UNIVERSITÉ MARNE-LA-VALLÉE 23 Février 2005

Les scénarios SRES

Emeric Fortin

Plan

Importance du scénario de référence

Présentation des scénarios SRES

Analyse des scénarios

Évolution des émissions des GES

Décomposition de Kaya

Rôle des hypothèses dans la détermination des coûts

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

10 20 30 40 50 60

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Cas le plus favorable : 1. Technologie backstop sans carbone disponible 2. Réponses efficientes des agents économiques (modèle EGC) 3. Substitution énergie / produit accru 4. Mise en œuvre conjointe 5. Recyclage efficace des revenus 6. Prise en compte des dommages liés à la pollution de l'air 7. Prise en compte des dommages liés au changement climatique

Cas le moins favorable : 1. Pas de technologie backstop sans carbone disponible 2. Réponses des agents économiques en partie efficientes (modèle macro) 3. Substitution énergie / produit minimale 4. Pas de mise en œuvre conjointe 5. Recyclage forfaitaire des revenus 6. Pas de prise en compte des dommages liés à la pollution de l'air 7. Pas de prise en compte des dommages liés au changement climatique

Impa

ct é

cono

miq

ue (

% d

e ch

ange

men

t du

PIB

)

% d'abattement des émissions de CO2 par rapport au scéna-rio de référence

Source : Repetto et Austin, 1997

Rôle du scénario de référence

Emissions (en millions de tonnes de CO2)

Réduction nécessaire (en %)

Prix des permis (en $US 2000/tonne

CO2) (Marché limité à

l'annexe B)

Prix des permis (en $US 2000/tonne

CO2) (Marché global)

Modèle GES

1990 2010 Kyoto EDGE 6 17 614 18 344 16 723 9 11 Zhang 6 18 112 19 062 17 171 10 3 GEM-E3 CO2 10 17 8 POLES CO2 14 450 16 331 13 673 12 17 6 CICERO 6 17 819 19 390 16 907 13 16 ECN 6 17 473 19 458 16 766 14 3 SGM 6 18 014 20 090 17 114 15 23 8 ECN CO2 14 044 15 664 13 194 16 19 4 GREEN 3 18 17 GTEM 3 17 640 21 620 16 758 22 26 Worldscan CO2 22 6 GREEN CO2 16 804 20 761 16 009 23 18 7 EPPA CO2 14 509 18 172 13 765 24 44 8 ISGM 6 17 809 22 282 16 753 25 GTEM CO2 25 36

Coefficient de corrélation total 0,76 0,36 Coefficient de corrélation pour les études multi-gaz 0,83 0,65 Coefficient de corrélation pour les études CO2 0,73 0,12

Rôle du scénario de référence

Objectif de Kyoto USA UE CANZ JAPON 8.0 1.6 24 7.9

Objectif de Kyoto + 5% USA UE CANZ JAPON 5.1 3.8 16.4 15.0

Objectif de Kyoto + 10% USA UE CANZ JAPON

Pourcentage de variation du Ln du coût marginal expliqué par des différences de scénarios de référence entre les modèles 2.5 11.9 1.2 26.8

Source : Fischer et Morgenstein, 2003

Principales forces en présence Nature du développement démographique global et régional Mesure dans laquelle la globalisation économique et les

interactions sociales et culturelles se poursuivent au long du siècle prochain

Taux de développement économique global et régional et évolution des échanges commerciaux internationaux ;

Taux et direction du progrès technique ; Importance accordée à l’environnement, l’économie, le

social et la technologie dans les choix des gouvernements, des consommateurs, des entreprises et autres parties prenantes;

Degré d’utilisation des ressources humaines et naturelles

Présentation des scénarios SRES

Degré d'ouverture et de convergence du monde

Elevé Faible

Faible A1 A2 Prise en compte de considérations sociales et environnementales Elevé B1 B2

Population

Economie

Agriculture(usage des sols)

EnergieTechnologie

B1

A1

A1TA1C

A1

A1GA2

B2

RégionalisationGlobalisation

Economie

Environnement

Source : IPCC, 2000

Présentation des scénarios SRES : les modèles

Nom : Modèle : Développé par : Pays Scénarios testés Marqueur

AIM Asian Pacific Integrated Model

National Institute of Environmental Studies

Japon A1, A1C, A1G, A1T, A2, B1, B2

A1

ASF Atmospheric Stabilization Framework Model

ICF Consulting Etats-Unis

A1, A2, B1, B2 A2

Image/WorldScan Integrated Model to Assess the Greenhouse Effect

RIVM/ CPB (Central Planning Bureau)

