Fiche de révision : Limites planétaires et transition énergétique

📋 Plan du Cours

1. Anthropocène et grande accélération
2. Basculements et rétroactions
3. Modèle des limites planétaires
4. Biosphère et érosion de la biodiversité
5. Pollutions atmosphériques et océaniques
6. Gaz à effet de serre et entités nouvelles
7. Cycles de l’azote et du phosphore
8. Sols et ressources en eau douce
9. Énergie, puissance et ressources
10. Motifs et leviers de la transition énergétique
11. Contraintes des énergies de transition
12. Effets rebond et efficacité énergétique

📖 1. Anthropocène et grande accélération

🔑 Notions clés & Définitions

• Holocène : L’époque géologique en cours, commencée à la fin de la dernière époque glaciaire, il y a 12 000 ans, dans un contexte de paramètres physiques stables favorable au développement des sociétés humaines.
• Anthropocène : Une proposition d’époque géologique actuelle où l’influence humaine sur le système Terre est devenue significative à l’échelle planétaire et des temps géologiques.
• Grande accélération : Les bouleversements sociaux et environnementaux survenus simultanément au cours des 70 dernières années, à une ampleur et une vitesse inédites dans l’histoire humaine.
• Zone critique : La fine pellicule du globe terrestre où réside le vivant.

★ À maîtriser

• La représentation de la grande accélération masque les inégalités entre pays et au sein des pays en matière de responsabilité et de vulnérabilité, car les plus gros pollueurs souffrent moins de leur pollution tandis que les plus pauvres sont moins équipés.

Compléments

• Les critiques de l’Anthropocène lui reprochent de gommer les inégalités, de suggérer une toute-puissance humaine et de dater son début à partir de technologies en négligeant les processus politiques et sociaux.

• Parmi les autres dénominations proposées figurent le Capitalocène, le Thanatocène, l’Industrialocène et l’Occidentalocène, tandis que l’écoféminisme relie la destruction de la Terre à un système de domination ayant mené au patriarcat.

• Les ressources citées comme exploitées à leur maximum sont :

  • les grands barrages
  • la pêche marine
  • les terres domestiquées

📖 2. Basculements et rétroactions

🔑 Notions clés & Définitions

• Point de basculement : Un seuil dont le franchissement entraîne de grands changements, souvent irréversibles, qui modifient qualitativement l’état ou l’évolution d’un système.
• Boucle de rétroaction : Un ensemble d’interactions qui amplifie un changement imposé au système lorsqu’elle est positive, ou le compense lorsqu’elle est négative.

★ À maîtriser

• Les transformations associées aux points de basculement sont non linéaires, souvent irréversibles, difficiles à prévoir dans leur moment et leur nouvel état d’équilibre, et interdépendantes, car un basculement peut en entraîner un autre.

Compléments

• La surpêche peut provoquer l’effondrement de la population de morues, tandis que l’érosion due à l’agriculture intensive peut conduire à la désertification.

• Une hausse de la demande sans augmentation de la production peut faire monter les prix, ce qui réduit ensuite la demande.

• 🔄 La rétroaction positive suit cette chaîne :

  1. Le réchauffement climatique entraîne la fonte des glaces.
  2. La fonte des glaces diminue l’albédo.
  3. La diminution de l’albédo accentue le réchauffement.

• Lorsque les rétroactions positives dépassent les boucles de compensation, le changement s’auto-alimente jusqu’à atteindre un nouvel équilibre ; la fonte du pergélisol fait craindre des émissions massives de gaz à effet de serre.

💡 Astuce mémo

Une rétroaction positive amplifie le changement jusqu’à un nouvel équilibre.

📖 3. Modèle des limites planétaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Limites planétaires : Le modèle des limites planétaires vise à tracer un espace de fonctionnement sûr pour l’humanité, à identifier les éléments critiques du système Terre et à analyser qualitativement les risques de sa déstabilisation.
• Frontière planétaire : Une frontière planétaire est un seuil dont le dépassement risque de provoquer des ruptures d’équilibre du système Terre ; avant la frontière se trouve l’espace de fonctionnement sûr, puis une zone d’incertitude et enfin une zone de risque élevé.
• Variable de contrôle : Un paramètre mesurable dont la valeur permet de quantifier l’évolution d’une dégradation.

📝 Points essentiels

• Les neuf limites planétaires sont :
  • l’intégrité de la biosphère
  • le changement climatique
  • l’introduction de nouvelles entités dans l’environnement
  • la perturbation des cycles biochimiques de l’azote et du phosphore
  • le changement d’affectation des sols
  • la perturbation des cycles de l’eau douce
  • l’acidification des océans
  • la charge atmosphérique en aérosols
  • l’affaiblissement de la couche d’ozone stratosphérique

📌 Une frontière planétaire délimite un espace sûr pour le système Terre, tandis qu’un point de basculement désigne un seuil dont le franchissement peut entraîner des conséquences irréversibles.

