Cours Energie et Changement climatique PDF

INTRODUCTION À L'ENERGIE ET AU CHANGEMENT CLIMATIQUE MR. M. L. DIENG EXPERT ENVIRONNEMENTALISTE INGENIEUR GEOMATICIEN DOCTORANT EN INGENIEURIE DU DEVELIOPPEMENT DURABLE, SCIENCES ET TCHNIQUES EMERGENTES A L’ECOLE POLYTECHNI...

INTRODUCTION À L'ENERGIE ET AU CHANGEMENT CLIMATIQUE MR. M. L. DIENG EXPERT ENVIRONNEMENTALISTE INGENIEUR GEOMATICIEN DOCTORANT EN INGENIEURIE DU DEVELIOPPEMENT DURABLE, SCIENCES ET TCHNIQUES EMERGENTES A L’ECOLE POLYTECHNIQUE DE THIES  Concepts de base de l’énergie et du climat  Energie : C’est la grandeur physique qui permet de caractériser un changement d’état dans un système: Modification de température; Modification de la vitesse; Modification de forme ; Modification de la composition chimique; Modification de la position dans un champs(magnétique, électrique, gravitationnel etc. Modification de l’énergie ou du nombre de photons L’Energie n’est donc rien d’autres que de l’unité de compte de la transformation du monde qui nous entoure.  Concepts de base de l’énergie et du climat 1) Concepts de base liés à l’énergie:  Energie: capacité d’un système à effectuer un travail. Elle existe sous diverses formes: cinétique, thermique, chimique, électrique etc.  Sources d’énergie:  Renouvelable: source inépuisable à l’échelle humaine, comme le solaire, l’éolien, l’hydraulique, la biomasse et la géothermique.  Non renouvelables: sources finies comme le pétrole, le charbon, le gaz naturel et l’uranium (nucléaire).  Concepts de base de l’énergie et du climat  Energie primaire et secondaire:  Primaire: Energie disponible dans la nature( ex : soleil, pétrole brut).  Secondaire: Energie transformé » pour une utilisation(ex: électricité, essence)  Efficacité énergétique:  Ratio entre l’énergie utile et l’énergie consommée. Elle mesure la performance énergétique d’un système.  Mix énergétique:  Répartition des différentes sources d’énergie dans la consommation d’un pays ou d’une région.  Concepts de base de l’énergie et du climat  Concepts liés au climat: Climat: Ensemble des conditions météorologiques moyennes (Température, vents, insolation, précipitation, humidité) sur une longue période (au moins 30ans). Changement climatique: Modification durable des paramètres climatiques, principalement due aux activités humaines (émissions de gaz à effet de serre).  Qu’est-ce que l’effet de serre? L’effet de serre est une couche d’air qui enveloppe la planète et qui fait que la moyenne de la température est de 15°. L’activité humaine provoque une augmentation de l’effet de serre donc de la température. Qu’est-ce que l’effet de serre ? Sans l’effet de serre, la température de la Terre ne dépasserait pas les – 18°C. Ce phénomène naturel qui permet d’avoir une température moyenne de 15°C sur Terre, favorise le développement de la vie.  Qu’est-ce que l’effet de serre ? Le soleil envoie de l’énergie sous forme de rayonnement vers la Terre. Une partie de l’énergie envoyée par le soleil est renvoyée vers l’espace pendant que l’autre est absorbée par l’atmosphère ou par le sol. Au contact du rayonnement reçu, la Terre s’échauffe. A l’inverse, la Terre se refroidit en renvoyant vers l’espace de la chaleur sous la forme d’un rayonnement infra rouge. La plus grande partie de ce rayonnement est piégée par certains gaz présents naturellement dans l’atmosphère (gaz à effet de serre) réchauffant ainsi la basse atmosphère.  Pourquoi la température de la planète augmente ? Aujourd’hui, la quantité de gaz à effet de serre est de plus en plus importante : Depuis la révolution industrielle du XIXe siècle, les activités humaines (industrie, transport) et nos modes de vie émettent de plus en plus de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (CO2) ou le méthane (CH4). … Plus de gaz à effet de serre signifie un effet de serre naturel accentué et donc une augmentation de la température globale de la planète. D’où viennent les gaz à effet de serre ? Les différents gaz à effet de serre n’ont N2O Gaz fluorés pas tous la même origine : CH4 (7,9%) (1,1%) Principal gaz à effet de serre, le CO2, est issu (14,3%) de la combustion des énergies fossiles (pétrole, charbon et gaz) et de la déforestation. Transformation CO2 d’énergie Industrie (12%) manufacturière (76,7%) (22%) Répartition d’émission des Transport différents gaz (26%) Résidentiel tertiaire (19%) Agriculture En France, c’est le secteur des transports qui Sylviculture (21%) représente la part la plus importante des Répartition des émissions des gaz à effet de serre émissions de gaz à effet de serre. par secteur d’activités en France en 2008  Gaz à effet de serre Dioxyde de carbone (CO2) – Combustion du charbon, du pétrole et du gaz pour l’énergie, le transport et le chauffage Protoxide d’azote (N2O) – Sites d’élimination des déchets, Méthane (CH4) agriculture et bétail Hydrofluorocarbonnes (HFC) – Utilisés dans les réfrigérateurs, la Hydrocarbures perfluorés (PFC) climatisation et même les chaussures Hexafluorure de soufre (SF6)  2. La théorie de l’effet de serre atmosphérique La terre étant dans le vide, elle ne peut échanger de chaleur que par rayonnement (électromagnétique) La Terre est un corps « gris » : 30% blanc (albedo) : lumière réfléchie 70% noir : réchauffement > Infra-rouges A l’équilibre, la température de la Terre se stabilise  Analyse La figure illustre la théorie de l'effet de serre atmosphérique en mettant en avant les mécanismes par lesquels la Terre échange de l'énergie dans l'espace. Étant isolée dans le vide spatial, la Terre ne peut transférer de chaleur que par rayonnement électromagnétique. Elle agit comme un corps "gris", reflétant environ 30 % de la lumière solaire incidente (albédo), principalement par les nuages, les surfaces claires et l'atmosphère. Les 70 % restants de l'énergie sont absorbés par la surface terrestre, transformés en chaleur, puis réémis sous forme de rayonnement infrarouge. Cet équilibre énergétique permet de stabiliser la température terrestre. Cependant, l'effet de serre, résultant de l'absorption des infrarouges par des gaz tels que le dioxyde de carbone (CO₂) et la vapeur d'eau, ralentit la dissipation de cette chaleur dans l'espace. Ce mécanisme naturel est essentiel pour maintenir une température habitable, mais son amplification due à l'augmentation des gaz à effet de serre perturbe cet équilibre, provoquant un réchauffement climatique aux conséquences globales. Rayonnements Ondes Radio ionisants  Analyse La figure illustre deux graphiques complémentaires mettant en évidence la propagation et l'interaction du rayonnement électromagnétique avec l'atmosphère terrestre. Le premier graphique, intitulé "Bande d'absorption atmosphérique", montre les différentes longueurs d'onde du spectre électromagnétique et leur absorption par les principaux composants de l'atmosphère. Sur l'axe horizontal, les longueurs d'onde s'étendent des rayonnements ionisants (courtes longueurs d'onde) aux ondes radio (longues longueurs d'onde), tandis que l'axe vertical indique le pourcentage d'absorption. Les zones grises représentent les bandes d'absorption des gaz atmosphériques : la vapeur d'eau (H₂O) et le dioxyde de carbone (CO₂) absorbant fortement dans l'infrarouge, tandis que l'oxygène (O₂) et l'ozone (O₃ ) absorbant dans l'ultraviolet. Le méthane (CH₄) et le protoxyde d'azote (N₂O) présentent des bandes d'absorption spécifiques dans l'infrarouge, et la diffusion Rayleigh affectent principalement les courtes longueurs d'onde, comme le bleu et l'ultraviolet. Le spectre visible, encadré en noir, correspond à une plage de longueur d'onde (0,4 à 0,7 µm) où l'atmosphère est relativement transparente, permettant à la lumière solaire d'atteindre la surface terrestre.  Analyse (Suite) Le deuxième graphique, représentant les courbes d'émission du corps noir, compare l'énergie émise par le Soleil et la Terre en fonction de leur longueur d'onde. La courbe jaune, représentant le Soleil, montre une concentration du rayonnement dans les courtes longueurs d'onde, avec un maximum d'émission autour de 0,5 µm, correspondant à la lumière visible. La courbe rouge, correspondante à la Terre, montre un rayonnement thermique situé dans l'infrarouge lointain, avec un maximum d'émission autour de 10 µm, reflétant une température plus basse que celle du Soleil. Ces graphiques soulignent l'interaction atmosphérique avec le rayonnement : le rayonnement solaire traverse principalement l'atmosphère dans le spectre visible, tandis que l'infrarouge émis par la Terre est largement absorbé par des gaz comme le CO₂ et la vapeur d'eau, contribuant ainsi à l'effet de serre. Cela a mis en évidence l'importance de la transparence atmosphérique dans le visible pour l'énergie reçue par la Terre, ainsi que l'impact de l'absorption des infrarouges sur le climat et le réchauffement global. 2. La théorie de l’effet de serre atmosphérique Ou théorie d’Arrhénius (Prix Nobel de chimie 1905) Savante Arrhenius emet l'hypothèse (il y a plus d'un siècle (1896)), qu'une augmentation de la concentration atmosphérique de CO2, due à la combustion de combustible fossile pourrait réchauffer la planète. Il admet aussi l'hypothèse que des niveaux supérieurs de CO2 pourraient stimuler la croissance des végétaux. Les deux phénomènes, disait-il, pourraient agir en synergie pour augmenter la productivité de la biosphère, au bénéfice de l'humanité. 2. La théorie de l’effet de serre atmosphérique Le CO2 atmosphérique agit comme le verre d'une serre (Théorie d'Arrhénius 1896) Gaz à effet de serre (CO2) Terre Terre plus chaude (s’échauffe) 2. La théorie de l’effet de serre atmosphérique « Rétroaction positive » (ou amplificatrice) de la vapeur d’eau Gaz à effet de serre (CO2 + H2O) Terre Terre plus chaude (s’échauffe) (équilibre : +15°C) 2. La théorie de l’effet de serre atmosphérique Récapitulatif a. La terre reçoit le rayonnement électromagnétique du soleil b. La Terre en réfléchit une partie (albedo : 30%), absorbe le reste, se réchauffe, et le réémet sous forme d'Infrarouges (IR) c. Le CO2, opaque à certains IR (comme le verre de la serre), les absorbe, se réchauffe, et rayonne (vers le haut et vers le bas) d. Ce rayonnement vers le bas réchauffe encore la terre e. En se réchauffant, l'atmosphère s'enrichit en vapeur d'eau (autre gaz à effet de serre) f. … ce qui amplifie le réchauffement ("rétroaction positive") Donc la température terrestre évolue en fonction directe de la concentration du CO2 atmosphérique 3. La théorie de l'effet de serre atmosphérique Le Hot Spot (« Signature » de l’effet de serre) La théorie : la haute troposphère devrait se réchauffer plus vite que la terre Gaz à effet de serre (CO2 + H2O) Les Modèles (Lee & al 2007) : Terre plus chaude Augmentation de la température de la haute (équilibre : +15°C) Troposphère (10 km) en fonction d’un doublement de la concentration en CO2 Soit, entre 3 et 8°C pour un doublement de la concentration en CO2 (0,6 à 1,6°C pour +20%)  Analyse La figure illustre le concept du "Hot Spot", une signature attendue de l'effet de serre atmosphérique, qui prévoit un déclenchement plus rapide de la haute troposphère (environ 10 km d'altitude) par rapport à la surface terrestre. Ce phénomène est lié à l'augmentation des gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone (CO₂) et la vapeur d'eau (H₂O), qui piègent le rayonnement infrarouge émis par la Terre. Les simulations climatiques présentées (Lee et al., 2007) montrent une augmentation de la température troposphérique pouvant atteindre 3 à 8 °C pour un doublement de la concentration de CO₂, avec un maximum d'émission dans les régions tropicales. Une augmentation de 20 % des concentrations en CO₂ entraînerait une augmentation de température de 0,6 à 1,6 °C, reflétant la sensibilité du système climatique. Ces résultats mettent en évidence le rôle critique de la haute troposphère dans l'amplification des effets du réchauffement global, notamment en raison des rétroactions liées à la vapeur d'eau et des processus convectifs dans les régions tropicales.  