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La restriction des émissions de CO2 en Europe face au réchauffement climatique

Science, climat et société

La restriction des émissions de CO2 en Europe face au réchauffement climatique

1 heure

10 points

Intérêt du sujet • Les États de l'Union européenne cherchent à réduire les émissions de CO2 afin de limiter le réchauffement climatique. Quels sont les objectifs fixés et pourquoi agir sur le CO2 ?

 

À l'échelle du monde, les émissions de gaz à effet de serre ne cessent de s'intensifier. La température de la planète a augmenté de 1 °C par rapport à l'ère pré-industrielle (en 150 ans) entraînant un changement climatique déjà visible. Lors de réunions telles que la COP 21, les États se sont engagés à diminuer drastiquement leurs émissions de gaz à effet de serre, notamment le CO2.

Partie 1 • Les chiffres des émissions de CO2 par l'Union européenne et les objectifs fixés

Document 1Émissions de dioxyde de carbone par l'Union européenne

sciT_2100_00_01C_01

Représentation graphique :

sciT_2100_00_01C_02

Source : www.donnees.banquemondiale.org

Document 2Les objectifs de l'Union européenne

Cadre d'action en matière de climat et d'énergie à l'horizon 2030 – ambition actuelle

Les moyens mis en œuvre pour réduire de 40 % les émissions de gaz à effet de serre sont le système d'échange de quotas d'émissions de l'UE, le règlement sur la répartition de l'effort, qui prévoit des objectifs de réduction des émissions pour chaque État membre, et le règlement en matière d'utilisation des terres, de changement d'affectation des terres et de foresterie. Ainsi, tous les secteurs contribueront à la réalisation de l'objectif de 40 %, à la fois par la réduction des émissions et l'augmentation des absorptions.

Ces volets de la législation sur le climat vont maintenant être actualisés en vue de mettre en œuvre l'objectif proposé de réduire les émissions nettes de gaz à effet de serre d'au moins 55 % [par rapport au niveau de 1990]. La Commission présentera ses propositions d'ici à juin 2021.

Source : www.ec.europa.eu

À partir de vos connaissances et des informations apportées par les documents 1 et 2, répondre aux questions suivantes.

▶ 1. D'après le document 2, sachant que l'Union européenne émettait 3 556 millions de kilotonnes de CO2 en 1990, quelle devrait être la quantité maximale de CO2 émise en 2030 ?

▶ 2. D'après le document 1, on voit que l'évolution des émissions de CO2 peut être considérée comme linéaire de 2006 à 2015.

a) D'après le tableau, montrer par un calcul que les émissions de CO2 baissent en moyenne de 73,7 millions de kilotonnes par an entre 2006 et 2015.

b) On considère la suite u donnant une estimation de la quantité de CO2 émise par l'Union européenne en l'an 2006 + n.

Déterminer les caractéristiques de cette suite u puis l'expression générale de u(n) en fonction de n.

c) Une formule a été écrite dans la case D3 du tableur, en utilisant la case C13, puis recopiée vers le bas. Préciser cette formule.

d) Donner une estimation de la quantité de CO2 émise en 2030. L'objectif annoncé par l'Union européenne semble-t-il pouvoir être atteint ?

▶ 3. En utilisant la suite u de la question 2, déterminer l'année à partir de laquelle on atteindrait 1 600 millions de kilotonnes de CO2.

Partie 2 • CO2 et réchauffement climatique

Document 3Gaz à effet de serre (GES) et réchauffement climatique

sciT_2100_00_01C_03

Source : www.la-croix.com

À partir de vos connaissances et des informations apportées par le document 3, répondre aux questions suivantes.

▶ 4. Rappeler ce qu'est l'effet de serre et le rôle que jouent les GES dans ce phénomène naturel.

▶ 5. a) Quelle est la conséquence de l'élévation de la quantité de GES dans l'atmosphère ?

b) Pourquoi cherche-t-on principalement à limiter les émissions de CO2 ?

