Pr

1
Bilan Carbonequel intérêt, quels usages ?
ASPECTS PHYSIQUES DU CHANGEMENT CLIMATIQUE
2
SOMMAIRE
1- Effet de serre - naturel - dorigine
humaine2 - Comparer les gaz à effet de serre,
pas si simple!3 - Scénarios dévolution et
modèles climatiques 4 - Changement climatique
quels impacts ?
3
Un peu de sémantique le climat, ce nest pas la
météo
Une seule planète (et un seul système climatique
!) mais

• Météo
• Très court terme (lt une semaine)
• Local
• Compartiment dominant
• Atmosphère
• Le reste peut être négligé

• Climat
• Moyen et long terme
• Régional et global
• Éléments influents
• Atmosphère
• Soleil
• Océans
• Glaces polaires
• Chimie atmosphérique
• Volcans
• Végétation
• Dérive continents
• .activités humaines

4
Facteurs de variation du climat et de la météo
Météo seul l'atmosphère intervient.
Climat plusieurs facteurs interviennent
Causes de variation climatique et temps
caractéristiques en années. Source Edouard Bard,
exposé au Collège de France
5
Leffet de serre repose sur une physique très
ancienne

• 1824 - Joseph Fourier (F) le rôle de
  l'atmosphère.
• 1838 - Claude Pouillet (F) - John Tyndall (Irl)
  le rôle de la vapeur d'eau et du gaz carbonique
  dans leffet de serre naturel.
• 1896 - Svante Arrhenius (S) 4C en plus pour un
  doublement du CO2 dans lair.
• 1920 - Lewis Fry Richardson (GB) première
  expérience de modélisation du climat.
• 1950 - Le premier ordinateur (lENIAC) est
  utilisé pour le premier modèle de prédiction
  météorologique.
• 1966 - premier forage glaciaire au Groenland par
  des américains (2005 des européens forent à
  -800.000 ans).
• 1987 - Création de l'International Panel on
  Climate Change (IPCC).
• Années 1990 Premiers modèles climatiques
  globaux.
• 1992 - Signature de la "Convention Climat .
• 1997 - Signature du Protocole de Kyoto, qui est
  entré en vigueur début 2005.
• 2008 - Le nouveau président américain ne se mêle
  plus de dire quelle est la bonne science.