Le Hot Spot (« Signature » de l’effet de serre) La réalité (pour une augmentation de 20% de la concentration de CO2) (Radiosondes) : Soit, < 0°C pour une augmentation de 20% du CO2 Il n'y a pas de "Hot-Spot" Donc pas d'Effet de serre atmosphérique, … ni anthropique La controverse : 1. La Théorie de l'effet de serre n'est même pas vérifiée dans une serre classique Expérience de Wood (1909) confirmée par Nasif Nahle (2011) 2. La Théorie des corps noirs (*) ne peut pas s'appliquer aux gaz (P-M Robitaille (Université de Columbus, Ohio)) "Il est inapproprié d'utiliser des lois vérifiées seulement pour les solides en les appliquant à d'autres états de la matière. La croyance que la radiation du corps noir (*) est universelle est incorrecte" (*) rayonnement des corps noirs, extrapolé aux gaz à effet de serre, à la base de la théorie du rayonnement des gaz à effet de serre 3. La Rétroaction (**) est négative (selon Richard Lindzen (collaborateur du GIEC)) La rétroaction climatique (**) est négative (et non pas positive comme le prétend le GIEC), car un réchauffement provoque l'augmentation des nuages bas, qui réfléchissent les rayons du soleil (effet parasol, albedo) ; on a donc plutôt un effet régulateur (effet "IRIS"). (**) de la vapeur d’eau atmosphérique (à la base de la théorie du rayonnement des gaz à effet de serre)  La controverse : 4. L'effet de serre est saturé (Théorie de Ferenc M. Miskolczi (2006)) Aux longueurs d’onde d’absorption du CO2 et de la vapeur d’eau, l’atmosphère est déjà presque totalement opaque "Si la terre se réchauffe, il faut en rechercher la cause ailleurs que dans l'effet de serre" 3. La théorie de l'effet de serre atmosphérique La controverse : 5. Retour sur les carottages de Vostok (Caillon et al) : Si on zoome (Caillon et al), c'est l'évolution du CO2 qui suit celle des températures (avec un décalage moyen de 500 à 800 ans)... une conséquence peut-elle précéder sa cause ? Historique du changement climatique et des émissions de gaz à effet de serre  Une longue évolution vers un défi global Au cours des millénaires, la Terre a connu des alternances naturelles de périodes de réchauffement et de refroidissement, appelées ères glaciaires et interglaciaires. La dernière grande glaciation remonte à environ 12 000 ans. Cependant, avec la Révolution industrielle au XIXe siècle, les émissions massives de dioxyde de carbone (CO₂) dues à l'utilisation intensive du charbon, du pétrole et du gaz ont marqué un tournant. Depuis 1880, la température moyenne mondiale a augmenté de +1,2 °C. Cette tendance s'est intensifiée au XXe siècle avec le développement industriel rapide, l'urbanisation, et une croissance démographique entraînant une forte augmentation des besoins énergétiques. Les premiers signaux d'alerte face à cette problématique ont émergé, notamment avec le rapport du Club de Rome en 1972 et le Sommet de Rio en 1992, soulignant la nécessité d'agir pour limiter les impacts du changement climatique. L’Impact des activités humaines  L'Impact des Activités Humaines : Le Secteur de l'Énergie Le secteur de l'énergie est responsable de 73 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre (AIE, 2021). La combustion des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) pour produire de l'électricité, alimenter les industries et les transports libère d'importantes quantités de CO₂ (GIEC, 2019). La demande énergétique croissante exacerbe cette situation, notamment dans les pays en développement (Banque mondiale, 2020). La dépendance aux énergies fossiles entraîne également la pollution de l'air, des sols et de l'eau (UNEP, 2022). Les énergies renouvelables (solaire, éolien, hydraulique) offrent une solution durable, mais leur adoption reste limitée face aux coûts et infrastructures existantes (IRENA, 2022). Une transition énergétique mondiale est essentielle pour limiter le réchauffement climatique et atteindre les objectifs de l'Accord de Paris (UNFCCC, 2015).  L'Impact des Activités Humaines: Le secteur de l'Environnement Les activités humaines modifient profondément les écosystèmes. La déforestation, l'urbanisation, l'exploitation minière et agricole entraînent la destruction d'habitats naturels, menaçant la biodiversité (Steffen et al., 2015). Les émissions de gaz à effet de serre provoquent le réchauffement climatique, la fonte des glaciers et l'élévation du niveau des mers (GIEC, 2019). La pollution de l'air, des sols et des eaux par les industries, les plastiques et les produits chimiques dégradent les écosystèmes terrestres et aquatiques (UNEP, 2022). Ces impacts concernent également les ressources vitales, comme l'eau potable et les terres arables (FAO, 2021). Des mesures urgentes de conservation et de gestion durable des ressources sont indispensables pour préserver l'environnement et maintenir les écosystèmes dans les limites planétaires (Rockström et al., 2009).  L'Impact des Activités Humaines : Le Secteur de l'Agriculture L'agriculture contribue à environ 24 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre (GIEC, 2019), principalement via le méthane (CH₄) issu de l'élevage et des rizières, ainsi que le protoxyde d'azote (N₂O) provenant des engrais chimiques. La déforestation pour étendre les terres agricoles détruit les puits de carbone naturels, aggravant le réchauffement climatique (FAO, 2021). De plus, les pratiques agricoles intensives épuisent les sols, polluent les eaux et affaiblissent la biodiversité. L'agriculture est également vulnérable aux changements climatiques, entraînant des impacts sur les rendements, la sécurité alimentaire et les moyens de subsistance des populations, particulièrement dans les régions tropicales. Une transition vers des pratiques agroécologiques durables et une gestion plus efficace des terres agricoles sont cruciales pour réduire ces impacts tout en renforçant la résilience des écosystèmes et des communautés agricoles.  L'Impact des Activités Humaines : Le Secteur du commerce Le commerce international exerce une forte pression sur l'environnement, principalement à travers les émissions de CO₂ issues du transport des marchandises (maritime, aérien et terrestre), qui contribuent au réchauffement climatique (AIE, 2020). De plus, les chaînes d'approvisionnement mondiales intensifient ce phénomène en encourageant des pratiques non durables, telles que la déforestation, l'exploitation excessive des ressources naturelles et la pollution (UNEP, 2021).  