Emissions de gaz à effet de serre, économie, intensité énergétique, population... Il y aurait un lien entre ces diverses grandeurs, que chacun - physiciens, économistes ou politiques, ingénieurs, démographes - aime à utiliser dans son coin ? Une équation, géniale parce que si simple (et, comme on va le voir, si terrible !), et que la rumeur attribue à un professeur japonais dénommé Kaya (ce qui est sûr, c'est que le Professeur Kaya en question est un chercheur connu pour les questions de politique énergétique), permet de relier entre elles ces notions, même si pour la majorité de mes concitoyens "on ne voit pas le rapport avec la choucroute".

Cette équation part du principe, très simple - et dont des générations de collégiens se souviennent sûrement ! - que l'on peut toujours multiplier ou diviser par un même nombre de chaque coté d'une égalité.

Notre égalité de départ est on ne peut plus évidente. Appelons GES les émissions mondiales de gaz carbonique, le principal gaz à effet de serre d'origine humaine, et nous pouvons écrire :

Jusque là, tout le monde devrait suivre ! Nous appelerons maintenant TEP la quantité d'énergie consommée dans le monde (par référence à l'unité "tep", ou "tonne équivalent pétrole", généralement utilisée quand on parle d'énergie). Nous pouvons, de l'un des côtés, à la fois multiplier et diviser par TEP, ce qui donne.

Quel intérêt ? C'est que nous venons juste d'écrire que :

En effet, la division des émissions par l'énergie (GES/TEP) porte le nom de "contenu en CO2 de l'énergie" : c'est la quantité de CO2 qu'il faut émettre pour disposer d'une quantité d'énergie donnée. Cette quantité n'est pas égale quelle que soit l'énergie "primaire" utilisée (l'énergie primaire est celle que nous trouvons sans transformation dans le monde qui nous entoure : pétrole brut, charbon, eau en mouvement, atomes fissiles, etc, par opposition à l'énergie finale qui désigne celle que nous pouvons utiliser pour nos applications, mais que nous ne trouvons pas telle quelle dans la nature : électricité, essence raffinée, etc) et peut donc varier selon les choix technologiques que nous effectuons (par exemple la production d'électricité est plus ou moins émettrice de CO2 selon les choix technologiques faits).

Ce premier graphique permet déjà de voir que, pour une consommation énergétique donnée, les émissions de CO2 dépendront beaucoup de la répartition des diverses sources que nous décidons d'avoir (ou pouvons avoir....). Pour information, l'essentiel de l'énergie que nous consommons actuellement dans le monde émet du CO2 (graphique ci-dessous), et la seule manière de faire baisser le "contenu en gaz carbonique de l'énergie" est de faire croître la part des énergies "sans carbone" dans le mix.

Nous pouvons alors répéter l'exercice consistent à multiplier et diviser par le même nombre. Multiplions et divisons le côté droit par PIB, c'est à dire le produit intérieur brut, autrement dit l'unité qui mesure l'activité économique.

Nous avons maintenant écrit :

En effet, la division de l'énergie par le PIB (TEP/PIB) porte le nom de "intensité énergétique de l'économie" : c'est la quantité d'énergie qu'il faut utiliser pour produire un dollar (ou un euro) de biens ou services. L'intensité énergétique de l'économie est sur une pente descendante depuis le début de l'ère industrielle, en première approximation, parce que l'efficacité de l'économie n'a cessé de croître.

Bien que cette donnée baisse, il est facile de voir dès à présent que de se focaliser sur cette seule partie de "l'équation" est oublier le reste, et notamment évacuer dès à présent le débat suivant : est-on sûr que si l'intensité énergétique du PIB diminue ce n'est pas essentiellement...parce que PIB augmente plus vite que la consommation d'énergie ? (et en fait c'est bien ce qui se passe).

Enfin il nous reste à inclure la démographie pour que la discussion puisse devenir intéressante. Appelons POP la population, et multiplions et divisons la partie droite de l'égalité par ce terme, ce qui donne :

Traduit en Français, nous avons maintenant écrit :

Le terme PIB/POP est en effet d'usage très courant, et s'appelle indistinctement "production par personne", ou encore ... "richesse" (bien que le PIB ne mesure en rien la richesse mais juste les revenus annuels). Et voilà comment il est possible d'exprimer les émissions de CO2 (mais le raisonnement général pourrait s'appliquer à l'ensemble des gaz à effet de serre) en fonction de paramètres qui vont permettre de savoir si la dématérialisation est à portée de la main. Maintenant, la discussion intéressante commence !

