Modélisation intégrée du système énergétique mondial pour les trajectoires avec élimination de carbone

Integrated modeling of the global energy system for pathways with carbon dioxide removal

• Auteur / Autrice : Sophie Chlela
• Direction : Sandrine Selosse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Contrôle, optimisation, prospective
• Date : Soutenance le 07/11/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mathématiques appliquées (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Gabrielle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Selosse, Sabine Fuss, Tom Kober, Nicklas Forsell, Olivier Massol, Olivier Dessens
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabine Fuss, Tom Kober

Mots clés

Mots clés contrôlés

Changements climatiques -- Atténuation

Biomasse des forêts

Utilisation du sol

Gaz -- Élimination

Dioxyde de carbone

Mots clés libres

Voies nettes zéro

Élimination du dioxyde de carbone

Utilisation des terres

Approvisionnement en biomasse

Modèle d'évaluation intégrée TIAM-FR

Atténuation du changement climatique

Solutions climatiques naturelles

Net zero pathways

Carbon dioxide removal

Climate mitigation

Prospective modeling

TIAM-FR integrated Assesment Model

Land use biomass sourcing

Natural Climate Solutions

Résumé

Dans les systèmes énergétiques mondiaux pour limiter l'augmentation de la température en dessous de 1,5°C d'ici 2100. En utilisant le modèle d'évaluation intégrée TIAM-FR, nous examinons le rôle de la disponibilité des terres, de la biomasse et de l'eau dans la mise en œuvre du CDR, en nous concentrant sur la bioénergie avec capture et stockage du carbone (BECCS). Notre analyse examine comment le BECCS et d'autres options de CDR contribuent à réaligner le système énergétique mondial pour atteindre les objectifs climatiques, en mettant l'accent sur l'importance d'un approvisionnement durable en biomasse. Les principales questions abordées incluent : où sommes-nous de la limite de 1,5°C par rapport aux trajectoires actuelles, et quelles stratégies à long terme sont nécessaires pour atteindre les objectifs de l'Accord de Paris ? L'étude révèle que les solutions CDR sont essentielles dans tous les scénarios, même ceux qui ne visent pas directement la limite de 1,5°C. Cependant, le déploiement du BECCS et de la capture directe de l'air avec stockage du carbone (DACCS) sont confrontés à des défis liés à la disponibilité des terres (pour le cas des BECCS) et à l'eau, ce qui pourrait affecter leur durabilité. De plus, la thèse souligne l'intégration de GLOBIOM (un modèle d'utilisation des terres) pour évaluer les interactions entre l'énergie, l'agriculture et la foresterie, révélant que le coût social des gaz à effet de serre et la gestion des forêts sont essentiels pour améliorer les réductions d'émissions précoces. Nous déterminons que les solutions CDR soient cruciales pour l'atténuation du changement climatique à long terme, elles posent des défis en termes d'utilisation des terres et de l'eau, de concurrence avec la production alimentaire, et de potentiels impacts sur la biodiversité. Cela nécessite une réflexion approfondie sur les choix politiques, les innovations technologiques et la gestion des ressources pour assurer une mise à l'échelle durable des solutions de CDR dans le cadre plus large des objectifs mondiaux sur le climat et la durabilité.

This thesis explores the integration of carbon dioxide removal (CDR) technologies into global energy systems for limiting the temperature increase below 1.5°C by 2100. Using the TIAM-FR integrated assessment model, we investigate the role of land, biomass, and water availability in the implementation of CDR, focusing on bioenergy with carbon capture and storage (BECCS). Our analysis examines how BECCS and other CDR options contribute to realigning the global energy system to meet climate goals, emphasizing the significance of sustainable biomass sourcing. Key questions addressed include: How far are we from the 1.5°C limit compared to current trajectories, and what long-term strategies are necessary to achieve the Paris Agreement? The study finds that CDR is essential in all pathways, even those not directly aimed at the 1.5°C limit. However, the deployment of BECCS and direct air capture with carbon storage (DACCS) faces challenges related to land (for BECCS) and water constraints, which could impact their sustainability. Additionally, the thesis highlights the integration of GLOBIOM (a land-use model) to assess the interaction between energy, agriculture, and forestry, revealing that GHG pricing and forest management are key in enhancing early emissions reductions. The study concludes that while CDR is critical to long-term climate mitigation, it poses challenges in terms of land and water use, competition with food production, and potential impacts on biodiversity. This calls for careful consideration of policy choices, technological innovations, and resource management to ensure the sustainable scaling of CDR solutions within the broader context of global climate and sustainability goals.