Comment les scénarios climatiques prennent-ils en compte les options économiques de nos sociétés ?

La réponse de

Auteur Céline Guivarch

Céline Guivarch

Céline GUIVARCH, ingénieure des Ponts, Eaux et Forêts et économiste, est chercheure au CIRED (Centre International de Recherche sur l’Environnement et le Développement). Ses recherches portent sur l’économie du changement climatique et de l’énergie. Elle développe et utilise des modèles pour explorer les interactions entre dynamiques économiques, évolutions des systèmes énergétiques et environnement. Elle s’intéresse particulièrement au rôle des incertitudes pour les décisions de politiques climatiques et pour les scénarios socio-économiques pour la recherche sur le changement climatique.

Pour en savoir plus : la page personnelle de Céline Guivarch

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Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat
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Des scénarios pour éclairer les choix que nous avons à faire face au changement climatique

Les implications du changement climatique pour nos sociétés dépendront de la réponse du système climatique à l’accumulation de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, mais aussi de comment l’humanité répondra par l’évolution des technologies, des économies, des modes de vies et des politiques climatiques. La vulnérabilité des sociétés au changement climatique dépendra notamment de la structure des économies (une économie reposant sur l’agriculture n’a pas le même type de vulnérabilité qu’une économie orientée vers l’industrie et les services), de l’urbanisation (la vulnérabilité des villes et des zones rurales à des événements de type inondations ou vagues de chaleur ne sont pas les mêmes), de la réduction ou non des trappes de pauvreté (les populations les plus pauvres sont souvent les plus exposées aux conditions environnementales et ont moins de capacité à s’adapter du fait de moindres capacités financières, de moindres capacités institutionnelles, de moindre accès à l’éducation et à la santé)…

Il s’agit donc de comprendre comment les émissions futures, et le changement climatique et ses conséquences, peuvent être influencés par des évolutions technologiques et socio-économiques alternatives. C’est ici que les scénarios sont utiles. L’objectif du travail à partir de scénarios n’est pas de prédire le futur, mais bien de mieux comprendre les mécanismes à l’œuvre et les incertitudes afin de prendre des décisions aussi robustes que possible face à ces incertitudes.

Les SRES , les scénarios d’émissions qui ont structuré les recherches dans la dernière décennie

En 2000 est paru le rapport du GIEC sur les émissions1 (2000). Il examinait les effets sur les émissions de GES des incertitudes sur un large éventail de «forces motrices» (démographie, croissance économique, changement technologique…). Les scénarios SRES sont regroupés en quatre grandes familles (A1, B1, A2, B2), résultant de la combinaison de deux jeux d’hypothèses divergentes sur les évolutions socio-économiques futures : d’une part une importance prédominante accordée aux valeurs économiques ou, au contraire, une importance croissante des valeurs environnementales, de l’autre une mondialisation croissante versus une régionalisation croissante (Figure 1). Pour chaque famille, un scénario « marqueur » quantifié a été choisi.

 

<p>Les quatre familles des scénarios <span class="caps">SRES</span></p>




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 Ces scénarios d’émissions ont alimenté  une chaîne de modèles pour aboutir à des projections d'évolution climatique globales ou régionales. Puis, les scénarios climatiques ont été réinjectés dans des modèles d'impacts permettant de simuler les effets du climat sur les écosystèmes ou les vecteurs de maladies par exemple. Le lecteur intéressé pourra trouver une analyse détaillée de ces travaux dans Dalmedico2 (2007).

Une nouvelle génération de scénarios, mais aussi une nouvelle façon de construire et utiliser les scénarios

Pourquoi a-t-on besoin d’une nouvelle génération de scénarios ?

