Une vérite qui décoiffe - Partie 1

Une vérité qui décoiffe Cédric Ringenbach

Introduction

Un peu de math…

La fonction exponentielle
Est exponentielle toute quantité qui croît avec un taux de croissance relative constant (ex : +10%/an)
f’(x) = k. f(x) f(x) = α e k.x

La fonction exponentielle f(x) = e x f(1)=e f(0) = 1 e = 2,718 1 2 3 4 0 -3 -2 -1 0 1 2 f(t) dt = e x - ∞ x

La fonction exponentielle f(x) = e x f(1)=e f(0) = 1 e = 2,718 f’(0) = 1 f’(1) = e 1 2 3 4 0 -3 -2 -1 0 1 2 f(t) dt = e x - ∞ x

x ->
Rappel : Or, le monde est fini ∞ ∞ Lim e x = +

Evolution de la population mondiale 6,785 MM en juin 2009 révolution industrielle : 1750 × 1000

La constante de temps
+ 1 % / an => 70 ans + 2 % / an => 35 ans C’est le temps que cela prend à une fonction exponentielle pour doubler + 5 % / an => 14 ans

70 . Const. de temps = --------------------------- Taux d’augmentation / an C’est le temps que cela prend à une fonction exponentielle pour doubler

Réponse : Par 1000 !! Une valeur augmente de 7% par an Par combien a-t-elle été multipliée en un siècle ?

Exponentielle décroissante f(x) = e -x τ Constante de temps 1 2 3 4 0 -3 -2 -1 0 1 2

Evolution de la population mondiale × 1000

Consommation d’énergie par tête × 3 en 30 ans

Consommation mondiale d’Energie
Evolution de la consommation mondiale d'énergie (hors biomasse) depuis 1860. Sources : Schilling & Al. (1977), IEA (1997), Observatoire de l'Energie (1997).
Révolution industrielle : charbon Industrialisation du pétrole gaz Hydro -électrique nucléaire 380 Gtep | 85% fossile | × 30

La combustion

Amont du carbone Aval du carbone Climat Ressources

Amont du carbone Ressources

Le Peak Oil

Le Peak Oil Peak Oil ( +/- moitié du stock ) Taux d’extraction années

Le pic de Hubbert 35 ans Découvertes et production de pétrole aux Etats-Unis depuis 1900

Découvertes vs extractions Millions de barils Années 2000 1940 1986

Déplétion des réservoirs années Taux d’extraction

Déplétion des réservoirs Peak Oil ( +/- moitié du stock ) Taux d’extraction années

Réserves prouvées Probable et possible Réserves prouvées 1970 2005 Déjà consommé 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Milliards de tonnes

Réserves prouvées 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Milliards de tones 1970 2005

Découvertes

Il est difficile d’être précis sur la date du peak oil

Il est difficile d’être précis Taux d’extraction Années Peak Oil

Il est difficile d’être précis Peak Oil Taux d’extraction Années

Il est difficile d’être précis Peak Oil Taux Max de production 15 ans ? Taux d’extraction Années

Il est difficile d’être précis Peak Oil Taux d’extraction Années

Il est difficile d’être précis Peak Oil 20 ans ? Taux d’extraction Années

Quand commencent les problèmes? Peak Oil Offre Demande Problème Taux d’extraction Années

Rapport Hirsch
Le rapport Hirsch (USA) a étudié trois scénarios d’adaptation de l’économie à la pénurie de pétrole selon trois date d’anticipation :
Au moment du pic
10 ans avant
20 ans avant
Peak Oil 20 ans 10 ans Au pic

Rapport Hirsch
Ses conclusions :
Au moment du pic : la pénurie se fait sentir pendant 20 ans et occasionne de graves dommages à l’économie
10 ans avant : on sauve les meubles, mais la pénurie se fait sentir pendant 10 ans
20 ans avant : on est capable de s’adapter
Peak Oil 20 ans 10 ans Au pic

Les experts les plus pessimistes situent le peak oil en 2020

Amont du carbone Aval du carbone Climat Ressources

Aval du carbone Climat

L’effet de serre

Insolation

Réflexion Insolation

Rayonnement infrarouge Réflexion Insolation

Rayonnement infrarouge Réflexion Effet de Serre Insolation

Rayonnement infrarouge Réflexion Effet de Serre Insolation -18°C

Rayonnement infrarouge Réflexion Effet de Serre Insolation 15°C -18°C

Le schémas global

341,4 W/m² 342 W/m² ∆ = 1,6 W/m² 15°C

( ∆ = 1,6 W/m²) Déséquilibre

Augmentation de la T° ( ∆ = 1,6 W/m²) Déséquilibre

Augmentation de la T° ( ∆ = 1,6 W/m²) Déséquilibre ( ∆ = 0 W/m²) Nouvel équilibre

