IPCC, 2007
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J’émets, l’atmosphère concentre
10 milliards
de terriens
évoluent
vers les
émissions
d’un
Polonais de
l’an 2000
Les
émissions
mondiales
restent quasi-
constantes
Source : Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC, 2001
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Qu’est-ce qu’un modèle climatique ?
Source : L. Fairhead, LMD/IPSL
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Amélioration en complexité, mais aussi en résolution
Source : GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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Les modèles font aussi l’objet d’améliorations continues !
Evolution de la complexité des modèles. Source : GIEC, 2007
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Des modèles testés avant d’être « vendus »
Avec
influence
Sans
influence
Évolution régionale de la température moyenne de l’air au niveau du sol (ligne noire, 0 =
moyenne 1901-1950), et enveloppe des élévations simulées par les modèles, avec et sans
influence humaine. Source : GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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J’y mets mes scénarios d’émission dans les modèles : quid ?
Les
émissions
mondiales
10 milliards
doublent
de terriens
évoluent
vers les
émissions
d’un
Polonais de
l’an 2000
Les émissions
mondiales restent
constantes
La concentration
reste constante
Moyenne inter-modèles de l’augmentation de la température moyenne de l’air au niveau du
sol en 2100 par rapport à la moyenne 1980-1999, selon les scénarii (pas de couplage avec le
cycle du carbone). Source : GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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Existe-t-il réellement un haut de fourchette ?
La valeur donnée est la
« plus probable », là…
…mais les simulations disent
qu’il existe une probabilité non
nulle que ce soit là !
Signification des « fourchettes » d’élévation de température en 2090-2099 par rapport à
1980-1999 GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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Quelques degrés en un siècle, pas une affaire courante…
Optimum médiéval
Petit âge glaciaire
Évolution de la température moyenne de l’air au niveau du sol pour l’hémisphère nord de
l’an 700 à l’an 2000. Source IPCC, 2007
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Quelques degrés en un million d’années, déjà plus
Millions d’années avant maintenant
Estimation de la température moyenne de la planète, par rapport à la moyenne du dernier
millénaire (zéro des ordonnées). Cette courbe a été obtenue par l'analyse de sédiments
océaniques prélevés dans 40 lieux différents.
Source : Zachos et al., Science, 2001
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5 degrés en 10.000 ans, ça peut se faire
+5°C
Il y a 20.000 ans (maximum glaciaire)
Aujourd’hui
Période glaciaire : d’immenses
Période glaciaire : la
Période glaciaire : on passe
glaciers, épais de plusieurs km,
température de l’Europe est
à pied sec de France en
recouvrent l’Amérique et l’Europe du
plus basse de 8 à 10 °C
Angleterre : la mer est plus
nord. Le sol de la France est gelé en
mais celle des tropiques a
basse de 120 mètres !
permanence, et inapte aux cultures
peu varié
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Quelques degrés en un siècle, jamais !
10 milliards
de terriens
évoluent
vers les
émissions
d’un
Polonais de
l’an 2000
Les
émissions
mondiales
restent
constantes
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
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Notre affaire a déjà commencé ?
Ecart entre la température annuelle moyenne et la moyenne 1951-1980 (0 des
ordonnées). La barre verte représente l’incertitude. Source : GISS/NASA
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Notre affaire a déjà commencé ?
Ecart entre la température annuelle moyenne et la moyenne 1951-1980 (0 des
ordonnées), pour chaque hémisphère. Source : GISS/NASA
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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 encore acidification de l’océan, risques géopolitiques, etc...
Et nous ne ferons jamais le tour de toutes les mauvaises
surprises possibles à l’avance, puisque la situation est
inédite
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Jean-Marc Jancovici - ENSMP 2010
Partie 3 - Quel climat pour (après)demain ?
