Chapitre 2 : mesurer les émissions

La transition en chiffres — L3

Malka Guillot

Université Grenoble Alpes

Séance 2 — Mesurer les émissions.

Le corpus d’aujourd’hui

Séance 2 — Mesurer les émissions.

Plan du cours

  1. Mesurer les émissions
  2. Émissions de quoi ? Différents GES
  3. Évolution des émissions dans le monde
  4. Émissions et commerce international
  5. Émissions et empreinte carbone en France
  6. Conclusion

Annexes

  1. Empreinte carbone individuelle
  2. Bilan carbone d’une entreprise

Mesurer les émissions

Deux façons de mesurer les GES

  1. Concentration atmosphérique : CO₂ en ppm (parties par million), CH₄ et N₂O en ppb (parties par milliard).
    • Stock
  2. Émissions (un flux annuel) : en tonnes-équivalent CO₂.
    • flux
    • Les émissions anthropiques mondiales sont passées de 38 GtCO₂-eq en 1990 à 59 GtCO₂-eq en 2019.

Cycle du carbone (1/2) — à l’équilibre préindustriel

Ordres de grandeur : Global Carbon Project, GIEC AR6 GT1 ch. 5 (Schéma simplifié)

Cycle du carbone (2/2) — le déséquilibre anthropique

Ordres de grandeur : Global Carbon Project, GIEC AR6 GT1 ch. 5 (Schéma simplifié)

Objectif de zéro émission nette

Le déséquilibre créé par les activités humaines \(\Rightarrow\) jusqu’où faut-il réduire les émissions ?

  • Chaque année, seule la moitié du CO₂ émis est réabsorbée par les puits naturels (océan, végétation).
  • L’autre moitié s’accumule dans l’atmosphère :
    • tant que le flux d’émissions reste positif, le stock continue d’augmenter’.

\(\Rightarrow\) Seul un flux net nul stabilise le stock : c’est l’objectif de zéro émission nette.

[flux] Evolution des émissions mondiales par type de gaz

Émissions anthropiques mondiales par type de gaz, 1990-2019

Source : GIEC, 6ᵉ rapport (2022), GT 3, résumé pour décideurs

[Stock] Concentration atmosphérique de CO₂

Estimer les concentrations passées

Les scientifiques utilisent des archives naturelles :

  • stalactites,
  • sédiments marins
  • calottes glaciaires (ex. carottes de Vostok).

Source : GIEC, 6ᵉ rapport (2022), GT 1, chap. 2

Émissions de quoi ? Comparer les différents gaz à effet de serre

Les différents gaz à effet de serre et leurs origines anthropiques

Source : Les Cahiers du Développement Durable

Pourquoi comparer ?

Prendre des décisions — comme individu, entreprise ou État — suppose de pouvoir arbitrer entre des choix hétérogènes.

Manger un steak, ou rouler 10 km en voiture : qu’est-ce qui est pire ?

Répondre suppose une unité commune.

Et contrairement à un polluant comme le SO₂ (pluies acides locales), les GES sont redistribués dans le monde entier en moins d’un an :

Comparer leur effet a du sens quel que soit le lieu d’émission

Deux paramètres caractérisent un GES

  • Le temps de résidence \(=\) durée moyenne de présence dans l’atmosphère :

    • CO₂ : moitié en 100 ans, l’autre moitié pouvant durer des milliers d’années
    • CH₄ : ~ 12 ans
    • N₂O : 121 ans
    • Halocarbures : plusieurs milliers d’années
  • La puissance (pouvoir réchauffant) \(=\) capacité à capter le rayonnement infrarouge terrestre, indépendamment de la durée de résidence

    • à quantité égale, certains gaz réchauffent bien plus que d’autres.

Le Potentiel de Réchauffement Global (PRG)

Le PRG combine puissance instantanée et temps de résidence pour mesurer le pouvoir réchauffant d’un gaz sur une durée donnée :

\[\text{PRG(gaz, durée)} = \frac{\text{réchauffement d'1 kg de gaz sur la durée}}{\text{réchauffement d'1 kg de CO}_2\text{ sur la même durée}}\]

Par construction, PRG(CO₂) = 1.

