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UNIVERSITÉ MARNE-LA-VALLÉE 23 Février 2005
Les scénarios SRES
Emeric Fortin
Plan
Importance du scénario de référence
Présentation des scénarios SRES
Analyse des scénarios
Évolution des émissions des GES
Décomposition de Kaya
Rôle des hypothèses dans la détermination des coûts
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
10 20 30 40 50 60
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Cas le plus favorable : 1. Technologie backstop sans carbone disponible 2. Réponses efficientes des agents économiques (modèle EGC) 3. Substitution énergie / produit accru 4. Mise en œuvre conjointe 5. Recyclage efficace des revenus 6. Prise en compte des dommages liés à la pollution de l'air 7. Prise en compte des dommages liés au changement climatique
Cas le moins favorable : 1. Pas de technologie backstop sans carbone disponible 2. Réponses des agents économiques en partie efficientes (modèle macro) 3. Substitution énergie / produit minimale 4. Pas de mise en œuvre conjointe 5. Recyclage forfaitaire des revenus 6. Pas de prise en compte des dommages liés à la pollution de l'air 7. Pas de prise en compte des dommages liés au changement climatique
Impa
ct é
cono
miq
ue (
% d
e ch
ange
men
t du
PIB
)
% d'abattement des émissions de CO2 par rapport au scéna-rio de référence
Source : Repetto et Austin, 1997
Rôle du scénario de référence
Emissions (en millions de tonnes de CO2)
Réduction nécessaire (en %)
Prix des permis (en $US 2000/tonne
CO2) (Marché limité à
l'annexe B)
Prix des permis (en $US 2000/tonne
CO2) (Marché global)
Modèle GES
1990 2010 Kyoto EDGE 6 17 614 18 344 16 723 9 11 Zhang 6 18 112 19 062 17 171 10 3 GEM-E3 CO2 10 17 8 POLES CO2 14 450 16 331 13 673 12 17 6 CICERO 6 17 819 19 390 16 907 13 16 ECN 6 17 473 19 458 16 766 14 3 SGM 6 18 014 20 090 17 114 15 23 8 ECN CO2 14 044 15 664 13 194 16 19 4 GREEN 3 18 17 GTEM 3 17 640 21 620 16 758 22 26 Worldscan CO2 22 6 GREEN CO2 16 804 20 761 16 009 23 18 7 EPPA CO2 14 509 18 172 13 765 24 44 8 ISGM 6 17 809 22 282 16 753 25 GTEM CO2 25 36
Coefficient de corrélation total 0,76 0,36 Coefficient de corrélation pour les études multi-gaz 0,83 0,65 Coefficient de corrélation pour les études CO2 0,73 0,12
Rôle du scénario de référence
Objectif de Kyoto USA UE CANZ JAPON 8.0 1.6 24 7.9
Objectif de Kyoto + 5% USA UE CANZ JAPON 5.1 3.8 16.4 15.0
Objectif de Kyoto + 10% USA UE CANZ JAPON
Pourcentage de variation du Ln du coût marginal expliqué par des différences de scénarios de référence entre les modèles 2.5 11.9 1.2 26.8
Source : Fischer et Morgenstein, 2003
Principales forces en présence Nature du développement démographique global et régional Mesure dans laquelle la globalisation économique et les
interactions sociales et culturelles se poursuivent au long du siècle prochain
Taux de développement économique global et régional et évolution des échanges commerciaux internationaux ;
Taux et direction du progrès technique ; Importance accordée à l’environnement, l’économie, le
social et la technologie dans les choix des gouvernements, des consommateurs, des entreprises et autres parties prenantes;
Degré d’utilisation des ressources humaines et naturelles
Présentation des scénarios SRES