L'Impact des Activités Humaines : Le Secteur de la santé Les activités humaines ont des répercussions majeures sur la santé humaine, notamment par la pollution de l’air, responsable de 7 millions de décès prématurés annuels liés aux maladies respiratoires et cardiovasculaires (OMS, 2021). Les changements climatiques favorisent également la propagation de maladies infectieuses comme le paludisme (GIEC, 2019). L’usage de produits chimiques en agriculture et en industrie contamine sols, eaux et aliments, augmentant les risques de cancers et maladies chroniques (UNEP, 2022). Enfin, l’urbanisation rapide aggrave l’accès à l’eau potable et aux sanitaires, favorisant les maladies diarrhéiques (Banque mondiale, 2020). Une gestion durable et des investissements en santé publique sont indispensables pour limiter ces impacts.  L'Impact des Activités Humaines : Le Secteur de la pêche Les activités humaines affectent gravement les écosystèmes marins et la pêche. La surpêche, touchant 34 % des stocks halieutiques mondiaux, réduit les populations de poissons et menace la biodiversité (FAO, 2022). L'acidification et le réchauffement des océans perturbent les habitats marins et la répartition des espèces (GIEC, 2019). La pollution marine par les plastiques, produits chimiques et hydrocarbures dégrade les écosystèmes, tandis que la destruction des habitats côtiers réduit les zones de reproduction des poissons (UNEP, 2022). Une gestion durable, incluant quotas et aires protégées, est cruciale pour préserver les ressources marines.  L'Impact des Activités Humaines : Le Secteur du transport Le secteur des transports génère 23 % des émissions de gaz à effet de serre liées à l'énergie, principalement à cause des carburants fossiles, affectant la santé publique par la pollution de l'air (AIE, 2021; OMS, 2021). L'urbanisation et la demande croissante en mobilité aggravent les émissions, la congestion et la fragmentation des habitats naturels (Banque mondiale, 2020; UNEP, 2022). Les véhicules électriques, les biocarburants et les transports publics durables sont essentiels pour réduire ces impacts et atteindre les objectifs climatiques (GIEC, 2019).  L'Impact des Activités Humaines : Le Secteur de l’eau Les activités humaines exercent une forte pression sur l'eau douce. L'agriculture intensive consomme 70 % de cette ressource, épuisant nappes phréatiques et cours d'eau (FAO, 2022). Les industries et ménages, avec 20 % de la consommation, polluent l'eau via des rejets chimiques et plastiques (UNEP, 2022). Les barrages et détournements perturbent les écosystèmes aquatiques (WWF, 2020), tandis que le changement climatique aggrave le stress hydrique par des sécheresses accrues et la fonte des glaciers (GIEC, 2019). Une gestion durable et des politiques de conservation sont essentielles pour préserver cette ressource.  L'Impact des Activités Humaines : Le Secteur de la sécurité Les activités humaines, notamment liées aux conflits armés, à l'exploitation des ressources naturelles et aux crises, ont un impact majeur sur la sécurité. L'exploitation excessive des ressources provoque des tensions géopolitiques, des conflits et des migrations forcées (UNEP, 2022). Les catastrophes environnementales, exacerbées par le changement climatique, perturbent la stabilité sociale et politique (GIEC, 2019). Les conflits armés, notamment pour les ressources, engendrent des déplacements massifs et des violations des droits humains (HCR, 2021). La prévention des conflits nécessite une gestion intégrée des ressources naturelles, la coopération internationale, et la résilience face aux impacts climatiques (PNUD, 2020).  L'Impact des Activités Humaines : Le Secteur de la politique Les décisions politiques influencent la gestion des ressources naturelles et la régulation des émissions de gaz à effet de serre, impactant la déforestation, l'urbanisation et les industries polluantes (UNEP, 2022). Des politiques publiques faibles accélèrent la perte de biodiversité, l'épuisement des ressources et les inégalités (GIEC, 2019). Les subventions aux énergies fossiles et la faible coopération internationale aggravent les crises environnementales (AIE, 2021). Des politiques ambitieuses, intégrant les énergies renouvelables et la protection des habitats naturels, sont cruciales pour la transition vers des sociétés durables (UNFCCC, 2015). Une gouvernance efficace et des accords internationaux sont essentiels pour un avenir résilient.  L'Impact des Activités Humaines : Le Secteur de l’habitat Les activités humaines, notamment l'urbanisation rapide, la construction de logements et l'exploitation des ressources naturelles, ont un impact majeur sur le secteur de l'habitat. L'urbanisation entraîne l'artificialisation des sols, la perte de biodiversité et expose les populations à des risques accrus, tels que les inondations et l'érosion côtière, exacerbés par le changement climatique (GIEC, 2019). La construction génère des émissions de gaz à effet de serre et dégrade les sols et les ressources en eau (AIE, 2020; UNEP, 2021). Pour réduire ces impacts, il est essentiel de promouvoir une urbanisation durable, la construction écologique et une gestion responsable des ressources (Banque mondiale, 2021).  Chap 2 Transition énergétique et innovation technologiques La transition énergétique vise à réduire la dépendance aux énergies fossiles et à promouvoir l'utilisation des énergies renouvelables (solaire, éolien, hydraulique) pour lutter contre le changement climatique. Cette transition repose sur des innovations technologiques telles que les réseaux électriques intelligents, le stockage d'énergie (batteries et solutions de stockage à grande échelle) et l'hydrogène vert. Les technologies de captage et de stockage du carbone (CSC) permettent également de limiter les émissions des industries polluantes. Par ailleurs, la digitalisation et l'intelligence artificielle optimisent l'efficacité énergétique dans les secteurs de la production, du transport et de la consommation. L'innovation est donc essentielle pour accélérer la transition vers un avenir énergétique durable et résilient.  