Bien que l’exercice de scénarisation SRES ait été très fructueux, de nouveaux scénarios sont nécessaires, pour trois raisons principales :

  1. Depuis les années 2000, les déterminants socio-économiques (économie, technologies, politiques publiques) ont beaucoup évolué. Par exemple, la possibilité d’un développement aussi rapide que la trajectoire suivie par les pays émergents depuis 2000 n’était pas incluse dans les SRES. Dans le même temps, les projections démographiques globales ont été revues à la baisse, de 14 milliards d'humains à 10 milliards à l'horizon 2100. Les scénarios doivent être mis à jour pour prendre en compte ce nouveau contexte.  
  2. Des avancées du côté des modèles physiques de climat ont conduit à des besoins d’informations plus détaillées et à des résolutions plus fines que celles fournies par les SRES: émissions d’aérosols, description explicite à une échelle géographique fine des usages des sols…
  3. Les scénarios existants ne fournissent pas tous les éléments nécessaires à l’étude des impacts et de l’adaptation. Ceci demande en effet des scénarios climatiques focalisés sur les deux ou trois prochaines décennies, avec une résolution spatiale et temporelle fine ; mais aussi l’explicitation des développements socio-économiques pertinents pour l’analyse de la vulnérabilité aux changements climatiques (par exemple l’évolution des dynamiques d’urbanisation, les évolutions des modes de gouvernance, etc.).

 Un processus « en parallèle »

Pour développer cette nouvelle génération de scénarios, la communauté scientifique a mis en place une méthode différente, un processus « en parallèle » (Moss et al.3, 2010), pour gagner en rapidité et permettre une meilleure intégration interdisciplinaire. Ce processus doit se dérouler en trois phases (Figure 2) :

  1. Une phase préparatoire où ont été sélectionnés quatre scénarios d'évolution des concentrations en gaz à effet de serre dans l’atmosphère, les RCP (Representative concentration pathways, ou Trajectoires de concentration représentatives). Des experts des trois groupes du GIEC ont participé à cette phase.
  2. Une phase « parallèle » où les équipes travaillent simultanément à partir des scénarios RCP: les climatologues (groupe I du GIEC) produisent des projections climatiques utilisant les RCP comme entrée, tandis que les socio-économistes (groupe III du GIEC) élaborent des scénarios socio-économiques débouchant sur des scénarios d'émissions correspondant aux RCP.
  3. Une phase d’intégration, dans laquelle les résultats des modèles physiques de climat et les scénarios socio-économiques sont rassemblés pour permettre une évaluation intégrée de l’atténuation, de l’adaptation et des impacts du changement climatique. Cette phase mobilisera à nouveau des experts des trois groupes du GIEC.
Le processus “en parallèle” de construction des scénarios




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Figure 2

Source : Adapté de O’Neill et Schweizer, Projection and prediction: Mapping the road ahead, Nature Climate Change, Vol 1, p.352-353, 2011.

Le processus “en parallèle” de construction des scénarios

 “RCP” et “SSP”: les briques de la nouvelle architecture des scénarios

« RCP » : Representative Concentration Pathways (Trajectoires représentatives de concentration)

Les RCP sont des scénarios de l'évolution des concentration de GES (dioxyde de carbone ou CO2, méthane ou CH4, protoxyde d’azote ou N2O…), d’aérosol et de gaz chimiquement actifs, dans l’atmosphère sur la période 2006-2100, avec une extrapolation jusqu’à 2300. Au nombre de quatre, ils ont été sélectionnés sur la base de 300 scénarios publiés dans la littérature de façon à couvrir une palette aussi large que possible des trajectoires futures de forçage radiatif envisageables.

Chacun de ces quatre scénarios RCP est étiqueté en fonction du forçage radiatif qu’il atteint en 2100 : 2.6 W/m2, 4.5 W/m2, 6 W/m2 et 8.5 W/m2 (Figure 3). Le RCP 8.5, le plus pessimiste (pour le changement climatique), n'est dépassé que par environ 10% des scénarios publiés dans la littérature. Il est légèrement au-dessus de la trajectoire de forçage radiatif correspondant au scénario marqueur A2 des SRES. Les RCP 6 et 4.5 sont proches des scénarios marqueurs A1B et B1 des SRES respectivement. Le RCP 2.6, le plus favorable pour le changement climatique, n’a pas d’équivalent dans les SRES et ne dépasse que près de 10% des scénarios publiés dans la littérature.