Degré d'ouverture et de convergence du monde
Elevé Faible
Faible A1 A2 Prise en compte de considérations sociales et environnementales Elevé B1 B2
Population
Economie
Agriculture(usage des sols)
EnergieTechnologie
B1
A1
A1TA1C
A1
A1GA2
B2
RégionalisationGlobalisation
Economie
Environnement
Source : IPCC, 2000
Présentation des scénarios SRES : les modèles
Nom : Modèle : Développé par : Pays Scénarios testés Marqueur
AIM Asian Pacific Integrated Model
National Institute of Environmental Studies
Japon A1, A1C, A1G, A1T, A2, B1, B2
A1
ASF Atmospheric Stabilization Framework Model
ICF Consulting Etats-Unis
A1, A2, B1, B2 A2
Image/WorldScan Integrated Model to Assess the Greenhouse Effect
RIVM/ CPB (Central Planning Bureau)
Pays-Bas A1, A2a, B1, B2a B1
MARIA Multiregional Approach for Resource and Industry Allocation
Science University of Tokyo
Japon A1, A1T, B1, B2, B2C
MESSAGE Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impact
IIASA Autriche A1, A1C, A1G, A1T, A2, B1, B1High, B2
B2
MiniCAM The Mini Climate Assessment Model
PNNL Etats-Unis
A1, A1C, A1G, A1v1b, A1v2b, A2, A2-A1b, B1, B1High, B2, B2High
Analyse des scénarios : la démographie
Principales projections démographiques pour le XXI° siècle
0
5
10
15
20
25
30
2000 2050 2100 2150
Glo
bal P
opul
atio
n(b
illio
n)
UN 98 High
IIASA High
UN 96 High
UN 96 Low
UN 98 Med Hi
UN 96 Med
US Census
IIASA Medium
UN 98 Medium
World Bank
IIASA Low
UN 98 MedLow
UN 98 Low
Source : IPCC, 2000
Analyse des scénarios : la démographie
Mise en évidence du lien négatif entre la richesse par tête et le taux de fécondité
0
2
4
6
8
0 10000 20000 30000 40000
GDP per capita (1995US$)
Tot
al F
erti
lity
Rat
e(1
995)
Source : Banque Mondiale, 1997
Analyse des scénarios : la démographie
5 000
6 000
7 000
8 000
9 000
10 000
11 000
12 000
13 000
14 000
15 000
16 000
1 990 2 010 2 030 2 050 2 070 2 090
AIM A1ASF A1IMAGE A1MARIA A1MESSAGE A1Minicam A1Minicam A1V2AIM A2ASF A2MESSAGE A2Minicam A2IMAGE A2 GMinicam A2-A1AIM B1ASF B1IMAGE B1MESSAGE B1MARIA B1Minicam B1AIM B2ASF B2IMAGE B2MARIA B2MESSAGE B2Minicam B2
A2
B2
A1
B1
Prédictions démographiques des scénarios SRES
Analyse des scénarios : la croissance économique
Prévisions des taux de croissance par tête
Source : IPCC, 2000
0
1
2
3
4
5
6
1990 - 2020 2020 - 2050 2050 - 2100
World
Annex-I
Non-Annex-I
literature-maxmedianmeanmin
SRES-all-maxSRES-markers-maxSRES-markers-minSRES-all-min
World
Annex-I
Non-Annex-I
World
Annex-I
Non-Annex-I
GD
P/c
apit
a G
row
th(%
/yea
r)
Analyse des scénarios : convergence Nord/Sud
Source : IPCC, 2000
Régions Année Scenario OCDE (90) PT ASIE ALM Monde PI PED Rapport
Nord/Sud 1990 SRES MESSAGE 19.1 2.7 0.5 1.6 4.0 13.7 0.9 15.2
IS92a,b 49.0 23.2 3.7 4.8 9.2 39.7 4.1 9.7 IS92c 35.2 14.6 2.2 2.9 6.3 27.4 2.5 11.0 IS92d 54.4 25.5 4.1 5.4 10.5 43.4 4.6 9.4 IS92e 67.4 38.3 5.9 7.7 13.8 56.9 6.6 8.6 IS92f 43.9 21.5 3.3 4.1 8.1 35.8 3.6 9.9 A1 50.1 29.3 14.9 17.5 20.8 44.3 15.9 2.8 A2 34.6 7.1 2.6 6.0 7.2 26.1 3.9 6.7 B1 49.8 14.3 9.0 13.6 15.6 39.1 10.9 3.6
2050
B2 39.2 16.3 8.9 6.9 11.7 32.5 8.1 4.0
IS92a,b 85.9 40.6 15.0 14.2 21.5 69.5 14.6 4.8 IS92c 49.2 17.6 6.4 5.8 10.1 36.5 6.1 6.0 IS92d 113.9 51.3 20.3 17.7 28.2 88.8 19.1 4.6 IS92e 150.6 96.6 34.6 33.0 46.0 131.0 33.8 3.9 IS92f 69.7 31.3 11.9 10.7 16.8 54.9 11.4 4.8 A1 109.2 100.9 71.9 60.9 74.9 107.3 66.6 1.6 A2 58.5 20.2 7.8 15.2 16.1 46.6 11.0 4.2 B1 79.7 52.2 35.7 44.9 46.6 72.8 40.2 1.8