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L’avenir climatique sera pour partie ce que nous en ferons
Concentration
Concentration atmosphérique
Période de
Augmentation de
atmosphérique en
tous gaz à effet de serre au
survenance du
température globale à
CO2 au moment moment de la stabilisation en
maximum des
l'équilibre, par rapport à
de la stabilisation
CO2-équivalent
émissions de CO2 la température de 1850
350 à 400 ppm
445 à 490 ppm
2000 à 2015
2,0 à 2,4 °C
400 à 440 ppm
490 à 535 ppm
2000 à 2020
2,4 à 2,8 °C
440 à 485 ppm
535 à 590 ppm
2010 à 2030
2,8 à 3,2 °C
485 à 570 ppm
590 à 710 ppm
2020 à 2060
3,2 à 4,0 °C
570 à 660 ppm
710 à 855 ppm
2050 à 2080
4,0 à 4,9 °C
660 à 790 ppm
855 à 1130 ppm
2060 à 2090
4,9 à 6,1 °C
450 ppm de CO à stabilisation : nous avons « encore
2
droit » à 250 Gt de carbone, soit les réserves
pétrolières et gazières et RIEN DE PLUS
Source IPCC, novembre 2007
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Attention : le climat, ce n’est pas la météo !
Avec nos sens, nous ne percevons que la météo. La météo, c’est le
temps qu’il fait « tout de suite et devant ma porte ». Elle concerne
des
valeurs
instantanées
et
locales
de
la
température,
des
précipitations, de la pression, de la nébulosité, etc.
Par contre, le climat désigne des conditions moyennes de
température ou de précipitations, et leurs variations les plus
régulières (saisons par ex.), sur une zone plus ou moins vaste
La confusion est possible parce que le climat utilise les mêmes
grandeurs que la météo : température, précipitations, vent,
nébulosité, etc.
Le climat change (et a toujours changé), mais pas aussi vite que la
météo !
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Que des hommes pour tripoter le climat ? Allons donc…
A l’échelle de la
semaine :
l’atmosphère
domine
A l’échelle de 10.000 à 100.000
A l’échelle du siècle au millénaire : l’océan domine
ans : l’astronomie domine
Causes diverses d’influence sur le climat et échelles de temps
caractéristiques. Edouard Bard, exposé au Collège de France.
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L’observation, règle cardinale en physique
Il est évident qu’Allègre néglige des données
d’observation irréfutables
2010
Effet du relèvement des températures l’habillement depuis 1920
Source : Petit Bateau ; Playtex ; Aubade ; Princesse Tam Tam
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Être perturbé concerne aussi les planètes
Obliquité:
~ 40 000 ans
Variation de
l’excentricité :
Précession des
~ 100 000 ans
équinoxes:
~ 21 000 ans
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Je gèle et je déglace
105 Wm-2
11.000 ans avant
maintenant
Variation de l’insolation en juin à 65°N. Source André Berger, exposé au Collège de
France,
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Les gaz naturels responsables de l’effet de serre
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Climatologue, cela n’existe (presque) pas !
Pour cerner le comportement du climat, il faut une multitude de
disciplines scientifiques, dont aucune ne s’appelle « climatologie » :
Astrophysiciens -> énergie solaire reçue par la Terre
Dynamiciens de l’atmosphère -> échanges surface-espace
Chimistes de l’atmosphère (aérologues) -> composition de l’air
Océanographes -> océan,
Glaciologues -> calottes polaires, paléoclimats,
Vulcanologues -> volcans,
Géophysiciens -> dérive des continents,
Biogéochimistes -> cycle des éléments (N, C, P, O…), paléoclimats
Biologistes -> végétation,
Sans parler de toutes les sciences humaines, puisque l’homme est
devenu un agent climatique….
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L’effet de serre est de l’histoire (scientifique) 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, puis Joseph Tyndall, un irlandais,
attribuent l'effet de serre naturel à la vapeur d'eau et au gaz carbonique.
Pouillet affirme que toute variation de la quantité de vapeur d'eau, comme de
CO , doit se traduire par un changement climatique
2
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 CO dans l’air.
