causes et conséquences des changements...
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Causes et conséquences des changements climatiques
Philippe MATHIEUDépartement Aérospatiale & Mécanique
Université de Liège
USA
Europe
ChinaIndia
Japan
Le climat changeLa température moyennede la planète (la plusprobable) augmenteLe niveau des eaux augmente Quelles sont • les causes• les conséquences• les adaptations et réactions possibles
Que savons-nous avec certitude?
+0.5°C entre 1980 et 2000 mais le gradient augmente
Le globe chauffe
Les eaux montent
Le pôle Nord fond
L’effet est plus marqué sur l’hémisphère Nord
2007 !
la banquise arctique s’en va !
Le réchauffement est nettement
plus marqué au NORD
Le GIEC : Groupe d’experts Intergouvernemental pour l’Etude du Climat
Le GIEC , ou IPCC (Intergovernmental Panel for ClimateChange), est une organisation internationale unique, créée en 1988 conjointement par l’UNEP ( United Nations Environment Program ) et le WMO ( World MeteorologicalOrganization ). Il regroupe des scientifiques du monde entier et a reçu de la part des Nations Unies une mission précise :
évaluer le niveau du changement du climat global, ses causes et ses conséquences et analyser les mesures à mettre en œuvre pour s’y adapter et le contrer.
• Le GIEC a publié 4 rapports à ce jour, un tous les 4 à5 ans, faisant le point le plus objectivement possible sur les connaissances scientifiques en matière de climatologie (causes et conséquences ) et de technologies capables de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
• Le dernier rapport a été couronné du Prix Nobel de la Paix en 2007 avec Al Gore, le grand communicateur (film : une vérité qui dérange)
• Lors de la rentrée académique 2008 à l’ULG, le GIEC a été mis à l’honneur, son Président R Pachauri ayant reçu les insignes de Docteur Honoris Causa
Rapport n°4 du GIEC en 2005Les connaissances scientifiques et les observations montrent que la probabilité que les activités humaines aient une influence sur le changement du climat est supérieure à 90% : les effets sont en dehors de la variabilité naturelleSans réactions de notre part, la température moyenne du globe augmentera de 1.4 à 5.8 °C d’ici 2100 (par rapport à 1990) selon les scénarios d’évolution de la population, des économies et des technologiquesLes moyens techniques pour combattre le
réchauffement existent mais doivent encore être développés à grande échelle
Qui sont les responsables : 6 gaz
CO2 est le plus important Il provient essentiellement de la combustion des hydrocarbureset a une durée de vie de 50 à 100 ans dans l’atmosphère. 25% disparaît essentiellement par absorption dans les océans et 30% dans la biomasse.Reste 45 % dans l’atmosphère
Human activities
H2O qui couvre 2/3 de la planète reste peu de
temps dans l’atmosphère. L’homme émet
moins de 1% de l’évaporation naturelle
0
50
100
150
200
250
300
350
400
050000100000150000200000250000300000350000400000450000Time (years before JC)
CO2(ppmv)
CO2 - last 420 000 years
Barnola et al., 2003
variabilité naturelle : [CO22] toujours sous 300 ppmv = 0.03%Activité solairePosition de l’axe de la terreForme de la trajectoire (ellipse plus aplatie aujourd’hui)
Sour
ce :
IPF
2004
Années- 400 000 - 300 000 - 200 000 - 100 000 + 2005
CO
2
Tem
péra
ture
L’évolution du climat au cours des 400 000 dernières années
Grande homothétie entre courbes d’évolution de la Température et de [CO2]
0400 000
(1960).Enorme
augmentationDe [CO2] depuis l’ère industrielle
Le taux de croissance sur
les 10 dernières années (1995-
2005) est le plus élevé jamais
connu depuis le début des mesures
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
Correlation [CO2] ppmv and emissions Mt C/y
last 1000 yearsCO2(ppmv) Mt C
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Andres, 2003
IndustrialeraÉvènement : le gradient
Emissions mondiales de CO2
C = P x PIB / P x E / PIB x C / E• C = carbone émis sous forme de CO2, tonnes
• P = population, habitants
• Economie :PIB / P = Produit Intérieur Brut ou richesse du pays oupouvoir d’achat, €/pers
• E / PIB = intensité énergétique des activités économiques, GJ/€
• Technologie :C / E = intensité carbone de l’utilisation d’énergie, kg/GJ
En 2007, nous émettions 8 Gton CO2 dont 1.6 par la déforestation et 6.4 par la combustion fossile . 4 Gt sont absorbées par la biomasse (forêts) et les
océans et 4 Gt/an restent dans l’atmosphère
Population multipliée par 3 en 70 ans
Vous et moi
néolithique
Modèles climatiques• scénarios de développement : population, activitééconomique, progrès technologiques
• émissions de gaz à effet de serre associées• conséquences sur le climat : modèles de l’atmosphère ,
des océans et de leurs interactions
= interprétation et extrapolation dans le futur (incertitudes sur le développement des sociétés et sur les modèles eux‐mêmes!)Augmentation de la t°moyenne de la terre sur le 21 ème siècle de
1.4 à 5.8 °C
1860 - 2000
+0.7°C
Of the different models
ref
°T° couche d’air à la surface pour 3 scénarios: B1 bas;A1B moyen; A2 haut
T° C
2020-2030+0.8°C
2090-2100+2°C
+3°C
+ 3-4°C
+2°C
+3°C
+4°C
Uncertainties = bars length in previous fig
Northern hemisphere is always warmer
+5°C ,c’est grave?
