Fiche de révision : Limites planétaires et transition

📋 Plan du Cours

1. Origines et outils de mesure écologique
2. Définition des limites planétaires
3. Seuils, résilience et référence holocène
4. Perturbation du cycle de l’eau douce
5. Perturbation des cycles biogéochimiques
6. Appauvrissement de l’ozone stratosphérique
7. Introduction de nouvelles entités
8. Changement climatique
9. Acidification des océans
10. Charge en aérosols atmosphériques
11. Changement d’affectation des sols
12. Intégrité de la biosphère
13. Interactions entre les limites
14. Le donut et la justice sociale

📖 1. Origines et outils de mesure écologique

★ À maîtriser

• Le rapport « les limites à la croissance » du Club de Rome, publié par Meadows et al. en 1972, alerte sur les conséquences d’une croissance illimitée dans un monde aux ressources finies.

• L’empreinte écologique, développée en 1996 par Wackernagel et Rees, compare la demande humaine sur les écosystèmes à la capacité de la biosphère à régénérer les ressources et absorber les déchets.

📌 Une empreinte écologique supérieure à la biocapacité indique un déficit écologique, tandis qu’une empreinte inférieure indique une réserve écologique.

Compléments

• Le rapport de Meadows et al. teste 12 scénarios pour le XXIème siècle à l’aide d’un modèle global simplifié de variables interconnectées.

• Depuis 2003, le Global Footprint Network calcule chaque année les empreintes nationales et mondiale et propose un calcul individuel.

📖 2. Définition des limites planétaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Limites planétaires : Rockström et al, 2009 - Seuils mondiaux à ne pas dépasser pour que l’humanité vive dans un écosystème sûr, en évitant des modifications environnementales brutales, non linéaires, potentiellement catastrophiques et difficilement prévisibles.

★ À maîtriser

• Le cadre des limites planétaires a été proposé en 2009 par le Stockholm Resilience Center.

• Le cadre retient neuf processus biophysiques globaux importants pour le fonctionnement du système Terre et potentiellement affectés par les activités humaines.

• La mise en œuvre des limites planétaires identifie les processus biophysiques, leur attribue un ou plusieurs indicateurs, puis définit des valeurs seuils permettant d’évaluer leur état.

Compléments

📌 Les processus biophysiques deviennent limitants lorsque les prélèvements de ressources dépassent leur disponibilité ou leur productivité, ou lorsque les rejets dépassent la capacité d’assimilation, de dégradation ou de dilution des écosystèmes.

📖 3. Seuils, résilience et référence holocène

🔑 Notions clés & Définitions

• Résilience : Capacité d’un écosystème ou d’un sociosystème à se remettre d’une perturbation et à revenir à son état initial.
• Point de bascule : Seuil au-delà duquel un écosystème ou un sociosystème évolue vers un nouvel état.

★ À maîtriser

• L’état de référence des limites planétaires est l’Holocène, période de conditions environnementales stables commencée il y a plus de 11 700 ans BP.

Compléments

📌 Une limite continue est définie à partir d’un pourcentage de l’indicateur non perturbé lorsque le point de bascule n’est pas clairement identifié, tandis qu’une limite abrupte repose sur un seuil de bascule identifié auquel est ajoutée une marge de sécurité.

• Les limites distinguent trois zones :
  • une zone sûre proche des conditions normales de l’Holocène
  • une zone d’incertitude où un risque de bascule est possible
  • une zone à fort risque de bascule

💡 Astuce mémo

Sous le seuil, résilience ; au-delà, bascule possible

📖 4. Perturbation du cycle de l’eau douce

🔑 Notions clés & Définitions

• Eau bleue : Eau douce circulante des rivières, des lacs et des nappes, disponible pour l’intégrité des écosystèmes aquatiques.
• Eau verte : Humidité des sols disponible pour la végétation.

★ À maîtriser

• La limite de perturbation du cycle de l’eau douce repose sur la proportion de surface terrestre où les eaux de surface et l’humidité des sols s’écartent de leur variabilité naturelle.

Compléments

• L’indicateur de l’eau bleue mesure la proportion des bassins versants où les prélèvements non restitués dépassent le débit environnemental de référence pendant au moins un mois par an.

• L’indicateur de l’eau verte mesure la surface terrestre où l’humidité du sol dans la zone racinaire s’écarte de sa variabilité naturelle pendant au moins un mois par an.

• Dans les résultats présentés, la perturbation de l’eau bleue est de 22,0 % et celle de l’eau verte de 22,6 %.

