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L’énergie : situation et prospectives

3 - Energie et changement climatique



Le climat s’est-il réchauffé au cours du XXe siècle ?

Oui. On observe un réchauffement climatique depuis la seconde moitié du XIXe siècle. En moyenne, l’augmentation de la température de surface sur la Terre a été de 0,8 °C entre 1870 et 2010. Elle a été particulièrement forte entre 1910 et 1940 et entre 1975 et 2000.

Moyenne annuelle mondiale des températures (points noirs). L’axe vertical de gauche indique les écarts par rapport aux moyennes des années 1961-1990, l’axe vertical de droite indique la température réelle (en °C). Les tendances linéaires correspondent aux périodes 1981-2005 (en jaune), 1956-2005, 1906-2005 (en orange) et 1856-2005 (en rouge). La pente est plus raide pour des périodes récentes, ce qui indique un réchauffement accéléré. La courbe de couleur bleue représente de manière lissée les variations décennales. Pour se rendre compte de l’importance des fluctuations, les marges d’erreur décennales allant de 5% à 95% (en gris pâle) suivent le contour de la courbe ([17] p. 111).

En France, la température moyenne a augmenté de 0,9 °C entre 1901 et 2000, la température minimale de 1,2 °C et la température maximale de 0,6 °C. On observe une diminution de la différence entre la température maximale et la température minimale au cours de la journée.

Augmentation de la température minimale (à gauche) et de la température maximale (à droite) entre 1901 et 2000 ([1] p. 50).

L’augmentation de la température s’est accompagnée d’une accentuation des contrastes saisonniers, la saison chaude se réchauffant plus que la saison froide.

Toutefois, les fluctuations des températures d’une année sur l’autre sont beaucoup plus importantes que leur augmentation tout au long du XXe siècle. Par exemple, l’augmentation des températures a été d’environ 0,8 °C en un siècle en Ile-de-France alors que la température moyenne annuelle peut varier de 2 °C d’une année sur l’autre.

Evolution de 1873 à 2000 des températures moyennes annuelles (en °C) à Paris-Montsouris, en noir. La moyenne glissante sur 15 ans est en gris et la tendance 1901-2000 en traits discontinus ([1] p. 53).

Jean-Marc MOISSELIN, Michel SCHNEIDER, Claire CANELLAS, Olivier MESTRE. Les changements climatiques en France au XXe siècle. Étude des longues séries homogénéisées de données de température et de précipitations. La Météorologie, n° 38, août 2002 pp. 50-53,

Rapport final. IMFREX – Impact des changements anthropiques sur la fréquence des phénomènes extrêmes de vent de température et de précipitations. 2005. pp. 17-18,

Changements climatiques 2007- Les éléments scientifiques. Contribution du Groupe de travail I au Quatrième rapport d’évaluation du GIEC. 2007. ISBN 92-9169-121-6. p. 40,

Le changement climatique. Académie des Sciences. 26 octobre 2010] pp. 2-4, [109

Comment peut-on prévoir l’évolution du climat au XXIe siècle ?

En gros, le climat résulte d’une part de l’humidité et de la température locale et, d’autre part, des écarts de température entre différentes zones géographiques (principalement entre l’équateur et les pôles). Les vents et les courants sont dus aux écarts de température.
Si on ne tient pas compte des mouvements de l’atmosphère, la température résulte localement d’un équilibre entre l’apport d’énergie par le rayonnement solaire et l’énergie perdue par la Terre sous forme de rayonnements infrarouges (ils sont émis en direction de l’espace). Les pertes par rayonnements infrarouges diminuent lorsque la concentration des gaz à effet de serre augmente. L’augmentation de température qui en résulte est facile à calculer.

Mais ceci n’est qu’une première approximation. En réalité, l’augmentation de la température modifie de nombreux éléments, notamment la couverture nuageuse et les vents, qui agissent à leur tour sur la température. Des simplifications sont indispensables pour que le calcul reste possible. Les simplifications adoptées diffèrent selon les scientifiques (on dit qu’ils n’utilisent pas le même modèle). La qualité des simplifications est jugée sur la capacité à simuler l’évolution du climat entre le milieu du XIXe siècle et la fin du XXe.

Il est ensuite possible de prédire le climat pour une concentration donnée de gaz à effet de serre.

Les experts considèrent que les prédictions sont robustes lorsqu’elles sont retrouvées par tous les modèles et que les questions restent ouvertes lorsque les prédictions divergent. Les prédictions d’un modèle pris isolément n’apportent pas beaucoup d’informations.