Enjeux mondiaux : réduction des émissions, sécurité énergétique, et développement durable  Réduction des émissions, La réduction des émissions de gaz à effet de serre, notamment le CO₂, le CH₄ et le N₂O issus des activités humaines (industrie, transport, agriculture), est cruciale pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C, conformément à l' Accord de Paris de 2015. Cela nécessite une transition énergétique ambitieuse, favorisant les énergies renouvelables comme le solaire, l'éolien et l'hydrogène, ainsi que l'adoption de technologies bas-carbone et d'infrastructures modernes pour améliorer l'efficacité énergétique. Les politiques publiques, telles que la fiscalité carbone et les réglementations environnementales strictes, jouent un rôle central. La coopération internationale est essentielle pour investir dans des solutions innovantes et partager les technologies propres. En parallèle, des changements comportementaux, comme l'utilisation accrue des transports publics et le recyclage, doivent être encouragés. Enfin, une approche intégrée est indispensable pour garantir une transition juste et équitable pour tous.  Sécurité énergétique La sécurité énergétique vise à garantir un accès stable, abordable et durable aux sources d'énergie nécessaires pour répondre aux besoins mondiaux. La dépendance aux combustibles fossiles expose les pays à des fluctuations des prix et à des tensions géopolitiques, rendant cruciale la diversification des sources d'énergie, notamment par l'adoption des énergies renouvelables, pour réduire ces vulnérabilités. Il est également essentiel d'investir dans des infrastructures résilientes et dans le stockage d'énergie afin de sécuriser l'approvisionnement à long terme. Les réseaux électriques intelligents permettent une gestion plus efficace et flexible de la demande énergétique, tandis que l'efficacité énergétique dans les secteurs clés, tels que le transport, l'industrie et l'habitat, aide à réduire les pressions sur les ressources. Promouvoir la coopération internationale pour le partage des ressources et des innovations technologiques est également primordiale. Enfin, une transition énergétique inclusive renforce l'indépendance énergétique tout en limitant les impacts environnementaux, contribuant ainsi à un avenir énergétique plus durable et sécurisé.  Développement durable Le développement durable repose sur un équilibre entre croissance économique, préservation de l'environnement et équité sociale. Il nécessite une gestion raisonnée des ressources naturelles pour satisfaire les besoins actuels sans nuire à ceux des générations futures. L'économie circulaire, axée sur la réduction des déchets, le recyclage et l'utilisation optimale des matériaux, est un élément clé. Par ailleurs, investir dans l'éducation, la santé et les infrastructures durables contribue à améliorer la qualité de vie et à réduire les inégalités. Les énergies renouvelables et les technologies propres permettent une croissance économique verte et inclusive. La conservation des écosystèmes et de la biodiversité est également cruciale pour renforcer la résilience face au changement climatique. Pour atteindre les Objectifs de Développement Durable (ODD), la coopération internationale s'avère indispensable. Enfin, intégrer la durabilité dans les politiques publiques et les pratiques des entreprises est essentiel pour assurer un avenir juste et équilibré.  Contexte: le rôle des énergies renouvelables dans la lutte contre le changement climatique Les énergies renouvelables jouent un rôle central dans la lutte contre le changement climatique en particulier les émissions de gaz à effet de serre issues des combustibles fossiles. Les sources d'énergie propre comme le solaire, l'éolien, l'hydroélectricité et la biomasse, elles permettent de limiter l'empreinte carbone tout en répondant aux besoins croissants en énergie. Leur adoption massive contribue à atteindre les objectifs de l'Accord de Paris visant à maintenir le réchauffement climatique en dessous de 1,5 °C.  Contexte: le rôle des énergies renouvelables dans la lutte contre le changement climatique De plus, les énergies renouvelables offrent une alternative durable aux énergies fossiles, notamment la dépendance énergétique et les tensions géopolitiques liées aux hydrocarbures. Elles ont également observé l'innovation technologique, la création d'emplois verts et la résilience énergétique face aux fluctuations des marchés fossiles. Investir dans les infrastructures et technologies renouvelables, ainsi que dans les politiques de soutien, est indispensable pour accélérer la transition énergétique mondiale et protéger les écosystèmes.  Chap 3: Energies renouvelables Les énergies renouvelables sont des sources d'énergie qui se régénèrent naturellement à un rythme supérieur à leur consommation. Elles sont considérées comme des alternatives durables et écologiques aux énergies fossiles, car elles ont un faible impact environnemental et n'émettent pas de gaz à effet de serre lorsqu'elles sont utilisées. Voici les principales formes d'énergies renouvelables : 1. Solaire : Cette énergie est produite par l'irradiation du soleil. Les panneaux photovoltaïques ou thermiques convertissent la lumière ou la chaleur solaire en électricité ou en chaleur. Elle est largement utilisée pour les installations résidentielles et industrielles. 2. Éolien : L'énergie éolienne exploite la force du vent pour produire de l'électricité. Les éoliennes convertissent l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique, puis en électricité. Elle est particulièrement utilisée dans les zones ventées.  Chap 3: Energies renouvelables 3. Hydraulique : L'énergie hydraulique utilise l'eau en mouvement, comme les rivières et les barrages, pour produire de l'électricité. Les centrales hydroélectriques peuvent être de grande ou de petite taille, selon les besoins. 