<p>Les quatre <span class="caps">RCP</span>, évolution du forçage radiatif et comparaison avec les <span class="caps">SRES</span></p>




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 “SSP”: Shared Socio-economic Pathways (Trajectoires Socio-économiques communes)

Le point central de la nouvelle architecture des scénarios est l’idée que ces quatre trajectoires de forçage radiatif ne sont pas associées à un scénario unique d’émissions de GES ou à un scénario socio-économique unique, mais peuvent au contraire résulter de différentes combinaisons d’évolutions économiques, technologiques, démographique et institutionnelles futures. Ce sont ces combinaisons que les « SSP » cherchent à explorer.

Afin d’être pertinents à la fois pour l’étude de l’adaptation, de l’atténuation, et des impacts du changement climatique, cinq  scénarios « SSP » ont été construits de façon à couvrir l’espace défini par deux axes : l'un représentant les défis de l’adaptation au changement climatique pour les sociétés, l'autre représentant les défis de l’atténuation des émissions de gaz à effet de serre (Figure 4). Les défis de l’adaptation sont définis comme la combinaison de trois composants : (1) les dimensions socio-économiques de l’exposition aux risques liés au changement climatique ; (2) les éléments affectant la sensibilité des systèmes socio-économiques et écologiques au changement climatique ; et (3) les facteurs déterminant les capacités d’adaptation de ces systèmes au changement climatique. Les défis de l’atténuation sont quant à eux la combinaison (1) des déterminants des émissions de gaz à effet de serre dans les scénarios de référence et (2) des facteurs susceptibles de déterminer la capacité d’atténuation des sociétés.

<p>L'espace d’incertitude, et les cinq scénarios-types</p>




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Chaque SSP est défini par un récit qualitatif des évolutions socio-économiques d’ici la fin du 21ème siècle, ainsi que par des données quantitatives sur les trajectoires des déterminants de ces récits (population, PIB, urbanisation, …) :

  • Le SSP1 décrit un monde marqué par une forte coopération internationale, donnant la priorité au développement durable ;
  • Le SSP2 décrit un monde caractérisé par la poursuite des tendances actuelles.
  • Le SSP3 dépeint un monde fragmenté, affecté par une croissance économique lente et peu soucieuse de l'environnement.
  • Le SSP4 est celui d'un monde marqué par de grandes inégalités entre pays et en leur sein. Une petite élite mondiale y serait responsable de l’essentiel des émissions de GES, ce qui rend les politiques d’atténuation plus facile à mettre en place tandis que la plus grande partie de la population resterait pauvre et vulnérable au changement climatique.
  • Et enfin le SSP5 décrit un monde qui se concentre sur une croissance rapide, fondée sur une forte consommation d’énergie et des technologies émettrices de carbone ; la hausse du niveau de vie permet en revanche d’augmenter la capacité d’adaptation.

 Une architecture en matrice pour utiliser les “SSP” et “RCP” 

Les scénarios socio-économiques sont ainsi découplés des scénarios climatiques, ce qui permet d’adopter une approche en matrice pour l’analyse des impacts, de la vulnérabilité, des coûts de l’adaptation et de l’atténuation du changement climatique.

<p>L’architecture “en matrice” : différentes évolutions socio-économiques possibles (<span class="caps">SSP</span>) au regard des <span class="caps">RCP</span>. Les points représentent le forçage dans des scénarios de référence possibles et les barres l’incertitude due aux différentes interprétations des <span class="caps">SSP</span> par des équipes de modélisation différentes. Les flèches rouges symbolisent des politiques d’atténuation permettant d’atteindre différentes cibles de forçage radiatif.</p>




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Cette architecture en matrice permettra ainsi de décliner, pour chaque scénario d'évolution socio-économique (SSP1, SSP2, etc.), les efforts à consentir (ou coût d’atténuation) à l'échelle mondiale pour parvenir aux forçages radiatifs correspondant à chaque RCP (symbolisés par les flèches rouges sur la Figure 5).

Pour une cible de forçage donnée, il faut ajouter aux coûts d'atténuation les coûts d'adaptation ainsi que des coûts liés aux impacts résiduels (dégradations écosystémiques, inconfort lié à la température…). Ces coûts seront évalués par des modèles d’impacts, vulnérabilité et adaptation. Chaque case de la matrice décrit donc les interactions entre politiques d’adaptation, politiques d’atténuation et impacts résiduels (Figure 6).