• Les frontières dépassées concernent : l’intégrité de la biosphère, le changement climatique, l’introduction de nouvelles entités, les cycles biochimiques de l’azote et du phosphore, l’affectation des sols, les cycles de l’eau douce, l’acidification des océans

💡 Astuce mémo

La frontière délimite un espace sûr ; le point de basculement signale un seuil aux conséquences potentiellement irréversibles.

📖 4. Biosphère et érosion de la biodiversité

🔑 Notions clés & Définitions

• Biosphère : Le système formé par l’ensemble des écosystèmes du globe, comprenant les êtres vivants, leur milieu et leurs interactions.
• Écosystème : Un ensemble en interaction formé d’une biocénose et de son biotope.
• Biocénose : L’ensemble des formes de vie, animales et végétales, d’un milieu.
• Biotope : Le lieu de vie caractérisé par ses propriétés physiques et chimiques.
• Système Terre : La biosphère et les parties de l’atmosphère, de la lithosphère et de l’hydrosphère qui n’abritent pas la vie mais peuvent interagir avec elle.
• Espèce : Un ensemble d’individus capables de se reproduire entre eux et d’engendrer une descendance viable et féconde.
• Cycle biochimique : Le transport et la transformation cycliques d’un élément ou d’un composé chimique au sein du système Terre.
• Chaîne alimentaire : La circulation de la matière et de l’énergie au sein du vivant par des interactions alimentaires.
• Producteurs primaires : Des organismes photosynthétiques ou des micro-organismes autonomes pour leurs besoins en énergie et en carbone, capables de se développer à partir de matière minérale.
• Organismes hétérotrophes : Dépendent de la matière organique élaborée par les organismes autotrophes.

★ À maîtriser

• La biomasse des mammifères terrestres est composée de 36 % d’humains, de 60 % d’animaux d’élevage et de 4 % d’animaux sauvages.

• L’intégrité de la biosphère est mesurée par la diversité génétique et l’intégrité fonctionnelle, et sa variable de contrôle est l’appropriation de la production primaire nette, c’est-à-dire l’énergie cumulée par les organismes autotrophes.

• La frontière associée à l’appropriation de la production primaire nette est fixée à 10 %, car les impacts sur les écosystèmes deviennent importants au-delà ; cette valeur a été dépassée à la fin du XIXe siècle et la valeur actuelle est de 30 %.

Compléments

• Les populations humaines bénéficient des contributions matérielles et immatérielles des écosystèmes en préservant leurs fonctions régulatrices et le maintien des possibles.

• La biosphère est au centre des limites planétaires, car toutes les limites agissent sur elle et leur franchissement importe par ses effets sur la biosphère.

📖 5. Pollutions atmosphériques et océaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Aérosols : Des microparticules, de taille micrométrique ou nanométrique, en suspension dans l’atmosphère.

★ À maîtriser

• L’affaiblissement de la couche d’ozone augmente la proportion d’UV-B à la surface de la Terre et peut favoriser les cancers, affaiblir le système immunitaire, perturber la photosynthèse et la croissance des végétaux, et endommager les cycles de vie de nombreux animaux.

• La concentration d’ozone dans l’atmosphère est la variable de contrôle de l’affaiblissement de la couche d’ozone ; la frontière a presque été transgressée en 1990 et le protocole de Montréal de 1987 est présenté comme un succès.

• Les océans absorbent 25 % des émissions anthropiques de CO2.

• L’acidification des océans affecte les organismes à structure calcaire ou à coquille, ce qui peut toucher l’ensemble de la biodiversité en raison de leur rôle à la base de la chaîne alimentaire.

• Les gaz à effet de serre présents dans l’atmosphère renvoient vers la surface des rayonnements infrarouges qui devraient partir vers l’espace.

Compléments

• Les phénomènes abordés sont : le réchauffement climatique, l’acidification des océans, l’augmentation de la charge atmosphérique en particules, l’affaiblissement de la couche d’ozone

• Les aérosols peuvent affecter la santé humaine par des infections pulmonaires, le climat en modifiant l’albédo, notamment par la suie sur la glace, et le cycle de l’eau en modifiant les moussons.

• La frontière planétaire associée à la charge en aérosols n’est pas dépassée et le processus est stable, voire en amélioration.

• L’état de saturation de l’aragonite, principal carbonate utilisé par les organismes concernés, est la variable de contrôle de l’acidification des océans.

• La frontière planétaire de l’acidification des océans vient d’être dépassée et a été fixée de façon à limiter les dégâts sur les écosystèmes marins.

📖 6. Gaz à effet de serre et entités nouvelles

★ À maîtriser

• Le CO₂ représente 75 % des émissions totales de gaz à effet de serre et a un pouvoir de réchauffement de 1 eqCO₂.

