Dd-fipa - ENGEES
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Introduction au développement durable Pré Présenté sentée par: Amir NAFI Maî Maître de confé conférences Ecole Nationale du Gé Génie de l’ l’Eau et de l’l’Environnement de Strasbourg Quizz ! Biomasse: Biosphère: Lithosphère: Activité anthropique: Stratosphère: Troposphère: Energie fossile: Ecologie: Environnement: Source Larousse. Quizz ! Biomasse: Masse totale de l'ensemble des êtres vivants occupant, à un moment donné, un biotope bien défini. Masse vivante, considérée du point de vue de l'énergie que l'on peut en obtenir par combustion ou fermentation (gaz de broussaille, gaz de fumier, feu de bois). Biosphère: Ensemble des régions de la Terre où l'on rencontre des êtres vivants. Lithosphère: La lithosphère correspond à l'ensemble rigide croûte + manteau supérieur et est fragmentée en plaques mobiles les unes par rapport aux autres Activité anthropique: se dit d'un paysage, d'un sol, d'un relief dont la formation résulte essentiellement de l'intervention de l'homme. Stratosphère: La stratosphère terrestre s'étend, en moyenne, entre 12 et 50 km d'altitude. Elle doit son nom à l'existence de courants essentiellement horizontaux [disposition en strates]. Elle renferme la quasi-totalité de l'ozone atmosphérique Troposphère: Zone la plus basse de l'atmosphère Energie fossile: énergie produite à base de combustibles fossiles séquestrés dans la lithosphère Ecologie: Science ayant pour objet les relations des êtres vivants (animaux, végétaux, micro-organismes) avec leur environnement, ainsi qu'avec les autres êtres vivants. Environnement: Ensemble des éléments (biotiques ou abiotiques) qui entourent un individu ou une espèce et dont certains contribuent directement à subvenir à ses besoins. Source Larousse. Evolution…des besoins ! REvolution…Industrielle ! ? Evolution…démographique Raréfaction…des ressources ! Faut-il une REvolution…Ecologique? La démographie Premier changement d'ordre de grandeur 1 - Nous sommes beaucoup plus nombreux X 2 en 40 ans X 6 en 200 ans La consommation individuelle Deuxième changement d'ordre de grandeur 2 - Notre consommation individuelle a augmenté très rapidement 1,80 X 3 en 50 ans Conso. d’énergie hors biomasse en tep par habitant 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 X 10 en 140 ans 0,60 0,40 0,20 Sources diverses 2004 2000 1995 1990 1985 1979 1974 1970 1965 1960 1955 1950 1945 1940 1935 1930 1925 1920 1915 1910 1905 1900 1895 1890 1885 1880 0,00 En conséquence … 3 - Notre consommation totale a été multipliée par 60 en moins de 2 siècles. 12 000,00 11 000 Mtep en 2004 10 000,00 8 000,00 nucléaire hydro & ENR gaz pétrole charbon X 10 en 50 ans 6 000,00 X 60 en 150 ans 4 000,00 2 000,00 0,00 1860 Source : AIE 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Les enjeux Enjeu pour l’homme…Son existence ! Enjeux climatiques Enjeux énergétiques Enjeux sur les ressources naturelles Enjeux sur la biosphère … Climat et météo Ne pas confondre ! Météo Climat Très court terme Moyen et long terme Local Régional et global Champs d’analyse : Champs d’analyse : Atmosphère Soleil Océans Glaces polaires Chimie atmosphérique Volcans Végétation Dérive des continents …et les activités humaines Le climat de la Terre Cycles glaciaires et interglaciaires 2100 ? Forage VOSTOK Antarctique 380 en 2006 360 en 1995 280 8°C 200 Concentration CO2 (ppm) Température moyenne °C La France aussi… Température moyenne annuelle depuis 50 ans 2003 : seulement 1,3 °C au-dessus de la moyenne. Le ré réchauffement global a « plus probablement que pas » contribué contribué à la canicule de 2003 en Europe. Source : Météo France Le Monde s’est réchauffé Une réalité mesurée En moyenne globale : • la planè planète est environ 0,75° 0,75°C plus chaude qu’ qu’en 1860. • 11 des 12 derniè dernières anné années sont les plus chaudes depuis 1860. Source : GIEC 2007 Changement climatique Le niveau des océans