Pays-Bas A1, A2a, B1, B2a B1

MARIA Multiregional Approach for Resource and Industry Allocation

Science University of Tokyo

Japon A1, A1T, B1, B2, B2C

MESSAGE Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impact

IIASA Autriche A1, A1C, A1G, A1T, A2, B1, B1High, B2

B2

MiniCAM The Mini Climate Assessment Model

PNNL Etats-Unis

A1, A1C, A1G, A1v1b, A1v2b, A2, A2-A1b, B1, B1High, B2, B2High

Analyse des scénarios : la démographie

                                                       Principales projections démographiques pour le XXI° siècle

0

5

10

15

20

25

30

2000 2050 2100 2150

Glo

bal P

opul

atio

n(b

illio

n)

UN 98 High

IIASA High

UN 96 High

UN 96 Low

UN 98 Med Hi

UN 96 Med

US Census

IIASA Medium

UN 98 Medium

World Bank

IIASA Low

UN 98 MedLow

UN 98 Low

Source : IPCC, 2000

Analyse des scénarios : la démographie

       Mise en évidence du lien négatif entre la richesse par tête et le taux de fécondité

0

2

4

6

8

0 10000 20000 30000 40000

GDP per capita (1995US$)

Tot

al F

erti

lity

Rat

e(1

995)

Source : Banque Mondiale, 1997

Analyse des scénarios : la démographie

5 000

6 000

7 000

8 000

9 000

10 000

11 000

12 000

13 000

14 000

15 000

16 000

1 990 2 010 2 030 2 050 2 070 2 090

AIM A1ASF A1IMAGE A1MARIA A1MESSAGE A1Minicam A1Minicam A1V2AIM A2ASF A2MESSAGE A2Minicam A2IMAGE A2 GMinicam A2-A1AIM B1ASF B1IMAGE B1MESSAGE B1MARIA B1Minicam B1AIM B2ASF B2IMAGE B2MARIA B2MESSAGE B2Minicam B2

A2

B2

A1

B1

Prédictions démographiques des scénarios SRES

Analyse des scénarios : la croissance économique

Prévisions des taux de croissance par tête

Source : IPCC, 2000

0

1

2

3

4

5

6

1990 - 2020 2020 - 2050 2050 - 2100

World

Annex-I

Non-Annex-I

literature-maxmedianmeanmin

SRES-all-maxSRES-markers-maxSRES-markers-minSRES-all-min

World

Annex-I

Non-Annex-I

World

Annex-I

Non-Annex-I

GD

P/c

apit

a G

row

th(%

/yea

r)

Analyse des scénarios : convergence Nord/Sud

Source : IPCC, 2000

Régions Année Scenario OCDE (90) PT ASIE ALM Monde PI PED Rapport

Nord/Sud 1990 SRES MESSAGE 19.1 2.7 0.5 1.6 4.0 13.7 0.9 15.2

IS92a,b 49.0 23.2 3.7 4.8 9.2 39.7 4.1 9.7 IS92c 35.2 14.6 2.2 2.9 6.3 27.4 2.5 11.0 IS92d 54.4 25.5 4.1 5.4 10.5 43.4 4.6 9.4 IS92e 67.4 38.3 5.9 7.7 13.8 56.9 6.6 8.6 IS92f 43.9 21.5 3.3 4.1 8.1 35.8 3.6 9.9 A1 50.1 29.3 14.9 17.5 20.8 44.3 15.9 2.8 A2 34.6 7.1 2.6 6.0 7.2 26.1 3.9 6.7 B1 49.8 14.3 9.0 13.6 15.6 39.1 10.9 3.6

2050

B2 39.2 16.3 8.9 6.9 11.7 32.5 8.1 4.0

IS92a,b 85.9 40.6 15.0 14.2 21.5 69.5 14.6 4.8 IS92c 49.2 17.6 6.4 5.8 10.1 36.5 6.1 6.0 IS92d 113.9 51.3 20.3 17.7 28.2 88.8 19.1 4.6 IS92e 150.6 96.6 34.6 33.0 46.0 131.0 33.8 3.9 IS92f 69.7 31.3 11.9 10.7 16.8 54.9 11.4 4.8 A1 109.2 100.9 71.9 60.9 74.9 107.3 66.6 1.6 A2 58.5 20.2 7.8 15.2 16.1 46.6 11.0 4.2 B1 79.7 52.2 35.7 44.9 46.6 72.8 40.2 1.8