6
Qu est-ce que  l effet de serre  ? Un rapide
aperçu du fonctionnement de l atmosphère
7
Quest-ce quun gaz à effet de serre ?
Par définition Un gaz à effet de serre est un
gaz présent dans la troposphère (la basse
atmosphère) et qui intercepte une partie du
rayonnement terrestre (essentiellement composé
dinfrarouges).A chaque gaz à effet de serre
est attachée une notion essentielle le
 forçage radiatif , qui définit quel supplément
dénergie (en watts par m2) est renvoyé vers le
sol par une quantité donnée de gaz dans lair
8
Lorigine de leffet de serre naturel
9
Il y a aussi de leffet de serre  ailleurs 
10
Les principaux gaz  à effet de serre 
Gaz Origine
H2O Vapeur d'eau Évaporation
CO2 Gaz carbonique Combustion Pétrole, Charbon, Gaz
CH4 Méthane Gaz Naturel Décomposition anaérobie des molécules organiques (Bovins, rizières, décharges) ou pyrolyse des composés organiques (exploitation des combustibles fossiles, feux)
N2O Protoxyde d'azote Engrais azotés - industrie chimique
HFC PFC SF6 Hydrocarbures Fluorés (CFC) Gaz réfrigérants Procédés industriels divers (expansion des mousses plastique, composants électroniques, appareillage HT, électrolyse de lalumine)
O3 Ozone Pas d'émissions directe - photoréaction CH4 et NOx
11
Forçage radiatif par gaz à fin 2005
Contribution de chaque gaz au forçage radiatif à
fin 2005. Total environ 3 W/m2, à comparer à un
chauffage solaire direct de 235 W/m2 au niveau du
sol. (source GIEC, 2007)
12
D où vient le CO2 dorigine humaine ?
Répartition des émissions de CO2 dans le monde
par secteur, 2004 (source GIEC)
13
D où vient le méthane dorigine humaine ?
Répartition des émissions de méthane dans le
monde par secteur, 2004 (source GIEC)
14
D où vient le N20 dorigine humaine ?
Répartition des émissions de N2O dans le monde
par secteur, 2004 (source GIEC)
15
Doù vient lozone ?
3 O2 ? ? 2 O3 ?
Souhaitable
NO2 COV ? -gt O3 -gt O2
Pas souhaitable
16
SOMMAIRE
1- Effet de serre - naturel - dorigine
humaine2 - Comparer les gaz à effet de serre,
pas si simple!3 - Scénarios dévolution et
modèles climatiques 4 - Changement climatique
quels impacts ?
17
Cest indispensable pour laction, et pourtant
comment construire un tel camembert ?
Répartition des émissions mondiales par nature de
gaz en 2004, hors ozone (GIEC, 2007)
Comment évaluer le poids respectif du forçage
radiatif de chaque GES ?
18
1er critère discriminant le forçage radiatif de
chaque GES
La stabilité chimique et donc la longévité
Ces courbes reflètent la durée de résidence des
gaz dans latmosphère, qui va parfois évoluer à
lavenir (notamment pour le CO2)
Forçage radiatif au cours du temps dune tonne de
gaz émise à linstant 0 (axe horizontal en
années -échelle logarithmique axe vertical
forçage radiatif en W/m2 échelle logarithmique)
Source D. Hauglustaine, LSCE
19
Lunité de comparaison le PRG
Une équation compliquée, mais une signification
 très simple  !
Le Pouvoir de Réchauffement Global combien de
fois le CO2 ?
20
Le PRG en pratique
Le PRG (pouvoir de réchauffement global) un
indicateur par nature approximatif, mais qui
permet laction
(GIEC, 2007)
PRG équivalent CO2
21
Une autre unité dérivée du PRG
X 12/44 0.27
X 44/12 3.67
C
CO2
L unité de mesure des physiciens léquivalent
carbone
(daprès GIEC, 2007)
22
Et donc
Pour tout inventaire des émissions humaines -
on utilise le PRG à 100 ans (équivalent CO2) ou
léquivalent carbone- on ne prend pas en compte
la vapeur deau (durée de résidence faible et pas
daugmentation de la concentration discernable
résultant des émissions)- on ne prend pas en
compte lozone (pas démissions directes, gaz à
durée de vie courte, et incapacité à calculer les
émissions indirectes avec une règle simple)
23
Comptabiliser les GES

• Un exercice intrinsèquement approximatif à cause
  des incertitudes de nature physique
• Raisonnement en ordres de grandeur
• Résultats en ordres de grandeur

