Géographie des ressources environnementales

L1 Géographie / Aménagement / Environnement

Université de Bourgogne

Pierre Camberlin

géographie

(Tabutin et Thiltgès, 1992 –Relations entre croissance démographique et environnement)

Introduction : définitions et mise en perspective

Les grandes composantes du système Terre et leurs interactions

Ch.1. Les ressources naturelles comme

matières premières

Classement en fonction :- de leur caractère renouvelable ou non- de leur origine- de leur utilisation- de leur rareté- de leur valeur

1.1 Des matières premières minérales courantes…

ou très rares

a) Des pierres précieuses…aux « terres rares » objets de nouvelles convoitises

• Utilisation• Production et consommation

Principaux éléments chimiques de la croûte terrestre (source : Haxel et al., US Geological Survey)

9 métaux les plus rares

Principaux métaux industrielsMétaux précieux« Terres rares »

Ab

on

dan

ce (

nb

red

’ato

mes

par

mill

ion

d’a

tom

es d

e Si

)

Nombre atomique (Z)

Eléments constituant les roches

Production d’or dans le

monde (2008)

Consommation d’or dans le

monde (2011)(en t d’or)

Les terres rares : qui les détient ? qui les produit ?(source : « Carto », N°9, 2012)

b) Les minerais métalliques d’usage industriel courant

• Abondance

• Ressources / réserves

Incertitudes

Coû

t d’e

xtra

ctio

n Prix / technologies

Non rentables

Non identifiées

Potentiellement non récupérables

Ressources totalesRéserves (identifiées et récupérables)

(adapté de Rodrique et al., 2009 http://people.hofstra.edu/geotrans)

L’exemple du cuivre

Demande de cuivre dans le monde : évolution 1980-2010 et projections

(source : FP stock market research agency)

OCDE (pays industrialisés)

Evolution des prix du cuivre(1986-2011, $US/t)

Prix notionnel (basé sur les coûts de production, les réserves, les commandes etc…, hors spéculation)

1er sem. 2012 : 8000$/t

6700

4900

3100

1300

Producteurs de cuivre (2009, en % du total mondial)(source : SNMPE)

c) Les matériaux de construction

Transport annuel de matériaux. Le volume de sols et rochesdéplacé par l’Homme (construction et TP) atteint presqueaujourd’hui celui de l’érosion naturelle(source : J. Varet et BRGM).

Consom-mation

annuelle

Réserves Emission de polluants(pour la production

d’électricité)

GTEP, 2010 GTEP, fin 2010

nb d’années de consommation

actuelle

kg de CO2 / kWh produit

g de SO2 / kWh produit

Charbon(avec lignite)

3,56 441 123 0,95 7,5 *

Pétrole ** 4,03 189 46 0,80 5 *

Gaz naturel 2,86 167 58 0,57 0

* à 1% de soufre, hors lignite** hors sables bitumineux

Tableau comparatif des 3 grands combustibles fossiles(source : BP Statistical Review of World Energy 2011)

1.2 Des ressources énergétiques inégalement renouvelables

a) Une ressource non renouvelable mais relativement abondante :

le charbon

Origine de l’énergie primaire produitedans le monde (2009)(source : Agence Internationale de l’Energie)

** dont géothermique, solaire, éolien

Répartition par usage du charbonconsommé dans le monde (2007). Les usages résidentiels désignent le chauffage (individuelou réseaux de chauffage urbain). (Source AIE, 2009 et JM Jancovici)

Evolution de la production mondiale d’énergie primaire (Mtep)(source : « The Shift Project »http://www.tsp-data-portal.org)

ENERGIE =

61%

DEFORES-

TATION =

18%

Emissions de gaz à effet de serre associées aux activités humaines, 2000 (source : UNEP/GRID, 2009)

Charbon : zones de production et réserves

b) Une ressource non renouvelable en voie de raréfaction : le

pétrole

Consommation et production de pétrole dans le monde (2009)

source : Rodrigue, J-P et al.