2
1922 : 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
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Vous avez dit 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 H O
2
Le dioxyde de carbone ou « gaz carbonique » ; CO2
Le méthane, ou gaz naturel ; CH4
Le protoxyde d’azote ; N O
2
Des molécules plus complexes telles les halocarbures ; C H F Cl
x
y
z
t
Un gaz sans émissions directes : l’ozone
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Origine de l’effet de serre « naturel » : que d’eau !
28%
vapeur d'eau
nuages
55%
autres gaz
17%
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La Terre n’a pas le monopole de l’effet de serre
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Plus ça va (le PIB) et moins ça va (le CO )…
2
Croissance ++
Récession
Choc pétrolier
Choc
pétrolier
Grosse Récession
Guerre
Récession
Les émissions de CO provenant de combustibles fossiles ont été multipliées
2
par plus de 5 depuis 1950, et surtout il est impossible de « faire » de la
croissance économique sans augmenter ces émissions. AIE, 2004 + IPCC, 2007
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En France aussi, plus ça va et moins ça va
Emissions de CO provenant de combustibles fossiles en France depuis 200 ans
2
Source CEA.
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Il n’y a pas que les combustibles dans le CO …
2
Emissions de CO toutes sources depuis 1860. Calculs de l’auteur sur données Schilling et al. & BP
2
Statistical Review pour les combustibles ; source Houghton, The Woods Hole Research Center sur
http://cdiac.ornl.gov/trends pour la déforestation ; extrapolations de l’auteur sur données partielles IPCC
AR4 pour le ciment
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Par source, PIB et CO marchent de pair… ou pas !
2
Mêmes données que le graphique précédent, avec une courbe par source, et en traits verticaux 4 grandes
crises mondiales : 1929, 1944, 1974, 1979. On note l’évolution très différenciée de chaque source à chaque
fois.
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La déforestation, historiquement la première source
Emissions dues à la déforestation, par grande zone, de 1850 à 2005.
Source : Houghton, The Woods Hole Research Center sur
http://cdiac.ornl.gov/trends
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Et par personne ?
Emissions de CO2 par personne depuis 1880. Calculs de l’auteur sur données Schilling et al. & BP
Statistical Review pour les combustibles ; données Houghton, The Woods Hole Research Center sur
http://cdiac.ornl.gov/trends pour la déforestation (extrapolation pour 2006 à 2008) ; données IPCC AR4
pour le ciment extrapolées par l’auteur ; WRI pour la population.
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Une partie de ce CO se trouve très bien dans l’air
2
Axe gradué en ppm
d’écart à la normale (1
ppm = 1 partie par
∆ CO , Mauna Loa, Hawaï
2
million = 0,0001% du
volume de
l'atmosphère)
∆ CO , Baring
2
Head, New
Zealand
∆ O , Alert, Canada
2
(82°N)
∆ O , Cape Grim,
2
Australie (41°S)
Source : GIEC, 4è rapport d'évaluation, 2007
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Emettons, émettons, il en restera toujours quelque chose
Début de la révolution
industrielle
Concentration sur les
2000 dernières années
(Source : GIEC, AR4, 2007)
2100 ?
Concentrations atmosphériques du CO , CH , N O sur les 650.000 dernières années (
2
4
2
GIEC, AR4, 2007)
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Plus ou moins de CO , c’est naturel aussi…
2
Variation de la concentration atmosphérique en CO , au cours des 600 millions
2
d’années qui nous ont précédé. Source : Berner, Science, 1997
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Les gaz à effet de serre aiment s’envoyer en l’air… et y rester
Forçage radiatif au cours du temps (en années, échelle logarithmique, axe horizontal) d’une
tonne de gaz émise à l’instant 0 . D. Hauglustaine, LSCE.
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Comparer les gaz, comment on fait ?
