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


f(x) = ex

f(1)=e

f(0) = 11

2

3

4

0

-3 -2 -1 0 1 2

e = 2,718

f(t) dt = ex

- ∞

x


f(x) = ex

f(1)=e

f(0) = 11

2

3

4

0

-3 -2 -1 0 1 2

e = 2,718

f’(0) =

1

f’(1)

= e

f(t) dt = ex

- ∞

x


Rappel :

Or, le monde est fini

x →∞∞Lim ex = +

Evolution de la population mondiale6,785 MM

en juin 2009

× 1000

révolution industrielle :

1750


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

1

2

3

4

0

-3-2-1012 τ

Constante de temps

Evolution de la population mondiale

× 1000

Consommation d’énergie par tête

× 3 en 30 ans

Consommation mondiale d’Energie

Révolution industrielle :

charbonIndustrialisation

du pétrole

gaz

Hydro -électrique

nucléaire

Evolution de la consommation mondiale d'énergie (hors biomasse) depuis 1860. Sources : Schilling & Al. (1977), IEA (1997), Observatoire de l'Energie (1997).

× 30

380 Gtep

|

85%

fo

ssile

|

La combustion

Climat

RessourcesAmont du carbone

Ava

l du

car

bo

ne

Le Peak Oil

Peak Oil( +/- moitié du stock )

Le Peak OilT

aux

d’e

xtra

ctio

n

années

Le pic de Hubbert

35 ans

Découvertes et production de pétrole aux Etats-Unis depuis 1900

Découvertes vs extractionsM

illio

ns d

e ba

rils

Années 20001940 1986

Déplétion des réservoirs

années

Tau

x d

’ext

ract

ion

Peak Oil( +/- moitié du stock )

Déplétion des réservoirsT

aux

d’e

xtra

ctio

n

années

Réserves prouvées

Probable et possible

Réserves prouvées

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Mill

iard

s d

e t

on

ne

s

1970 2005

Déjà consommé

Réserves prouvées

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Mil

lia

rds

de

to

ne

s

1970 2005

Découvertes

Il est difficile d’être précis sur la date du

peak oil

Il est difficile d’être précisT

aux

d’e

xtra

ctio

n

Années

Peak Oil


aux

d’e

xtra

ctio

n

Peak Oil

Années


aux

d’e

xtra

ctio

n

Peak Oil

Années

Taux Max de production

15 ans ?


aux

d’e

xtra

ctio

n

Peak Oil

Années


aux

d’e

xtra

ctio

n

Peak Oil

Années20 ans ?

Quand commencent les problèmes?T

aux

d’e

xtra

ctio

n

Années

Peak Oil

Offre

Demande

Problème

Rapport Hirsch

Peak Oil

20 ans

10 ans

Au pic

• 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

Rapport Hirsch

Peak Oil

20 ans

10 ans

Au pic

• 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

Les experts les plus pessimistes situent le peak oil en 2020

Climat


Ava

l du

car

bo

ne

Climat Ava

l du

car

bo

ne

L’effet de serre

Insolation

Réflexion

Insolation

Rayonnement infrarouge

Réflexion

Insolation


Réflexion

Effet de Serre

Insolation


Réflexion

Effet de Serre

Insolation

-18°C


Réflexion

Effet de Serre

Insolation15°C

-18°C

Le schémas global

341,4 W/m²

342 W/m²

∆ = 1,6 W/m²

15°C

(∆ = 1,6 W/m²)

Déséquilibre

(∆ = 1,6 W/m²)

Déséquilibre

Augmentation de la T°

(∆ = 1,6 W/m²)

Déséquilibre


(∆ = 0 W/m²)

Nouvel équilibre

Déséquilibre

Déséquilibre


Boucle de rétroaction

Déséquilibre


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’eauFormule :................. H2OConcentr° (vol) : ..... 0,3 %Persistance : .......... 3 semPRG : .................... N/AForçage : .......... ~4,5 W/m²% de l’E.S. global : .... 60%

C° de CO2 (ppm)300 ppm

380 ppm

Nom : ..... dioxyde de carboneFormule : ................. CO2

Concentr° (vol) : .... 380 ppmPersistance : .. 1 à 2 sièclesPRG : ..................... 1Forçage : .......... 1,66 W/m²% de l’E.S. anthropique : 57%

Les émissions de CO2 anthropique

sont principalement dues à la

combustion des hydrocarbures

fossiles, ainsi qu’à la déforestation.