24
Grâce à lunité de mesure, on peut enfin comparer
les gaz à effet de serre
Emissions mondiales par nature de gaz en 2004, en
millions de tonnes équivalent carbone, hors ozone
(Jancovici, 2007, sur données GIEC, 2007 - le CH4
et le N2O sont repris avec leurs PRG 2007)
25
Grâce au PRG, on peut aussi faire ce genre de
camembert
Répartition approximative des émissions de gaz à
effet de serre hors ozone dans le monde par
secteur, 2004 (source IPCC, AR4, WGIII, 2007)
26
Grâce au PRG et aux affectations, on peut encore
faire ce genre de camembert
Répartition approximative des émissions de gaz à
effet de serre hors ozone dans le monde par
secteur, 2004, après imputation des émissions de
production de lélectricité à ses consommateurs.
Jancovici, 2007
27
Avec quoi émettons-nous des gaz à effet de serre
en France ?
Répartition des émissions brutes françaises 2005
(tous gaz à effet de serre pris en compte, sauf
ozone) par secteur (hors transports maritimes et
aériens internationaux) (source CITEPA)
28
Avec quoi émettons-nous des gaz à effet de serre
en France ?
Répartition des émissions brutes françaises 2005
(tous gaz à effet de serre pris en compte, sauf
ozone) par secteur (hors transports maritimes et
aériens internationaux) (source CITEPA)
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SOMMAIRE
1- Effet de serre - naturel - dorigine
humaine2 - Comparer les gaz à effet de serre,
pas si simple!3 - Scénarios dévolution et
modèles climatiques 4 - Changement climatique
quels impacts ?
30
Émissions de CO2 provenant de combustibles
fossiles
M TeC
Les émissions de CO2 provenant de combustibles
fossiles ont été multipliées par plus de 4 depuis
1950, comme le PIB mondial. CO2 et PIB sont très
fortement corrélés à la baisse aussi (AIE 2004)
31
Focus sur le cycle du carbone
(7,5)
L émission liée aux activités humaines est
faible comparé aux échanges naturels, mais
importante comparée au solde de ces échanges
naturels. Chiffres en noir stocks et flux
préindustriels. Chiffres en rouge modifications
dorigine anthropique (flux pour la moyenne de la
décennie 1990 modifications des stocks sur la
période 1750-1994). Source GIEC, 4è rapport
dévaluation, 2007
32
Émissions de GES et climat focus sur le cycle
du carbone1 - Les stocks
En milliards de tonnes de carbone
Atmosphère 750
Biosphère 2360 Sols 2/3 Végétation 1/3
Océans 38000
Lithosphère 65 500 000
33
Émissions de GES et climat focus sur le cycle
du carbone2 Les flux naturels et anthropiques
En milliards de tonnes de carbone par an
1.0
61,5
60
92
90
6.0
0,8
0,04
Émissions totales 7 GtC Séquestration 0 GtC
Émissions totales 150 GtC Séquestration 153.5
GtC
34
Les carottages glaciaires, source davancées
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)
35
Tout ces gaz se retrouvent dans lair, et..une
partie y reste
Début de la révolution industrielle
Concentration sur les 2000 dernières
années (Source GIEC, AR4, 2007)
2100 ?
Concentrations atmosphériques du CO2, CH4, N2O
sur les 650.000 dernières années (Source GIEC,
AR4, 2007)
36
Et après ?
37
Une simulation climatique, cest quoi ?
HYPOTHESES ECONOMIQUES ET DEMOGRAPHIQUES
38
Demain, quelles émissions ?
Émissions de CO2, CH4, N2O, SO2 suivant divers
 scénarios de travail  (Climate Change 2001,
the scientific Basis, GIEC, 2001)
39
Évolution de la concentration en CO2 pour ces
divers scénarios
Tous les scénarios envisagés conduisent à une
augmentation brutale de la concentration
atmosphérique en CO2, plus ou moins vite selon
nos comportements à venir
(Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC,
2001)
40
Quest-ce quun modèle ?
(Source L. Fairhead, LMD/IPSL)
41
Premier réflexe avec un modèle regarder le
passé
Évolution régionale de la température moyenne de
lair au niveau du sol correspondant aux mesures
(ligne noire 0 de lordonnée moyenne
1901-1950), et enveloppe des élévations simulées
par les modèles, avec et sans influence humaine
(gaz et aérosols). (Summary for Policymakers,
4th Assessment Report, IPCC, 2007)
42
Le rapport 2007 du GIEC confirme le rapport 2001
Évolution de la température moyenne de lair au
niveau du sol, selon les scénarii. (Summary for
Policymakers, 4th Assessment Report, GIEC, 2007)
43
Existe-t-il un haut de fourchette ?
La valeur donnée est la  plus probable , là
Signification des  fourchettes  délévation de
température en 2090-2099 par rapport à 1980-1999
(Summary for Policymakers, 4th Assessment
Report, IPCC, 2007)
44
Quelques degrés en plus qu aujourdhui, cela
arrive souvent ?
Apparition dhomo sapiens sapiens
Une humanité de quelques millions de
chasseurs-cueilleurs, vivant 20 à 25 ans en
moyenne, voit la température sélever de 5C en
10.000 ans
Évolution de la température moyenne de
lAntarctique sur les 400.000 années
écoulées (Petit et al., Science, 1999)
45
Quelques degrés en plus, cest un changement
dère climatique
Depuis le dernier maximum glaciaire, la moyenne
planétaire na augmenté que de 5C, mais notre
planète a considérablement changé.
46
La température névoluera pas partout de la même
manière
Évolution régionale de la température (C) en
2100 par rapport à la moyenne 1980-1999 pour 3
scénarii (B1 émissions constantes A1B
émissions qui doublent, A2 émissions qui
quadruplent). Notez que 2020-2029 est indépendant
du scénario à 20 ou 30 ans, lévolution est
scellée. Summary for Policymakers, 4th Assessment
Report, IPCC, 2007
47
Après la température, la pluie
Moyenne inter-modèles de lévolution des
précipitation en 2090-2099 par rapport à la
moyenne 1980-1999, pour deux scénarii (pas de
couplage avec le cycle du carbone). Summary for
Policymakers, 4th Assessment Report, GIEC, 2007
48
SOMMAIRE
1- Effet de serre - naturel - dorigine
humaine2 - Comparer les gaz à effet de serre,
pas si simple!3 - Scénarios dévolution et
modèles climatiques 4 - Changement climatique
quels impacts ?
49
Quels sont les impacts possibles du changement
climatique ? (1)