• La concentration atmosphérique en CO₂ est la variable de contrôle du réchauffement climatique, car elle est fortement corrélée à la température moyenne à la surface du globe.

• La frontière planétaire du CO₂ est fixée à 350 ppm, tandis que la concentration atmosphérique moyenne mondiale était d’environ 423 ppm en 2024.

• Les entités nouvelles désignent les substances créées ou modifiées par les humains, notamment les substances chimiques, les substances radioactives et les semences génétiquement modifiées.

• La variable de contrôle des entités nouvelles est le pourcentage de substances disséminées sans évaluation adéquate, et la frontière est fixée à 0 %.

Compléments

• La disparition de la glace des pôles est associée à une concentration de CO₂ de 450 ± 100 ppm.

• Les effets des entités nouvelles comprennent l’affaiblissement de la couche d’ozone par les CFC, les atteintes à la biodiversité par les pesticides touchant les insectes et les oiseaux, ainsi que les accidents nucléaires.

• L’évaluation préalable des substances est une obligation minimale qui ne garantit pas l’absence d’effets négatifs après leur dissémination.

📖 7. Cycles de l’azote et du phosphore

🔑 Notions clés & Définitions

• Eutrophisation : Déséquilibre d’un écosystème aquatique dû à un apport excessif en nutriments.
• Cycle biochimique : Mécanisme de transport et de transformation cyclique d’éléments chimiques à travers l’environnement et les organismes.

📝 Points essentiels

• L’azote et le phosphore sont des éléments nutritifs essentiels à la croissance des plantes.

• Le dérèglement est lié à : l’utilisation d’engrais synthétiques, les lisiers, la synthèse d’engrais azotés par le procédé Haber-Bosch, l’extraction de phosphates dans les mines

• 🔄 L’eutrophisation entraîne la chaîne suivante : prolifération de végétaux aquatiques et de phytoplancton, baisse de la biodiversité et de la concentration en O₂, création de zones mortes

• La variable de contrôle des cycles de l’azote et du phosphore est le flux de ces éléments rendu disponible pour les écosystèmes; la frontière correspondante est largement dépassée.

💡 Astuce mémo

Excès de nutriments → eutrophisation → zones mortes

📖 8. Sols et ressources en eau douce

🔑 Notions clés & Définitions

• Eau bleue : Eau présente dans les cours d’eau, les lacs, les nappes phréatiques ou d’autres réservoirs.
• Eau verte : Eau absorbée par les sols et les végétaux.

★ À maîtriser

• La répartition des sols est la suivante :

  • 40 % de sols naturels
  • 9 % de sols artificiels
  • 51 % de sols agricoles

• La surface du couvert forestier est la variable de contrôle du changement d’affectation des sols, et la frontière est nettement dépassée dans la majorité des régions du globe.

• Les perturbations sont causées par : les prélèvements humains massifs, le changement climatique, le changement d’affectation des sols, notamment l’artificialisation et la déforestation

• Les prélèvements humains se répartissent entre :

  • 70 % pour l’agriculture
  • 20 % pour l’industrie
  • 10 % pour les usages domestiques

• La variable de contrôle de l’eau douce est le pourcentage des terres où les flux d’eau bleue et d’eau verte sont significativement affectés; la frontière est de 10 %, alors que plus de 15 % des terres sont négativement affectées dans le monde.

Compléments

• Le changement d’affectation des sols et le dérèglement des cycles de l’eau douce mesurent l’accaparement de ressources naturelles essentielles à la vie.

• Les limites planétaires liées aux sols et à l’eau interagissent avec l’érosion de la biodiversité, car l’eau est vitale pour les êtres vivants et les écosystèmes dépendent de leur milieu.

• Les cycles de l’eau douce dépendent en partie du couvert forestier, tandis que la sécheresse menace ce couvert; l’agriculture est présentée comme une cause principale commune des perturbations.

💡 Astuce mémo

Eau bleue dans les réservoirs, eau verte dans les sols et les végétaux

📖 9. Énergie, puissance et ressources

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie : Capacité d’un système à transformer de la matière, exprimée en joules ou en wattheures.
• Puissance : La puissance mesure le débit d’énergie par unité de temps.

★ À maîtriser

📐 Formule - La puissance vérifie $P = \frac{\Delta E}{\Delta t}$ et s’exprime en watts, soit en joules par seconde.

Compléments

• La puissance mondiale est de 20 TW; les vents représentent 75 à 130 TW, tandis que les stocks énergétiques indiqués sont de 840 TW·an pour le charbon, 340 TW·an pour le pétrole et 180 TW·an pour l’uranium.

📖 10. Motifs et leviers de la transition énergétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie primaire : Énergie disponible à partir des ressources naturelles avant toute transformation.