Estimations Mesures Observations satellites +17 cm Dilatation et fonte des glaciers continentaux Projections Élévation du niveau des océans Accumulation sur Quel processus ? Fonte de la partie basse des calottes Fonte des glaciers des moyennes latitudes la partie haute des calottes Dilatation de l’eau Fonte de la banquise : pas d’effet ! Source : GIEC, 2007 Une puissance cyclonique accrue ? Évolution sur 30 ans du nombre de cyclones dans le monde par catégorie, et proportion de chaque catégorie dans le total Source : Science, 2005 Énergie primaire, énergie finale Primaire Finale Combustibles Non renouvelables Nucléaire Charbon Pétrole brut Gaz naturel ... Produits pétroliers Gaz et combustibles solides manufacturés Chaleur et électricité Déchets Renouvelables Chaleur et électricité non thermique Biocombustibles Combustibles dérivés de sources renouvelables Consommation moyenne par personne en tep/an et en W 9,4 Luxembourg 7,8 USA 4,7 OCDE 4,5 France 3,8 UE 2,5 Moyen-Orient 1,7 Monde Chine 1,1 Amérique du Sud 1,1 PED Afrique Asie (sauf Chine) Source : AIE 6000 W en permanence 0,8 0,7 0,6 2000 W en permanence Un clin d’œil au passé L’essentiel date ….du XIXème siècle 1824 Joseph Fourier Physicien français 1838 Claude Pouillet Physicien français La température du sol est augmentée par le rôle de l'atmosphère. L’effet de serre est du à la vapeur d’eau et au gaz carbonique 1896 Svante Arrhenius Chimiste suédois Nobel 1903 4°C en plus pour un doublement du CO2 dans l’air Qu’est-ce que l’effet de serre ? Le rôle de l’atmosphère terrestre La tempé température moyenne à la surface de la planè planète est de 15° 15°C. Gaz à effet de serre = Gaz pré présent dans la troposphè troposphère (basse atmosphè atmosphère). Il intercepte le rayonnement terrestre et renvoie vers le sol une partie de l’é l’énergie ’énergie devant repartir vers l’l’espace. Couche d’ozone et effet de serre Attention à la confusion ! Le trou de la couche d’ d’ozone stratosphé stratosphérique et le ré réchauffement climatique (augmentation de l’l’effet de serre) n’ont aucun rapport l’l’un avec l’autre !!! Qu’est-ce que « l ’effet de serre » ? Un rapide aperçu du fonctionnement de l ’atmosphère http://www.globalwarmingart.com/wiki/Image:Greenhouse_Effect_png L’effet de serre Les principales causes : naturelles et anthropiques Gaz Vapeur d’eau H2O Gaz carbonique CO2 Méthane CH4 Protoxyde d’azote N2O Proportion dans l’atmosphère Origine naturelle Contribution humaine 0,3 % Évaporation Émissions négligeables mais réponse amplificatrice (GIEC 2007) 0,038 % 380 ppm (cm3/m3) 0,000 18 % 1 800 ppb (mm3/m3) 0,000 03 % 300 ppb (mm3/m3) Échanges entre océans, terres et atmosphères Pétrole, charbon et gaz naturel. Déforestation Fermentation des débris végétaux (marais, lagunes) Grisou, élevages des ruminants, rizières Action microbienne des sols Engrais azotés de l’agriculture Cycle du carbone Les flux : naturels et anthropiques En milliards de tonnes de carbone par an Flux Anthropiques Flux Naturels Atmosphère Atmosphère 61,5 60 92 Biosphère 1.0 90 Biosphère Océans 0,8 Lithosphère Émissions totales : 150 GtC Séquestration : 153.5 GtC Océans 6.0 0,04 Lithosphère Émissions totales : 7 GtC Séquestration : 0 GtC Changement climatique Quelques échelles de temps… Quelques échelles de temps… temps… Élévation du niveau des océans due à la fonte des glaces Élévation du niveau des océans due à la dilatation de l’eau de mer Température moyenne Concentration en CO2 Hypothèse : évolution des émissions de CO2 L’arrêt des perturbations n’est pas immédiat après la stabilisation de la concentration en CO2, notamment à cause de la « durée de vie » de ce dernier dans l ’atmosphère Source : GIEC 2001 Conclusions du GIEC 2007 Groupement d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat (1) 1990 : « …évidences …évidences et incertitudes du ré réchauffement… chauffement… » 1995 : « …une influence humaine discernable sur le climat