Étude « Scénarios sous Contrainte Carbone » FONDDRI Fondation pour le développement durable et les relations internationales Rapport Complet Décembre 2008 Introduction Ce rapport regroupe les résultats obtenus dans le cadre de l’étude Scénarios sous Contrainte Carbone, financée par la FONDDRI de 2004 à 2008. Cette étude a consisté : (i) à enquêter sur les enjeux d’une forte contrainte carbone pour les industriels impliqués dans le projet, en examinant non seulement les potentiels de décarbonisation internes à chaque industrie mais aussi les restructurations potentielles de la demande de matériaux ; (ii) à développer une plateforme de modélisation hybride fondée sur le modèle sectoriel POLES et le modèle macroénergétique Imaclim-R, afin de permettre une quantification cohérente des enjeux de la décarbonisation pour les secteurs industriels en tenant compte des contraintes techniques, des barrières à la pénétration des nouvelles technologiques et des effets d’équilibre général ; (iii) à produire une série de scénarios de prospective à l’horizon 2050 correspondant à différents jeux d’hypothèses sur les forces motrices des émissions – en particulier sur les styles de développement ; (iv) à instaurer un dialogue itératif entre chercheurs et industriels autour des résultats de ces scénarios, afin d’une part de les améliorer, d’autre part de faciliter la compréhension et ...
Ce rapport regroupe les résultats obtenus dans le cadre de l’étudeScénarios sous Contrainte Carbone, financée par la FONDDRI de 2004 à 2008. Cette étude a consisté : (i)à enquêter sur les enjeux d’une forte contrainte carbone pour les industriels impliqués dans le projet, en examinant non seulement les potentiels de décarbonisation internes à chaque industrie mais aussi les restructurations potentielles de la demande de matériaux ; (ii)à développer une plateforme de modélisation hybride fondée sur le modèle sectoriel POLES et le modèle macroénergétique Imaclim-R, afin de permettre
(iii)
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une quantification cohérente des enjeux de la décarbonisation pour les secteurs industriels en tenant compte des contraintes techniques, des barrières à la pénétration des nouvelles technologiques et des effets d’équilibre général ;
à produire une série de scénarios de prospective à l’horizon 2050 correspondant à différents jeux d’hypothèses sur les forces motrices des émissions en particulier sur les styles de développement ; à instaurer un dialogue itératif entre chercheurs et industriels autour des résultats de ces scénarios, afin d’une part de les améliorer, d’autre part de faciliter la compréhension et l’exploitation de ces résultats par les partenaires industriels.
Le présent rapport présente les résultats des scénarios obtenus tout au long du projet, il ne donne donc qu’une synthèse partielle des travaux réalisés et des échanges nourris par ce projet de recherche. Dans un premier temps il reprend intégralement le rapport d’étape d’avril 2007, qui regroupait les résultats obtenus pour la projection d’un scénario de référence et d’un premier scénario de réduction des émissions de CO2visant à stabiliser sa concentration à 450 ppm à la fin du 21ème siècle. mimétique » Ce scénario avec politiques climatiques a été qualifié de « parce qu’il est fondé sur l’hypothèse de la coexistence d’une politique climatique ambitieuse
incarnée par une valeur du carbone croissant rapidement et d’une homogénéisation progressive des trajectoires de développement sur le modèle de ceux qui ont été suivis par les pays industrialisés : étalement urbain, recours généralisé au transport automobile, systèmes électriques centralisés, etc.