4. Biomasse: La biomasse est l'utilisation de matières organiques (bois, déchets agricoles, algues, etc.) pour produire de l'énergie sous forme de chaleur, d'électricité ou de biocarburants. C'est une manière de valoriser les déchets tout en produisant de l'énergie. 5. Géothermie : L'énergie géothermique tire partie de la chaleur stockée sous la surface de la Terre. Des systèmes géothermiques exploitent cette chaleur pour produire de l'électricité ou pour le chauffage direct des bâtiments. 6. Marémotrice et houlomotrice : Ces technologies exploitent respectivement l'énergie des marées et des vagues. Bien que moins répandues, elles font partie des solutions innovantes pour exploiter l'énergie des océans.  Energie solaire,éolienne, hydroéléctrique,biomasse et géothermique Les énergies renouvelables, telles que l'énergie solaire, éolienne, hydroélectrique, biomasse et géothermique, constituent des solutions durables pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux tout en faisant intervenir les émissions de gaz à effet de serre. L'énergie solaire exploite le rayonnement du soleil grâce aux panneaux photovoltaïques ou aux systèmes thermiques pour produire de l'électricité ou de la chaleur. L'énergie éolienne, quant à elle, utilise la force du vent captée par des éoliennes pour générer de l'électricité. L'énergie hydroélectrique repose sur le mouvement de l'eau, généralement via des barrages, pour produire une source d'énergie fiable. La biomasse, issue de matières organiques comme le bois ou les déchets agricoles, offre une alternative polyvalente pour produire de la chaleur, de l'électricité ou des carburants. Enfin, la géothermie exploite la chaleur du sous-sol terrestre, fournissant une énergie constante pour le chauffage ou la production d'électricité. Ensemble, ces sources d'énergie renouvelable contribuent à diversifier les approvisionnements énergétiques, tout en préservant l'environnement et en répondant aux défis climatiques.  Potentiel et défis des énergies renouvelables Les énergies renouvelables, telles que le solaire, l'éolien, l'hydroélectrique, la biomasse et la géothermie, offrent un potentiel significatif pour répondre aux besoins énergétiques tout en particulier les impacts environnementaux. Leur force principale réside dans leur caractère inépuisable et leur faible empreinte carbone. Ces sources d'énergie peuvent diversifier les approvisionnements, renforcer la sécurité énergétique et jouer un rôle crucial dans l'atténuation des changements climatiques. Par exemple, les régions ensoleillées disposent d'un fort potentiel pour l'énergie solaire, tandis que les zones côtières et montagneuses sont propices à l'éolien et à l'hydroélectricité.  Potentiel et défis des énergies renouvelables Cependant, ces énergies font face à plusieurs défis. La variabilité de certaines sources, comme le solaire et l'éolien, nécessite des solutions de stockage efficaces pour garantir une production continue. Les coûts initiaux élevés des infrastructures, bien que réduits par les technologies avancées, restent un obstacle dans certaines régions. De plus, leur déploiement peut engendrer des impacts environnementaux, tels que la perturbation des écosystèmes aquatiques par les barrages ou l'occupation de grandes surfaces pour les installations solaires et éoliennes. Enfin, l'accès inégal aux technologies et aux financements, particulièrement dans les pays en développement, limite leur adoption à grande échelle.  Potentiel et défis des énergies renouvelables Malgré ces défis, les énergies renouvelables restent indispensables pour construire un avenir énergétique durable. Leur potentiel peut être maximisé grâce à des politiques de soutien, des investissements dans la recherche et le développement, ainsi qu'une coopération internationale pour assurer leur intégration harmonieuse dans les systèmes énergétiques mondiaux.  Chap 4: Efficacité énergétique et technologie L'efficacité énergétique consiste à optimiser l'utilisation de l'énergie pour accomplir une tâche ou produire un service tout en minimisant les pertes. Elle joue un rôle central dans la transition énergétique en réduisant la demande énergétique, les émissions de gaz à effet de serre, et les coûts associés à la consommation d'énergie. Les avancées technologiques sont essentielles pour atteindre ces objectifs, car elles permettent de développer des systèmes et des dispositifs plus performants et économes. Dans le secteur résidentiel, les technologies telles que les ampoules LED, les appareils électroménagers à faible consommation, et les systèmes de gestion intelligente de l'énergie (domotique) améliorent l'efficacité énergétique tout en maintenant le confort des utilisateurs. Dans l'industrie, l'intégration de machines à haute efficacité, l'automatisation, et les processus optimisés par l’intelligence artificielle réduisent les besoins en énergie pour produire les mêmes biens. Chap 4 : Efficacité énergétique et technologie Dans le domaine des transports, les technologies jouent également un rôle clé, notamment avec l’essor des véhicules électriques, hybrides et des systèmes de transport en commun intelligents. Par ailleurs, dans la production d'énergie, les centrales à haut rendement, les systèmes de récupération de chaleur et les réseaux intelligents (smart grids) permettent de limiter les pertes tout en intégrant efficacement les énergies renouvelables. Cependant, l’efficacité énergétique requiert également des politiques adaptées, des incitations économiques et une sensibilisation des consommateurs pour maximiser son impact. Combinée à l'innovation technologique, elle constitue une stratégie incontournable pour relever les défis climatiques, économiques et énergétiques du 21ᵉ siècle.  