• Quelques précautions dusage
• Connaissance partielle des processus et système
  non complètement déterministe ? on parle de
  risques, auxquels on essaye dassocier une
  probabilité doccurrence plus ou moins élevée (et
  non de certitudes).
• Ce qui est possible narrivera pas
  nécessairement
• Lignorance dun risque néquivaut pas à son
  absence (ignorer un risque ne le fait pas
  disparaître !)
• Quand on se projette à 50 ou 100 ans, il ne faut
  pas raisonner à capacité de réaction constante
  labondance énergétique et un environnement
  encore relativement préservé nous permettent
  aujourdhui de faire face à bien des aléas
  quen sera-t-il dans un siècle?

50
Quels sont les impacts possibles du changement
climatique ? (2)

• Impossible de  prévoir  toutes les mauvaises
  surprises possibles la situation est inédite
  (pas de base de comparaison dans le passé),
  lamplitude des conséquences (plus tard) dépend
  directement de nos émissions (actuelles), et ces
  dernières sont imprévisibles au sens strict,
• Le système climatique est non linéaire, et
  possède donc des seuils, dont le franchissement
  est synonyme de  catastrophe , mais dont
  lidentification est souvent difficile voire
  impossible
• Impact sur les écosystèmes (affaiblissement,
  disparition, déplacement), naturels et
  domestiques (agriculture)
• Augmentation du niveau des océans, évolutions des
  courants marins (climats régionaux) et
  acidification de leau
• Modification des phénomènes extrêmes (concernant
  les températures, les précipitations ou leur
  absence, le vent)
• Impacts directs sur la santé humaine (vagues de
  chaleur ou de froid, déplacement des zones
  endémiques de maladies) et indirects
  (insuffisance alimentaire, dictatures, guerres).

