The global trajectory of anthropogenic greenhouse gas emissions is the most important determinant of projected global temperature increases in this century and beyond, swamping the magnitude of internal climate variability or model differences1. However, this key driver of Earth’s future climate is treated as exogenous in almost all climate science3. Moreover, although emissions pathways arise from complex interactions among social, political, economic and technical systems, these elements are often analysed separately within disciplinary silos, neglecting interactions and feedback that can give rise to or stymie rapid change5. Understanding the potential for nonlinear dynamics in the socio-technical systems producing both greenhouse gases and climate policy is essential for identifying high-impact intervention points and better informing policy4,6,7.Cependant, le couplage et l'interaction entre les systèmes sociaux, politiques, économiques, techniques et climatiques - et leurs implications pour les émissions et les trajectoires de température au cours du XXIe siècle - n'ont pas été largement examinés (bien que les refs. 2,8,9 provide some exceptions).
Les preuves concernant le chemin des émissions probables au cours du XXIe siècle sont mitigées. On the one hand, although emissions growth may have decelerated in recent years, with some evidence of declining emissions in a few advanced economies, global emissions continue to grow10.Les engagements nationaux en vertu de l'accord de Paris restent insuffisants pour respecter le 1.5-°C or 2-°C temperature target11 and it is unclear whether government policies are yet sufficient to deliver on these emissions pledges12.Les émissions de dioxyde de carbone des infrastructures énergétiques actuellement en place ou en cours de développement dépasseront le 1.5-°C carbon budget, and standard energy-system models struggle to simulate pathways that meet either temperature target without the widespread deployment of negative emissions technologies that are highly speculative13,14,15. The pace of decarbonization that is required to meet the Paris temperature targets vastly exceeds anything in the historical record at the global scale16.
D'un autre côté, des cas spécifiques de changement très rapide dans les systèmes d'énergie existent, avec un déploiement accéléré à mesure que les conditions de marché ou de politique changent et que les coûts de la technologie baissent. Path dependencies, increasing returns to scale and learning-by-doing cost reductions can produce sudden, tipping-point-like transitions that cannot be extrapolated from past system behaviour17,18. Recent examples include the rapid fall in coal generation in the UK electricity mix and the dominance of electric vehicles sales in Norway19,20. Standard energy models, which mostly rely on linear extrapolations of past behaviour, repeatedly underpredict the rate of renewable energy growth21. Historically, technological innovation and government policies often motivated by energy security concerns22 have also, in notable cases, spurred rapid shifts in energy systems, one of the fastest examples of which being the transition to kerosene lighting in the nineteenth century23.
Social norms that shape individual behaviour and preferences can exhibit similar tipping-point style dynamics24.Ces changements, via l'action collective opérant à travers les institutions politiques, pourraient à leur tour affecter les conditions réglementaires et du marché dans lesquelles les technologies énergétiques sont en concurrence. The presence of both positive and negative feedback processes within the political system has also been documented, as policy changes can both create new interest groups and activate incumbents against further change25,26,27.
Ces processus de rétroaction couplés pourraient donner lieu à un comportement complexe et à un large éventail de voies d'émissions plausibles, mais, bien que l'espace de possibilité soit large, cela ne signifie pas qu'il est inconnaissable.Notre objectif est de modéliser les moteurs des scénarios d'émissions potentiels au cours du XXIe siècle et, ce faisant, de faire la lumière sur la façon dont la politique climatique et les émissions résultent de forces socio-politico-techniques plus fondamentales et des paramètres clés régissant ces dynamiques.
Les principales contributions sont triples.Premièrement, nous présentons un modèle stylisé du système couplé climatique-social, en nous concentrant sur le couplage à travers les échelles individuelles à mondiale et les processus de rétroaction documentés dans un large éventail de littératures disciplinaires pertinentes. This model is distinct from previous work that represents feedback processes within energy systems28 or between the climate, the economy and emissions pathways29 in that climate policy is still specified exogenously in these applications.En revanche, dans ce modèle, la politique climatique et les émissions de gaz à effet de serre découlent de manière endogène de l'interaction couplée du climat, des systèmes sociaux, politiques et énergétiques.
Deuxièmement, nous avons utilisé ce modèle pour examiner systématiquement la dynamique potentielle du système, mettant en évidence les commentaires, les connexions et les seuils sur différents composants.Enfin, après avoir partiellement contraint l'ensemble des valeurs de paramètres en utilisant des données historiques, nous avons examiné l'espace des émissions possibles et des trajectoires politiques au cours du XXIe siècle résultant du modèle.Ceux-ci se répartissent en cinq grappes associées à des combinaisons de paramètres particulières, permettant à ces trajectoires futures d'être classées sur la base de leurs caractéristiques sociales, politiques et techniques sous-jacentes.Dans l'ensemble, nous constatons que les processus de rétroaction socio-politico-techniques peuvent être des déterminants décisifs de la politique climatique et des futures émissions.Notre modèle paramétré implique une forte probabilité d'accélérer les réductions des émissions au cours du XXIe siècle, éloignant de manière décisive du monde d'une politique sans politique.