***

Bon, voici une belle équation. Et après ? Après nous voyons déjà que toute discussion portant sur un seul des facteurs de droite n'est pas suffisante pour parvenir à une conclusion sur les émissions (à gauche). Ainsi, quand Bush a anoncé, en 2003 (ou peu avant), qu'il allait diminuer l'intensité énergétique de l'économie américaine de 18% en 10 ans, il est facile de voir que cela ne porte que sur l'un des termes de cette égalité (TEP/PIB). Et le reste ? Si la production économique par personne (PIB/POP) augmente de 25% dans le même temps (ce qui représente une croissance de 2,5% par an, soit un objectif conservateur pour n'importe quel gouvernement), avec une population (POP) qui augmente de quelques % dans le même temps (simple prolongation des tendances aux USA), et un contenu en carbone qui reste constant (assertion raisonnable compte tenu des tendances actuelles aux USA, particulièrement dans le secteur de l'électricité), le résultat sera une hausse des émissions de CO2, pas une diminution !

Revenons à nos moutons : il est établi que pour cesser d'enrichir l'atmosphère en gaz carbonique il faut diviser les émissions mondiales par 2 au moins. Si nous voulons éviter des conséquences potentiellement très désagréables, il faut y arriver à l'horizon de quelques décennies, disons d'ici 2050. Mais la très mauvaise nouvelle est que cela arrivera même si nous ne le voulons pas, car la terre est finie. Plus précisément, les émissions de CO2 proviennent des hydrocarbures que nous consommons et des forêts que nous défrichons.

Tout cela est en quantités finies (le stock d'hydrocarbures est fini, et la surface de forêts est finie), et de ce seul fait les mathématiques nous enseignent que les émissions vont passer par un maximum et inexorablement décroître avec le temps ensuite (en tendance lourde, évidemment). En langage mathématique, on dit que les émissions de CO2 n'ont pas d'autre choix que de tendre vers zéro à l'infini, et cela signifie en particulier qu'il viendra un jour où ces émissions seront devenues "pour toujours" inférieures de moitié aux émissions actuelles, et même "un jour" inférieures "pour toujours" au quart des émissions actuelles, etc.

Bref, dans notre équation ci-dessus nous devons donc viser une division de la partie gauche de l'égalité par 2, et même si nous ne la visons pas nous l'aurons un jour. Comme le grand mérite d'une égalité est que les deux termes doivent être égaux (si si !), cela signifie que l'ensemble des termes de droite doit aussi être divisé par 2 - ou le sera même si cela ne nous plait pas.

Qu'allons nous donc diviser par 2 ou par autre chose ?

Peut-on diviser la population mondiale par 2 ? Le décider de manière planifiée et rapide (50 ans c'est court) portant le nom désagréable de massacre ou de génocide, il est peu probable que cela constitue une option considérée de manière sérieuse. Et compter sur une épidémie (qui devrait aussi diviser par 2 la population des pays riches, gros émetteurs) pour faire le travail à notre place peut difficilement être souhaité !

En fait, si nous allons demander leur avis aux démographes, ces derniers disent volontiers que la population s'achemine plutôt vers une muliplication par 1,5 d'ici quelques décennies. Cette prolongation est bien sûr valide si aucune régulation n'intervient : aucun scénario démographique ne fait autre chose que de l'ajustement de taux de mortalité et de fécondité, et ces taux ne sont jamais "programmés" pour refléter une évolution brutale que nous ne pouvons pourtant pas exclure (chute d'un météorite, guerre nucléaire et retour à la barbarie, épidémie massive, et toute savante combinaison de petits malheurs, y compris les conséquences alimentaires, sanitaires ou politiques du changement climatique).

Deux exemples d'évolution démographique pour les décennies à venir utilisés pour les scénarios d'émission de gaz à effet de serre (à gauche, A1, à droite, A2). Ces deux scénarios considèrent que la population mondiale atteindra 9 milliards de personnes, à quelque chose près, en 2050. Ces scénarios sont bien sûr discutables, mais ils représentent la vision "conventionnelle" dont il est intéressant de voir si elle est un tant soit peu compatible avec notre problème ! Source : GIEC

Puisque la population est tendanciellement multipliée par 1,5 alors que les émissions doivent être divisées par 2, cela signifie que l'ensemble des autres facteurs doit être divisé par 3 (les mathématiques, c'est bête comme chou parfois !).