Déséquilibre

Déséquilibre Augmentation de la T°

Déséquilibre Augmentation de la T° Boucle de rétroaction

Déséquilibre Augmentation de la T° Nouvel équilibre Boucle de rétroaction

Les Gaz à Effet de Serre

Note : La vapeur d’eau n’a pas d’effet à long terme sur le climat (sa durée de vie n’est que de 3 semaines), mais elle joue un rôle d’amplificateur. En fait, elle est une donnée du climat . Son augmentation sans l’atmosphère doit être vue comme un effet et non une cause du réchauffement. Nom : ........... vapeur d’eau Formule :................. H 2 O Concentr° (vol) : ..... 0,3 % Persistance : .......... 3 sem PRG : .................... N/A Forçage : .......... ~4,5 W/m² % de l’E.S. global : .... 60 %

C° de CO 2 (ppm) 300 ppm 380 ppm Nom : ..... dioxyde de carbone Formule : ................. CO 2 Concentr° (vol) : .... 380 ppm Persistance : .. 1 à 2 siècles PRG : ..................... 1 Forçage : .......... 1,66 W/m² % de l’E.S. anthropique : 57 % Les émissions de CO 2 anthropique sont principalement dues à la combustion des hydrocarbures fossiles, ainsi qu’à la déforestation.

C° de CH 4 (ppm) 1774 ppm Nom : ................ méthane Formule : ................. CH 4 Concentr° (vol) : ... 1774 ppb Persistance : ......... 12 ans PRG : .................... 25 Forçage : .......... 0,48 W/m² % de l’E.S. anthropique : 16 % Le méthane est principalement produit par l’agriculture et en premier lieu par les ruminants.

C° de N 2 O (ppb) 319 ppb Nom : ...... protoxyde d’azote Formule : ................. N 2 O Concentr° (vol) : .... 319 ppb Persistance : ....... 1 siècle PRG : ................... 320 Forçage : .......... 0,16 W/m² % de l’E.S. anthropique : 5 % Le protoxyde d’azote est également produit pas l’agriculture : fabrication et utilisation des engrais.

Nom : ........... halocarbures Abrev : CFC, HCFC, PFC, HFC... Concentr° (vol) : ... variable Persistance : .....des siècles PRG : ............... variable Forçage : .......... 0,30 W/m² % de l’E.S. anthropique : 10 % Les halocarbures, comme les ChloroFluoroCarbures, les HydroChloroFluoroCarbures, les PerfluoroCarbures, les HydroFluoroCarbures, sont des molécules contenant des atomes de carbone, d’hydrogènes, de fluor et de chlore. Certains sont déjà concernés par le protocole de Montréal

Nom : ... ozone troposphèrique Formule : .................. O 3 Concentr° (vol) : ... variable Persistance : c’est compliqué PRG : .................. idem Forçage : .......... 0,30 W/m² % de l’E.S. anthropique : 10 % L’ozone n’est pas produit par l’homme directement, mais se fabrique à partir de « précurseurs » comme le méthane ou le protoxyde d’azote. L’ozone n’est pas concerné par le protocole de Kyoto. L’ozone n’entre pas dans le Bilan Carbone.

Le rôle des aérosols

Les aérosols sont de fines particules solides ou liquides en suspension dans l’atmosphère.
carbone sel sable fumées SO 2

Obturation
Evaporation des nuages
Nuages plus brillants (=> albédo)
Allongement de la durée de vie des nuages

Des phénomènes mal quantifiés
De très grosses incertitudes
Un forçage globalement négatif

Forçage radiatif global

Conséquences du forçage

Conséquences du forçage
Augmentation de la température
Multiplication des phénomènes extrêmes (cyclones, sécheresses, inondations, etc.)
Hausse du niveau de l’eau
Boucles de rétroaction positives
Rétrécissement des glaces arctiques
Moindre dissolution du CO 2 dans l'océan
Dégagement de CH 4 du pergélisol
Vapeur d’eau

Augmentation constatée de la T° + 0,74 °C

Augmentation prévue de la T°

Elévation constatée du niveau de l’océan + 18 cm

Elévation prévue du niveau de l’océan

Multiplication des phénomènes extrêmes

Inertie des phénomènes induits
Hausse du niveau de l’eau (fonte des glaces)
Hausse du niveau de l’eau (dilatation) Température Concentration en CO 2 Emissions de CO 2 100 ans 1000 ans

L’Homme est-il responsable de ces changements ?