★ À maîtriser

• Les énergies fossiles se forment sur des millions d’années et sont denses, bon marché, transportables et stockables sans perte, mais leurs ressources sont finies.

• Pour ne pas dépasser un réchauffement de 1,5 °C, il faudrait laisser sous terre 60 % des réserves connues de pétrole et 90 % de celles de charbon.

• La majorité des émissions de CO₂ provient de la combustion des énergies fossiles, et ces émissions contribuent aussi à l’acidification des océans.

• Les énergies fossiles représentent environ 80 % de l’énergie primaire consommée dans le monde et sont responsables de 70 % du réchauffement climatique.

• Les principaux leviers sont :

  • la décarbonation
  • l’augmentation de l’efficacité énergétique
  • la réduction de la demande par la sobriété

Compléments

• Depuis 1800, la population a été multipliée par 6 et la consommation d’énergie par 30.

• Dans le passé, les nouvelles énergies se sont ajoutées aux précédentes plutôt que de les remplacer; réduire la consommation permet donc de réduire les impacts.

• Les énergies renouvelables ont une part faible dans la production mondiale, et les impacts humains sont liés à la consommation d’énergie.

• Les moyens mentionnés comprennent :

  • les réseaux de transport
  • la rénovation thermique
  • les plans d’urbanisme
  • la démocratie technique
  • la justice sociale
  • la post-croissance
  • le recyclage ou le vélo

• Les freins comprennent : l’ajout de nouvelles sources sans en soustraire, l’inertie des infrastructures, l’inertie des systèmes politiques, l’inertie des modes de vie, l’attente de la réalisation des promesses scientifiques

📖 11. Contraintes des énergies de transition

★ À maîtriser

📌 Les énergies fossiles et la fission de l’uranium ne sont pas renouvelables à l’échelle d’une vie humaine, car elles puisent dans des stocks finis; les autres énergies sont renouvelables.

📌 Les énergies fossiles et la biomasse sont carbonées, car leur combustion dégage du CO₂, tandis que les autres énergies sont qualifiées de décarbonées.

• La production éolienne et solaire est intermittente et peut, à certains moments, excéder la consommation, ce qui entraîne des pertes d’énergie si les surplus ne peuvent être stockés, exportés ou utilisés.

• Les scénarios visant la neutralité carbone en 2050 nécessitent de multiplier par 6 les capacités de stockage d’énergie d’ici 2030.

Compléments

• En 2021, la production mondiale d’électricité renouvelable était d’environ 8 000 TWh, tandis que la consommation mondiale d’énergie primaire était d’environ 170 000 TWh ; la moitié de l’électricité renouvelable provenait de l’hydraulique.

• La moitié de la production renouvelable mentionnée provenait de l’hydraulique, pour laquelle les possibilités de nouveaux emplacements de construction sont épuisées.

• À production d’énergie égale, les installations solaires et éoliennes nécessitent 90 fois plus d’aluminium, 50 fois plus de fer, de cuivre et de verre, et 15 fois plus de ciment.

• À demande égale, une voiture thermique mobilise 2 minerais, contre 7 minerais pour une voiture électrique.

📖 12. Effets rebond et efficacité énergétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet rebond : Réduction des gains attendus d’une amélioration technologique ou d’un service lorsque celle-ci entraîne une augmentation de son utilisation.
• Effet rebond systémique : Survient lorsqu’un changement réorganise le système économique et affecte la consommation dans l’ensemble des secteurs.

★ À maîtriser

📌 L’effet rebond direct modifie la consommation dans le même secteur que le changement, tandis que l’effet rebond indirect modifie la consommation dans un autre secteur.

• 🔄 Le paradoxe de Jevons suit cette chaîne : l’amélioration de l’efficacité réduit le charbon nécessaire, les économies permettent de produire davantage, la demande en charbon et la consommation d’énergie augmentent

• Entre 78 % et 101 % des économies attendues de l’amélioration de l’efficacité énergétique sont perdues par effet rebond; stabiliser la demande est donc nécessaire pour que l’efficacité énergétique soit utile.

• Les 10 % les plus riches sont responsables d’environ 50 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre.

Compléments

• L’isolation d’un logement peut entraîner des économies utilisées pour voyager en avion, ce qui illustre un effet rebond indirect.

• L’amélioration de la réfrigération peut se diffuser dans tous les secteurs et favoriser le commerce international de marchandises périssables, illustrant un effet rebond systémique.

• Des véhicules moins gourmands en essence peuvent conduire à produire des véhicules plus grands et plus lourds, à augmenter la vitesse de déplacement et à parcourir de plus grandes distances.

• La stratégie nationale bas carbone vise la neutralité carbone en France en 2050, et d’autres scénarios de transition traduisent des visions politiques différentes.

• L’indice de développement humain augmente avec la puissance primaire par habitant.