2100

B2 61.0 38.3 19.5 16.1 22.6 54.4 18.0 3.0

A12100

B2

B1

historical

1990

1850

40%

IS92a,b,e,f1900

1950

1920

60%

20%

Renewables/Nuclear100%80%60%40%20%

1970

60%40%

Coal

80%

100%

20% 80%

2100

IS92c,d

Oil/Gas

2100

A2

2100

Analyse des scénarios : sources d’énergies

Source : IPCC, 2000

Part des différentes sources dans l'énergie primaire : Données historiques et résultats des scénarios SRES

Population (en milliards)

Croissance économique (PIB)a

Revenu par tête (PIB par tête en 1990 US$ par tête)

Consommation d’énergie primaire

Utilisation des ressources d’hydrocarbones

Evolution de l’utilisation des terres

A1

Faible 7,1 milliards en 2100 IIASA (Lutz et al., 1998)

Très forte 1990-2020 : 3,3 (2,8-3,6) 1990-2050 : 3,6 (2,9-3,7) 1990-2100 : 2,9 (2,5-3,0)

Très forte En 2100 : 107 300 US$ pour les pays de l’annexe I, 66 500 US$ ailleurs

Très forte En 2100 : 2 079 (1 169-2 737) EJ. Faible intensité énergétique de 3,9 MJ/US$

Pétrole : de faible à très élevée 17,7 (11,5-38,5) ZJ en 2100 Gaz : de forte à très forte 36,1 (16,9-49,1) ZJ en 2100 Charbon : de moyenne à très forte 12,2 (4,4-60,0) ZJ en 2100

Faible 1990-2100 : -3% pour l’agriculture, +6% pour la prairie et -2% pour la forêt

A2

Forte 15,1 milliards en 2100 IIASA (Lutz et al., 1998)

Moyenne 1990-2020 : 2,2 (2,0-2,6) 1990-2050 : 2,3 (1,7-2,8) 1990-2100 : 2,2 (2,1-2,3)

Moyenne pour les pays de l’annexe I, faible ailleurs. En 2100 : 46 200 US$ pour les pays de l’annexe I, 11 000 US$ ailleurs

Forte En 2100 : 1 717 (1 304-1 964) EJ Très forte intensité énergétique de 7,1 MJ/US$

Pétrole : de très faible à moyen 16,1 (10,9-22,6) ZJ en 2100 Gaz : de faible à élevé 24,2 (18,4-35,5) ZJ en 2100 Charbon: de moyenne à forte 38,6 (20,1-46,9) ZJ en 2100

Moyenne N.C. pour le modèle ASF (AIM : -5% pour l’agriculture, +14% pour la prairie et +6% pour la forêt)

B1

Faible 7 milliards en 2100 IIASA (Lutz et al., 1998)

Forte 1990-2020 : 3,1 (2,9-3,3) 1990-2050 : 3,1 (2,9-3,5) 1990-2100 : 2,5 (2,5-2,6)

Forte En 2100 : 72 800 US$ pour les pays de l’annexe I, 40 200 US$ ailleurs

Faible En 2100 : 515 (515-1 157) EJ. Très faible intensité énergétique de 1,6 MJ/US$

Pétrole : de très faible à forte 19,5 (11,1-19,5) ZJ en 2100 Gaz : de moyen à fort 14,6 (14,6-31,8) ZJ en 2100 Charbon: de très faible à forte 13,2 (3,3-26,6) ZJ by 2100

Forte 1990-2100 : -27% pour l’agriculture, -45% pour la prairie et +29% pour la forêt

B2

Moyenne 10,4 milliards en 2100 UN (1998)

Moyenne 1990-2020 : 3,0 (2,3-3,1) 1990-2050 : 2,8 (2,1-2,9) 1990-2100 : 2,2 (2,0-2,3)

Moyenne En 2100 : 54 400 US$ pour les pays de l’annexe I, 18 000 US$ ailleurs I

Moyenne En 2100 : 1 357 (846-1 625) EJ. Intensité énergétique moyenne de 5.8 MJ/US$

Pétrole : de fable à moyen 19,5 (11,2-22,7) ZJ en 2100 Gaz : de faible à moyen 26,9 (17,9-26,9) ZJ en 2100 Charbon : de faible à très forte 12,6 (12,6-44,4) ZJ en 2100

Moyenne 1990-2100 : +22% pour l’agriculture, +9% pour la prairie et +5% of pour la forêtb