51
Élévation du niveau des océans processus
Facteurs contribuant à la hausse du niveau des
mers. Source GIEC, 2007
52
Élévation du niveau des océans
(m)
(Climate Change 2001, the scientific Basis, GIEC)
(années)

• Leau montera sous linfluence de la dilatation
  des océans et de la fonte des glaciers
  continentaux
• Inondations de surfaces terrestres peu élevées
  (deltas, ..)
• Salinisation possible des nappes phréatiques
  proches des côtes,
• Dégâts plus en profondeur lors de tempêtes

53
A léchelle du millénaire, ce sont surtout les
calottes polaires qui contribueront à la hausse
Elévation du niveau de locéan mondial (en cm) de
2000 à 3000 en fonction de lélévation de
température au-dessus du Groenland en 3000. La
mise en route de la fonte de cette calotte semble
quasiment certaine. (Climate Change 2001, the
scientific Basis, GIEC)
Diverses évaluations du bilan de masse annuel du
Groenland le côté horizontal du rectangle donne
la durée de la mesure ou de lévaluation, la
hauteur est centrée sur la valeur la plus
probable et donne lincertitude. On note une
forte accélération récente de la perte de
masse. (4th Assessment Report, GIEC, 2007)
54
Modification des courants marins
55
La circulation dans lAtlantique Nord a déjà
fortement fluctué dans le passé
56
Plus de tempêtes en France ? 1999 ne permet pas
de conclure
Évolution du nombre de tempêtes par
année (Source Météo France)
57
La variabilité la moyenne ne reflète pas les
événements isolés
Evolution de la température moyenne en France
depuis 50 ans. Le zéro est la moyenne 1971-2000.
La tendance est claire, et lannée 2003 est
 seulement  1,3 C au-dessus de la
moyenne.(Source Météo France)
58
Un dépassement de moyenne qui na pas été
constant sur lannée
Écarts mensuels à la moyenne 5C décart en
juin 3 fois plus que lécart entre la moyenne
2003 et la  normale  annuelle(Source Météo
France)
59
2003 et 2006 préfigurent lavenir ? Ptêt ben
quoui.
Simulation de la température moyenne du mois de
juillet en France. Lété 2003 ou 2006 pourraient
bien devenir la normale. Des étés à 50 C ?
60
Une puissance cyclonique accrue ?
Evolution sur 30 ans du nombre de cyclones dans
le monde par catégorie, et proportion de chaque
catégorie dans le total (Source Science, 2005)
61
Le phénomène peut semballer les puits
deviennent des sources

• Sous leffet dun début de changement climatique,
  les écosystèmes continentaux (actuellement des
  puits) pourraient se transformer en source
• les sols de forêts (par une augmentation de
  lactivité microbienne),
• la végétation (par le stress hydrique)

- Ce qui renforce le changement climatique
(température hydrologie)
- Ce qui renforce la pression sur les écosystèmes
continentaux
62
Le phénomène peut semballer les puits
deviennent des sources
Flux Naturels
Atmosphère
Biosphère
Océans
Lithosphère
Émissions totales 150 GtC Séquestration 153.5
GtC
63
Le déstockage est-il pour bientôt ?
Comparaison de la productivité primaire nette des
écosystèmes européens en 2003 par rapport à la
moyenne 1998-2002. En 2003, lEurope a déstocké
4 années de séquestration du CO2. (Source Ciais
et al., Nature, septembre 2005)
64
Le déstockage est-il pour bientôt ? (bis)
Céréales Vignobles Prairies Forêt
Evolution du stock de carbone dans les sols
anglais de 1978 à 2003 (Source Bellamy et al.,
Nature, septembre 2005)
65
Le phénomène peut semballer les puits
deviennent des sources

• les pergélisols (partie du sol située sous la
  surface qui ne dégèle pas pendant au moins 2
  années consécutives, 25 des terres émergées).
• Ils contiennent du méthane stocké sous forme
  dhydrates solides quun début de réchauffement
  pourrait émettre de manière massive dans
  latmosphère
• les océans se stratifieraient, du fait de la fin
  des courants convectifs,
• ? fin du renouvellement des eaux de surface,
  dans lesquelles se dissout le CO2
• le réchauffement des océans contribuerait à
  déstocker de grandes quantités de gaz
• .

66
Quelques échelles de temps
Larrêt des perturbations nest 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)