Peut-on alors diviser la production par habitant (PIB/POP) par 3 ? Cela supposerait un choix délibéré de récession, évolution qui comporte certes quelques avocats (les partisans de la "décroissance" par exemple), mais on ne peut pas dire que cela corresponde à la "vision conventionnelle" de l'avenir de l'immense majorité de mes concitoyens (ce qui ne veut pas dire que la récession soit peu probable ! Cela signifie juste que la mise au régime "à froid" par les élus pour se prémunir contre un danger futur n'est pas l'attitude la plus courante). Par exemple, les propos électoraux - approuvés par la masse - de n'importe quel ministre ou président de la république sont en général très favorables à la hausse du pouvoir d'achat, or le pouvoir d'achat, à quelques bricoles près, c'est très exactement le PIB par personne.

Dit autrement, nous souhaitons tous les jours que "la croissance" perdure, chez les riches comme chez les pauvres. Une augmentation conservatrice de 2% par an du PIB par habitant, ce qui est bien en-dessous de ce que tout élu tente d'obtenir lorsqu'il est en fonctions, multiplie cette valeur par 2,7 en 50 ans, ce qui signifie que le reste des autres facteurs de la partie droite de notre équation doit alors être divisé par 9 : à gauche, on divise par 2 ; à droite on multiplie par 4,5 le PIB mondial (cette multiplication par 4,5 se décomposant en x 1,5 pour la population et x 3 pour le PIB par personne).

Rappelons, avant de passer à la suite, que l'augmentation du PIB désigne uniquement la croissance de la production de produits ou services faits de la main de l'homme, mais compte pour zéro la disparition concomittante et irréversible des ressources non renouvelables - minerais, énergies fossiles... - qui ont été nécessaires pour leur mise à disposition. La prise en compte de ce deuxième facteur à un niveau pas plus idiot qu'un autre pourrait nous amener à considérer que nous sommes déjà en décroissance...

En "vision conventionnelle de l'avenir", nous voici donc avec une division par 9 - disons 10 pour nous simplifier la vie - à réaliser sur le produit :

L'intensité énergétique peut-elle être divisée par 10 en 50 ans ? Elle a baissé de 30% en 35 ans dans le monde (graphique ci-dessus) ; la prolongation d'un taux de diminution identique amène à une réduction de 40% en 50 ans, mais c'est une hypothèse optimiste, parce que ce sont les premiers efforts qui sont les plus faciles à faire. Passons, et supposons que nous puissions gagner un facteur 2 d'ici 2050. L'intensité énergétique étant alors de 50% de ce qu'elle est aujourd'hui, c'est donc un facteur 4 à 5 par lequel il faut diviser GES/TEP

Dit autrement, il faut donc diviser le "contenu en gaz carbonique de l'énergie" par un facteur 4 au moins, alors que ce "contenu en gaz carbonique de l'énergie" a juste gagné 10% sur les 35 dernières années...

Quantité de gaz carbonique émis pour disposer d'une unité d'énergie , base 1 en 1970. Ce que dit cette courbe est que pour disposer d'un kWh (ou d'une tep, peu importe) d'énergie primaire en 2004 dans le monde, il faut émettre 10% de CO2 de moins que pour disposer de ce même kWh en 1970. Et il faudrait que cette "intensité en carbone de l'énergie" perde 75% en 45 ans ! Source GIEC.

Au surplus il faut parvenir à cette "décarbonisation de l'énergie" en doublant l'approvisionnement (car le produit des trois termes

Intensité énergétique de l'économie

*

Production par personne

*

Population

n'est rien d'autre que la consommation d'énergie). En clair, cela signifie que dans le même temps que l'approvisionnement en provenance des fossiles baisse de 1,5% par an, celui en provenance des renouvelables et du nucléaire augmente de 4,5% par an, pour être multiplié par 7 en 45 ans. Une représentation graphique de la chose est proposée ci-dessous.