Analyse des scénarios : synthèse

B2 - MESSAGE

2.08529

1.74

3.3

13.1

328

1.40.46

0.52

7.1

15.1

242

5.9

1.43

1.72

15.127.8

10.4

235

4.1

0.95

1.36

Data base range exceeding the SRES range

Carbon Dioxide(60 GtC)

Carbon Dioxide perPrimary Energy

(22 tC/TJ)

Primary Energy(3.4 ZJ)

Final Energy(2.4 ZJ)

Final Energy perGross World Product

(7 MJ/US$)

Population(20 billion)

A1- AIM

B1 - IMAGE

median max min SRES-max SRES-min

Gross World Product(mex)

(700 1012US$)

A2 - ASF

14.2

5.710.5

11.1

Analyse des scénarios : synthèse

Source : IPCC, 2000

Principaux indicateurs des scénarios marqueurs

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

1990 2010 2030 2050 2070 2090

Em

iss

ion

s d

e C

O2

en

GtC

AIM A1ASF A1IMAGE A1MARIA A1MESSAGE A1Minicam A1AIM A1CMESSAGE A1CMinicam A1CAIM A1GMESSAGE A1GMinicam A1GAIM A1TMARIA A1TMESSAGE A1TMinicam A1V1Minicam A1V2AIM A2ASF A2MESSAGE A2Minicam A2IMAGE A2 GMinicam A2-A1AIM B1ASF B1IMAGE B1MARIA B1MESSAGE B1Minicam B1MESSAGE B1 HighMinicam B1 HighMESSAGE B1TAIM B2ASF B2IMAGE B2MARIA B2MESSAGE B2Minicam B2Minicam B2 HighMARIA B2C

Émissions de CO2 dans les scénarios SRES

Source : IPCC, 2000

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

1990 2010 2030 2050 2070 2090

Em

iss

ion

s c

um

ulé

es

en

CO

2 e

n G

tC

AIM A1ASF A1IMAGE A1MARIA A1MESSAGE A1Minicam A1AIM A1CMESSAGE A1CMinicam A1CAIM A1GMESSAGE A1GMinicam A1GAIM A1TMARIA A1TMESSAGE A1TMinicam A1V1Minicam A1V2AIM A2ASF A2MESSAGE A2Minicam A2IMAGE A2 GMinicam A2-A1AIM B1ASF B1IMAGE B1MARIA B1MESSAGE B1Minicam B1MESSAGE B1 HighMinicam B1 HighMESSAGE B1TAIM B2ASF B2IMAGE B2MARIA B2MESSAGE B2Minicam B2Minicam B2 HighMARIA B2C

Émissions cumulées de CO2 dans les scénarios SRES

Source : IPCC, 2000

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1990 2010 2030 2050 2070 2090

MtC

H4

A1

A2

B1

B2

Émissions de CH4 dans les scénarios SRES

Source : IPCC, 2000

Source : IPCC, 2000

Émissions de N2O dans les scénarios SRES

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

1990 2010 2030 2050 2070 2090

MtN

2O

A1

A2

B1

B2

0

2

4

6

8

1990 2020 2050 2080 2100

Rad

iati

ve F

orci

ng C

hang

e(W

/m2 )

B1-IMAGE

B2-IIASAA1-AIM

A2-ASF

A1G-IIASAA1C-IIASAA1T-IIASA

IS92bIS92cIS92dIS92eIS92f

IS92a

Forçage radiatif total dans les scénarios SRES

Source : IPCC, 2000

Analyse des scénarios : identité de Kaya

,

22

PIB Nrj COCO POP * * *

POP PIB Nrj

22

PIB Nrj COtcCO 1 tcPOP 1 tc 1 tc 1 tc 1

POP PIB Nrj

Analyse des scénarios de référence : décomposition de Kaya pour 2050

Emissions de CO2 (en GtC) Population (en millions)

 

PIB par tête (en US$/Habitant) Intensité énergétique (en Tj/US$) Intensité carbone de l’énergie (en tC/TJ)

0

5

10

15

20

25

30

1990 A1tous

A1C A1G A1T A1v A1 A2 B1 B2

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

0

5000

10000

15000

20000

25000

0,0E+00

2,0E+06

4,0E+06

6,0E+06

8,0E+06

1,0E+07

1,2E+07

1,4E+07

1,6E+07

1,8E+07

2,0E+07

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Analyse des scénarios de référence : propagation de l’incertitude en 2050