<p>Pour un scénario socio-économique donné, évaluation «en matrice» des coûts de différentes politiques d’atténuation, d’adaptation, et des impacts résiduels</p>




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Cette approche a la particularité d'isoler la décision prise du point de vue du climat de toutes les autres décisions (de politiques fiscales, de santé, d’éducation, etc.). Lue horizontalement, la matrice permet de comparer les conséquences d'un même changement climatique dans différents scénarios socio-économiques. Lue verticalement, elle permet de comparer le coût de politiques d'atténuation qui atteignent la même «cible» de forçage, dans différents scénarios socio-économiques.

Premiers résultats et perspectives

Aujourd’hui (mi-2014), la phase préparatoire est achevée et les RCP sont publiés (van Vuuren et al.4, 2011). La phase « parallèle » est en cours : le projet international CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project) a permis de réaliser un ensemble de simulations du climat à partir des RCP, tandis que l’élaboration des scénarios socio-économiques est en train d’être finalisée. La phase d’intégration reste sur l’agenda des recherches futures.

Le premier succès de cette nouvelle génération de scénarios pour la recherche sur le changement climatique est qu’elle a permis de mettre en œuvre des simulations climatiques sur la base des RCP. Ces simulations ont permis d’intégrer de manière plus complète les mécanismes qui régissent le climat (en prenant en compte par exemple les effets de la chimie des aérosols) et de donner des éclairages à des résolutions spatiales (avec des modèles de climat régionaux ayant des résolutions de l’ordre de 10 à 50 km) et temporelles (avec de premiers résultats se focalisant sur les deux à trois décennies à venir, mais aussi une extension de l’horizon d’étude jusqu’à 2300) inexplorées dans les exercices précédents.

Le nouveau processus mis en place pour la nouvelle génération de scénarios a également permis de construire un cadre pour les recherches futures sur le changement climatique, ouvrant des perspectives nouvelles, pour de nouvelles collaborations et de nouveaux résultats. Ce cadre va faciliter l’exploration des coûts et des bénéfices associés non seulement à différents niveaux de changement climatique, mais aussi à différentes trajectoires d’évolutions technologiques et socio-économiques. Il devrait également permettre d’étendre l’utilisation des scénarios socio-économiques, qui dans les exercices précédents ont été essentiellement utilisés comme scénarios d’émissions et devraient de plus en plus être utilisés pour explorer de façon cohérente et coordonnée les liens entre évolutions socio-économiques et vulnérabilités et capacité d’adaptation.

Notes

  • 1. GIEC, Special Report on Emissions Scenarios. Nebojsa Nakicenovic and Rob Swart (Eds.), Cambridge University Press, UK. pp 570, 2000.
  • 2. Dahan Dalmedico A., Les modèles du futur : Changement climatique et scénarios économiques : enjeux scientifiques et politiques. Editions La Découverte, Collection , pp 244, 2007.
  • 3. Moss, R.H., Edmonds, J.A, Hibbard, K.A., Manning, M.R., Rose, S.K. et al., The next generation of scenarios for climate change research and assessment, Nature, Vol 463, p. 747-755, 2010.
  • 4. van Vuuren, D.P., Edmonds, J., Kainuma, M., Riahi, K., Thomson, A. et al., The Representative Concentration Pathways: an overview. Climatic Change, Vol 109, p. 5-31, 2011.

Glossaire

  • Forçage radiatif
    Exprimé en W/m2, un forçage radiatif est un changement du bilan radiatif (rayonnement descendant moins rayonnement montant) au sommet de la troposphère, dû à un changement d’un des facteurs d’évolution du climat – comme la concentration des gaz à effet de serre.
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Pour en savoir plus

  • 2°C or not 2°C ? (Global Environmental Change 23, 2013, avec S. Hallegatte)
  • Les véhicules électrifiés réduiront-ils les émissions de carbone ? (Revue de l’Energie 611, 2013, avec A. Vogt-Schilb)
  • Les nouveaux scénarios socio-économiques pour la recherche sur le changement climatique (Revue Pollution Atmosphérique. N° spécial climat - Juin 2013, avec J. Rozenberg).
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