Pour les autres gaz, Le choix de l’horizon n’est pas neutre :

PRG des principaux gaz à effet de serre

Source : GIEC, 6ᵉ rapport, Groupe de travail 1, chapitre 7, tableau 7.15

Proporiétés des GES

Gaz Temps de résidence Pouvoir réchauffant (PRG, 100 ans)
CO₂ milliers d’années 1 (référence)
CH₄ (méthane) quelques décennies ~ 28-30
N₂O (protoxyde d’azote) ~ 100 ans ~ 270
Halocarbures (HFC, CFC…) plusieurs milliers d’années de quelques centaines à > 20 000

Source PRG : GIEC, 6ᵉ rapport (2021), GT1, chap. 7, tableau 7.15 (horizon 100 ans)

La tonne équivalent CO₂ (tCO₂-eq)

L’accord de Paris (COP 21, 2015) retient le PRG à 100 ans comme standard international de suivi des objectifs de réduction.

tCO₂-eq = masse de CO₂ qu’il faudrait émettre pour produire le même réchauffement à 100 ans qu’une tonne du gaz considéré :

\[\text{masse de CO}_2\text{-eq} = \text{masse de gaz émis} \times \text{PRG(gaz, 100 ans)}\]

Exemples :

  • 1 tonne de CH₄ → 29,8 tCO₂-eq
  • 1 tonne de N₂O → 273 tCO₂-eq

Qui émet quoi, dans le monde ?

Émissions anthropiques mondiales par type de gaz, 1990-2019

Le CO₂ (combustion d’énergies fossiles + déforestation) domine largement, suivi du CH₄ puis du N₂O.

Source : GIEC, 6ᵉ rapport (2022), Groupe de travail 3, résumé pour décideurs

Question posée par le corpus

  • Comment mesurer les émissions de GES en historique ? [1]
    • Données observationnelles et reconstruction.
  • Comment attribuer les émissions de GES à un pays ? [2] [3]
    • Guideline GIEC : inventaire national des émissions territoriales
  • Qui est responsable des émissions de GES ?
    • historiquement ? [1]
    • aujourd’hui ? [2] [3]

1 OWID, Who has contributed most to global CO2 emissions?2 OWID, How do CO2 emissions compare when we adjust for trade?3 Insee, Émissions de GES et empreinte carbone de la France en 2023

Evolution des émissions dans le monde

[Context] À l’échelle des pays : les émissions territoriales

Le cadre légal international impose un inventaire annuel des GES aux pays signataires :

  • Convention-cadre de l’ONU sur les changements climatiques (CCNUCC, Rio 1992)
  • Protocole de Kyoto (1997) : obligation de déclaration pour les pays de l’Annexe 1, selon la méthodologie du GIEC

Ces inventaires portent sur les émissions territoriales : celles qui ont physiquement lieu à l’intérieur des frontières du pays.

Evolution annuelle des émissions mondiales

Source : Our World in Data, CO2 and Greenhouse Gas Emissions (Global Carbon Budget, 2025)

Evolution annuelle des émissions mondiales

  • Comment se partagent les responsabilités entre pays aujourd’hui ?

  • Comment se répartissent les émissions mondiales annuelles de CO₂ entre pays et régions ?

  • Au total, qui a le plus contribué aux émissions de CO₂ depuis le début de l’ère industrielle ?

D’où viennent ces données ? Le Global Carbon Project

Post 1959 : Observation

  • Données observationnelles, collectées par les agences nationales et compilées par le Global Carbon Project (GCP) dans le Global Carbon Budget. \(\Rightarrow\) statistiques officielles de combustibles

Pre 1959 : Reconstruction

  • Formule : quantité de combustible brûlé × contenu en carbone × fraction oxydée
    • Contenu en carbone & fraction oxydée : connus et stables dans le temps
    • Pour estimer la quantité de combustible brûlé, on utilise les archives historiques du commerce et de la production de combustibles fossiles (Andres et al. 1999 ; Etemad et al. 1998) \(\rightarrow\) incertitude qui dépend de la qualité des archives, et qui se dégrade à mesure qu’on remonte dans le temps.