les évènements extrêmes (canicules, inondations, tempêtes, ouragans, sécheresses, feux de forêts ) plus fréquents . En Europe, la canicule de 2003 a fait 35000 morts dont une bonne partie à Paris. Australie 2009 incendies de forêts
Les cyclones, ouragans …, plus intenses et plus fréquents (Katrina)Sécheresses plus intenses et plus longues sur de larges zones de la planète d’où désertification (Depuis 1970 grande tension pour l’eau en Afrique : Darfour)Précipitations intenses plus fréquentes sur la plupart des contrées d’où augmentation des inondations
Fonte du permafrost en Sibérie (méthane)
Acidification des océans et modification de la circulation des courants marins d’où >> impacts sur la vie marine, sur la productivité des écosystèmes marins (ex. les coraux blanchissent) , sur la pêche, sur la capacité de l’océan à capter le CO2, modification de la végétation continentale et du rendement des céréales
Effets sur la santé >> modification de l’écosystème = propagation de maladies tropicales
Perte de biodiversité (animaux et végétaux)
Réfugiés climatiquesconflits , surtout intérieursEx +1°C chez nous fait migrer la végétation de 200 km vers le N+2°C perte de 20 à 30% de biodiversité
Etc etc ?? La situation est inédite donc imprévisible
On n’a plus le choixIl faut réagir collectivement et individuellement et le plus vite sera le mieux
Rapport Stern
2000
2100
3000
0 à 100 ansÉmissions de CO2
Concentration de CO2 100 à 300 ans
Températureplusieurs siècles
Montée des eaux par d
ilatation siècles à millénaires
Monté
e des
eaux
par fon
te des
glace
s
plusieurs millénairesAmplitude des réponses Temps pour atteindre l’équilibre
Si on annulle nos émissions, ça continue!
Graphique: IPCC, 2001
Feuille de route Réaction en 2 temps
1er temps : protocole de Kyoto 1990 à 2012
2ème temps après 2012 : évoluer vers un développement DURABLE càd assurer la transition d’une société fortement basée sur les combustibles fossiles , fortement émettrice de CO2 dans l’atmosphère, à une société dite « décarbonisée » qui n’émet plus rien
Comment évoluer du système actuel vers un système énergétique « ZERO EMISSION » avec un impact aussi faible que possible sur la planète
The Kyoto protocol in 1997
OCDE countries : reduction by 5.2% below the level of 1990 emissionsby 2010‐2012
Europe : ‐ 8%
Belgium : ‐7.5%
1) Diminution de la demande et la consommation
2) Augmentation de l’efficacité énergétique dans les installations industrielles (centrales à haut rendement, cogénération + aciéries, cimenteries, usines chimiques….)dans le transport (moteurs hybrides, électriques, à hydrogène et piles àcombustibles)dans l’habitat ( isolation, chauffage, éclairage, maison passive ou basse émission)
POTENTIEL ACTUEL ‐25 à 30% en EU‐253) Utilisation des énergies renouvelables
(soleil : panneaux thermiques et photovoltaïques; vent : éoliennes; eau : hydraulique, marées, vagues ; biomasse, géothermie et pompes àchaleur)
Re‐forestation et NON PAS déforestation
Percentage below and above commitments in the Kyoto protocol (2002)
Europe does not achieve the Kyoto target and is 1.9 % above
Bons élèvesMauvais élèves
Développement durableSur le plan énergétique : IDEALEMENT et à la limite arrêter d’épuiser les réserves de combustibles fossiles et ainsi d’augmenter la charge de polluants sur l’environnement de manière à léguer une planète vivable aux générations qui suivent
A long terme,soit volontairement soit parce que les réserves seront épuisées, aller vers des énergies et vecteurs qui n’utilisent plus les hydrocarbures (pétrole, charbon, gaz naturel) et l’U >>> les ENERGIES RENOUVELABLES« zero emission economy» ou SYSTEME ENERGETIQUE DECARBONISE
Transition avec tout l’arsenal disponible, y compris le nucléaire et des technologies propres de combustion des combustibles fossiles .