💡 Astuce mémo

Bleue : eaux circulantes ; verte : humidité des sols

📖 5. Perturbation des cycles biogéochimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycles biogéochimiques : Processus par lesquels un élément chimique circule entre les compartiments terrestres, notamment la biosphère, l’atmosphère, l’hydrosphère, la pédosphère et la lithosphère.
• Eutrophisation : Dégradation des milieux aquatiques causée par un apport excessif d’azote et de phosphore.

★ À maîtriser

• L’azote et le phosphore sont des nutriments dont le recyclage contribue au fonctionnement des écosystèmes.

Compléments

• Le procédé Haber-Bosch produit de l’ammoniac destiné notamment à la fabrication d’engrais azotés.

• La combustion liée à la production d’énergie et à l’incinération des déchets rejette des composés azotés réactifs, notamment NOX et N2O.

💡 Astuce mémo

Excès de N et P → eutrophisation

📖 6. Appauvrissement de l’ozone stratosphérique

★ À maîtriser

📌 L’ozone stratosphérique, situé entre 20 et 40 km d’altitude, absorbe les rayonnements UV, tandis que l’ozone troposphérique, situé sous 10 km et formé en présence de COV, présente un risque sanitaire respiratoire.

• Les CFC utilisés notamment comme gaz frigorigènes détruisent l’ozone stratosphérique et ont contribué à l’apparition d’un trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique dans les années 1980.

• En 1987, le protocole de Montréal interdit la production de substances appauvrissant la couche d’ozone.

Compléments

• La limite de l’ozone stratosphérique est évaluée par la concentration moyenne globale d’ozone, exprimée en unités Dobson (DU).

💡 Astuce mémo

Stratosphère : filtre UV ; troposphère : ozone polluant

📖 7. Introduction de nouvelles entités

🔑 Notions clés & Définitions

• Nouvelles entités : Entités nouvelles au sens géologique, produites, mises en circulation et rejetées dans l’environnement par les activités humaines, comme les substances de synthèse, les nouvelles formes de substances existantes et les formes de vie modifiées.

★ À maîtriser

• La limite des nouvelles entités n’est pas quantifiée, mais elle est considérée comme dépassée en raison de productions et de rejets trop importants pour permettre des contrôles.

Compléments

• Les plastiques comprennent plusieurs milliers de polymères, mais six polymères — PE, PP, PS, PVC, PET et PC — représentent au moins 80 % de la production mondiale.

• Les plastiques contiennent environ 6 000 substances chimiques, dont 4 200 sont identifiées comme préoccupantes en raison de leur persistance, bioaccumulation, mobilité ou toxicité.

• La production mondiale de produits chimiques a été multipliée par 50 depuis 1950 et devrait tripler d’ici 2050 par rapport à 2010.

• En 2020, environ 23 000 substances étaient enregistrées sous le règlement REACH, mais environ 80 % restaient non évaluées.

📖 8. Changement climatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Climat : Ensemble des conditions atmosphériques moyennes observées dans une région pendant une période suffisamment longue, d’environ 30 ans.

• Bilan radiatif terrestre : Équilibre entre l’énergie solaire reçue et l’énergie réémise par la Terre.

★ À maîtriser

• Les activités humaines émettent des gaz à effet de serre par :
  • la combustion d’énergies fossiles
  • la déforestation
  • l’agriculture
  • l’élevage

• La limite climatique est suivie par la concentration atmosphérique de CO₂, dont la valeur présentée est de 426 ppmv, et par le forçage radiatif anthropique total, présenté à 2,97 W/m².

Compléments

• Le climat conditionne la répartition des biomes, les cycles biogéochimiques, la disponibilité en eau et les écosystèmes et sociétés humaines qui en dépendent.

• La température moyenne à la surface terrestre est d’environ 15 °C avec l’effet de serre actuel, contre −18 °C sans effet de serre.

💡 Astuce mémo

GES accumulés → effet de serre renforcé → réchauffement

📖 9. Acidification des océans

🔑 Notions clés & Définitions

• pH : Le pH mesure la concentration en ions H⁺ dans un milieu aquatique selon la relation $pH = -\log[H^+]$.

★ À maîtriser

• L’augmentation du CO₂ atmosphérique entraîne une diminution du pH océanique et de la concentration en ions carbonates.

• L’acidification océanique fragilise le développement des organismes calcifiants, du phytoplancton et des coraux, et réduit la pompe océanique à carbone.