N
∫ F (t)dt
gaz
PRG =
0
N
∫ F (t)dt
CO2
0
Le Pouvoir de Réchauffement Global, ou PRG (en anglais Global
Warming Potential, ou GWP) : une équation compliquée pour une
notion simple : combien de fois le CO ?
2
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L’unité de mesure permet… la mesure
Accroissement annuel du stock de gaz à effet de serre, en milliards de tonnes
équivalent carbone
Source GIEC, 2007
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On sort la calculette : qui influe le plus ?
CO CH …
2
4
Soleil
Aérosols
Volcans
Comparaison des diverses influences (naturelles et humaines) sur un climat
stable à l’échelle du siècle. Source Hansen et al., Science, 2005
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Contribution de chaque gaz au supplément d’effet de serre
Contribution de chaque gaz au forçage radiatif à fin 2005. Total : 3 W/m2 , à comparer à
un chauffage solaire moyen de 235 W/m2 au niveau du sol (source GIEC, 2007)
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Contribution de chaque gaz aux émissions en 2004
Part de chaque gaz dans les émissions de 2004, hors ozone. Plus de 50 %
des gaz à effet de serre sont issus de la combustion des hydrocarbures, et
plus de 75% de la combustion tout court. Pour le ciment il s’agit uniquement
des conséquences de CaCO -> CaO + CO
3
2
Source GIEC, 2007 + correction Houghton
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CO = pétrole = voitures ? Pas si simple…
2
Emissions de CO par combustible, 2008
2
Jancovici, 2010, d’après BP statistical Review, 2009
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CO = voitures avant tout ? Pas exactement
2
Répartition des émissions de CO directes dans le monde par activité, 2004
2
(source IPCC, 2007+correction Houghton pour la déforestation)
NB : LULUCF : Land Use, Land Use Change & Forestry ; en pratique il s’agit
essentiellement des conséquences de la déforestation
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CO pour tous et partout
2
Emissions de CO d’origine fossile par personne et par an dans divers
2
pays du monde. Source AIE, 2009
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S’il faut émettre pour « émerger », à quand la noyade ?
Taux de croissance annuel moyen des émissions de CO par personne sur la période
2
1990-2003 (rouge), et taux de croissance annuel moyen du PIB par personne sur la
même période (bleu).
Source Banque Mondiale pour le PIB et AIE pour les émissions par tête.
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Vaches qui rotent et pètent émettent tripette
Fermentation
anaérobie : déchets
organiques en
décharge
Ventilation des mines,
dégazage du pétrole
après extraction, fuites de
gaz
Fermentation anaérobie :
rizières, méthanisation des
bovins
Répartition des émissions de méthane dans le monde par secteur, 2004 (source GIEC)
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Un gaz hilarant qui ne l’est plus tellement
Emissions après épandage
des engrais azotés
Répartition des émissions de N O dans le monde par secteur, 2004 (source IPCC)
2
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Chaîne du froid et mauvaises odeurs sous les bras…
Les halocarbures
La première famille - désormais interdite de production - est mondialement connue
: les CFC. Leur premier usage a été le remplacement de l’ammoniac dans les
circuits réfrigérants, puis ils ont servi comme gaz propulseurs, solvants,
expanseurs de mousses plastiques…
Désormais interdits de production, les CFC ont été remplacés par des substituts
aux doux noms de HFC, HCFC, PFC…
Ces gaz servent - toujours - dans les circuits de fluide réfrigérants, mais aussi
comme gaz propulseurs, de gaz expanseurs (industries des mousses plastiques),
de solvants (semi-conducteurs), et viennent parfois de manière « indésirables » de
certains procédés industriels (par exemple électrolyse de l ’alumine
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Ozone des villes et ozone d’en haut
Ozone stratosphérique
3 O + 2 O +
2
3
Souhaitable
Ozone troposhpérique
NO + COV + ->
x
O + … -> O + …
3
2
Pas souhaitable
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Et tout cela s’accumule aussi dans l’atmosphère
Concentration atmosphérique de divers
gaz halogénés (attention ! Échelle
logarithmique : une droite ici = une
exponentielle « en vérité »). GIEC, 4è
Concentration moyenne d'ozone près du sol à l’époque
rapport d’évaluation, 2007
pré)industrielle (à gauche) et actuellement (à droite), en
janvier (en haut) et en juillet (en bas).