Document 4Émissions de CO2 et activités humaines depuis 1850

Le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) produit des rapports synthétisant les travaux de milliers de chercheurs qui travaillent à analyser les tendances et prévoir les évolutions mondiales en matière de changement climatique. Le graphique suivant illustre son 5e rapport et présente l'évolution des émissions de dioxyde de carbone liées à différentes activités humaines.

sciT_2100_00_01C_04

Sources : www.afis.org et www.globalcarbonproject.org

À partir de vos connaissances et des informations apportées par le document 4, répondre aux questions suivantes.

▶ 6. a) D'après le document 4, quelle est l'évolution des émissions de CO2 liées à l'activité humaine entre 1850 et 2017 ?

b) Quelle est la part de l'utilisation des sources d'énergie fossiles dans ces émissions en 2017 ?

c) Expliquer la relation entre utilisation des sources d'énergie fossiles et émissions de CO2 et les stratégies à adopter afin de limiter celles-ci.

 

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Tableau de 4 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 4 lignes ;Ligne 1 : Document 1 Émissions de dioxyde de carbone par l'Union européenne; Le tableau et le graphique permettent de suivre les émissions annuelles de CO2 en Europe, entre 2006 et 2015.Les données chiffrées sont celles utilisées dans les questions de la partie 1 (notamment pour les années 2006 à 2015).Le graphique permet de voir que les modélisations par les suites arithmétiques sont pertinentes.; Ligne 2 : Document 2 Les objectifs de l'Union européenne; Le texte donne les objectifs européens pour les émissions de gaz à effet de serre.Les objectifs fixés permettront de donner la quantité de CO2 à atteindre.; Ligne 3 : Document 3 GES et réchauffement climatique; Le document présente les caractéristiques des principaux GES.Comparez, entre autres, le pouvoir de réchauffement global (PRG) de ces gaz pour répondre à la question 5.; Ligne 4 : Document 4 Émissions de CO2 et activités humaines depuis 1850; Le graphique présente l'évolution des émissions de CO2 liées à l'activité humaine depuis 150 ans.Comparez l'évolution de la teneur en CO2 globale et pour chaque type d'activité, afin de répondre à la question 6.;

Répondre aux questions

 2. a) Regardez l'évolution des émissions sur les neuf années. Pour une baisse, l'évolution est négative.

b) Utilisez le résultat de la question a. Il faut commencer par chercher le premier terme et la raison de la suite.

 3. Posez une inéquation pour répondre à la question.

 5. et 6. Partez des données fournies par les documents pour répondre à ces questions. Vous devez aussi apporter des connaissances.

Partie 1 • Les chiffres des émissions de CO2 par l'Union européenne et les objectifs fixés

▶ 1. Diminuer une grandeur de 55 % revient à la multiplier par 155100=0,45.

Or 3 556 × 0,45 ≈ 1 600.

Ainsi, l'Union européenne a pour objectif d'atteindre une émission de 1 600 millions de kilotonnes de CO2 en 2030.

▶ 2. a) De 2006 à 2015, les émissions de CO2 sont passées de 3 530 à 2 867 millions de kilotonnes. La baisse moyenne annuelle est :

2 8673 5309 – 73,7

b) 

Le conseil de méthode

On reconnaît une suite arithmétique, puisque l'évolution est régulière. Il faut repérer le premier terme u(0) et la raison r (négative ici, puisqu'il s'agit d'une baisse). On applique ensuite la formule du cours :

Pour tout entier naturel n, u(n) = u(0) + n × r.

On a estimé que chaque année, la quantité de CO2 émise diminue de 73,7 millions de kilotonnes. Ainsi, pour tout entier naturel n :

u(n + 1) = u(n) – 73,7

On considère alors la suite arithmétique de premier terme u(0) = 3 530 et de raison r = – 73,7.

Ainsi, pour tout entier naturel n, u(n) = 3 530 – 73,7n.

c) Dans la case D3, on écrit la formule =D2-$C$13.

à noter

Une formule de tableau doit toujours commencer par = . On utilise les références des cases du tableau. Quand on veut qu'une case reste inchangée en glissant, il faut faire précéder la référence de la ligne ou de la colonne d'un $.

d) Il faut commencer par chercher le rang n de l'année : 2030 = 2006 + 24

u(24) = 3 530 – 73,7 × 24 = 1 761,2 > 1 600

Avec cette modélisation, l'objectif attendu pour 2030 ne serait pas atteint, puisqu'en 2030, l'Union européenne émettrait 1 761,2 millions de kilotonnes de CO2 au lieu de 1 600.

