Changement climatique et décarbonisation du secteur industriel : une approche méthodologique

Climate change and decarbonisation of the industrial structure : an institutional-methodological investigation

• Auteur / Autrice : Florian Dierickx
• Direction : Arnaud Diemer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences économiques
• Date : Soutenance le 29/01/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences économiques, juridiques, politiques et de gestion (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études et de recherches sur le développement international (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Deffuant
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aleix Altimiras Martin, Jurij Giacomelli, Aneta Trajanov
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Ferrari, August Wierling

Mots clés

Mots clés contrôlés

Environnement -- Protection

Écologie industrielle

Écologie humaine

Modèles mathématiques

Changements climatiques

Mots clés libres

Changement climatique

Modèles d'évaluation intégrée

Modélisation des systèmes émergétiques

Modélisation physique input-output

Climate change

Integrated assessment modelling

Energy system modelling

Physical imput-output modelling

Résumé

Notre empreinte matérielle, notre métabolisme énergétique, le changement climatique et les impacts anthropiques sur l'environnement sont intrinsèquement liés. Leur ampleur a considérablement augmenté au cours des dernières décennies, en fonction de l'expansion de l'activité industrielle et économique. Afin de concevoir des voies d'atténuation réalisables qui pourraient aider à surmonter la dégradation future de notre environnement naturel et sociétal, une compréhension systémique des scénarios de transition et d'atténuation possibles est nécessaire. Ces scénarios peuvent et doivent être étudiés d'un point de vue purement physico- énergétique afin de comprendre les limites matérielles et énergétiques, mais la conception des différentes voies de transformation envisageables est un processus intrinsèquement social et institutionnel. Cette thèse porte à la fois sur les modèles physico-énergétiques utilisés pour étudier les transitions futures et sur les structures politico-institutionnelles connexes qui façonnent la politique climatique et énergétique contemporaine, et vise principalement à (i) contextualiser le défi actuel et futur de l'atténuation des effets du changement climatique en utilisant des aperçus historiques sur la dynamique des transitions passées de notre métabolisme socio- économique, (ii) débattre du contexte institutionnel, du rôle et des caractéristiques des modèles d'évaluation intégrée et des modèles de systèmes énergétiques dans l'élaboration des scénarios et des politiques d'atténuation climatique et environnementale, et enfin (iii) réfléchir à de nouvelles approches méthodologiques non monétaires qui pourraient aider à concevoir des trajectoires de dématérialisation et de décarbonatation réalisables et ambitieuses. Pour étudier ces aspects, la thèse s'appuie sur plusieurs approches : (i) l'écologie sociale, l'écologie industrielle et l’analyse (physique) input-output, (ii) la modélisation de l'évaluation intégrée, la modélisation du climat et la modélisation des systèmes énergétiques et (iii) la dynamique des systèmes, la théorie des systèmes dynamiques et la théorie du contrôle des processus. Au cours de 8 chapitres, le lecteur est invité à explorer (1) comment les révolutions énergétiques sociétales historiques, présentes et futures sont liées au métabolisme énergétique de l'environnement; (2) comment les énergies renouvelables sont représentées dans les modèles d'évaluation intégrée (MEI) ; (3) les principales caractéristiques des MEI fréquemment utilisés, leur contexte institutionnel et leur évolution historique; (4) une brève introduction au fonctionnement des modèles climatiques, les principaux paramètres de modélisation du climat et les implications de l'incertitude de celles-ci sur le futur bilan carbone pour l'élaboration des politiques publiques; (5) une exploration de l'impact des différents taux d'actualisation et d'intérêt sur les résultats des principaux modèles d'évaluation intégrée et des modèles de systèmes énergétiques utilisés pour l'élaboration des politiques climatiques et énergétiques européennes et nationales, y compris un débat sur la viabilité de l'évaluation monétaire ou non monétaire du climat et de l'énergie dans le contexte des politiques publiques; (6) une évaluation du concept contemporain d'économie circulaire ; (7) une exploration méthodologico-institutionnelle sur la manière de modéliser d’une façon dynamique les échanges sectoriels d'énergie et de matières par des modèles physiques input-output et enfin (8) une exploration de l'application des modèles input-output à l'échelle urbaine.

Our material footprint, our energetic metabolism, climate change and anthropogenic impacts on the environment are intrinsically linked, and increased considerably in magnitude over the last several decades in line with the expansion of industrial and economic activity. In order to design feasible mitigation pathways that could help overcome future degradation of our natural and societal environment, a systemic understanding is needed of possible transition and mitigation scenarios. These scenarios can and should be studied from a purely physical- energetic point of view in order to understand material and energetic limits, but designing effective transformation pathways is an inherently social and institutional process. This dissertation relates to both the physical-energetic models that are used to study future transitions as well as related institutional-political structures that shape contemporary climate and energy policy, and aims to (i) contextualize the present and future climate mitigation challenge using historical insights on the dynamics of past transitions of our socio- economic metabolism, (ii) debate the institutional context, role and characteristics of integrated assessment models and energy system models in shaping mitigation scenarios and policies, and finally (iii) reflect on novel non-monetary methodological approaches that could help to design feasible and ambitious dematerialization and decarbonization trajectories. To study these aspects, the dissertation relies to several schools of practice: (i) social ecology, industrial ecology and (physical) input-output analysis, (ii) integrated assessment modelling, climate modelling and energy system modelling and (iii) system dynamics, dynamical system theory and process control theory. Over the course of 8 chapters, the reader is invited to explore (1) how historical, present and future societal energy-revolutions relate to the energetic metabolism of the environment; (2) how renewable energy is represented in Integrated Assessment Models (IAMs); (3) the main characteristics of frequently used IAMs, their institutional context and historical evolution; (4) a brief introduction to the functioning of climate models, the most important climate modelling metrics and the implications of future carbon budget uncertainty for public policy making; (5) an exploration of the impact of differing discount and interest rates on the outcomes of major integrated assessment models and energy system models that are used for European and national policy-making, including a debate on the viability of monetary versus non-monetary climate and energy assessment and policy making; (6) an appraisal of the contemporary concept of circular economy; (7) a methodological-institutional exploration on how to dynamically model sectoral energy and material exchanges using physical input-output models and finally (8) an exploration of the application of input-output models on an urban scale.