Thèse Année : 2024

Assessment of climate change mitigation options

Evaluation d’options d’atténuation du changement climatique

Résumé

This thesis presents an analysis of different climate change mitigation options, assessed using numerical models that integrate the socio-economic drivers of greenhouse gas emissions in a multidisciplinary approach.The first option is an economic policy option consisting of stimulating economies affected by the COVID-19 pandemic, while promoting the energy transition by directing recovery packages towards low-carbon technologies. We have estimated the reduction of global CO2 emissions until 2030 resulting from recovery packages, by combining integrated assessment models results from a set of pre-COVID-19 simulations with an analysis of low-carbon investments within recovery packages. This simple estimate, and two other approaches against which it is compared (the International Energy Agency scenarios, and input-output modelling work), suggest that low-carbon stimulus packages will have a limited influence on future emissions.I then coupled an energy system model (GET) with an aggregated carbon cycle, atmospheric chemistry and climate model (ACC2) to study two greenhouse gas removal techniques.The first, called enhanced weathering (EW), is a carbon dioxide removal (CDR) solution that consists of applying basalt dust to cultivated fields or forests, in order to mineralize atmospheric carbon on the one hand and increase biological production on the other. The mineralization of atmospheric carbon is due to the release of basic cations. The increase in biological production is due to the supply of nutrients, particularly phosphorus. Both processes are integrated into the GET-ACC2 model, the second via an aggregated representation of the phosphorus cycle calibrated on the ORCHIDEE-CNP land-surface model. The energy aspects of the basalt dust production, transport and spreading processes are integrated into the energy system model. The model suggests that the application of basalt on forest soils can sequester up to twice as much carbon as a purely agricultural application, and considerably reduce the costs of meeting the temperature targets of the Paris Agreement in least-cost scenarios. It also shows how competition between EW and bioenergy with carbon capture and storage (BECCS) depends on the formulation of climate targets.Finally, I study atmospheric methane removal, a set of methods that is still in its infancy and has received less attention than CDR. I assume that the role of CDR in a given mitigation trajectory can be quantified by the cumulative gross CO2 emissions and economic costs associated with that trajectory. Using the GET-ACC2 model, I establish the unit cost and removal potential specifications that a methane removal technology would need to meet in order to play the same role as BECCS in achieving different climate goals. I compare the scenarios associated with large-scale deployment of one or other of these technologies. I also observe that considering the future increase in natural methane emissions due to global warming require stronger mitigation efforts of all greenhouse gases, but that it does not make methane mitigation comparatively more important than CDR in cost-effective pathways.
Cette thèse présente une analyse de différentes options d'atténuation du changement climatique, évaluées à l'aide de modèles numériques qui intègrent les déterminants socio-économiques des émissions de gaz à effet de serre dans une approche multidisciplinaire.La première option est une option de politique économique consistant à stimuler les économies ralenties par la pandémie de COVID-19, tout en favorisant la transition énergétique en orientant les plans de relance vers des technologies bas-carbone. Nous avons proposé un calcul des effets des plans de relance sur les émissions mondiales de CO2 à l'horizon 2030, en m'appuyant sur des résultats de modèles d'évaluation intégrée antérieurs à la pandémie, que nous avons croisé avec des bases de données recensant les montants dédiés aux investissements bas-carbone liés aux plans de relance. Cette estimation simple, ainsi que deux autres approches auxquelles elle est comparée (les projections de l'agence internationale de l'énergie et des travaux de modélisation entrée-sortie), suggèrent que les plans de relance bas-carbone auront une influence limitée sur les émissions futures.Nous avons ensuite couplé un modèle du système énergétique (GET) avec un modèle simple du climat, du cycle du carbone et de la chimie atmosphérique (ACC2) pour étudier deux techniques d'éliminations des gaz à effet de serre.La première, appelée altération forcée du basalte (EW pour « enhanced weathering »), est une technique d'élimination du carbone (EDC) consistant à appliquer des poudres de basalte sur des champs cultivés ou les forêts, afin de minéraliser le carbone atmosphérique d'une part et d'augmenter la production biologique d'autre part. La minéralisation du carbone atmosphérique est due à la libération de cations basiques. L'augmentation de la production biologique est due à l'apport en nutriments, notamment en phosphore. Les deux processus sont intégrés au modèle GET-ACC2, le second via une représentation agrégée du cycle du phosphore calibrée sur le modèle de surfaces continentales ORCHIDEE-CNP. Les aspects énergétiques des processus de production, de transport et d'épandage des poudres de basalte sont quant à eux intégrés au modèle du système énergétique. Le modèle suggère que l'application de basalte sur les sols forestiers peut séquestrer jusqu'à deux fois plus de carbone qu'une application uniquement agricole, et réduire considérablement les coûts pour atteindre les objectifs de température de l'accord de Paris, dans une approche coût-efficacité. Nous montrons également comment la compétition entre l'EW et la bioénergie avec capture et stockage du carbone (BECCS) dépend de la formulation des objectifs climatiques.Enfin, nous étudions l'élimination du méthane atmosphérique, un ensemble de méthodes encore embryonnaires qui a reçu moins d'intérêt que l'EDC. Nous supposons que le rôle de l'EDC dans une trajectoire d'atténuation donnée peut être quantifié par les émissions brutes cumulées de CO2 et les coûts économiques associés à cette trajectoire. A l'aide du modèle GET-ACC2, nous établissons le cahier des charges, concernant le coût unitaire et de potentiel d'élimination, qu'une technique d'élimination du méthane devrait respecter afin de jouer le même rôle que la BECCS dans l'atteinte de différents objectifs climatiques. Nous comparons les scénarios associés à un déploiement à grande échelle de l'une ou l'autre de ces technologies. Nous observons également que tenir compte de l'augmentation future des émissions naturelles de méthane due au réchauffement global requiert des efforts plus importants de réduction de tous les gaz à effet de serre, mais n'a pas pour effet de rendre l'élimination du méthane plus nécessaire que celle du carbone.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04903806 , version 1 (21-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04903806 , version 1

Citer

Yann Gaucher. Assessment of climate change mitigation options. Global Changes. Université Paris-Saclay, 2024. English. ⟨NNT : 2024UPASJ004⟩. ⟨tel-04903806⟩
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