(2009) The Geography of

Transport Systems, Hofstra University, Department of Global Studies & Geography, http://people.hofstra.edu/geotrans.

Réserves conventionnelles de pétrole par pays. Données : BP 2006(Smil, 2008)

Réserves en nombre d’années de production

6-1213-2021-42

43-100>100No data

Evolution des découvertes et de la production de pétrole (source : JM Jancovici)

Monde

Etats-Unis

Md barils / an

Md barils / an

c) Des énergies « nouvelles » quasi-universelles… mais souvent

intermittentes

Chimique• Combustibles fossiles (Combustion)

Nucléaire• Uranium (Fission de l’atome)

Energie

Non-Renouvelable

Renouvelable

Chimique• Musculaire (Oxydation)

Nucléaire• Géothermique (Conversion)• Fusion (Fusion de l’hydrogène)

Gravitaire• Marées, hydraulique (Cinétique)

Solaire indirecte• Biomasse (Photosynthèse)• Vent (Différences de pression)

Solaire directe• Cellule photovoltaïque (Conversion)

Dans la production

mondiale d’électricité

(2009)

Dans l’énergie finale consommée

dans le monde (2009)

Part des énergies renouvelables :

(source : REN21 : Renewables 2011 Global Status Report)

(source : US DoE)(Atlas mondial du développement durable, Autrement, 2002)

Part des énergiesrenouvelablesdans la production nationaled’énergie…

Les Pays en Développementen tête…

Hydroélectricité : production en 2004 et potentiel(source : UNESCO)

La production actuelle représente 20% du potentiel techniquement exploitable

Situations très contrastées suivant les pays : France, Suisse : 90% du potentiel exploité ; Asie et Amérique latine 30% ; Afrique <10%

17% de

l’électricité

produite dans

le monde

(2009)

Energie éolienne : puissanceélectriqueinstallée (2010)

- Eolien

- Solaire ; 3 systèmes :• Thermique• A concentration• Photovoltaïque

Les autres ER

Solaire photovoltaïque, puissance installée (2010)

(source : REN21)

- Énergie géothermique

Puissance installée

(en 2010, géothermie = 18% de l’électricité produite aux Philippines, 15% au Kenya, 26% en Islande)(source: International Geothermal Association)

Bilan comparatif des ressources énergétiques :prendre en compte : - la “propreté”, notamment en termes de GES- le coût (construction + fonctionnement)- les aspects techniques : intermittence de certaines ER (éolien, solaire)- les aspects sociétaux : déplacements de population (certains barrages), acceptabilitédes équipements (ex: éolien en France)…

Coût de construction de centrales électriques (2007), par KW installé(source : US Energy Information Administration)(NB : y ajouter les coûts de fonctionnement… très variables selon les prix des matières premières…)

Exemple de l’électricité

Emissions de CO2 comparées

Méthodes d’obtention de nourriture(intensivité croissante) (Smil, 2008)

Activités rares auj., limitées àquelques régions froides / sèches / forestières

Chasse / cueillette

Elevage

Agri. itinérante

Agri. traditionnelle

Agri. moderne

L’agriculture s’est développée de façon indépendante dans 9 régions distinctes au cours des 12 000 dernières années (Diamond, 2002)

1.3 Les ressources biotiques : de la prédation à la domestication (source : FAO, La situation mondiale des pêches et de l’aquaculture 2010)

Tonnages débarqués à Terre-Neuve et au Labrador

Total

Poissons de fond (dont cabillaud)Coquillages et crustacés

Nombre de pêcheurs (milliers)

b) Le bois : une ressource de moins en moins « naturelle »

Par continent, données nationales

Par zone climatique ; estimations à partir de données satellitales

(source : FAO 2011)

Déforestation(source : Atlas Alexander, 2002)

Évolution de la surface forestière nationale (1990-2000)