World Energy Consumption
• Contribution des énergies à la consommation mondiale>> ~ 80% de combustibles fossiles. Grosse dépendance au pétrole
• Seulement 3.4% renouvelable (hors bois et grande hydro)
(wood)
large
Sources of CO2 (Mton/year)
Based on primary fuel at point of use : total = 20145 Mton/y
3345=16.6%
3953=19.6%
5194=25.8%
7653=38%
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Buildings Transport Industry/Agric Power Generation
1997 data from IPCC TAR
Emissions, Mt CO2/y
Total = 20.15 Gton/y
Objectifs environnementaux selon les rapports du GIEC 2005
• Kyoto : ‐5% pour le monde entre 1990 et 2008‐2012 • Post‐Kyoto 2012 STABILISER le [CO2] dans l’atmosphère à450 ppmv CO2 soit 550 ppmv pour tous les gaz pour limiter l’augmentation de la température moyenne de la planète à
+2°C d’ici 2100 (ce n’est pas innocent)• atteindre un maxi entre 2015 et 2025 puisdiminuer les émissions sans arrêtEn 2020 ‐20 à ‐40%
• Prévisions des modèles pour divers scénarios : +1.4 à5.8°C
• Réduction des émissions pour stabiliser la [CO2] à 450‐490 ppmv et limiter le réchauffement à +2‐2.4°C50 à 85% pour le monde à partir de 2050
80 à 95% pour les pays développés
• coût < 0.12%/an de la croissance du PIB mondial
1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000Time (y AD)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Carbon (MTon)
Réduction MONDIALE des émissions de CO2
Kyoto
Post-KyotoPost-Kyoto
Début de l’ère industrielle
- 50% et - 80% mini pour OCDE
~50% man made CO2 is absorbed in oceans and ecosystem IL FAUT EMPECHERL’AUTRE MOITIE DE MONTER DANS L’ATMOSPHERE
-5%
Objectif des trois 20 en Europe
Europe 3 lignes de force :
Réduction de 20% (>>30%) des émissions de GHG en 2020
Efficacité énergétique : réduction de la consommation d’énergie primaire de 20%
Renouvelables : fraction de 20% (8.5% actuellement)
Nucléaire (14% de la consommation et 30% de la production électricité) explicitement exclu de Kyoto et réintégré par l’EU
En B on a décidé de sortir du nucléaire sauf cas de force majeure et on a ratifié Kyoto >> quadrature du cercle
By 2030, fossil fuels will still account for roughly 70 % of electricity generated worldwide in 2030 and about a half in the EU (coal + NG) Renewable energy sources will play a growing role in the global primary energy consumption structure. Likewise, nuclear power will maintain an importantposition in global electricity generation and will even grow in some countries (China, India, Japan…).
46% de l’électricité est sans C en EU
Energies renouvelables
Eolien
Solaire thermique et photovoltaïque
Biomasse
Hydraulique : chutes, marées, vagues
Géothermie
EU2005: 8.5 % �to 2020: 20 %
En EUROPE
20%RESEn 2020
En Belgique-20% GES
20% efficacité13% ER
Défis des renouvelables
énergies intermittentes
rendement de conversion faible >> surface de captage élevées et grande emprise en surfaces au sol
nécessité d’électronique de puissance
pas encore rentables
Typical data on renewablesOccupation au sol Wind 10 MW/km2 de surface au sol pour une ferme d’éoliennes espacées = 20
GWhe/km2 year pour 2000 equivalent full load h/y Solar PV 1000W/m2; 1000h sun/y soit 1000 kWh th/an; avec 10% effic, 100
kWhe/m2an = 100 GWhe/km2 anbiomass 60 MWhfuel/ha year or ~ 2 ‐3 GWhe/km2 anNetwork connection with power electronics (conversion DC/AC; frequence
adaptation) Back‐up : fossil fuelsStorage : network; hydro; air compressors; batteries; H2 Emissions gCO2/kWh on life cycleCosts of production and fabrication, installation
pour 1 km2, production annuelle d’électricitéSolar PV 100 GWhe/y
Wind 20Biomass 2
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