Référence : Our World in Data, CO₂ dataset sources

Géographie des émissions cumulées

Source : Our World in Data, CO2 and Greenhouse Gas Emissions (Global Carbon Budget, 2025)

Evolution des émissions cumulées

Comment se répartissent les 1500 Gt de CO₂ émis depuis 1750 ?

Part des émissions cumulées mondiales de CO₂, par pays/région

Source : Our World in Data, Who has contributed most to global CO2 emissions? (Global Carbon Budget)

Responsabilité historique vs émissions annuelles actuelles

Part des émissions annuelles mondiales de CO₂, par pays/région

Source : Our World in Data, Annual share of global CO2 emissions (Global Carbon Budget)

Limite 1 : Empreinte carbone vs émissions territoriales

  • L’empreinte carbone compte la totalité des émissions induites par la consommation d’un bien ou service
    • importations comprises, exportations exclues. Elle mesure la dépendance carbone d’une entité.
  • L’inventaire territorial mesure ce qui se passe physiquement chez elle.

Enjeu de mesure : Délocaliser une production baisse les émsissions du pays qui délocalise, sans rien changer à son empreinte : une partie de cette baisse n’est pas réelle.

Limite 2 : émissions de CO2 vs. tous les GES

Émissions de GES dans le monde, par région

Source : GIEC, 6ᵉ rapport (2022), Groupe de travail 3, résumé pour décideurs, p. 12

Émissions et commerce international

Une fracture géographique nette

Pays net importateurs vs. net exportateurs

Émissions de CO₂ importées ou exportées, en % des émissions territoriales, 2023

Source : Our World in Data, How do CO2 emissions compare when we adjust for trade? (Global Carbon Budget)

Mesurer l’empreinte carbone d’un pays

Pour un pays

\[\textrm{Empreinte carbone} = \textrm{émissions territoriales} + \textrm{émissions importées} \\ - \textrm{émissions exportées}\]

Au niveau mondial

\[\sum \textrm{Empreinte carbone} = \sum \textrm{émissions territoriales}\]

Limite

  • L’empreinte carbone n’est modélisée avec précision que pour un sous-ensemble de pays.
  • données de commerce bilatéral et sectorielles insuffisantes ailleurs \(\Rightarrow\) ⚠️ les zones grisées sur la carte.

⬇️ émissions territoriales sont elles compensées par ⬆️ émissions importées ?

Source : Our World in Data, Production vs. consumption CO2 emissions (Global Carbon Budget)

Empreinte carbone par pays

Empreinte carbone (émissions basées sur la consommation), par pays, 2023

Source : Our World in Data, Consumption-based CO2 emissions (Global Carbon Budget)

Empreinte carbone par habitant et par pays

Empreinte carbone par habitant, par pays, 2023

Source : Our World in Data, Per capita consumption-based CO2 emissions (Global Carbon Budget)

À l’échelle de la France

Un point de vue institutionnel

Sources

Insee, Eurostat, Citepa, Douanes, OCDE

Calculs

Insee-SDES

Objectif de la note

Analyser les évolutions des émissions de GES en France à travers les deux perspectives : territoriale et empreinte selon l’angle de la comptabilité nationale.

Cuisine de comptabilité nationale [1/3]

1. Le principe de résidence

  • Les émissions Insee (403 Mt) portent sur les unités résidentes françaises
    • ie. les entreprises et ménages français, où qu’ils se trouvent dans le monde.
  • Un point de vue économique, plus large que la géographie
    • le transport aérien/maritime international d’une compagnie française compte pour la France même hors du territoire.

\(\Rightarrow\) diffère légèrement de l’inventaire Citepa/SECTEN (373 Mt), qui comptabilise les émissions ayant physiquement lieu sur le territoire.