Emissions anthropiques de CO2 Amont Aval 380 Gtep 300 GtC 1850 1900 1950 2000

Océan Parcifique

Océan Parcifique Hawaï

Océan Parcifique Hawaï Mauna Lao

Océan Parcifique Hawaï Mauna Lao Observatoire de Mauna Loa Mesures du CO 2 depuis 1957

Mesures du CO 2

Sur le passé très récent, le CO2 augmente (et l'oxygène diminue) au rythme de la combustion des énergies fossiles.

Relation entre émissions et augmentation de la concentration Emissions de CO2 ∆ [CO2] sans absorptions Variation [CO2] réelle

La moitié de l’excès de CO2 est absorbée par la nature O O Emissions Absorptions 0 0

L’homme n’est responsable que de 5% des émissions de CO 2 .

Emissions naturelles et anthropiques Emissions 100 GtC

Emissions naturelles et anthropiques Emissions Absorptions 100 GtC 100 GtC

Emissions naturelles et anthropiques Emissions Absorptions 100 GtC 100 GtC 7 GtC

Il a déjà fait
plus chaud !

Archives glacières Crédits : Mark A. Tinsley

Archives glacières CO2 T°

Il y a 125.000 ans, il faisait plus chaud + 4 °C -125.000 ans 2005 T°

Il y a 125.000 ans :
il faisait 4°C de plus qu’aujourd’hui,
le Groenland était partiellement découvert,
le niveau de l’eau était 4m plus haut

Par contre, sur 650.000 ans, la C° en CO 2 n’a jamais dépassé les 300 ppm… 380 ppm 280 ppm … or, entre 1750 et 2005, elle est passé de 280 à 380 ppm CO2 -650.000 ans 2005

La concentration en CO 2 a déjà été plus élevée qu’aujourd’hui…

… il y a plusieurs centaines de millions d’années.

[CO 2 ] depuis 600 millions d’années

Ce sont des causes astronomiques qui sont à l’origine des variations de température au cours des derniers 650.000 ans.

Les cycles de Milankovitch

Ce n’est pas le CO 2 qui joue sur la température, c’est le contraire.

Un peu de systémique

Un peu de systémique T°

Un peu de systémique [CO 2 ] T° 800 ans

Un peu de systémique [CO 2 ] T°

Un peu de systémique τ = 800 ans [CO 2 ] T°

Un peu de systémique [CO 2 ] T° 800 ans

Un peu de systémique [CO 2 ] T° 800 ans instantané

Un peu de systémique [CO 2 ] T°

Un peu de systémique [CO 2 ] T° 800 ans instantané

Un peu de systémique [H 2 O] T° instantané instantané

Un peu de systémique [CH 4 ] T° 500 ans ? instantané

Un peu de systémique glaces T° 2.000 ans ? instantané

Les différentes boucles de rétroaction amplifient la réponse de la terre au signal astronomique.

Un peu de systémique Sans rétroactions

Un peu de systémique Sans rétroactions Avec rétroactions

Un peu de systémique Sans rétroactions Avec rétroactions Glaces GES [CH 4 ] [H 2 O] [CO 2 ]

Ce n’est pas le CO 2 qui joue sur la température, c’est le contraire ?

Où est passé la constante de temps?

Ce qui se passe aujourd’hui

Un peu de systémique T° [CO 2 ] 1000 ans

Un peu de systémique T° [CO 2 ] [H 2 O] 1000 ans

Un peu de systémique T° [CO 2 ] [H 2 O] 1000 ans [CH 4 ]

Un peu de systémique T° [CO 2 ] [H 2 O] 1000 ans [CH 4 ] glaces

Augmentation prévue de la T°

Le soleil a une activité cyclique. Sa puissance varie dans le temps.

Variation des radiations solaires

Les grosses éruptions volcaniques ont eu un impact important sur le climat.

Le rôle des volcans

Le Groenland a déjà été complètement à découvert.
D’ailleurs, son nom veut dire « terre verte » en danois.

Ce qui est vrai :
Il y a 125.000 ans, le Groenland était en partie dégelé, mais pas totalement.
Le niveau de la mer était alors de 3 à 4 m plus haut qu’aujourd’hui.

Ce qui est faux :
Le Groenland n’a jamais été entièrement découvert sur une période de - 650.000 à aujourd’hui.
Pendant l’optimum médiéval, une petite partie seulement était découverte.

Des modèles…

… de plus en plus précis

… de plus en plus complets

Causes naturelles et anthropiques

Que faut-il faire ?

La suite au prochain épisode
Qu’aura-t-on pour 2°C de plus ?
L’équation de Kaya
Les limites du PIB
Le décisionnel environnemental
La taxe carbone
L’intelligence collective

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Une vérite qui décoiffe - Partie 1

by Cedric Ringenbach on Jun 26, 2009

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