Techniques et technologies pour améliorer l’efficacité énergétique L'amélioration de l'efficacité énergétique repose sur l'adoption de techniques et technologies avancées dans divers secteurs. Dans le bâtiment, l'isolation thermique, l'éclairage LED, les systèmes de chauffage performants et la domotique permettent de réduire les pertes énergétiques tout en améliorant le confort. Dans l'industrie, des technologies comme la récupération de chaleur résiduelle, les moteurs à haut rendement et l'optimisation des processus grâce à l'intelligence artificielle renforçant l'efficacité. Le secteur des transports bénéficie des véhicules électriques, des systèmes de transport intelligents et des carburants alternatifs pour limiter la consommation. En production énergétique, les réseaux intelligents, la cogénération et le stockage d'énergie assurent une meilleure gestion des ressources tout en intégrant les énergies renouvelables. Enfin, des outils comme les audits énergétiques, les normes ISO et la sensibilisation des utilisateurs jouent un rôle clé dans la transition énergétique. Ces solutions combinées permettent de réduire les coûts, les émissions et de garantir un avenir énergétique durable.  Innovations et technologies pour réduire les émissions Les innovations technologiques jouent un rôle clé dans la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) à travers divers secteurs. Dans l'énergie, des technologies comme le captage et le stockage du carbone, les énergies renouvelables avancées et l'hydrogène vert permettent de produire de l'énergie propre tout en indiquant les émissions. Le secteur des transports bénéficie des véhicules électriques, des carburants alternatifs et des systèmes intelligents qui optimisent les déplacements et diminuent l'empreinte carbone. L'industrie, grâce à des procédés plus efficaces et à l'utilisation de matériaux alternatifs, limite ses émissions, tandis que l'agriculture de précision et les pratiques durables réduisent l'impact environnemental. Enfin, la gestion des déchets, avec le recyclage avancé et la valorisation énergétique, contribue également à la réduction des émissions. L'ensemble de ces technologies, soutenues par des politiques appropriées et des investissements, permet de franchiser un cap important vers une économie décarbonée et plus durable.  Chap 5: Politiques et réglementations en matière d’énergie et de climat Les politiques et réglementations en matière d'énergie et de climat sont des instruments essentiels pour guider la transition vers un avenir énergétique durable et décarboné. Elles visent à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES), à promouvoir l'utilisation d'énergies renouvelables, à améliorer l'efficacité énergétique et à renforcer la résilience face aux impacts du changement climatique. Ces politiques sont définies à plusieurs niveaux (international, national et local) et concernent une variété de secteurs, de l'énergie à l'agriculture, en passant par l'industrie et le transport.  Chap 5: Politiques et réglementations en matière d’énergie et de climat 1. Politiques internationales Accord de Paris : Adopté lors de la COP21 en 2015, cet accord mondial vise à limiter le réchauffement climatique bien en deçà de 2°C par rapport aux niveaux préindustriels, avec un objectif ambitieux de 1,5°C. Il incite les pays à réduire leurs émissions de GES et à adapter leurs économies aux défis climatiques. Objectifs de développement durable (ODD) : L'Agenda 2030 des Nations Unies inclut des objectifs spécifiques, notamment l'ODD 7 sur l'énergie propre et l'ODD 13 sur l'action climatique, qui incitent les pays à adopter des politiques climatiques ambitieuses. Marché du carbone : Le mécanisme de marché du carbone, incluant les systèmes d'échange de quotas d'émission (ETS), permet de capter financièrement les réductions d'émissions. L'Union Européenne, par exemple, a mis en place un ETS pour limiter les émissions dans les secteurs industriels et énergétiques  Chap 5 : Politiques et réglementations en matière 2. Politiques nationales d’énergie et de climat Stratégies de transition énergétique : De nombreux pays ont adopté des stratégies nationales pour une transition énergétique vers les énergies renouvelables, l'efficacité énergétique et la décarbonisation. Ces stratégies incluent souvent des objectifs à long terme, comme la neutralité carbone d'ici 2050. Subventions et incitations fiscales : Pour encourager l'adoption de technologies propres, les gouvernements offrent des subventions, des crédits d'impôt et d'autres incitations fiscales pour les projets d'énergies renouvelables, l'efficacité énergétique et la réduction des émissions. Réglementations sur les émissions de GES : Plusieurs pays ont mis en place des normes strictes pour limiter les émissions de CO₂ des secteurs de l'industrie, des transports et de l'agriculture. Par exemple, les normes d'émission de CO₂ pour les véhicules ou les exigences de réduction des émissions pour les centrales électriques. Plans d'adaptation au changement climatique : Ces plans visent à renforcer la résilience des infrastructures et des communautés face aux impacts du changement climatique, en se concentrant sur l'adaptation des secteurs vulnérables comme l'agriculture, l'eau et la gestion des catastrophes.  Chap 5: Politiques et réglementations en matière d’énergie et de climat 3. Politiques sectorielles Secteur de l'énergie : Des politiques comme les quotas de production d'énergie renouvelable (par exemple, l'obligation d'avoir un certain pourcentage d'énergie renouvelable dans le mix énergétique) et la mise en place de marchés de l'électricité décarbonée suggère la transition énergétique. L'électrification des transports et le soutien à l'hydrogène vert en font également partie. Transports : Des politiques visant à réduire les émissions du secteur des transports comprennent des incitations à l'achat de véhicules électriques, des normes d'émissions pour les véhicules thermiques et des investissements dans les infrastructures de transport public et de mobilité durable. Agriculture et forêt : La gestion durable des terres, la réduction des émissions de méthane des élevages, la promotion de l'agriculture de précision et les programmes de reforestation sont des mesures clés pour limiter l'impact climatique de l'agriculture.  