Fiche de révision : Limites planétaires et transition énergétique

Plan du Cours

  1. Anthropocène et grande accélération
  2. Basculements et rétroactions
  3. Cadre des limites planétaires
  4. Biosphère et biodiversité
  5. Pollutions et limites atmosphériques
  6. Réchauffement climatique et entités nouvelles
  7. Cycles de l’azote et du phosphore
  8. Sols et ressources en eau
  9. Énergie, puissance et transition
  10. Freins et leviers énergétiques
  11. Renouvelables et contraintes matérielles
  12. Caractéristiques des énergies et effets rebond

1. Anthropocène et grande accélération

Notions clés & Définitions

  • Écosystème : Ensemble en interaction formé d’une biocénose et de son biotope.
  • Système Terre : Formé de la biosphère et des parties de l’atmosphère, de la lithosphère et de l’hydrosphère qui n’abritent pas la vie mais peuvent interagir avec elle.
  • Anthropocène : Proposition d’époque géologique présente où l’influence humaine sur le système Terre est devenue significative à l’échelle planétaire et sur des temps géologiques.
  • Grande accélération : Proposition visant à rendre compte de bouleversements sociaux et environnementaux simultanés, survenus au cours des 70 dernières années avec une ampleur et une vitesse inédites dans l’histoire humaine.
  • Zone critique : Fine pellicule du globe terrestre où réside le vivant.
  • Biosphère : Système formé par l’ensemble des écosystèmes du globe, comprenant les êtres vivants, leur milieu et leurs interactions.
  • Holocène : Époque géologique en cours, commencée à la fin de la dernière période glaciaire, il y a 12 000 ans.

Points essentiels

📌 La biocénose désigne l’ensemble des formes de vie, faune et flore, tandis que le biotope désigne le lieu de vie et ses caractéristiques physiques et chimiques.

  • La stabilité des paramètres physiques de l’Holocène a été favorable au développement des sociétés humaines, mais elle a été remise en cause au cours des 100 dernières années.

  • Les changements globaux associés à la grande accélération dépassent le seul réchauffement climatique, et certaines ressources sont exploitées à leur maximum, notamment les grands barrages, la pêche marine et les terres domestiquées.

  • Les représentations de la grande accélération gomment les inégalités entre pays et au sein des pays concernant les responsabilités et la vulnérabilité : les plus gros pollueurs souffrent moins de leur pollution, tandis que les plus pauvres en souffrent davantage car ils sont moins équipés.

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

  • Les propositions alternatives et analyses critiques évoquées sont : le Capitalocène, lié à un système économique et social qui ne peut fonctionner sans dégradations massives, le Thanatocène, où les guerres accélèrent les dégradations passées et futures, l’Industrialocène, où le productivisme mène à la destruction, l’Occidentalocène, l’analyse écoféministe d’un système de domination ayant conduit au patriarcat et à la destruction de la Terre

Astuce mémo

Holocène stable, Anthropocène sous influence humaine

2. Basculements et rétroactions

Notions clés & Définitions

  • Point de basculement : Seuil dont le franchissement entraîne de grands changements, souvent irréversibles, qui modifient qualitativement l’état ou l’évolution d’un système.
  • Boucle de rétroaction : Ensemble d’interactions qui forme une boucle amplifiant un changement imposé au système lorsqu’elle est positive, ou le compensant lorsqu’elle est négative.

★ À maîtriser

  • Les transformations associées à un point de basculement sont : non linéaires, car le changement n’est pas proportionnel à ses causes, souvent irréversibles, difficiles à prévoir quant au moment du basculement et à l’état d’équilibre du nouveau système, interdépendantes, car un basculement peut en entraîner un autre

  • La fonte des glaces diminue l’albédo, ce qui accroît le réchauffement climatique et accélère à nouveau la fonte des glaces, illustrant une rétroaction positive.

Compléments

  • La surpêche peut provoquer l’effondrement de la population de morues, et l’érosion causée par l’agriculture intensive peut conduire à la désertification.

  • Lorsqu’une hausse de la demande pour un objet n’est pas suivie par la production, le prix augmente et la demande baisse, ce qui illustre une rétroaction négative.

  • Lorsque les rétroactions positives dépassent les boucles de compensation, le changement s’auto-alimente jusqu’à atteindre un nouvel équilibre.

  • La fonte du permafrost 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. Cadre des limites planétaires

Notions clés & Définitions

  • Frontière planétaire : Seuil dont le dépassement risque de provoquer des ruptures d’équilibre du système Terre.
  • Variable de contrôle : Paramètre mesurable dont la valeur permet de quantifier l’évolution d’une dégradation.

★ À maîtriser

  • Le modèle des limites planétaires vise à : délimiter un espace de fonctionnement sûr pour l’humanité, identifier les éléments critiques du système Terre, analyser qualitativement les risques de déstabilisation du système Terre

  • Les neuf limites planétaires concernent :

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

    • l’intégrité de la biosphère
    • le changement climatique
    • l’introduction de nouvelles entités
    • les cycles de l’azote et du phosphore
    • le changement d’affectation des sols
    • les cycles de l’eau douce
    • l’acidification des océans

Compléments

  • Avant une frontière planétaire se trouve l’espace de fonctionnement sûr ; après celle-ci se trouve une zone d’incertitude, puis une zone de risque élevé.