2100
B2 61.0 38.3 19.5 16.1 22.6 54.4 18.0 3.0
A12100
B2
B1
historical
1990
1850
40%
IS92a,b,e,f1900
1950
1920
60%
20%
Renewables/Nuclear100%80%60%40%20%
1970
60%40%
Coal
80%
100%
20% 80%
2100
IS92c,d
Oil/Gas
2100
A2
2100
Analyse des scénarios : sources d’énergies
Source : IPCC, 2000
Part des différentes sources dans l'énergie primaire : Données historiques et résultats des scénarios SRES
Population (en milliards)
Croissance économique (PIB)a
Revenu par tête (PIB par tête en 1990 US$ par tête)
Consommation d’énergie primaire
Utilisation des ressources d’hydrocarbones
Evolution de l’utilisation des terres
A1
Faible 7,1 milliards en 2100 IIASA (Lutz et al., 1998)
Très forte 1990-2020 : 3,3 (2,8-3,6) 1990-2050 : 3,6 (2,9-3,7) 1990-2100 : 2,9 (2,5-3,0)
Très forte En 2100 : 107 300 US$ pour les pays de l’annexe I, 66 500 US$ ailleurs
Très forte En 2100 : 2 079 (1 169-2 737) EJ. Faible intensité énergétique de 3,9 MJ/US$
Pétrole : de faible à très élevée 17,7 (11,5-38,5) ZJ en 2100 Gaz : de forte à très forte 36,1 (16,9-49,1) ZJ en 2100 Charbon : de moyenne à très forte 12,2 (4,4-60,0) ZJ en 2100
Faible 1990-2100 : -3% pour l’agriculture, +6% pour la prairie et -2% pour la forêt
A2
Forte 15,1 milliards en 2100 IIASA (Lutz et al., 1998)
Moyenne 1990-2020 : 2,2 (2,0-2,6) 1990-2050 : 2,3 (1,7-2,8) 1990-2100 : 2,2 (2,1-2,3)
Moyenne pour les pays de l’annexe I, faible ailleurs. En 2100 : 46 200 US$ pour les pays de l’annexe I, 11 000 US$ ailleurs
Forte En 2100 : 1 717 (1 304-1 964) EJ Très forte intensité énergétique de 7,1 MJ/US$
Pétrole : de très faible à moyen 16,1 (10,9-22,6) ZJ en 2100 Gaz : de faible à élevé 24,2 (18,4-35,5) ZJ en 2100 Charbon: de moyenne à forte 38,6 (20,1-46,9) ZJ en 2100
Moyenne N.C. pour le modèle ASF (AIM : -5% pour l’agriculture, +14% pour la prairie et +6% pour la forêt)
B1
Faible 7 milliards en 2100 IIASA (Lutz et al., 1998)
Forte 1990-2020 : 3,1 (2,9-3,3) 1990-2050 : 3,1 (2,9-3,5) 1990-2100 : 2,5 (2,5-2,6)
Forte En 2100 : 72 800 US$ pour les pays de l’annexe I, 40 200 US$ ailleurs
Faible En 2100 : 515 (515-1 157) EJ. Très faible intensité énergétique de 1,6 MJ/US$
Pétrole : de très faible à forte 19,5 (11,1-19,5) ZJ en 2100 Gaz : de moyen à fort 14,6 (14,6-31,8) ZJ en 2100 Charbon: de très faible à forte 13,2 (3,3-26,6) ZJ by 2100
Forte 1990-2100 : -27% pour l’agriculture, -45% pour la prairie et +29% pour la forêt
B2
Moyenne 10,4 milliards en 2100 UN (1998)
Moyenne 1990-2020 : 3,0 (2,3-3,1) 1990-2050 : 2,8 (2,1-2,9) 1990-2100 : 2,2 (2,0-2,3)
Moyenne En 2100 : 54 400 US$ pour les pays de l’annexe I, 18 000 US$ ailleurs I
Moyenne En 2100 : 1 357 (846-1 625) EJ. Intensité énergétique moyenne de 5.8 MJ/US$
Pétrole : de fable à moyen 19,5 (11,2-22,7) ZJ en 2100 Gaz : de faible à moyen 26,9 (17,9-26,9) ZJ en 2100 Charbon : de faible à très forte 12,6 (12,6-44,4) ZJ en 2100
Moyenne 1990-2100 : +22% pour l’agriculture, +9% pour la prairie et +5% of pour la forêtb
Analyse des scénarios : synthèse
B2 - MESSAGE
2.08529
1.74
3.3
13.1
328
1.40.46
0.52
7.1
15.1
242
5.9
1.43
1.72
15.127.8
10.4
235
4.1
0.95
1.36