Chap : Politiques et réglementations en matière d’énergie et de climat 4. Politiques locales et régionales Villes durables : De plus en plus de villes adoptent des politiques de développement urbain durable, visant à réduire les émissions locales en promouvant les transports en commun, la mobilité douce, l'efficacité énergétique dans les bâtiments et la gestion des déchets. Incitations locales pour les énergies renouvelables : Certaines régions offrent des subventions pour l'installation de panneaux solaires, de systèmes de chauffage géothermique ou de petites éoliennes pour les particuliers et les entreprises locales. Lutte contre la pollution de l'air : De nombreuses villes adoptent des réglementations strictes pour limiter les émissions de polluants, comme les oxydes d'azote, issus du transport et de l'industrie, contribuant à la fois à la lutte contre le changement climatique et à la réduction de la pollution atmosphérique.  Chap 5: Politiques et réglementations en matière d’énergie et de climat 5. Financement et mécanismes économiques Financement climatique : Les pays développés se sont engagés à fournir des financements aux pays en développement pour les aider à atténuer les effets du changement climatique et à adopter des pratiques de développement durable. Mécanismes de marché : Des instruments financiers tels que les crédits carbone, les certificats verts et les obligations vertes sont utilisés pour mobiliser des fonds privés et publics pour des projets de réduction des émissions. Taxation carbone : Certains pays ont instauré une taxe carbone, qui impose une charge financière aux entreprises en fonction de leurs émissions de CO₂, incitant ainsi à la réduction des émissions.  Cadres législatifs et réglementaires Le cadre législatif et réglementaire définit l'ensemble des lois, règlements, politiques et normes adoptées par un pays ou une organisation pour encadrer une activité ou un domaine spécifique. Dans le contexte des énergies renouvelables, ce cadre vise à promouvoir leur développement, à réguler leur exploitation, et à garantir leur intégration dans les systèmes énergétiques nationaux tout en respectant les impératifs environnementaux, économiques et sociaux.  Cadres législatifs et réglementaires Un tel cadre comprend souvent des lois relatives à la transition énergétique, des politiques incitatives comme les subventions ou les crédits d'impôt pour les investissements dans les énergies renouvelables, et des réglementations techniques pour assurer la sécurité et la durabilité des installations. Il peut également inclure des objectifs nationaux ou internationaux, comme ceux fixés par les Accords de Paris, ou des directives liées à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.En Afrique, par exemple, des cadres spécifiques pour favoriser les investissements dans les énergies solaires et éoliennes, souvent soutenus par des partenariats publics-privés et des organisations internationales. Un cadre législatif bien défini est essentiel pour assurer la cohérence des actions, encourager l'innovation et protéger les intérêts des parties prenantes, y compris les communautés locales et les investisseurs.  Stratégies internationales et accords climatiques (ex. Accord de Paris) Les stratégies internationales et les accords climatiques, comme l'Accord de Paris, jouent un rôle central dans la lutte contre le changement climatique à l'échelle mondiale. Ces initiatives visent à combiner les efforts des pays pour limiter l'augmentation de la température mondiale, réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES), et favoriser l'adaptation aux impacts climatiques.  Stratégies internationales et accords climatiques (ex. Accord de Paris) Accord de Paris (2015) Adopté lors de la COP21, l'Accord de Paris est un traité international juridiquement contraignant qui fixe comme objectif de limiter le réchauffement climatique à 2 °C , tout en poursuivant les efforts pour le contenir à 1,5 °C par rapport aux niveaux préindustriels.. Il repose sur les contributions déterminées au niveau national (CDN), où chaque pays définit ses propres engagements de réduction des émissions et ses stratégies pour atteindre la neutralité carbone d'ici la seconde moitié du siècle. Les pays s'engagent également à fournir des financements pour aider les nations en développement à s'adapter et à atténuer les effets du changement climatique.  Stratégies internationales et accords climatiques (ex. Accord de Paris) Stratégies internationales 1. Neutralité carbone : Plusieurs pays et visent entreprises la neutralité carbone d'ici 2050 ou 2060, ce qui implique de réduire les émissions et de compenser les résidus via des puits de carbone ou des technologies de capture. 2. Transition énergétique : Promouvoir l'adoption des énergies renouvelables, améliorer l'efficacité énergétique, et réduire la dépendance aux combustibles fossiles. 3. Financements climatiques : Les pays développés se sont engagés à mobiliser 100 milliards de dollars par an pour aider les pays en développement à financer leurs efforts d'atténuation et d'adaptation. 4. Adaptation et résilience : Renforcer les capacités des populations et des écosystèmes vulnérables face aux impacts climatiques (inondations, sécheresses, montée du niveau de la mer). 5. Protection des écosystèmes : Intégrer la conservation des forêts, des océans, et d'autres écosystèmes naturels dans les stratégies climatiques, car ils agissent comme des puits de carbone.  Stratégies internationales et accords climatiques (ex. Accord de Paris) Autres accords climatiques majeursProtocole de Kyoto (1997) : Précédant l'Accord de Paris, il imposait des objectifs juridiques contraignants de réduction des émissions pour les pays industrialisés.Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (CCNUCC, 1992) : Cadre général qui guide la coopération internationale sur le climat.COP (Conférences des Parties) : Les réunions annuelles pour évaluer les progrès, comme la COP26 à Glasgow et la COP28 à Dubaï.Ces stratégies et accords encouragent la coopération mondiale pour réduire les émissions de GES, renforcer les politiques climatiques nationales et favoriser une transition équitable vers un avenir résilient et bas carbone.