4. Biosphère et biodiversité

Notions clés & Définitions

  • Producteur primaire : Organisme photosynthétique ou micro-organisme autonome pour couvrir ses besoins en énergie et en carbone, capable de se développer à partir de matière minérale.
  • Espèce : Ensemble d’individus pouvant se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et féconde.
  • Biomasse : Masse des êtres vivants qui y sont présents.
  • Cycle biochimique : Processus cyclique de transport et de transformation d’un élément ou composé chimique au sein du système Terre.
  • Chaîne alimentaire : Circulation de la matière et de l’énergie au sein du vivant par des interactions alimentaires.
  • Organisme hétérotrophe : Dépend de la production de matière organique élaborée par les organismes autotrophes.

★ À maîtriser

  • La biomasse des mammifères terrestres se répartit entre les humains à 36 %, les animaux d’élevage à 60 % et les animaux sauvages à 4 %.

  • Pour la limite liée à l’érosion de la biodiversité, la variable de contrôle est l’appropriation de la production primaire nette, c’est-à-dire l’énergie cumulée par l’ensemble des organismes autotrophes.

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

Compléments

  • Les populations humaines doivent préserver les fonctions régulatrices des écosystèmes et le maintien des possibles pour bénéficier de leurs contributions matérielles et immatérielles.

  • L’intégrité de la biosphère est mesurée par la diversité génétique et l’intégrité fonctionnelle.

  • La biosphère est au centre des limites planétaires, car toutes les limites agissent sur elle et leur franchissement n’a de sens qu’en raison de ses effets sur elle.

5. Pollutions et limites atmosphériques

Notions clés & Définitions

  • Aérosol : Microparticule, 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 et l’affaiblissement du système immunitaire humains, perturber la photosynthèse et la croissance des végétaux, et endommager les cycles de vie de nombreux animaux.

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

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

  • L’acidification des océans affecte les organismes à structure calcaire et à coquille, avec des conséquences sur l’ensemble de la biodiversité parce que ces organismes sont 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 auraient dû partir vers l’espace, contribuant ainsi au réchauffement climatique.

Compléments

  • Les limites planétaires liées aux pollutions atmosphériques concernent : le réchauffement climatique, l’acidification des océans, l’augmentation de la charge atmosphérique en particules, l’affaiblissement de la couche d’ozone

  • La variable de contrôle de la limite relative à la couche d’ozone est la concentration d’ozone dans l’atmosphère.

  • La frontière de la couche d’ozone a été presque transgressée en 1990, et le protocole de Montréal adopté en 1987 est présenté comme un succès.

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

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

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

6. Réchauffement climatique et entités nouvelles

Notions clés & Définitions

  • Entités nouvelles : Toutes les substances créées ou modifiées par les humains, notamment les substances chimiques, les substances radioactives et les semences génétiquement modifiées.

★ À maîtriser

  • Les principaux gaz à effet de serre cités sont le CO₂, le CH₄ et le N₂O, qui représentent respectivement 75 %, 18 % et 4 % des émissions totales et ont des pouvoirs de réchauffement de 1, 28 et 298 eqCO₂.

  • La concentration de CO₂ atmosphérique est la variable de contrôle du réchauffement climatique en raison de sa forte corrélation avec la température moyenne à la surface du globe.

  • La frontière planétaire du CO₂ est fixée à 350 ppm, alors que la concentration atmosphérique actuelle est d’environ 425 ppm.

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

Compléments

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

  • La concentration de CO₂ atmosphérique a fortement augmenté depuis la révolution industrielle.

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

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

  • Quelques polluants atmosphériques fluorés suffisent à perturber la couche d’ozone.

7. Cycles de l’azote et du phosphore

Notions clés & Définitions

  • Eutrophisation : Le déséquilibre d’un écosystème aquatique dû à un apport excessif en nutriments, qui entraîne la prolifération de végétaux aquatiques et de phytoplancton, une baisse de la biodiversité et une diminution de la concentration en oxygène, pouvant créer des zones mortes.
  • Cycle biochimique : Un mécanisme de transport et de transformation cyclique d’éléments chimiques à travers l’environnement et les organismes.

★ À maîtriser

  • Le dérèglement est dû à : engrais synthétiques, lisiers, engrais azoté synthétisé par le procédé Haber-Bosch, phosphate extrait des mines

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

Compléments

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

Astuce mémo

Excès de nutriments → eutrophisation → zones mortes

8. Sols et ressources en eau

Notions clés & Définitions

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

★ À maîtriser

  • La répartition des sols est de 40 % de sols naturels, 9 % de sols artificiels et 51 % de sols agricoles.

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

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

Compléments

  • Les perturbations des flux d’eau douce sont dues à l’utilisation humaine de l’eau — 70 % pour l’agriculture, 20 % pour l’industrie et 10 % pour les usages domestiques — ainsi qu’au changement climatique et au changement d’affectation des sols, notamment l’artificialisation et la déforestation.