Data base range exceeding the SRES range
Carbon Dioxide(60 GtC)
Carbon Dioxide perPrimary Energy
(22 tC/TJ)
Primary Energy(3.4 ZJ)
Final Energy(2.4 ZJ)
Final Energy perGross World Product
(7 MJ/US$)
Population(20 billion)
A1- AIM
B1 - IMAGE
median max min SRES-max SRES-min
Gross World Product(mex)
(700 1012US$)
A2 - ASF
14.2
5.710.5
11.1
Analyse des scénarios : synthèse
Source : IPCC, 2000
Principaux indicateurs des scénarios marqueurs
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
1990 2010 2030 2050 2070 2090
Em
iss
ion
s d
e C
O2
en
GtC
AIM A1ASF A1IMAGE A1MARIA A1MESSAGE A1Minicam A1AIM A1CMESSAGE A1CMinicam A1CAIM A1GMESSAGE A1GMinicam A1GAIM A1TMARIA A1TMESSAGE A1TMinicam A1V1Minicam A1V2AIM A2ASF A2MESSAGE A2Minicam A2IMAGE A2 GMinicam A2-A1AIM B1ASF B1IMAGE B1MARIA B1MESSAGE B1Minicam B1MESSAGE B1 HighMinicam B1 HighMESSAGE B1TAIM B2ASF B2IMAGE B2MARIA B2MESSAGE B2Minicam B2Minicam B2 HighMARIA B2C
Émissions de CO2 dans les scénarios SRES
Source : IPCC, 2000
0
500
1 000
1 500
2 000
2 500
3 000
1990 2010 2030 2050 2070 2090
Em
iss
ion
s c
um
ulé
es
en
CO
2 e
n G
tC
AIM A1ASF A1IMAGE A1MARIA A1MESSAGE A1Minicam A1AIM A1CMESSAGE A1CMinicam A1CAIM A1GMESSAGE A1GMinicam A1GAIM A1TMARIA A1TMESSAGE A1TMinicam A1V1Minicam A1V2AIM A2ASF A2MESSAGE A2Minicam A2IMAGE A2 GMinicam A2-A1AIM B1ASF B1IMAGE B1MARIA B1MESSAGE B1Minicam B1MESSAGE B1 HighMinicam B1 HighMESSAGE B1TAIM B2ASF B2IMAGE B2MARIA B2MESSAGE B2Minicam B2Minicam B2 HighMARIA B2C
Émissions cumulées de CO2 dans les scénarios SRES
Source : IPCC, 2000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1990 2010 2030 2050 2070 2090
MtC
H4
A1
A2
B1
B2
Émissions de CH4 dans les scénarios SRES
Source : IPCC, 2000
Source : IPCC, 2000
Émissions de N2O dans les scénarios SRES
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
1990 2010 2030 2050 2070 2090
MtN
2O
A1
A2
B1
B2
0
2
4
6
8
1990 2020 2050 2080 2100
Rad
iati
ve F
orci
ng C
hang
e(W
/m2 )
B1-IMAGE
B2-IIASAA1-AIM
A2-ASF
A1G-IIASAA1C-IIASAA1T-IIASA
IS92bIS92cIS92dIS92eIS92f
IS92a
Forçage radiatif total dans les scénarios SRES
Source : IPCC, 2000
Analyse des scénarios : identité de Kaya
,
22
PIB Nrj COCO POP * * *
POP PIB Nrj
22
PIB Nrj COtcCO 1 tcPOP 1 tc 1 tc 1 tc 1
POP PIB Nrj
Analyse des scénarios de référence : décomposition de Kaya pour 2050
Emissions de CO2 (en GtC) Population (en millions)
PIB par tête (en US$/Habitant) Intensité énergétique (en Tj/US$) Intensité carbone de l’énergie (en tC/TJ)
0
5
10
15
20
25
30
1990 A1tous
A1C A1G A1T A1v A1 A2 B1 B2
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
0
5000
10000
15000
20000
25000
0,0E+00
2,0E+06
4,0E+06
6,0E+06
8,0E+06
1,0E+07
1,2E+07
1,4E+07
1,6E+07
1,8E+07
2,0E+07
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Analyse des scénarios de référence : propagation de l’incertitude en 2050
0,0%
20,0%
40,0%
60,0%
80,0%
100,0%
120,0%
140,0%E
mis
sio
ns d
e C
O2
Em
issi
ons
de
CO
2 p
artê
te Pop
ula
tion
PIB
par
tête
Inte
nsi
té é
nerg
étiq
ue
Inte
nsi
té e
n ca
rbo
nede
l'én
erg
ie
Em
issi
ons
de
CO
2
Em
issi
ons
de
CO
2 p
artê
te Pop
ula
tion
PIB
par
tête
Inte
nsi
té é
nerg
étiq
ue
Inte
nsi
té e
n ca
rbo
nede
l'én
erg
ie
1990 2050
A1 (Tous)
A1C
A1G
A1T
A1 (autres)
A1
A2
B1
B2