Diminution Augmentation

Faibles (exploitation durable du bois)MoyensForêts menacées de destruction

Risques de déforestation

S o u rc e d 'e a u V o lum e d 'e a u

( km 3)

% d 'e a u

d o u c e

% d 'e a u

to ta le

O cé a n s , m e rs 1 ,3 3 8 ,0 0 0 ,0 0 0 - - 9 6 .5 %

C a lo t te s g la c ia ire s , g la c ie rs

2 4 ,0 6 4 ,0 0 0 6 8 .7 % 1 .7 4 %

E a u s o u te r ra in e 2 3 ,4 0 0 ,0 0 0 - - 1 .7 %

- d o u c e 1 0 ,5 3 0 ,0 0 0 3 0 .1 % 0 .7 6 %

- s a lin e 1 2 ,8 7 0 ,0 0 0 - - 0 .9 4 %

H um id ité d u s o l 1 6 ,5 0 0 0 .0 5 % 0 .0 0 1 %

P e rg é lis o l 3 0 0 ,0 0 0 0 .8 6 % 0 .0 2 2 %

L a c s 1 7 6 ,4 0 0 - - 0 .0 1 3 %

- d 'e a u d o u c e 9 1 ,0 0 0 0 .2 6 % 0 .0 0 7 %

- d 'e a u s a lin e 8 5 ,4 0 0 - - 0 .0 0 6 %

A tm o sp h è re 1 2 ,9 0 0 0 .0 4 % 0 .0 0 1 %

M a ré c a g e s 1 1 ,4 7 0 0 .0 3 % 0 .0 0 0 8 %

R iv iè re s 2 ,1 2 0 0 .0 0 6 % 0 .0 0 0 2 %

E a u b io lo g iq u e 1 ,1 2 0 0 .0 0 3 % 0 .0 0 0 1 %

T o ta l 1 ,3 8 6 ,0 0 0 ,0 0 0 - 1 0 0 %

Source: Gleick, P. H., 1996: Water resources. In Encyclopedia of Climate and Weather, ed. by S. H. Schneider, Oxford University Press, New York, vol. 2, pp.817-823.

a) Une ressource variable dans le temps et l’espace1.4 La ressource en eau

Des stocks…

et des flux

Cycle global de l’eau

Flux en milliers de km3/an

http://www.globalchange.umich.edu

ADVECTION

PRECIPITATIONS

RUISSELLEMENT

ECOULEMENT SOUTERRAIN

PRECIPITATIONS

ECOULEMENTSUPERFICIEL

Précipitations moyennes annuellesEvapotranspiration potentielle

Q = P - E

Écoulement moyen annuel

Quasi absence d’eau superficielle

Ressources en eau renouvelables par personne et par bassinMoyenne mondiale : 7650 m3/an/hab.

2000 m3 sont nécessaires pour un développement satisfaisant (estimation FAO)

En général, la ressource dépasse largement les besoins… donc pas de pénurie à l’échelleglobale… mais des exceptions :Afrique du Nord: 710 m3/an/h Asie du Sud : 1770 m3/an/habAsie de l’ouest: 2110 m3/an/hab Europe centrale: 2120 m3/an/hab

b) Des eaux et des hommes : abondance ou rareté ?

Ressources en eau renouvelables par personne et par pays

… même en Europe

Prélèvements par habitant (m3/an/habitant)Moyenne mondiale = 630

Indice de pression sur la ressource : WTA (« Withdrawals to availability ratio ») = tauxde prélèvement par rapport à la ressource renouvelable

Seuils de stress (Raskin, 1997)

WTA=< 0.2 Faible

0.2 < WTA =< 0.4 Moyen

WTA > 0.4 Sévère

Rôle du facteur économique dans l’accès àl’eau potable

% de la pop. sans accès à l’eau pot.

taille des pays propor. au nb d’habsans accès à l’eau pot.

eau potable : puits, adduction d’eau à au plus qq minutes de marcheSource : UNEP/GRIDhttp://maps.grida.no/go/graphic/areas-of-physical-and-economic-water-scarcity

Carte de synthèse : régions de pénurie d’eau (physi que et économique)

Pénurie d’eau faible ou nulle

Pénurie physique

Proches de la pénurie physique

Pénurie économique

Pas de données

Exemple des nitrates

Teneur normale en nitrates des eaux souterraines : 0,1 à 1 milligramme par litre.