Michel DEQUE. Les scénarios climatiques de réchauffement. IMFREX – Impact des changements anthropiques sur la fréquence des phénomènes extrêmes de vent de température et de précipitations. 2005.,

J.-L. DUFRESNE, D. SALAS Y MELIA, S. DENVIL, S. TYTECA, O. ARZEL, S. BONY, P. BRACONNOT, P. BROCKMANN, P. CADULE, A. CAUBEL, F. CHAUVIN, M. DEQUE, H. DOUVILLE, L. FAIRHEAD, T. FICHEFET, M.-A. FOUJOLS, P. FRIEDLINGSTEIN, J.-Y. GRANDPEIX, J.-F. GUEREMY, F. HOURDIN, A. IDELKADI, G. KRINNER, C. LEVY, G. MADEC, P. MARQUET, O. MARTI, L. MUSAT, S. PLANTON, J.-F. ROYER, D. SWINGEDOUW, A. VOLDOIRE. Simulation du climat récent et futur par les modèles du CNRM et de l’IPSL. La Météorologie, 55, 45-59. Novembre 2006. pp. 45-48, p. 58,

Changements climatiques 2007- Les éléments scientifiques. Contribution du Groupe de travail I au Quatrième rapport d’évaluation du GIEC. 2007. ISBN 92-9169-121-6.] p. 74, [34],

Le changement climatique. Académie des Sciences. 26 octobre 2010] pp. 9-11,

L’eau et le changement climatique. In Dossier L’eau en questions – réponses. IHEST. Mars 2012.

Le climat va-t-il se réchauffer au XXIe siècle à l’échelle de la planète ?

Oui, la température à la surface de la Terre augmentera au cours du XXIe siècle. Ceci est vrai dans tous les scénarios retenus pour les émissions de gaz à effet de serre.

Les experts calculent l’évolution du climat dans plusieurs scénarios. Les principaux sont les suivants : 1) les émissions de gaz à effet de serre continuent de croître au même rythme qu’actuellement jusqu’en 2100 (scénario A2) ; 2) les émissions de gaz à effet de serre continuent de croître au même rythme qu’actuellement jusqu’en 2050 puis décroissent (scénario A1B) ; 3) les émissions de gaz à effet de serre sont presque stabilisées dès l’année 2000, puis décroissent à partir de 2050 (scénario B1).

Quelques soient les modèles utilisés, les trois scénarios donnent les mêmes résultats pour les trente ou cinquante prochaines années. Ils ne deviennent clairement distincts que dans la seconde moitié du XXIe siècle.

Les lignes en traits pleins correspondent à l’estimation moyenne du réchauffement pour les scénarios A2, A1B et B1 ([17] p. 14). Les zones ombrées matérialisent la fourchette dans laquelle s’inscrira probablement la température. Les barres grises sur la droite représentent la dispersion des prédictions d’un modèle à l’autre pour 2100 (la ligne solide à l’intérieure de chaque barre correspond à la valeur la plus probable).

J.-L. DUFRESNE, D. SALAS Y MELIA, S. DENVIL, S. TYTECA, O. ARZEL, S. BONY, P. BRACONNOT, P. BROCKMANN, P. CADULE, A. CAUBEL, F. CHAUVIN, M. DEQUE, H. DOUVILLE, L. FAIRHEAD, T. FICHEFET, M.-A. FOUJOLS, P. FRIEDLINGSTEIN, J.-Y. GRANDPEIX, J.-F. GUEREMY, F. HOURDIN, A. IDELKADI, G. KRINNER, C. LEVY, G. MADEC, P. MARQUET, O. MARTI, L. MUSAT, S. PLANTON, J.-F. ROYER, D. SWINGEDOUW, A. VOLDOIRE. Simulation du climat récent et futur par les modèles du CNRM et de l’IPSL. La Météorologie, 55, 45-59. Novembre 2006. p. 48,

Changements climatiques 2007- Les éléments scientifiques. Contribution du Groupe de travail I au Quatrième rapport d’évaluation du GIEC. 2007. ISBN 92-9169-121-6. p. 14,

Le changement climatique. Académie des Sciences. 26 octobre 2010 p. 4, p. 11-12,

L’eau et le changement climatique. In Dossier L’eau en questions – réponses. IHEST. Mars 2012

Peut-on prévoir l’évolution du climat à l’échelle de la France ou d’une région ?

Oui. On utilise les logiciels de prévision météorologique de Météo-France en prenant comme valeurs de départs les projections des modèles de climat appliqués à l’échelle de la planète. Plusieurs techniques permettent de passer du niveau global au niveau local. Leurs mérites respectifs sont évalués en comparant les prédictions avec les valeurs observées au cours des dernières décennies.