Astuce mémo

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

9. Énergie, puissance et transition

Notions clés & Définitions

  • Énergie : La capacité d’un système à transformer de la matière, exprimée en joules ou en wattheures.
  • Puissance : Le débit d’énergie, exprimé en watts, équivalents à des joules par seconde.

★ À maîtriser

📐 Formule - La puissance est égale à la variation d’énergie divisée par la variation de temps : P=ΔEΔtP = \frac{\Delta E}{\Delta t}.

Compléments

  • La puissance mondiale est de 20 TW, tandis que les vents représentent 75 à 130 TW de puissance et les stocks de charbon, pétrole et uranium correspondent respectivement à 840, 340 et 180 TW·an.

10. Freins et leviers énergétiques

Notions clés & Définitions

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

★ À maîtriser

  • 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 et menacent les écosystèmes marins.

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

Compléments

  • 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.

  • Les énergies se sont accumulées au cours des transitions passées, de sorte que réduire la consommation d’énergie permet de réduire les impacts.

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

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

11. Renouvelables et contraintes matérielles

★ À maîtriser

  • Les leviers de la transition énergétique sont la décarbonation, l’augmentation de l’efficacité énergétique et la réduction de la demande par la modification des usages.

Compléments

  • Un frein à la transition énergétique est l’ajout de nouvelles sources d’énergie sans en soustraire d’autres.

  • L’inertie des infrastructures, des systèmes politiques et des modes de vie freine la transition énergétique, tout comme l’attente de la réalisation des promesses scientifiques.

  • La sobriété peut s’appuyer sur les réseaux de transport, la rénovation thermique et les plans d’urbanisme, ainsi que sur la démocratie technique, la justice sociale, la post-croissance et des écogestes individuels comme le recyclage ou le vélo.

Astuce mémo

Renouvelable ne signifie pas nécessairement décarboné : la biomasse est renouvelable mais émet du CO₂ à la combustion

12. Caractéristiques des énergies et effets rebond

Notions clés & Définitions

  • Effet rebond : La réduction des gains espérés d’une amélioration technologique ou d’un service lorsque cette amélioration entraîne une augmentation de son utilisation.
  • Effet rebond systémique : Un changement qui réorganise le système économique et affecte la consommation dans l’ensemble des secteurs.

★ À maîtriser

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

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

  • Selon une évaluation récente, l’effet rebond fait perdre 78 à 101 % des économies attendues des gains d’efficacité énergétique; la demande doit donc être stabilisée pour que l’efficacité soit utile.

Compléments

  • En 2021, la consommation mondiale d’énergie renouvelable était de 8 000 TWh sur 17 000 TWh; la moitié de cette énergie renouvelable provenait de l’hydraulique, dont les emplacements possibles de construction étaient considérés comme épuisés.

  • Les productions éolienne et solaire sont intermittentes et peuvent excéder largement la consommation une bonne partie de l’année, entraînant des pertes d’énergie.

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

  • Pour une même production d’énergie, 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.

  • Les matières premières sont en quantité finie et leur extraction demande davantage d’énergie à mesure que les quantités extraites augmentent.

📌 Pour une même demande, la transition énergétique remplace l’extraction de combustibles fossiles par celle de davantage de métaux; une voiture thermique mobilise 2 minerais contre 7 pour une voiture électrique.

  • L’isolation d’un logement peut réduire les dépenses de chauffage, puis permettre de financer un voyage en avion, ce qui illustre un effet rebond indirect.

  • L’amélioration de la réfrigération peut favoriser son déploiement dans différents secteurs et le développement du commerce international de marchandises périssables, illustrant un effet rebond systémique.

  • Le paradoxe de Jevons décrit l’augmentation de la demande de charbon lorsque des machines plus efficaces rendent son utilisation moins coûteuse et favorisent une production accrue.

  • 🔄 L’effet rebond peut suivre cette chaîne : des véhicules moins gourmands en essence, la construction de véhicules plus grands et plus lourds, une hausse de la vitesse de déplacement, une augmentation de la distance parcourue

Astuce mémo

Gain d’efficacité → économies → usages accrus → gains réduits

Teste tes connaissances

Teste tes connaissances sur Limites planétaires et transition énergétique avec 10 questions à choix multiples et corrections détaillées.

1. Concernant les notions d’écosystème, de biocénose et de biotope :

2. Une équipe distingue l’époque géologique en cours d’une proposition d’époque fondée sur l’influence humaine planétaire. Parmi les propositions suivantes, laquelle ou lesquelles sont exactes ?

Faire le QCM →

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les concepts clés de Limites planétaires et transition énergétique avec 10 flashcards interactives.

De quels éléments en interaction est formé un écosystème ?

D’une biocénose et de son biotope.

Qu’est-ce qu’un point de basculement ?

Un seuil dont le franchissement entraîne de grands changements, souvent irréversibles, dans l’état ou l’évolution d’un système.

Qu’est-ce que la zone critique du globe terrestre ?

La fine pellicule où réside le vivant.

Voir les flashcards →

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