global… global… » 2001 : « Le ré réchauffement des 50 derniè dernières anné années est probablement ( > 66%) attribuable aux activité activités humaines. » 2007 : « Le réchauffement est sans équivoque, et l’essentiel du réchauffement des 50 dernières années est très probablement ( > 90%) due à l’augmentation observée de la concentration des gaz à effet de serre. » Conclusions du GIEC 2007 (2) Groupement d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat Les gaz à effet de serre induisent le changement climatique. Influence humaine détectable sur d’autres aspects du climat : canicules, régimes de vents, sécheresses, … Réchauffement « inertiel » prévu pour les prochaines décennies ; le choix des émissions futures affecte le réchauffement à plus long terme. Changements futurs dans le « Système Terre », de vraisemblable à quasi certain : plus d’extrêmes, plus humides par endroit, plus aride à d’autres, … Et à long terme : élévation du niveau des mers inévitable… Les grandes dates du développement durable 1968 1970 1980 1990 2000 2007 2009 Création du groupe de Rome: Scientifiques, économistes, chercheurs, hauts fonctionnaires à l’intiative d’industriels mettre en exergue la dégradation de l’éco-système à cause de la croissance économique Les grandes dates du développement durable 1968 1972 1980 1990 2000 2007 2009 Conférence des nations unies sur l’environnement à Stockholm (Suède) sonnette d’alarme epuisement de la ressource et naissance de la notion d’eco-développement. Rapport Meadows (experts du MIT) et al, demandé par le groupe de Rome sur les dangers de l’utilisation des ressources et la croissance économique et l’impact sur l’environnement, incapacité de la technologie à éviter les impacts Les grandes dates du développement durable 1968 1972 1987 1990 2000 2007 2009 Rapport de Mme Bruntland (Présidente de la commission mondiale sur l’environnement et le développement, CMED) présente son rapport « Our comun future » devant l’assemblée générale des UN, définition du DD? Protection de l’environnement et refonte du système économique Les grandes dates du développement durable 1972 Conférence des Nations Unies sur l’environnement, Stockholm 1992 Sommet 2002, Sommet mondial de la Terre, Rio du développement durable, Johannesburg 1987 Commission Brundtland Grenelle de l’envi. Rio +5 1968 1970 1980 halte à la croissance et protection de l’environnement évolution des concepts écodéveloppement 1990 2000 2007 2009 CDD6 développement durable RSE Responsabilité Sociétale des Entreprises performance économique, sociale et environnementale évolution des acteurs scientifiques et ONG gouvernements, nations entreprises Adapté, d’AFNOR consommateurs Convention Climat Protocole de Kyoto Le développement durable « Le développement durable est un développement qui répond au besoin du présent sans compromettre les capacités des générations futures de répondre aux leurs. Deux concept sont inhérents à cette notion: - le concept de ‘’besoins’’, et plus particulièrement des besoins essentiels des plus démunis, à qui il convient d’accorder la plus grande priorité, et, - l’idée des limitations que l’état de nos techniques et de notre organisation sociale imposent sur la capacité de l’environnement à répondre aux besoins actuels et à venir » http://www.agora21.org/bibliotheque.html ( traduction du rapport Bruntland) Le développement durable Social Equitable Economie Durable Vivable Viable Environnement ©Nathalie LOURDEL Évolution des émissions anthropiques CO2 et CH4 (en 2005) Le dioxyde de carbone : CO2 • Émissions annuelles de CO2 • Années 90 : 6,4 GtC • 2000-2005 : 7,2 GtC • Taux de concentration de CO2 : 379 ppm • Augmentation annuelle moyenne : • 1960 – 2005 : +1,4 ppm / an • 1990 – 2005 : +1,9 ppm/an Le mé méthane : CH4 • Taux de concentration du CH4 : 1 774 ppb • Préindustrielle : 715 ppb • Années 90 : 1 732 ppb Source : Summary for Policymakers, 4th Assessment Report, IPCC, 2007 Tout