Il est impossible de déterminer la probabilité des évènements extrêmes (ex : grandes tempêtes, inondations catastrophiques) car ils résultent d’une conjonction fortuite de phénomènes qui, pris isolément, ne présentent pas de gravité particulière.

Laurent TERRAY, Pascale BRACONNOT. Livre blanc ESCRIME – Etude des scénarios climatiques réalisées par l’IPSL et Météo-France. 2007 pp. 35-39,

Julien BOE. Changement global et cycle hydrologique : Une étude de régionalisation sur la France. Thèse. Université de Toulouse III. 23 novembre 2007] pp. 183-191, p. 207,

Agnès DUCHARNE et l’équipe RexHySS. Projet RExHySS. Impact du changement climatique sur les Ressources en eau et les Extrêmes Hydrologiques dans les bassins de la Seine et la Somme. Programme GICC. Rapport de fin de contrat. 21 Septembre 2009. p. 14, pp. 22-24,

L’eau et le changement climatique. In Dossier L’eau en questions – réponses. IHEST. Mars 2012.

La température va-t-elle augmenter en France au cours du XXIe siècle ?

Oui. Tous les modèles prédisent une augmentation de la température d’ici la fin du XXIe siècle.

Dans le scénario où les émissions de gaz à effet de serre continuent de croître au même rythme qu’actuellement jusqu’en 2050 puis décroissent (scénario A1B), l’augmentation est autour de 3 °C sur la majeure partie de la France.

Changement saisonnier de température (en °C) sur l’Europe entre les périodes 2080/2099 et 1961/1990, donné par la moyenne de 21 modèles de changement climatique dans le scénario où les émissions de gaz à effet de serre continuent de croître au même rythme qu’actuellement jusqu’en 2050 puis décroissent (scénario A1B) ([24] p. 175). DJF : décembre, janvier, février ; MAM : mars, avril, mai ; JJA : juin, juillet, août ; SON : septembre, octobre, novembre. L’échelle des couleurs varie entre 0 °C (bleu foncé) et 6 °C (rouge).

La figure ci-dessous fait ressortir la dispersion des prédictions dans le cas d’une modélisation régionale (le bassin de la Seine dans le cas présent). On observe que les 21 modélisations donnent à peu près les mêmes températures pour les prédictions à court ou moyen terme (à ±1 °C) alors que les divergences peuvent dépasser ±2 °C à long terme. Toutefois, ces divergences ne remettent pas en cause l’augmentation régulière de la température au cours du XXIe siècle.

Evolution des moyennes annuelles de la température sur l’ensemble du bassin de la Seine entre 1950 et 2100 [34]. Pour les trois plages de dix-neuf ans indiquées en gris, centrées en 1990, 2055 et 2090, la ligne grise matérialise la moyenne des prédictions et les tirets leur écart-type.

......OBS : valeurs observées ; 14 GIEC : moyenne de quatorze modèles de changement climatique ; ARPEGE : modèle de changement climatique de Météo-France ;

......scénario A1B : les émissions de gaz à effet de serre continuent de croître au même rythme qu’actuellement jusqu’en 2050 puis décroissent ; A2 : les émissions de gaz à effet de serre continuent de croître au même rythme qu’actuellement jusqu’en 2100.

A l’échelle d’une localité, la température est beaucoup plus variable d’une année sur l’autre. La figure ci-dessous montre que la différence peut atteindre 5 °C pour les températures estivales observées entre 1960 et 2003 (croix bleues sur le graphique). Les valeurs prédites par les modèles fluctuent naturellement dans les mêmes proportions (points rouges). Il faut aller au-delà des années 2070 pour que la tendance à l’augmentation apparaisse clairement malgré les fluctuations de la température estivale d’une année sur l’autre.

Températures moyennes d’été (°C) observées à Paris-Orly de 1960 à 2003 (croix bleues) et simulées (losanges rouges) entre 1960 et 2100 dans un scénario où les émissions de gaz à effet de serre continuent de croître jusqu’en 2100 (scénario A2) (modèle de changement climatique de Météo-France) (109] p. 13).

Changements climatiques 2007- Les éléments scientifiques. Contribution du Groupe de travail I au Quatrième rapport d’évaluation du GIEC. 2007. ISBN 92-9169-121-6. pp. 73-74,

Julien BOE. Changement global et cycle hydrologique : Une étude de régionalisation sur la France. Thèse. Université de Toulouse III. 23 novembre 2007 p. 175,

[34],

L’eau et le changement climatique. In Dossier L’eau en questions – réponses. IHEST. Mars 2012. p. 13)

Quelle est l’ampleur de l’augmentation de la concentration des gaz à effet de serre ?