Seuil pour les eaux potables (norme OMS) : 50 milligrammes / litreDe telles eaux nécessitent un traitement spécifique pour pouvoir être consommées.

(50 = seuil OMS)

Concentrations moyennes des eaux souterraines (2000-2003)

c) De la quantité…à la qualité

Principaux types de polluants transitant par les sols(Veyret et Pech, 1993)

La pollution des eaux contin. peut être directe ou indirecte (via les sols)

1.5 Une approche économique de la ressource… qui a ses limites

Classification des ressources

naturelles selon leurs

caractéristiques physiques

(source : OCDE, 2001)

Ch.2. Les

services

environne-

mentaux

(source : UNEP)

Polluants atmosphériques : temps de résidence moyen et échelle d’incidence

gaz à effet de serre

pollution locale : oxydes d’azote…

2.1 L’air Les pluies acides

Problème apparu dans les années 1960-80 (Europe Centrale, Scandinavie, Est des Etats-Unis)

S’est atténué dans les années 1990 (filtres sur les installations industrielles, ‘Clean Air Act’ aux EU…).

(source : Le Monde Diplomatique)

Acidité des précipitations aux Etats-Unis –pH moyen en 2003, et localisation des principaux sites d’émission de dioxyde de soufre (Kaufmann et Cleveland, 2008)

Émissions de soufre aux USA (Kaufmann et Cleveland, 2008)

Moins de charbon utilisédans l’industrie, le chauffage… mais beaucoup pour produire de l’électricité

Concentrationen ozone

L’ozone dans l’atmosphère

ozone stratosphérique

ozonetroposphérique

La "couche d’ozone" stratosphérique est un filtre naturel protégeant les écosystèmes terrestres des ultraviolets .

Consommation mondiale de CFCs (en orange) unités : potentiel de destruction d’ozone, millions de t

Suivi : http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/

« trou d’ozone » Taille du « trou » d’ozone antarctique (millions de km 2)

2.2 Les sols

Dégradation des sols

Elle n’affecte pas que les milieuxsemi-arides….

… au contraire problème quasi-global…

Conséquences

Tracé des côtes :

Effet de l’érosion et de l’accumulation sédimentaire dans la région d’Éphèse (Turquie)

(Kaufmann et Cleveland, 2008)

Comblement des lacs de barrage : retenue de Conowingo (SE des USA)

(source : USGS)

Évolution du taux de matière organique en fonction du nombre d’années de culture - Exemple au Niger (Pieri, 1989)

Effet à long terme d’une mise en culture sur la fertilité des sols (prélèvement par la plante + ruissellement)

L’Atlas Environnement, Le Monde Diplomatique

Pour l’instant les sols (et la végétation) absorbent une partie de l’excédent de carbone émis par l’Homme dans l’atmosphère…mais ce puits de carbone est amené à disparaître.