Analyse des scénarios de référence : décomposition de Kaya pour 2100
Emissions de CO2 (en GtC) Population (en millions)
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
A1 tous A1C A1G A1T A1v A1 A2 B1 B2
5000
7000
9000
11000
13000
15000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
A1(Tous)
A1C A1G A1T A1(autres)
A1 A2 B1 B2
0,0E+00
1,0E+06
2,0E+06
3,0E+06
4,0E+06
5,0E+06
6,0E+06
7,0E+06
8,0E+06
9,0E+06
1,0E+07
A1(Tous)
A1C A1G A1T A1(autres)
A1 A2 B1 B2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
A1(Tous)
A1C A1G A1T A1(autres)
A1 A2 B1 B2
PIB par tête (en US$/Habitant) Intensité énergétique (en Tj/US$) Intensité carbone de l’énergie (en tC/TJ)
0,0%
100,0%
200,0%
300,0%
400,0%
500,0%
600,0%
700,0%
800,0%
Emissions de CO2 Emissions de CO2 partête
Population PIB par tête Intensité énergétique Intensité en carbonede l'énergie
A1 (Tous)
A1C
A1G
A1T
A1 (autres)
A1
A2
B1
B2
Analyse des scénarios de référence : propagation de l’incertitude en 2100
Compréhension des phénomènes
Prévisibilité des phénomènes
Incertitudes d’ordre théorique
Incertitudes d’ordre technique
Typologie de l’incertitude
- Caractère incomplet de l'information-Problèmes de frontières des systèmes présents, problèmes de définition des objets et des méthodes - Perceptions différentes
- Valeurs estimées des paramètres- Erreurs de mesures- Imparfaite qualité de bases de données- Erreurs dans le report des données- Approximations, agrégations et simplifications
- Propagation des erreurs de prédiction- Incertitude sur certaines valeurs (valeur de la vie humaine, taux d’actualisation…)
Compréhension des phénomènes
Prévisibilité des phénomènes
Incertitudes d’ordre théorique
Incertitudes d’ordre technique
Typologie de l’incertitude
- Incertitude liée à l’approche formelle - Structure conceptuelle du modèle- Erreurs de modélisation liées à l’inadéquation de la théorie au problème étudié ou à la complexité des systèmes naturels- Caractère incomplet de l'information- Incertitude sur les relations fonctionnelles
- Structure technique du modèle- Approximations, agrégation et simplifications- Erreurs dans les software et hardware
- Propagation des erreurs de prédiction- Erreurs systématiques lorsque d’une utilisation inadaptée du modèle- Approximations, agrégations et simplifications- Conflits rendant les conséquences d’un processus de prise de décision imprévisible- Erreurs dans les software et hardware
Incertitude théorique Incertitude pratique Contribution à l’incertitude totale sur les émissions
Société (a) Modélisation(b) Société (a) Modélisation(b) En 2050 En 2100 Variable Passé (c) Prévision (d) Passé (c) Prévision (d) Passé (c) Prévision (d) Passé (c) Prévision (d)
Démographie Relative Oui Relative Oui Faible Moyenne Croissance économique (Productivité)
Oui Relative Relative Relative Relative Forte Forte
Nature de la croissance Oui Relative Relative Relative Relative Moyenne Moyenne Convergence Nord-Sud Oui Oui Oui Oui Oui Forte Forte Contenu en énergies fossiles de la production
Oui Forte Forte
Disponibilité des énergies renouvelables
Oui ? ?
Progrès technique Oui Oui Oui Oui Relative Relative Moyenne Forte Utilisation des terres Oui Oui Oui Oui ? ? Autres politiques ? ?
Classification des différentes incertitudes dans les scénarios SRES