Cuisine de comptabilité nationale [2/3]

2. L’équilibre ressources-emplois

Demande finale intérieure = consommation finale (mén ages, administrations) + investissement (FBCF) + variations de stocks

Production intérieure + Importations
= Demande intérieure + Exportations

ressources vs emplois

ie. équilibre ressources-emplois similaire à :

émissions territoriales + émissions importées
= empreinte carbone + émissions exportées

Émissions et empreinte carbone de la France en 2023

Source : Insee Première n° 2023 (Baude & Larrieu, novembre 2024)

Cuisine de comptabilité nationale [3/3]

3. Valeur ajoutée et intensité en GES

Valeur ajoutée (VA) = valeur de la production − consommations intermédiaires

\(\Rightarrow\) Σ VA (+ taxes − subventions) = PIB

Intensité en GES = quantité de GES émise par euro (constant) d’un agrégat économique (PIB, importations, demande intérieure, exportations)

Intensité en GES du PIB, des importations et des exportations

Contenu en GES par euro du PIB, des importations, de la demande finale intérieure et des exportations, France 2010-2023

Source : Insee Première n° 2023 (Baude & Larrieu, novembre 2024)

[flux] Les émissions concernent tous les secteurs

Émissions par secteur, 2019

Source : GIEC, 6ᵉ rapport (2022), GT 3, chap. 2, fig. 2.12

Baisse des émissions en 2023 : facteurs conjoncturels et structurels

Évolution des émissions françaises de GES et de la valeur ajoutée par branche, 2022-2023

Source : Insee Première n° 2023 (Baude & Larrieu, novembre 2024)

Décomposition de l’empreinte carbone depuis 1990

L’empreinte carbone et ses composantes de 1990 à 2023

Source : Insee Première n° 2023 (Baude & Larrieu, novembre 2024)

Limite (note INSEE 2023)

  • On a vu qu’il est important de contraster les émissions d’un pays par les émissions par habitant
  • La même logique s’applique à l’empreinte carbone :
    • Le classement des pays par empreinte carbone par habitant est très différent du classement par empreinte carbone totale
  • Wanted : évolution de l’empreinte carbone par habitant depuis 1990, pour voir si la France a progressé ou non sur ce plan.

Rapport du haut conseil pour le climat (HCC, 2020) : « Maîtriser l’empreinte carbone de la France »

Source : Haut Conseil pour le Climat, « Maîtriser l’empreinte carbone de la France » (2020)

Conclusion

Conclusion sur le corpus

Les évolutions des émissions territoriales

  • illustrent de grandes tendances historiques,
  • mais elles ne reflètent pas la dépendance d’un pays aux énergies fossiles et aux GES.

L’empreinte carbone

  • indicateur plus pertinent que les émissions territoriales pour mesurer la dépendance d’un pays aux énergies fossiles et aux GES.

Ordre de grandeur pour la France (2018) :

  • Émissions territoriales : ≈ 5 t/habitant/an
  • Empreinte carbone : ≈ 10 t/habitant/an
  • Objectif de neutralité carbone 2050 : ≈ 2 t/habitant/an (HCC, 2020)

Lien avec

Séance 3 : Des émissions aux degrés : lire un scénario de transition

  • Les scénarios de transition fixent leurs trajectoires et leur objectif de neutralité carbone 2050 sur les émissions territoriales — pas sur l’empreinte carbone
  • Questions de périmètre (gaz couverts, résidence vs territoire, usage des terres/puits de carbone) s’appliquent : lire un scénario suppose d’abord de savoir ce qu’il mesure.

Séance 8 : Inégalités d’émission : qui émet ?

On étudiera les inégalités d’empreintes carbone individuelles, et comment elles sont liées aux inégalités de revenus.

Discussion : Comment attribuer les émissions de gaz à effet de serre ?

  • Une molécule de CO₂ a une réalité physique :
    • elle est émise à un instant et en un lieu donnés.
  • La responsabilité de son émission a une réalité sociale :
    • un pays, une entreprise, un individu.

Choisir une convention d’attribution, c’est faire un choix politique et moral car la responsabilité de réduire les émissions revient à celui à qui on les impute.

Cas 1 — Une centrale à charbon : à qui la faute ?

On peut attribuer le CO₂ émis, au choix, à :

  • l’État qui a autorisé la construction de la centrale ;
  • l’entreprise qui l’exploite ;
  • ses actionnaires ;
  • les consommateurs de l’électricité produite ;
  • l’entreprise ou le pays qui a extrait et vendu le charbon ;
  • ou tous ces acteurs à la fois.

Cas 2 et 3 — Entreprises et milliardaires (Greenpeace, 2022)

« 90 entreprises sont responsables de 63 % des émissions cumulées depuis 1751. »

Cette attribution impute la responsabilité aux seuls extracteurs et vendeurs d’énergies fossiles — sans impliquer les consommateurs.