Contraction des habitats : le cas de l’orang-outan à Bornéo (Indonésie et Malaisie). 24% de la forêt de Kalimantan a disparu entre 1985 et 1997

Sabah & Sarawak(Malaisie)

Kalimantan (Indonésie)

2.3 Le vivant : biodiversité et écosystèmes

Espèces invasives : contribution des différentes espèces aux prises de poisson dans le lac Victoria

• Lates Nilotica (perche du Nil)♦ Oreochromis niloticus…. haplochromines× Protopterus(source : Njiru et al., 2005)

• Autre ex:Caulerpa taxifoliaen Méditerranée

Bilan : les facteurs d’altération de la biodiversité, et leurs tendances (source : United NationsEnvironmentProgram)

2.4 Le climat

HP

BP

Vent

Vagues

Pluie, neige

Rayonnement

Chaleur sensible

Photosynthèse :

Agriculture,

sylviculture Energie hydraulique

Energie

éolienne

Sports

d’hiver

Tourisme

balnéaire

Les ressources

climatiques

Energie

solaire

Le gisement éolien en EuropeVitesses moyennes des vents à 50m au-dessus du sol et énergie potentiellement disponible

http://planet-terre.ens-lyon.fr/

Rayonnement solaire, rayonnement terrestre et son absorption par l’atmosphère

L’effet de serre

Stocks et flux naturels en noirStocks et flux d’origine anthropique (/an) en rouge

(source : Université de Liège)

Evolution récente = accroissement des émissions.

Ex : CO2 fossile =6.4 GtC/an (années 1990)

7.2 GtC/ an (moy. 2000-2005)

(source : GIEC)

Évolution des concentrations de GES dans l’atmosphère au cours du dernier millénaire

Température globale (moyenne continents + océans)

Source : NASAhttp://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs_v3/

Écart à la moyenne 1951-1980

1. Etablir des scénarii d’émission de GES, sur des bases économiques, démographiques, politiques etc…

2. Simuler l’évolution des concentrationsassociées de GES dans l’atmosphère

3. Evaluer les effets sur le climat (températures, précipitations…), et au-delà les écosytèmes, les sociétés

Utilisation des modèles pour établir des projection s climatiques

Différence de température entre les normales 2071-2100 et 1961-1990 en °C pour le scénario A2Projections

(source : P. Larson et ACLED database)(source : X. Martin 2009)

Grandes régions minières d’Afrique

Autres zones de conflits

Actes de violence recensés entre 1997 et 2010(en rouge, envers des civils)

Conflits en Afrique, 1997-2010

Ch.3. Mise en perspective : enjeux sociétaux et écologiques

3.1 La dimension géopolitique

Guerres civiles et conflits armés locaux alimentés par des ressources naturelles(source : PNUE 2010)

La République Démocratique du Congo : ressources et zones de conflits

(source :Philippe Rekacewicz, le Monde Diplomatique, décembre 2008)

Les conflits Homme-éléphant dans le district de Taita-Taveta

(source : Smith et Kasiki, 2000)

Principales zones de conflits entre les Hommes et la faune

sauvage au Kenya (source : KWS)

axe de migration des éléphants

Évolution de la population humaine en périphérie des parcs nationaux de Tsavo

3.2 La dimension relative de la notion de ressource• La faune sauvage

(source : Tour du Valat)

• Les zones humides

Taux d’accroissement démographiques et économiques et de divers indicateurs environnementaux, au cours du XXe siècle (1890-1990)

(source : McNeill 2010 Une Histoire de l’Environnement mondial au XXe s.)

x 0,99Espèces d’oiseaux et de mammifères

x9Consommation d’eau

x 0,0025Baleines bleues (O . Austral)

x8 (?)Émission de plomb dans l’atmosphère

x9Porcinsx17Émission de CO2

x4Bovinsx7Production de charbon

x35Pêche de poisson en mer

x13Utilisation d’énergie

x2Surfaces cultivéesx14PIB

x 0,8Surfaces boiséesx13Population urbaine

x5Surfaces irriguéesx4Population mondiale

3.3 La dimension historique

(PNUE, 2011 « Decoupling NaturalResource Use and Environmental Impactsfrom Economic Growth »)

Évolution des prélèvements de ressources matérielles dans le monde, 1900-2005 (Gt)

Taux métaboliques moyens mondiaux, 1900-2005 (t/hab/an)