▶ 3. Pour savoir en quelle année l'objectif de 1 600 millions de kilotonnes de CO2 serait atteint, on résout l'inéquation :

3 530 – 73,7n ≤ 1 600

⇔ – 73,7n ≤ 1 600 – 3 530

n1 93073,7 or 1 93073,726,19

n  27 or 2006 + 27 = 2033

L'objectif de passer en dessous de 1 600 millions kilotonnes de CO2 ne serait donc atteint qu'en 2033.

Partie 2 • CO2 et réchauffement climatique

▶ 4. Le rayonnement solaire (surtout dans la partie visible du spectre de la lumière blanche) qui arrive à la surface de la Terre est absorbé par la surface de la planète, qui va émettre à son tour un rayonnement infrarouge (IR).

Ce sont ces IR qui vont être piégés par l'atmosphère et les nuages, puis renvoyés en partie vers le sol, contribuant ainsi à échauffer la surface de la Terre. C'est ce qu'on appelle l'effet de serre. Sans lui, la température moyenne de la Terre serait de – 18 °C au lieu des 15 °C actuels.

à noter

Sans modification de la quantité des GES, le bilan radiatif est équilibré : il y a autant d'énergie reçue (rayonnement solaire + effet de serre) par la surface terrestre que d'énergie perdue (rayonnement IR de la Terre + évapotranspiration).

Seuls certains gaz de l'atmosphère sont capables de piéger ainsi les rayonnements infrarouges dont le dioxyde de carbone, la vapeur d'eau, le méthane et le protoxyde d'azote. On parle alors de gaz à effet de serre (GES).

▶ 5. a) L'augmentation des GES dans notre atmosphère peut accentuer l'effet de serre. Le bilan radiatif terrestre est alors positif car il y a plus d'énergie reçue par la surface terrestre que d'énergie perdue. On parle de forçage radiatif positif : la planète conserve plus d'énergie, ce qui provoque une hausse des températures moyennes à sa surface.

Ce réchauffement, actuellement évalué à environ +1 °C depuis un siècle, entraîne déjà une modification du régime des pluies, des climats, etc.

b) D'après le document 3, le méthane, le protoxyde d'azote et les gaz fluorés ont un pouvoir de réchauffement global 28 à 23 500 fois plus grand que celui du CO2. L'augmentation de leur présence dans l'atmosphère entraîne donc un réchauffement plus important que celle liée au CO2.

Cependant, si on compare les parts des GES d'origine humaine, on note que c'est surtout le CO2 qui est produit par l'activité humaine avec 73 % contre 20 % à quelques pourcents pour les autres GES.

C'est donc sur les émissions de CO2 que nous pouvons majoritairement agir en limitant ou en adaptant certaines de nos activités afin de diminuer ces émissions, même si ce n'est pas le gaz qui a le plus fort PRG.

▶ 6. a) D'après le document 4, les émissions de CO2 ont été multipliées par 10 depuis 1850, passant de 4 Gt/an à 40 Gt/an environ. L'augmentation est surtout nette à partir de 1950 avec une utilisation plus importante des sources d'énergie fossiles (charbon, gaz et pétrole).

b) La part de l'utilisation des sources d'énergie fossiles (charbon, gaz et pétrole) est en 2017 de 35 Gt sur 40 donc 87,5 % des émissions totales liées à l'activité humaine.

c) Les sources d'énergie fossiles sont utilisées comme combustibles dans les transports, l'industrie, le chauffage et dans des centrales thermiques, qui produisent la majeure partie de l'énergie électrique dans le monde. Cette combustion entraîne une émission de CO2 dans l'atmosphère.

Le développement des véhicules électriques est une des solutions envisagées. La production d'énergie électrique sans combustion est un enjeu planétaire afin de limiter les émissions de CO2 et le réchauffement climatique. Les énergies telles que l'éolien, le photovoltaïque, l'hydroélectrique et le nucléaire ne produisent pas de CO2 mais peuvent avoir d'autres inconvénients pour l'environnement ou la santé humaine.

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