Source : Didier Hauglustaine, conférence AFITE/LSCE
d'octobre 2003 au Laboratoire des Sciences du Climat et
de l'Environnement
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Bref, l’ensemble donne quoi ?
Répartition des émissions de gaz à effet de serre dans le monde par activité,
2004, hors ozone.
(Source IPCC + correction Houghton pour la déforestation)
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Et si la conversion énergétique va à ceux à qui elle profite ?
Répartition approximative des émissions de gaz à effet de serre hors ozone dans le
monde par secteur, 2004, après réaffectation de la « production d’énergie » aux secteurs
utilisateurs (Calcul de l’auteur avec sources primaires IPCC, BP stat, Houghton)
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Et si la conversion énergétique va à ceux à qui elle profite ?
Émissions 2004 discriminées par combustibles et principaux usages. Calcul de l’auteur
avec sources primaires IPCC, BP stat, Houghton.
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Et quid de la Gaule ?
Répartition des émissions brutes françaises 2004 (tous gaz à effet de
serre pris en compte) par secteur (source CITEPA)
(*) hors transports maritimes et aériens internationaux
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Dis moi ce que tu émets, je te dirai si tu consommes
Bilan CO2 du français
3000
2700
2500
2400
2000
2000
2
1600
1500
1500
qu CO
K e
1000
500
300
0
Construction et Consommation Alimentation
Autres biens de Déplacements
Services
gros entretien
d'énergie des
consommation
des personnes
des logements
logements
Emissions de gaz à effet de serre par Français en 2009 pour sa
consommation finale. Source Carbone 4-TF1-Mines ParisTech
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La même, en couleurs
Service
Construction et Consommation
Electricit
Chauffa
s
chauffa é (hors
ge et
privés
gros entretien
d'énergie des
ge
chauffag
ECS -
15%
des logements
logements
urbain
e et
Electricit
5%
ECS)
é
3%
14%
8%
7%
Services
19%
Service
s
Chauffa
d'utilité
ge -
Fioul
général
Gaz
domesti
e
41%
que,
85%
GPL,
charbon
Alimentation
37%
Déplacements
15%
des personnes
23%
Bus et
cars
2%
Autres biens
Avion
de
26%
consommation
Biens
Fret
26%
durabl
32%
es
37%
Voiture
71%
Biens
conso
couran
te
31%
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Chaud seulement, ou froid aussi ?
Effet d’autres émissions humaines : les aérosols ou précurseurs d’aérosols.
Source : GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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Les gaz chauffent ; les aérosols refroidissent… quel bilan ?
Contributions des diverses actions humaines au « forcage radiatif », c’est-à-dire à la
variation de la puissance solaire absorbée par le système climatique, qui valait 234 W/m2
avant le début de l’ère industrielle.
Source : GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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Simuler le climat, pas plus fiable qu’un pronostic boursier ?
HYPOTHESES
MODELE
ECONOMIQUES ET
CYCLE
DEMOGRAPHIQUES
C
CH4
CO2
Concentration en GES
MODELES
Emissions de GES
CLIMATIQUES
(~15)
Climat Futur
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Et après ?
?
?
?
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Un peu plus, un peu moins, là est le début de la question
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. (Climate Change 2001, the
scientific Basis, GIEC, 2001)
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La réalité, pire que la fiction ?
Source IPCC, 2007
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J’émets, l’atmosphère concentre
10 milliards
de terriens
évoluent
vers les
émissions
d’un
Polonais de
l’an 2000
Les
émissions
mondiales
restent quasi-
constantes
Source : Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC, 2001
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Qu’est-ce qu’un modèle climatique ?