Réserves disponibles, en nombre d’années de consommation actuelle

Antimoine (retardateur de flamme) 11 ansArgent 15 ansIndium (panneaux solaires) 17 ansOr 20 ansZinc 20 ansCuivre 38 ans

Hélium 23 ans

Pétrole conventionnel 40 ansUranium 46 ansGaz naturel 65 ansCharbon 120 ans

(PNUE, 2011 « Decoupling NaturalResource Use and Environmental Impactsfrom Economic Growth »)

Concentration en métal des minerais extraits des mines australiennes, 1840-20053.4 La dimension écologique

a) Les externalités environnementales

Quelques lois physiques fondamentales

Loi de conservation de la matière :« Rien ne se perd, rien se crée, tout se transforme » Lavoisier, 1777.

Premier principe de la thermodynamique (conservation de l’énergie) : l’énergie totale d’un système reste constante

Deuxième principe de la thermodynamique (dégradation de l'énergie) : l'énergie d'un système passe nécessairementde formes concentrées à des formes diffuses

b) Une notion intégratrice :

l’empreinte écologique

Mesurer la charge qu'impose l’Homme à la nature, compte tenu de

son style de vie et de son niveau de vie.

Le calcul de l’empreinte écologique

Calcul en ligne (individuel)

disponible sur de nombreux sites web :

* Bilan Carbone Personnel : http://www.calculateurcarbone.org/* Cité des Sciences La Vilette :http://www.cite-sciences.fr/francais/ala_cite/expositions/developpement-durable/calcul-empreinte-ecologique/* WWF http://calculators.ecolife.be/fr/calculator/calculez-votre-empreinte-%C3%A9cologique

Calcul au niveau des

territoires

L’EE, un indicateur statistique

Unité de mesure = 1 hectare global (hag)« a global hectare is 1 hectare of biologically productive space, with world average

productivity of the given year. »

L'empreinte écologique par personne est 5 à 6 fois plus élevée dans les pays àhauts revenus que dans les pays à faibles revenus.

Moyenne mondiale : environ 2,2 hag / personne

(WWF, 2006)Empreintes nationales (taille des pays), et par habitant (couleurs)

Une très claire relation entre EE et niveau de développement

… mais aussi des différences, à niveau de développement égal

Empreinte écologique et capacité biologique

« Biocapacité » (ou capacité biologique) = capacité des écosystèmes àproduire des ressources biologiques utiles, et à absorber les déchets généréspar l’Homme, avec les technologies actuelles.

(WWF, 2006)

Empreinte écologique de

l’humanité

(source : WWF, 2012)

fonderie (Cu concentré à 70%)

raffinerie (Cu concentré à 99,99%)

Flux de production de cuivre en Europe,

1994, en milliers de t de Cu / an (Spatari et

al., 2002)

b) Économiser les ressources- Recycler les matières premières

3.5 Ressources environnementales et développement durable

a) La notion de développement durable

Recyclage du papier-carton d’emballage

(source : ADEME)

Les impacts environnementaux potentiels d’un produit tout au

long de son cycle de vie

Le cycle de vie d’un produit

(source : ADEME)

(Le

dév

elo

ppe

men

t d

ura

ble

, A

ltern

ativ

es

Éco

no

miq

ues

, 63

, 200

5)

=> Notion de « transition environnementale »

- Gains d’efficacité

(source : A. Meunié, 2007)

La courbe environnementale de Kuznets

Relation entre utilisation des ressources (taux de métabolisme par habitant) et revenus (175 pays, année 2000)

(source : Steinberger et al. 2010, dans PNUE, 2011 « Decoupling Natural Resource Use and Environmental Impacts from Economic Growth »)

Taux métabolique (t/hab/an)

PIB par hab. ($)

Les différents modèles de développement(source : PNUE, 2011)

Applicabilité àd’autres types de ressources ?

(source : « Sauver la planète ? Les enjeux

sociaux de l’environnement»

Sciences Humaines, hors-série, juillet-

août 2005)