0,0%

20,0%

40,0%

60,0%

80,0%

100,0%

120,0%

140,0%E

mis

sio

ns d

e C

O2

Em

issi

ons

de

CO

2 p

artê

te Pop

ula

tion

PIB

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tête

Inte

nsi

té é

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étiq

ue

Inte

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té e

n ca

rbo

nede

l'én

erg

ie

Em

issi

ons

de

CO

2

Em

issi

ons

de

CO

2 p

artê

te Pop

ula

tion

PIB

par

tête

Inte

nsi

té é

nerg

étiq

ue

Inte

nsi

té e

n ca

rbo

nede

l'én

erg

ie

1990 2050

A1 (Tous)

A1C

A1G

A1T

A1 (autres)

A1

A2

B1

B2

Analyse des scénarios de référence : décomposition de Kaya pour 2100

Emissions de CO2 (en GtC) Population (en millions)

 

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

A1 tous A1C A1G A1T A1v A1 A2 B1 B2

5000

7000

9000

11000

13000

15000

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

A1(Tous)

A1C A1G A1T A1(autres)

A1 A2 B1 B2

0,0E+00

1,0E+06

2,0E+06

3,0E+06

4,0E+06

5,0E+06

6,0E+06

7,0E+06

8,0E+06

9,0E+06

1,0E+07

A1(Tous)

A1C A1G A1T A1(autres)

A1 A2 B1 B2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

A1(Tous)

A1C A1G A1T A1(autres)

A1 A2 B1 B2

PIB par tête (en US$/Habitant) Intensité énergétique (en Tj/US$) Intensité carbone de l’énergie (en tC/TJ)

0,0%

100,0%

200,0%

300,0%

400,0%

500,0%

600,0%

700,0%

800,0%

Emissions de CO2 Emissions de CO2 partête

Population PIB par tête Intensité énergétique Intensité en carbonede l'énergie

A1 (Tous)

A1C

A1G

A1T

A1 (autres)

A1

A2

B1

B2

Analyse des scénarios de référence : propagation de l’incertitude en 2100

Compréhension des phénomènes

Prévisibilité des phénomènes

Incertitudes d’ordre théorique

Incertitudes d’ordre technique

Typologie de l’incertitude

- Caractère incomplet de l'information-Problèmes de frontières des systèmes présents, problèmes de définition des objets et des méthodes - Perceptions différentes

- Valeurs estimées des paramètres- Erreurs de mesures- Imparfaite qualité de bases de données- Erreurs dans le report des données- Approximations, agrégations et simplifications

- Propagation des erreurs de prédiction- Incertitude sur certaines valeurs (valeur de la vie humaine, taux d’actualisation…)

Compréhension des phénomènes

Prévisibilité des phénomènes

Incertitudes d’ordre théorique

Incertitudes d’ordre technique

Typologie de l’incertitude

- Incertitude liée à l’approche formelle - Structure conceptuelle du modèle- Erreurs de modélisation liées à l’inadéquation de la théorie au problème étudié ou à la complexité des systèmes naturels- Caractère incomplet de l'information- Incertitude sur les relations fonctionnelles

- Structure technique du modèle- Approximations, agrégation et simplifications- Erreurs dans les software et hardware

- Propagation des erreurs de prédiction- Erreurs systématiques lorsque d’une utilisation inadaptée du modèle- Approximations, agrégations et simplifications- Conflits rendant les conséquences d’un processus de prise de décision imprévisible- Erreurs dans les software et hardware

Incertitude théorique Incertitude pratique Contribution à l’incertitude totale sur les émissions

Société (a) Modélisation(b) Société (a) Modélisation(b) En 2050 En 2100 Variable Passé (c) Prévision (d) Passé (c) Prévision (d) Passé (c) Prévision (d) Passé (c) Prévision (d)

Démographie Relative Oui Relative Oui Faible Moyenne Croissance économique (Productivité)

Oui Relative Relative Relative Relative Forte Forte

Nature de la croissance Oui Relative Relative Relative Relative Moyenne Moyenne Convergence Nord-Sud Oui Oui Oui Oui Oui Forte Forte Contenu en énergies fossiles de la production

Oui Forte Forte

Disponibilité des énergies renouvelables

Oui ? ?

Progrès technique Oui Oui Oui Oui Relative Relative Moyenne Forte Utilisation des terres Oui Oui Oui Oui ? ? Autres politiques ? ?

Classification des différentes incertitudes dans les scénarios SRES