Source : L. Fairhead, LMD/IPSL
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Amélioration en complexité, mais aussi en résolution
Source : GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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Les modèles font aussi l’objet d’améliorations continues !
Evolution de la complexité des modèles. Source : GIEC, 2007
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Des modèles testés avant d’être « vendus »
Avec
influence
Sans
influence
Évolution régionale de la température moyenne de l’air au niveau du sol (ligne noire, 0 =
moyenne 1901-1950), et enveloppe des élévations simulées par les modèles, avec et sans
influence humaine. Source : GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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J’y mets mes scénarios d’émission dans les modèles : quid ?
Les
émissions
mondiales
10 milliards
doublent
de terriens
évoluent
vers les
émissions
d’un
Polonais de
l’an 2000
Les émissions
mondiales restent
constantes
La concentration
reste constante
Moyenne inter-modèles de l’augmentation de la température moyenne de l’air au niveau du
sol en 2100 par rapport à la moyenne 1980-1999, selon les scénarii (pas de couplage avec le
cycle du carbone). Source : GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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Existe-t-il réellement un haut de fourchette ?
La valeur donnée est la
« plus probable », là…
…mais les simulations disent
qu’il existe une probabilité non
nulle que ce soit là !
Signification des « fourchettes » d’élévation de température en 2090-2099 par rapport à
1980-1999 GIEC, 4è rapport d’évaluation, 2007
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Quelques degrés en un siècle, pas une affaire courante…
Optimum médiéval
Petit âge glaciaire
Évolution de la température moyenne de l’air au niveau du sol pour l’hémisphère nord de
l’an 700 à l’an 2000. Source IPCC, 2007
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Quelques degrés en un million d’années, déjà plus
Millions d’années avant maintenant
Estimation de la température moyenne de la planète, par rapport à la moyenne du dernier
millénaire (zéro des ordonnées). Cette courbe a été obtenue par l'analyse de sédiments
océaniques prélevés dans 40 lieux différents.
Source : Zachos et al., Science, 2001
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5 degrés en 10.000 ans, ça peut se faire
+5°C
Il y a 20.000 ans (maximum glaciaire)
Aujourd’hui
Période glaciaire : d’immenses
Période glaciaire : la
Période glaciaire : on passe
glaciers, épais de plusieurs km,
température de l’Europe est
à pied sec de France en
recouvrent l’Amérique et l’Europe du
plus basse de 8 à 10 °C
Angleterre : la mer est plus
nord. Le sol de la France est gelé en
mais celle des tropiques a
basse de 120 mètres !
permanence, et inapte aux cultures
peu varié
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Quelques degrés en un siècle, jamais !
10 milliards
de terriens
évoluent
vers les
émissions
d’un
Polonais de
l’an 2000
Les
émissions
mondiales
restent
constantes
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
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Notre affaire a déjà commencé ?
Ecart entre la température annuelle moyenne et la moyenne 1951-1980 (0 des
ordonnées). La barre verte représente l’incertitude. Source : GISS/NASA
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Notre affaire a déjà commencé ?
Ecart entre la température annuelle moyenne et la moyenne 1951-1980 (0 des
ordonnées), pour chaque hémisphère. Source : GISS/NASA
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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 encore acidification de l’océan, risques géopolitiques, etc...
Et nous ne ferons jamais le tour de toutes les mauvaises
surprises possibles à l’avance, puisque la situation est
inédite
Jean-Marc Jancovici - Mines Paris Tech mai-juin 2010 - www.manicore.com
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Date : 15/12/2010
Langue : Français
Pages : 63
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Résumé
Auteur : Jean-Marc Jancovici
Description : Eléments de base sur l’énergie au 21eme siècle : Quel climat pour (après) demain ? Cours dispensé par Jean-Marc Jancovici aux Mines ParisTech sous licence Creative Commons.
Tags : Climat, changement climatique, énergie
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