La concentration de gaz à effet de serre a fortement augmenté depuis le début de l’ère industrielle.

Concentrations atmosphériques des principaux gaz à effet de serre depuis 2000 ans. Leur augmentation depuis l’ère industrielle (vers 1750) est d’origine humaine. Les unités de concentration sont exprimées en parts par million (ppm) ou en parts par milliard (ppb). ([17] p. 106)

La concentration de gaz carbonique (CO2) est passée de 280 ppm vers 1870 à 388 ppm en 2009 (soit une augmentation de 38,6 %). La concentration de méthane a augmenté de 140 % pendant la même période et la concentration d’oxydes d’azote de 20 %.

Changements climatiques 2007- Les éléments scientifiques. Contribution du Groupe de travail I au Quatrième rapport d’évaluation du GIEC. 2007. ISBN 92-9169-121-6. p. 106,

Le changement climatique. Académie des Sciences. 26 octobre 2010 p. 4)

Quelles sont les causes de l’augmentation de la concentration des gaz à effet de serre ?

L’augmentation de la concentration de gaz carbonique (CO2) est due pour plus de la moitié à la combustion des combustibles fossiles. Les autres causes sont les déboisements massifs et, pour une faible part, la production de ciment. La combustion de l’équivalent d’une tonne de pétrole émet 4,0 tonnes de CO2 dans le cas du charbon, 3,1 tCO2 dans le cas du pétrole et 2,3 tCO2 dans le cas du gaz naturel.

Emissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique à l’échelle mondiale en 2004 ([18] p. 31). Autres origines inclus la production de ciment. CH4 : méthane ; N2O : oxydes d’azote ; Gaz-F : gaz fluorés. Tous les gaz à effet de serre ont été convertis en équivalent CO2.

Le méthane (CH4) est dû notamment aux fermentations diverses (ex : zones humides, ruminants, déchets domestiques) et aux émissions dues à l’exploitation du gaz naturel et du pétrole.

Les oxydes d’azote (N2O) sont dus en grande partie aux activités agricoles (pollution par les nitrates).

Les émissions de gaz à effet de serre sont mesurées en équivalent CO2, ce qui correspond à une quantité de gaz carbonique qui aurait le même pouvoir de réchauffement que les gaz émis. Par exemple, le pouvoir de réchauffement d’une tonne de méthane équivaut à celui de 21 tonnes de CO2 (le méthane est le principal composant du gaz naturel et du biogaz) et celui d’une tonne de N2O à 256 tonnes de CO2.

Changements climatiques 2007- Les éléments scientifiques. Contribution du Groupe de travail I au Quatrième rapport d’évaluation du GIEC. 2007. ISBN 92-9169-121-6. pp. 36-38,

Changements climatiques 2007- L’atténuation des changements climatiques. Contribution du Groupe de travail III au Quatrième rapport d’évaluation du GIEC. 2007. ISBN 978 0521 70597-4. p. 31,

Le changement climatique. Académie des Sciences. 26 octobre 2010 p. 4, p. 7,

Chiffres clés du climat : France et monde - Édition 2012. Janvier 2012. pp. 2-6, p. 31)

La biomasse comme source d’énergie augmente-t-elle la concentration de gaz à effet de serre ?

Non tant que la quantité de biomasse consommée est compensée par la croissance de nouvelles plantes. En effet dans ce cas le CO2 libéré en produisant de l’énergie à partir de la biomasse est rapidement absorbé par les plantes. On considère que la biomasse est une source d’énergie renouvelable si la compensation est réalisée en moins d’une centaine d’année.

La déforestation ne correspond pas à une utilisation renouvelable car la quantité de biomasse détruite est sans commune mesure avec celle qui remplacera la forêt.

Le déséquilibre est pire dans le cas de l’énergie fossile. En effet, la consommation massive d’énergie fossile (charbon, pétrole, gaz naturel) a libéré en quelques dizaines années du CO2 accumulé durant plusieurs millénaires. Cette utilisation a ainsi introduit un excès de CO2 qui n’a pas encore trouvé sa place dans le cycle de la matière organique et a contribué à l’augmentation de l’effet de serre.

Nota : On appelle biomasse les arbres, les plantes, les animaux, les micro-organismes et les déchets organiques.

Les énergies renouvelables : pourquoi et à quel prix ? In Dossier Energie. IHEST. Juin 2008. pp. 6-7

La consommation de biocarburants augmente-t-elle la concentration de gaz à effet de serre ?