Suite aux nombreux échanges entre industriels et chercheurs, ces scénarios ont ensuite été rectifiés, puis finalisés en septembre 2007. Une présentation brève des modifications apportées est incluse dans ce rapport. La seconde partie du rapport reprend ensuite intégralement le second rapport d’étape produit en septembre 2008. Suite aux premières projections, il a été convenu d’explorer la simulation d’un scénario « non-mimétique », prenant en compte des bifurcations ou mutations importantes sur les styles de développement et d’organisation spatiale. Ce scénario a été
produit en intégrant un travail préliminaire d’ENERDATA sur les hypothèses de bifurcation dans l’architecture de modélisation couplée POLES I MACLIM-Rdéjà utilisée pour les scénarios précédents. Enfin, Au cours des discussions menées dans les comités de pilotage successifs, il est apparu que deux hypothèses pouvaient jouer un rôle déterminant dans la plausibilité des scénarios de réduction des émissions : (i)la pénétration et la diffusion à temps et à grande échelle de certaines technologies comme la capture et séquestration du carbone ou l’énergie nucléaire ;
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(ii)politiques climatiques ambitieuses dans tous les pays émergents et enl’adoption de
développement sans délai, c’est-à-dire avant 2020. Pour confirmer ce diagnostic, une variante a été réalisée pour chacune de ces deux hypothèses, la première supposant que la capture et séquestration du carbone n’était pas réalisable avant le milieu du siècle, la second supposant que les pays hors Annexe B effortsde réduction des émissions de 5 ans, au-delà de
repoussaient leur participation aux 2020. Contact : Renaud Crassous crassous@centre-cired.fr
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PREMIERE PARTIE:
SCENARIO DE REFERENCE ET SCENARIO DE STABILISATION AVEC DEVELOPPEMENT «MMIUEIQET»
1SCENARIO DE REFERENCE ................................................................................................. 11
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1.1LA CROISSANCE ECONOMIQUE:FORCES MOTRICES ET CROISSANCE REALISEE..................... 111.1.1Hypothèses...................................................................................................................... 11Démographie............................................................................................................................................11Productivité du travail .............................................................................................................................. 13Épargne .................................................................................................................................................... 13Régime international ................................................................................................................................ 141.1.2 14Résultats .........................................................................................................................Croissance économique............................................................................................................................ 14Commerce international ........................................................................................................................... 151.2STYLES DE DEVELOPPEMENT................................................................................................ 161.2.1Hypothèses qualitatives .................................................................................................. 161.2.2Résultats ......................................................................................................................... 17Résidentiel : surfaces de logement ........................................................................................................... 17Transport : Parc de Véhicules et Partage modal ....................................................................................... 18Changement structurel de la consommation finale.................................................................................. 201.3CONTENU ENERGETIQUE...................................................................................................... 211.3.1Hypothèses...................................................................................................................... 21Réserves fossiles ...................................................................................................................................... 21Valeur du carbone .................................................................................................................................... 22Progrès technique et gains d’efficacité..................................................................................................... 22Nucléaire .................................................................................................................................................. 23Energies renouvelables............................................................................................................................. 231.3.2Résultats ......................................................................................................................... 23Demande finale d’énergie ........................................................................................................................ 23Energie primaire....................................................................................................................................... 24Panier technologique de Production d’électricité ..................................................................................... 26Tensions sur les ressources fossiles : prix et volumes de production ....................................................... 27Capture et Séquestration du carbone ........................................................................................................ 29Facture énergétique .................................................................................................................................. 291.4SECTEURS INDUSTRIELS....................................................................................................... 311.4.1Hypothèses...................................................................................................................... 31Technologies ............................................................................................................................................ 31Indicateurs d’activités consommatrices de matériaux et intensités matériaux.......................................... 321.4.2Résultats ......................................................................................................................... 32Demande de matériaux : acier, ciment, aluminium .................................................................................. 321.5EMISSIONS DECO2 .............................................................................................................. 34SCENARIO 450 PPMV F4 MIMETIQUE ........................................................................... 36
2.1INSTRUMENTS...................................................................................................................... 362.1.1Hypothèses...................................................................................................................... 36Enveloppe d’émissions............................................................................................................................. 36Style de développement « mimétique ».................................................................................................... 372.1.2Résultats ......................................................................................................................... 38Valeurs du carbone................................................................................................................................... 382.2DEVELOPPEMENT ENERGETIQUE SOUS CONTRAINTE CARBONE............................................ 39Demande finale d’énergie ........................................................................................................................ 39Energie Primaire ...................................................................................................................................... 40Mix technologique de Production d’électricité ........................................................................................ 41Rôle des ressources fossiles ..................................................................................................................... 42Capture et Séquestration du carbone ........................................................................................................ 43Facture énergétique .................................................................................................................................. 442.3SECTEURS INDUSTRIELS....................................................................................................... 46