C° de CH4 (ppm)

1774 ppm

Nom : ................ méthaneFormule : ................. CH4

Concentr° (vol) : ... 1774 ppbPersistance : ......... 12 ansPRG : .................... 25Forçage : .......... 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 N2O (ppb) 319 ppb

Nom : ...... protoxyde d’azoteFormule : ................. N2O

Concentr° (vol) : .... 319 ppbPersistance : ....... 1 sièclePRG : ................... 320Forçage : .......... 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 : ........... halocarburesAbrev : CFC, HCFC, PFC, HFC...

Concentr° (vol) : ... variablePersistance : .....des sièclesPRG : ............... variableForçage : .......... 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 troposphèriqueFormule : .................. O3

Concentr° (vol) : ... variablePersistance : c’est compliquéPRG : .................. idemForçage : .......... 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

SO2


• 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 CO2 dans l'océan

– Dégagement de CH4 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 CO2

Emissions de CO2

100 ans 1000 ans

L’Homme est-il responsable de ces

changements ?

Emissions anthropiques de CO2

1850 1900 1950 2000

Am

on

tA

val

380 Gtep

300 GtC

Océan Parcifique

Océan ParcifiqueHawaï


Mauna Lao


Mauna LaoObservatoire de Mauna LoaMesures du CO2 depuis 1957

Mesures du CO2

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

00

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

de CO2.

Emissions Absorptions

100

GtC

100

GtC

7 GtC

Emissions naturelles et anthropiques

Il a déjà fait

plus chaud !

Archives glacières

Cré

dits

: M

ark

A.

Tin

sley

CO2

T°

Archives glacières

+ 4 °C

-125.000 ans 2005

Il y a 125.000 ans, il faisait plus chaud

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

CO2

-650.000 ans 2005

Par contre, sur 650.000 ans, la C° en CO2 n’a jamais dépassé les 300 ppm…

380 ppm

280 ppm

…or, entre 1750 et 2005, elle est passé de 280 à 380 ppm

La concentration en CO2 a déjà été plus

élevée qu’aujourd’hui…

…il y a plusieurs centaines de millions

d’années.

[CO2] 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.

Archives glacières

CO2

T°

Les cycles de Milankovitch

Ce n’est pas le CO2 qui joue sur la température,

c’est le contraire.

Archives glacières

CO2

T°

Un peu de systémique


T°


[CO2]

T° 800 ans


[CO2]

T°


τ = 800 ans

[CO2]

T°


[CO2]

T° 800 ans


[CO2]

T° 800 ans

instantané


[CO2]

T°


[CO2]

T° 800 ans

instantané


[H2O]

T° instantané

instantané


[CH4]

T° 500 ans ?

instantané


glaces

T° 2.000 ans ?

instantané

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


Sans rétroactions


Sans rétroactions

Avec rétroactions


Sans rétroactions

Avec rétroactions

Glaces

GES[CH4][H2O]

[CO2]

Archives glacières

CO2

T°

Ce n’est pas le CO2 qui joue sur la température,

c’est le contraire ?

Où est passé la constante de temps?

Ce qui se passe aujourd’hui


T°

[CO2]


T°

[CO2]

[H2O]


T°

[CO2]

[H2O]

[CH4]


T°

[CO2]

[H2O]

[CH4]

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

Une vérite qui décoiffe - Partie 1

Education

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