Compléments

• Le pH de l’océan est légèrement basique et vaut environ 8,2 dans les données présentées.

• L’indice de saturation en aragonite, fonction du pH, renseigne sur la capacité de l’eau à former ou dissoudre l’aragonite.

• La limite de l’acidification des océans est suivie par l’indice de saturation de l’aragonite, dont la valeur présentée est de 2,84.

💡 Astuce mémo

CO₂ dissous → pH réduit → calcification fragilisée

📖 10. Charge en aérosols atmosphériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Aérosols : Fines particules en suspension dans l’atmosphère, comme les embruns marins, les particules d’érosion des sols, les cendres volcaniques et les pollens.
• Profondeur optique des aérosols : Mesure l’atténuation du rayonnement solaire par les particules en suspension dans une colonne d’atmosphère.

★ À maîtriser

• Les activités humaines augmentent les concentrations d’aérosols atmosphériques par les suies issues de la combustion d’énergies fossiles et de biomasse et par le soulèvement de poussières sur les sols nus ou dégradés.

📐 Formule - La différence de profondeur optique des aérosols entre les hémisphères est $\Delta AOD = AOD_{Nord} - AOD_{Sud}$.

Compléments

• Les aérosols anthropiques peuvent perturber les régimes régionaux de précipitations, notamment les moussons en Asie du Sud-Est.

📖 11. Changement d’affectation des sols

🔑 Notions clés & Définitions

• Anthropisation : Transformation d’écosystèmes terrestres naturels, comme les forêts, en surfaces humaines telles que les cultures, les pâturages, les zones urbaines et les infrastructures.

★ À maîtriser

• Les écosystèmes terrestres naturels contribuent à réguler le climat, le cycle de l’eau, les cycles biogéochimiques et la biodiversité à l’échelle globale.

• La conversion des écosystèmes naturels entraîne une perte de biodiversité et une fragmentation des habitats.

Compléments

• La transformation des sols naturels peut : perturber le cycle régional de l’eau et réduire le recyclage de l’humidité et son transfert à longue distance, déstocker le carbone, modifier l’albédo de surface

• La limite de changement d’affectation des sols est évaluée par la couverture forestière restante par rapport à la couverture forestière potentielle sans influence humaine.

💡 Astuce mémo

Conversion des écosystèmes → carbone libéré et fonctions perturbées

📖 12. Intégrité de la biosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Biosphère : Ensemble des zones terrestres, aquatiques et atmosphériques où la vie est présente.

★ À maîtriser

• Les fonctions régulatrices de la biosphère comprennent : les cycles du carbone, de l’azote et du phosphore, la régulation du climat local et régional, la filtration de l’eau, la structuration des sols

• L’intégrité de la biosphère est suivie par la diversité génétique, notamment le taux d’extinction exprimé en extinctions par million d’espèces-années, et par l’intégrité fonctionnelle, notamment l’appropriation humaine de la production primaire nette (HANPP).

Compléments

• La disparition d’espèces est irréversible.

📖 13. Interactions entre les limites

★ À maîtriser

• Un feu de forêt peut résulter conjointement du changement climatique, de la sécheresse liée au cycle de l’eau douce et de la déforestation liée au changement d’affectation des sols. - Jarrier, 2024

• Les limites planétaires examinent chaque processus, tout en intégrant les interactions entre les processus biophysiques du système Terre.

Compléments

• Un feu de forêt peut entraîner un déstockage de carbone, affecter l’intégrité de la biosphère et émettre des aérosols. - Jarrier, 2024

📖 14. Le donut et la justice sociale

🔑 Notions clés & Définitions

• Donut : Raworth, 2012 - Représentation d’un espace sûr et juste pour l’humanité, situé entre les neuf limites planétaires qui forment le plafond environnemental et les besoins essentiels humains qui forment le plancher social.

★ À maîtriser

• L’approche du donut relie les enjeux de justice sociale aux enjeux environnementaux. - Raworth, 2012

• Le cours indique qu’aucun pays n’a aujourd’hui un développement sûr et juste, que les pays industrialisés contribuent le plus au dépassement du plafond environnemental et que les pays en développement présentent des déficits de besoins essentiels humains.

• Le cours indique que sept des neuf limites planétaires sont dépassées.

Compléments

• Le donut peut être transposé à l’échelle locale comme outil de gouvernance et d’orientation du développement territorial.

💡 Astuce mémo

Un plancher social et un plafond écologique dessinent l’anneau sûr du donut

📊 Tableaux de synthèse

Plafond environnemental et plancher social