« 63 milliardaires français émettent autant de GES que la moitié de la population française. »

Ici, ce sont les émissions des entreprises qui sont imputées à leurs actionnaires, rendant le patrimoine financier responsable des émissions des entités dans lesquelles il est investi.

Cas 4 et 5 — Le consommateur, et le cas de la vache

  • L’empreinte carbone attribue les émissions aux consommateurs, et non aux producteurs \(\Rightarrow\) fait porter sur eux la responsabilité individuelle.

Une vache émet du méthane par digestion, et produit à la fois du lait puis de la viande. Quelle part du CH₄ attribuer au lait, quelle part à la viande ? Au prorata de la masse ? du prix ? Il n’y a pas de réponse « évidente ».

Multiplier les attributions, multiplier les leviers

Un même individu peut agir sur les émissions à travers plusieurs rôles à la fois :

  1. Consommateur (empreinte carbone)
  2. Citoyen (engagement politique, vote)
  3. Salarié (choix de l’entreprise, actions internes)
  4. Épargnant (choix des produits financiers)

Retenir une seule convention d’attribution masque les autres leviers d’action disponibles.

Sources principales

  • GIEC, 6ᵉ rapport d’évaluation (2022) — Groupes de travail 1 et 3
  • Haut Conseil pour le Climat, Maîtriser l’empreinte carbone de la France (2020)
  • ADEME — Base carbone, documentation des facteurs d’émission et des PRG
  • Carbone 4 — note sur le scope 3
  • CORE Econ, Doing Economics, §1.6 (mesurer la température moyenne mondiale)

Annexe 1 : Empreinte carbone individuelle moyenne

Empreinte carbone individuelle moyenne

Empreinte carbone individuelle, répartition MyCO2

Source : MyCO2, Empreinte carbone individuelle

Les émissions individuelles : comparer les pays

Indicateurs régionaux d’émissions, production vs consommation

Source : GIEC, 6ᵉ rapport, Groupe de travail 3, résumé pour décideurs, figure 2

Annexe 2 : bilan carbone d’une entreprise

Le bilan carbone d’une entreprise ou collectivité

Définition : inventaire chiffré des GES émis sur une année par une entité (entreprise, collectivité…), pour mesurer sa dépendance aux énergies fossiles.

Méthodologie développée par Jean-Marc Jancovici (2004), diffusée par l’ADEME, reprise depuis 2011 par l’Association Bilan Carbone.

GES couverts : CO₂, CH₄, N₂O, halocarbures (HFC, PFC, SF₆) — la vapeur d’eau est exclue.

Les trois « scopes »

Scope Définition Exemple
1 Émissions directes, sur les sites de l’entité émissions chimiques du CO₂ dans une cimenterie
2 Émissions de la production d’énergie consommée sur site CO₂ d’une centrale thermique alimentant l’usine
3 Toutes les autres émissions indirectes, amont et aval achats de matériaux, usage des produits vendus, recyclage

Comment réaliser un bilan carbone

Méthodologie du bilan carbone

  1. Définir le périmètre d’analyse
  2. Identifier les activités émettrices (chauffage, électricité, achats, transports…)
  3. Déterminer la quantité consommée par activité
  4. Multiplier par un facteur d’émission (fourni par l’ADEME)

Exemple : kWh d’électricité consommée en France (2021) × facteur d’émission ADEME = émissions en CO₂-eq.

Données d’illustration : ressources/bilan_ges_clean.csv (bilans BEGES ADEME nettoyés, cf. ressources/README-ademe-bilan-ges.md).

Les obligations réglementaires en France

Entreprises de plus de 500 salariés et administrations publiques : bilan carbone obligatoire tous les 3-4 ans, couvrant les scopes 1 et 2 (scope 3 significatif inclus depuis 2022). Absence de publication : amende de 10 000 € (20 000 € en cas de récidive).

Les plus grandes entreprises doivent en outre publier une Déclaration de Performance Extra-Financière (DPEF) annuelle.

Textes : articles L.229-25 et R229-47 du code de l’environnement, L.225-102-1 du code de commerce.