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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-0460

DOMAINE DE RECHERCHE
Modélisation du climat / Sciences de la terre et de l’environnement
INTITULÉ DU SUJET Français English

Évaluer le rôle des options d'atténuation du climat pour atteindre la neutralité globale en carbone

RÉSUMÉ DU SUJET

L'Accord de Paris requiert de "maintenir l'augmentation de la température moyenne mondiale bien en dessous de 2 ° C par rapport aux niveaux préindustriels et de poursuivre les efforts visant à limiter l'augmentation de la température à 1,5 ° C au-dessus des niveaux préindustriels". Le rapport spécial du GIEC sur le réchauffement planétaire de 1,5 ° C (SR15) a mis en avant le concept de neutralité globale en carbone à l'horizon 2050 nécessaire pour atteindre l'objectif de 1,5 ° C de l'Accord de Paris (GIEC 2018). La publication du SR15 du GIEC a contribué à la dynamique politique en faveur de l'objectif de neutralité carbone d'ici 2050, déclaré par 77 pays, 10 régions et plus de 100 villes à la fin du Sommet des Nations Unies pour l'action sur le climat, fin septembre 2019 (Kosolapova 2019). .

Alors que l'objectif ambitieux de neutralité carbone fait l'objet d'une adoption généralisée, nous affirmons que cet objectif doit faire l'objet d'un examen minutieux afin de comprendre ce qu’il signifie concrètement. Il existe de nombreuses façons de combiner des mesures dans différents secteurs compatibles avec un tel objectif. Le doctorat proposé se concentrera sur certaines options d’atténuation et s’efforcera de comprendre le rôle de ces options dans la définition des voies de décarbonisation. Dans un premier temps, le projet étudiera à quel point le captage et le stockage du carbone (CSC), qui est actuellement en discussion en Europe (Commission 2018), revêt une importance cruciale pour la neutralité carbone. Deuxièmement, le projet évaluera le rôle de l’énergie nucléaire dans les voies de décarbonisation, une option permettant de produire de l’énergie sans dégager de CO2. Troisièmement, l'amélioration de l'altération chimique des sols, une idée émergente et sans doute prometteuse consistant à appliquer des poudres de silicate sur des champs cultivés afin d'améliorer les processus d'absorption du carbone et d'augmenter la production biologique (Köhler et al. 2010; Beerling et al. 2018), sera également évaluée. Cette option d’atténuation fait l’objet de travaux de recherche intensifs au Royaume Uni et aux USA, avec la création d’un centre de recherche sur le sujet (Leverhulme Center on climate mitigation : http://lc3m.org ) Toutes les analyses examineront comment la disponibilité de certaines options d'atténuation peut influer sur les voies de décarbonisation en prenant en compte de manière dynamique la réaction des processus et des rétroactions du cycle du carbone associés (Ciais et al. 2013). Ce projet impliquera des collaborations avec différentes unités du CEA impliquées dans l'initiative de «fermeture du cycle du carbone» et permettra au CEA de disposer d'un modèle d'évaluation intégré simple et robuste pour simuler l'impact quantitatif de divers systèmes de production d'énergie sur les concentrations de GES dans l'atmosphère et les prévisions climatiques.

Le doctorat Le projet utilisera une approche d'évaluation intégrée et utilisera le modèle du cycle du carbone inégré, de la chimie de l'atmosphère et du climat (ACC2) (Tanaka et al. 2007). ACC2 décrit les principaux processus physiques et biogéochimiques du cycle global du carbone et du système climatique, ainsi que les coûts économiques liés à l'atténuation des changements climatiques. Plus précisément, le cycle du carbone terrestre et océanique est décrit par un modèle en compartiments avec des cinétiques de premier ordre. Le climat physique est représenté par un modèle de diffusion de chaleur. La composante économique est représentée de manière idéalisée par un ensemble de courbes globales de coût de réduction marginal (marginal abatment curves MAC) pour le CO2, le CH4 et le N2O, comme dans la plupart des modèles intégrés qui servent pour les scénarios du GIEC. Ce modèle permet de calculer des scénarios d'émission optimaux en termes de minimisation sous contrainte des couts économiques, pour atteindre des objectifs tels que l'objectif de 1,5 ° C et la neutralité carbone (Tanaka et O'Neill 2018).

Pour mener à bien les trois analyses proposées ci-dessus, le projet améliorera ACC2 en ce qui concerne les deux aspects suivants. Tout d'abord, en relation avec les deux premières analyses, nous développerons des courbes MAC liées à des ensembles spécifiques d'options d'atténuation (par exemple, les courbes MAC tenant compte de toutes les options sauf CCS) (Azar et al. 2013), ce qui nous permettra d'étudier le rôle des mesures d'atténuation spécifiques et des options pour déterminer les voies de neutralité carbone. Deuxièmement, nous rendrons la représentation du cycle du carbone plus complète en intégrant au modèle i) le transport du carbone de la terre à l'océan par les fleuves (Regnier et al. 2013) et ii) les cycles globaux de l'azote et du phosphore (Mackenzie et al. 2011). Ces ajouts sont importants pour la troisième analyse car une altération améliorée peut influer sur la productivité biologique en fournissant des éléments nutritifs, mais aussi parce qu’une altération accrue peut altérer le stockage de carbone dans les océans côtiers et ouverts par le transport latéral de carbone.

Le projet de thèse sera situé au Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (LSCE). Le projet peut être mené conjointement avec le projet PRATO «Atteindre les objectifs de température après dépassement» de l’Accord de Paris dans le cadre du programme MOPGA (Make our Planet Great Again), qui utilise également l’approche ACC2 et fait appel à une équipe de collaborateurs français et internationaux aux compétences variées. . Le principal résultat visé est deux publications: un document sur le rôle des options d’atténuation et un autre sur l’altération améliorée. Les deux documents incluront des développements de modèles connexes. Le projet visera à éclairer le débat politique sur le choix des voies à suivre et à apporter des contributions au bilan mondial en 2023 ( Global stock take de l’Accord de Paris). Dans le cadre du programme FOCUS, le projet offre au CEA la possibilité de disposer d’un modèle intégré socioéconomique de trajectoires de décarbonisation compatibles avec des objectifs climatiques, incluant différentes options dont celle de la production d’électricité nucléaire.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

sciences du climat, modélisation, physique

INFORMATIONS PRATIQUES
Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/07/2020
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Philippe CIAIS  

CEA
_Archive_DSM
CEA/Saclay
Batiment 714
L’Orme des Merisiers
91191 Gif sur Yvette

Téléphone : +33 1 69 08 95 06

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
Sciences de l’Environnement d’Île de France
DIRECTEUR DE THÈSE

Philippe CIAIS

CEA
_Archive_DSM
CEA/Saclay
Batiment 714
L’Orme des Merisiers
91191 Gif sur Yvette