Oui. Les biocarburants peuvent réduire les émissions de gaz à effet de serre par rapport aux carburants fossiles mais ils ne les suppriment pas (ex : la transformation de la biomasse en biocarburant consomme de l’énergie et produit des gaz à effet de serre). C’est pourquoi l’Union européenne impose que les biocarburants réduisent les émissions de gaz à effet de serre d’au moins 35 %. Ce chiffre passera à 50 % à partir du 1er janvier 2017.

La plupart des études récentes concluent que la réduction est comprise entre 30 % et 60 % si on ne tient compte que de la production de la matière première et de sa transformation. En revanche, les deux-tiers des études récentes concluent que la réduction n’atteint pas 35 % si on y ajoute les conséquences du changement d’affectation des sols. Les émissions peuvent même être supérieures à celles des carburants fossiles traditionnels. C’est le cas par exemple pour le biodiesel.

Le changement d’affectation des sols correspond au cas où la production de biocarburant nécessite la mise en culture de terres qui étaient auparavant dans un état semi-naturel (jachères, forêts, prairies) ou qui étaient consacrées à la production alimentaire. Son effet peut être direct : la surface dédiée aux biocarburants est prise sur les terres non cultivées. Ou indirect : la production de biocarburants se substitue à la production de nourriture, ce qui conduit inévitablement à accroître les surfaces agricoles ailleurs.

De violentes polémiques tournent autour de l’introduction du changement d’affectation des sols dans le bilan écologique des biocarburants car elle remet en cause la majeure partie de la production européenne de biocarburants.

Directive 2009/28/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 avril 2009 relative à la promotion de l’utilisation de l’énergie produite à partir de sources renouvelables et modifiant puis abrogeant les directives 2001/77/CE et 2003/30/CE. Journal officiel de l’Union européenne. 5 juin 2009 Art. 17,

Analyses de Cycle de Vie appliquées aux biocarburants de première génération consommés en France. ADEME. Février 2011 pp. 168-170,

La politique d’aide aux biocarburants. Cour des Comptes. 24 janvier 2012. pp. 122-128,

Les biodiesels polluent plus que le pétrole brut. EurActiv. 30 janvier 2012.,

Anthony BENOIST, Laurent VAN DE STEENE, François BROUST, Arnaud HELIAS. Enjeux environnementaux du développement des biocarburants liquides pour le transport. Revue Sciences, eaux et territoires – SET. Numéro 07 Estimer et réduire la consommation d’énergie à l’échelle de l’exploitation agricole. Mars 2012. pp. 68-71,

Revue critique des études évaluant l’effet des changements d’affectation des sols sur les bilans environnementaux des biocarburants. Rapport de l’INRA pour l’ADEME. 20 mars 2012. pp. 10-13, p. 67, p. 87,

Biocarburants : l’UE atteint un consensus mais ne prend pas de décision. EurActiv. 4 avril 2012.,

Carburants. Dossier Transports - Quelle mobilité pour demain ? ADEME.

Que se passerait-il si on arrêtait totalement les émissions de CO2 ?

On estime que l’arrêt total des émissions de CO2 amènerait une diminution du CO2 atmosphérique d’environ 40 ppm au cours du XXIe siècle. Pour mémoire, la concentration de CO2 a augmenté de 108 ppm entre 1870 et 2009. En revanche, une simple réduction des émissions de CO2 diminuerait le taux de croissance mais n’empêcherait pas l’augmentation de la concentration dans l’atmosphère.

Simulations des changements de la concentration du CO2 atmosphérique par rapport aux conditions actuelles dans le cas d’émissions stabilisées au niveau actuel (en noir), ou se situant à -10 % (en rouge), -30 % (en vert), -50 % (bleu foncé) des niveau actuels ou bien un arrêt total des émissions (-100 % en bleu clair) ([17] p. 138).

Les spécialistes considèrent généralement qu’il faut que les pays industrialisés divisent leurs émissions de gaz à effet de serre par quatre pour avoir une chance de diviser par deux les émissions à l’échelle de la planète (trait bleu foncé dans la figure ci-dessus).

Changements climatiques 2007- Les éléments scientifiques. Contribution du Groupe de travail I au Quatrième rapport d’évaluation du GIEC. 2007. ISBN 92-9169-121-6. p. 138,

Nicole JESTIN-FLEURY. Y a-t-il une politique européenne de l’énergie ? Les études de l’IHEST. Janvier 2009 p. 17,

Le changement climatique. Académie des Sciences. 26 octobre 2010(p. 4)
(p. 205, pp. 208-209)

jeudi 20 décembre 2012, par HUCHERY Mélissa