ces gaz se retrouvent dans l’air, et…..une partie y reste Début de la révolution industrielle Concentration sur les 2000 dernières années Source : GIEC, AR4, 2007 C’est aussi vrai pour les halocarbures Évolution de la concentrations atmosphériques pour une variété d’halocarbures (attention ! échelle logarithmique). Source : GIEC, AR4, 2007 D’où vient le CO2 d’origine humaine ? CO2 changement d'usage des sols 14% production énergie 32% chauffage et divers 11% transports 21% industrie 22% Total = 8000 Mt Répartition des émissions de CO2 dans le monde par secteur, 2000 Sources : IEA + GIEC D’où vient le CH4 d’origine humaine ? Décharges 12% Combustibles fosssiles 29% Brûlis en zone tropicale 12% Rizières 18% Ruminants 29% Total = 320 Mt Répartition des émissions de mé méthane dans le monde par secteur, 2000 Source : GIEC D’où vient le N20 d’origine humaine ? N2O industrie 25% N20 combustibles fossiles 9% N2O engrais + fumiers 66% Total = 7 Mt Répartition des émissions de N2O dans le monde par secteur, 2000 Source : GIEC Comment évaluer l’impact des GES ? La quantité n’est pas un critère suffisant Quantités émises (Mt) A partir des quantités réellement émises comment peut-on faire un bilan de l’impact de différents GES ? CH4 0,8% CO2 déforestation 18,1% N2O 0,04% Impact effet de serre (Mt eqC) CO2 fossile et ciment 81,1% N2O 9% CH4 14% CO2 déforestation 14% CO2 fossile et ciment 63% …ou comment passer de la tonne à la t eqCO2 ou encore à la t eqC ? Gaz à effet de serre Pouvoir de réchauffement global (PRG) 1. La durée de résidence des GES Gaz H2O – Vapeur d'eau CO2 – Gaz carbonique CH4 – Méthane N2O – Protoxyde d'azote HFC – PFC – SF6 Hydrocarbures fluorés "Durée moyenne de résidence" Semaines 100 ans 10-20 ans 120 ans Jusqu'à plusieurs dizaines de milliers d'années Comment comparer les GES ? Quels critères ? A chaque gaz à effet de serre est attachée la notion de « forçage radiatif », qui définit le supplément d’énergie (en W/m2) renvoyé vers le sol par une quantité donnée de gaz dans l’air. 1. Connaître le « temps de résidence » d’un GES dans l’atmosphère et son forçage radiatif. 2. Connaître l’effet d’un supplément de GES. 3. Est-ce que les gaz sont « concurrents » ? 4. Détermination du PRG. 2. L'effet d'un supplément de GES Le forçage radiatif n’est pas proportionnel à la concentration, et donc pas plus aux émissions Linéaire Gaz Au niveau actuel de concentration, l'effet de serre varie comme… CO 2 le logarithme de la concentration CH 4 la racine carrée de la concentration N2 O la racine carrée de la concentration halocarbures Une fonction linéaire de la concentration Pour les gaz très faiblement présents dans l’atmosphère, le forçage radiatif (l’effet de serre additionnel) est proportionnel à la concentration. Mais dès que la concentration préexistante est significative, la loi d’évolution est différente. Racine carrée logarithme 3. La concurrence des GES Tous les gaz à effet de serre absorbent les infrarouges, et parfois les mêmes Le forç forçage radiatif d’un supplé supplément de N2O dé dépend donc de la concentration pré préexistante en N2O, mais aussi en méthane Pourcentage du rayonnement absorbé absorbé (en ordonné ordonnée) selon la longueur d’ d’onde en micromè micromètres (en abscisse) pour le mé méthane et le protoxyde d’ d’azote 4. L’unité de comparaison : le PRG PRG = ∫ ∫ N 0 N 0 Fgaz (t)dt FCO2 (t)dt Une équation compliqué compliquée, mais une signification « trè très simple » ! Le Pouvoir de Réchauffement Global : combien de fois le CO2 ? Le PRG en pratique La notion « d’équivalent CO2 » • Le CO2 est la référence. • 1 kg de mé méthane perturbe le climat sur 100 ans de la même façon que 23 kg de CO2. • 1 kg de protoxyde d’ d’azote perturbe le climat sur 100 ans de la même façon que 300 kg de CO2. • 1 kg de fluide de climatisation automobile (R134a) perturbe le climat sur 100 ans de la même façon que 1300 kg de CO2. Le PRG en pratique 20 ans ou 100 ans ? PRG : indicateur approximatif, mais qui permet de quantifier et d’agir Gaz Dioxyde de carbone Méthane Protoxyde d'azote Hydrofluorocarbures Perfluorocarbures Chlorofluorocarbures Formule CO2 CH4 N2O CnHmFp CnF2n+2 CnClmFp PRG relatif à 20 ans 1 62 275 40 à 9.400 3.900 à 8.000 4.900 à 10.200 PRG = équivalent CO2 PRG relatif à 100 ans 1 25 298 12 à 12.000 5.700 à 11.900 4.600 à 14.000 Autre unité dérivée du PRG L’équivalent Carbone X CO2 12/44 = 0.27 X 44/12 = 3.67 C L ’unité de mesure des physiciens : l’équivalent carbone Gaz Dioxyde de carbone Méthane Protoxyde d'azote Perfluorocarbures Hydrofluorocarbures Hexafluorure de soufre Formule CO2 CH4 N2O CnF2n+2 CnHmFp SF6 Kg d'équivalent carbone d'un kg de gaz 0,27 6,82 81,3 1.500 à 3.200 3 à 3.000 6.055 Pour quantifier une émission humaine Comment faire ? - On utilise le PRG à 100 ans (équivalent CO2) ou l’équivalent carbone - on ne prend pas en compte la vapeur d’eau durée de résidence faible et pas d’augmentation de la concentration discernable résultant des émissions. - on ne prend pas en compte l’ozone pas d’émissions directes, gaz à durée de vie courte, et incapacité à calculer les émissions indirectes avec une règle simple. Grâce à l’équivalent Carbone… on peut enfin comparer les GES ! Émissions mondiales par nature de gaz en 2004, en millions de tonnes équivalent carbone, hors ozone Source : Jancovici, 2007, sur donné données GIEC, 2007 - le CH4 et le N2O sont repris avec leurs PRG 2007) Unités d’énergie et de puissance Énergie 1 tep 11,6 MW.h ou 42 GJ 1 MW.h 0,086 tep 1 tep • 7,3 barils de pétrole • 13 MW.h (PCS) de gaz naturel (1 200 m3) • 6,8 stères de bois Puissance 1 tep/an 1 400 W 1 baril/jour 50 tep/an Source : AIE et Observatoire Français de l’Énergie Cas de l’énergie électrique Conversion d’énergie finale en énergie primaire La correspondance MW.hélec ⇔ tepprimaire dépend du mode de production de l’électricité 1 MW.h thermique (PCI) 0,086 tep 1 MW.h électricité lectricité nuclé nucléaire 0,26 tepprimaire 1MW.h électricité lectricité thermique à flamme 0,086 tep 1MW.h électricité lectricité hydraulique ou éolienne ou photovoltaï photovoltaïque 0,086 tepprimaire 1 MW.h électricité lectricité géothermique 0,86 tepprimaire Source : AIE et Observatoire Français de l’Énergie Que représente un kilowatt.heure ? 15 ampoules de 60 W qui fonctionnent pendant une heure 0,08 € Ébullition de 8 litres d’eau sur une plaque au gaz 0,05 € Déplacer 360 tonnes de sable sur 1 mètre Quel salaire pour le terrassier ? Gravir un dénivelé de 4000 m en portant un sac de 30 kg Quel salaire pour le sherpa ? L’énergie au quotidien Un changement sans précédent dans l’histoire de l’humanité 1 litre d'essence 10 kW.h 1 kW.h d'énergie mécanique 10 tonnes d’eau qui chutent de 40 mètres 1 français ⇒ 50.000 kW.h par an Combien de bras, combien de jambes, de m3 d’eau,… ? L’énergie dans les logements 250 une amélioration sensible des consommations unitaires …. 2 En kWh/m /an 200 150 - 60% 100 -87% 50 0 Avant 74 74 82 1989 2000 2005 Long terme 120% 100% Des appareils moins énergivores …mais de plus en plus nombreux. 1973 99% 87% 2001 95% 91% 79% 80% 68% 60% 66% 60% 39% 40% 20% 37% 30% 10% 0% 0% 5% 0% 0% Évolution des taux d’équipement des ménages français Source : Observatoire de l’Energie En guise de conclusion « …Les comportements, individuels ou collectifs, vont jouer un rôle décisif pour la réalisation ou non de la division par 4… …Faire émerger dans les différents corps de métiers une génération formée aux enjeux du changement climatique et aux réponses à apporter dans leur domaine de compétence,…. …Cela passe avant tout par l’intégration dans les cursus scolaires et universitaires de modules de formation qui présentent ces deux aspects du problème (enjeux et solutions)…. » Christian de Boissieu Président du Groupe de travail « Division par quatre des émissions de gaz à effet de serre de la France à l’horizon 2050 » Groupe « Facteur 4 »