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2.3.1 ................................................................................... 46Hypothèses d’intensité matériauxLa conception des bâtiments .................................................................................................................... 46La structure des bâtiments....................................................................................................................... 46La conception des véhicules..................................................................................................................... 472.3.2 49Des demandes de matériaux soutenues...........................................................................2.4BILAN ECONOMIQUE............................................................................................................ 533: ACQUIS ET TRAVAUX FUTURS ..........................CONCLUSION INTERMEDIAIRE 554ADDENDUM : REVISION DU SCENARIO DE REFERENCE ET DU SCENARIO DE STABILISATION « MIMETIQUE » ................................................................................................. 574.1SCENARIO DE REFERENCE 57. ...................................................................................................4.2SCENARIO DE STABILISATION AVEC DEVELOPPEMENT«MIMETIQUE»................................. 57DEUXIEME PARTIE:SCENARIO DE STABILISATION AVEC DEVELOPPEMENT«NON-MIQUEMETI» SNERACOIVARIANTE AVEC RETARD DESPED SNECOIRAVARIANTE SANS CAPTURE DUCO2
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SCENARIO « NON-MIMETIQUE »........................................................................................ 615.1LES RAISONS JUSTIFIANT LA PRODUCTION D’UN SCENARIO NON MIMETIQUE....................... 615.1.1 61La plausibilité du scénario mimétique en question.........................................................5.1.2 62Des stratégies de reduction prenant en compte les choix de style de developpement ....5.2ÉLEMENTS DE RECITS DU SCENARIO«NON MIMETIQUE» .................................................... 645.2.1 64L’espace de vie quotidien ...............................................................................................Pays industriels, zones diffuses ................................................................................................................ 65Pays industriels, zones denses .................................................................................................................. 65Pays en développement, villes nouvelles ................................................................................................. 65Pays en développement, mégalopoles ...................................................................................................... 66Pays en développement, autres espaces.................................................................................................... 665.2.2Mobilité des personnes et des marchandises .................................................................. 66Mobilité des personnes dans les pays industriels ..................................................................................... 68Mobilité des personnes dans les pays en développement ......................................................................... 69Mobilité des marchandises ....................................................................................................................... 705.2.3 ................................................................................................... 71Production industrielleLa sidérurgie ............................................................................................................................................ 72La production de ciment........................................................................................................................... 725.3QUANTIFICATION DES HYPOTHESES NARRATIVES................................................................ 725.4INSTRUMENTS ET POLITIQUES MIS EN OEUVRE..................................................................... 735.4.1Politiques et mesures ...................................................................................................... 735.4.2Trajectoire de valeur du carbone ................................................................................... 745.5EVOLUTION DU SYSTEME ENERGETIQUE.............................................................................. 755.5.1Demande finale d’énergie............................................................................................... 755.5.2Energie Primaire ............................................................................................................ 765.5.3Production d’électricité .................................................................................................. 775.5.4Impact sur les marchés de ressources fossiles................................................................ 785.5.5 79Capture et séquestration du carbone..............................................................................5.6EVOLUTION DES SECTEURS INDUSTRIELS............................................................................. 805.6.1Secteur de la sidérurgie .................................................................................................. 805.6.2Secteur de la production d’aluminium............................................................................ 805.6.3Secteur de la production de ciment................................................................................. 815.6.4Secteur de la production de verre plat............................................................................ 815.7EMISSIONS DECO2............................................................................................................... 815.8BILAN MACRO-ECONOMIQUE............................................................................................... 835.8.1 83Facture énergétique des ménages...................................................................................5.8.2Coûts macroéconomiques de la transition...................................................................... 84
6.1VARIANTE TECHNOLOGIQUESANSCCS............................................................................... 866.1.1emissions de CO2............................................................................................................ 866.1.2 86Evolution du système énergétique...................................................................................6.1.3 ................................................................................................. 88Bilan macroéconomique6.2VARIANTE POLITIQUE AVEC PARTICIPATION RETARDEE DESPED ........................................ 896.2.1 89Bilan macroéconomique : un ralentissement mondial....................................................6.2.2 90Emissions mondiales.......................................................................................................
Lorsqu’il est resitué au sein des projections de long terme mondiales les plus connues, le scénario de référence apparaît commeun scénario démographique et économique médian: la population mondiale croît à un taux moyen de 0,8% par an (pour une fourchette allant de 0.7% à 1,2 % dans les trajectoires SRES1croît de 1,3 % par an (pour un), le PIB par tête moyen intervalle allant de 1% à 3% par an, mais mesuré en taux de change et non en parités de pouvoir d’achat2des émissions, le scénario de référence reste). Sur le plan majoritairement fondé sur les énergies fossiles, d’où un taux de réduction de l’intensité carbone du PIB de -0,7% par an qui reste modéré (l’intervalle des SRES va de -0.8 % à -2,5% par an).
La croissance économique est endogène au modèleIMACLIM-R. Elle résulte d’une part de déterminants exogènes démographie et croissance de la productivité du travail qui fournissent des indicateurs de croissance potentielle des régions, et d’autre part des conditions de réalisation de la croissance réelle, comme les échanges internationaux de biens et de capitaux, le prix des énergies, la disponibilité de l’investissement.
1.1.1 HYPOTHESES
Démographie
Les hypothèses démographiques de la population sont inspirées du scénario médian de l’ONU. Ell s en $ # % &' ( )% "* +, !% +-* . - % /
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Figure 1 : Population totale (Milliards d'habitants) 1Special Report on Emission Scenarios, GIEC, 2001. La borne haute de la fourchette de population a depuis été révisée à la baisse dans toutes les projections plus récentes Census Bureau, ONU, IIASA. 2Le passage à une mesure en parités de pouvoir d’achat réduit l’écart de PIB par tête mesuré entre les pays développés et les pays en développement, et tend à diminuer en général les taux moyens de croissance pour une même trajectoire.