Représentation graphique approximative de l'approvisionnement énergétique mondial pour poursuivre la croissance économique avec, sur les 45 ans à venir : - un gain d'un facteur 2 sur l'efficacité énergétique - une croissance annuelle moyenne du PIB par personne de 2% (soit une multiplication du PIB par 2,7 sur 50 ans), - un gain de 75% du contenu en carbone de l'énergie sur la période. NB : le bois n'est pas représenté sur ce graphique, et les renouvelables hors bois sont limitées à l'hydroélectricité (ce qui en 2005 est une excellente approximation). Source GIEC.

 

Question : Peut-on multiplier la contribution du nucléaire et des renouvelables par 7 en 45 ans ? Commencons par les renouvelables, qui en 2005 fournissent à l'humanité un gros 15% de sa consommation d'énergie (électricité en équivalence primaire), soit 1,9 milliard de tonnes équivalent pétrole.

Pouvons-nous multiplier cet ensemble par 7 ? Pour se faire une idée, continuons donc notre petit jeu idiot des règles de trois, en regardant source par source :

Une énergie du bois multipliée par 7 doit alors fournir 8 milliards de tonnes équivalent pétrole par an, sans engendrer de déforestation, alors que dès le niveau actuel de prélèvement les forestiers considèrent que 10% à 20% du bois consommé provient de la déforestation. Sachant qu'un hectare de forêt fournit environ 3 tonnes équivalent pétrole par an en mode "renouvelable" en moyenne mondiale (mode "renouvelable" signifie que ce qui est coupé est uniquement ce qui a poussé dans l'année), cela signifie qu'il faut avoir 26 millions de km2 de forêts dédiées à la production d'énergie, soit les 2/3 des forêts actuelles. Si nous utilisons des cultures plus "rentables" que le bois, on peut monter à 5 à 6 tonnes équivalent pétrole par hectare et par an, mais la question est de savoir quelles terres utiliser pour cela. Pas des terres agricoles, qui seront nécessaires pour manger, alors celles actuellement couvertes par la forêt, pour remplacer la forêt existante par des plantations de miscanthus ? En pareil cas, on peut dire adieu à la biodiversité !

Une hydroélectricité multipliée par 7 (dans le même temps) signifie multiplier par 7 les turbinages au fil de l'eau et les lacs de barrage. Dans un certain nombre de zones géographiques c'est peut-être envisageable, au prix de nuisances environnementales non négligeables, mais sûrement pas en Europe, où l'essentiel de ce qui est équipable est équipé.

Si nous passons ensuite aux autres sources (biogaz, biocarburants, éolien, photovoltaïque, etc), même multipliées par 7 elles restent parfaitement marginales et c'est par bien plus de 7 qu'il faudrait les multiplier dans les 45 ans qui viennent. Incidemment nous pouvons constater que pour les énergies renouvelables, il y a une loi qui fonctionne assez bien : leur importance dans l'approvisionnement énergétique mondial est inversement proportionnelle à leur place dans les media !

Vient ensuite le nucléaire : une multiplication par 7 de la production revient à disposer, d'ici 45 ans, d'un parc de 2.400 réacteurs de 1000 MW en service. C'est 6 fois le parc actuel de 450 réacteurs, ou encore l'équivalent du nombre actuel de centrales à charbon, ou encore 7.000 milliards de dollars d'investissements (le PIB mondial tourne actuellement autour de 36.000 milliards par an). Ce n'est pas complètement impossible physiquement, mais cela représente un investissement considérable, et surtout cela suppose de déployer très rapidement de la surgénération. Et si nous voulons "décarboniser" complètement l'économie avec juste du nucléaire parce que les petits calculs ci-dessus montrent que ca ne passera pas du côté des renouvelables à ces échelles de temps, c'est le double qu'il faut avoir : là je deviens franchement sceptique !

Bien entendu, une autre alternative est de considérer d'entrée de jeu la décroissance de la consommation matérielle par individu comme normale (ce qui inclut aussi les services qui nécessitent des minerais ou de l'énergie). Cela revient à accepter le régime comme une composante normale de l'évolution de nos sociétés. Nous n'en voulons pas, bien sûr, comme déjà Tocqueville l'avait indiqué. Mais même si nous le refusons, pouvons nous l'éviter ?

Nous avons vu que la division par deux des émissions de CO2 (terme de gauche de notre équation de Kaya) est inéluctable "un jour". L'observation des tendances historiques montre que les ingénieurs vont avoir du mal à aller assez vite sur la "technique" (car le terme TEP/PIB désigne de manière synthétique tout ce que les ingénieurs savent faire pour proposer des voitures, des cafetières, et des maisons plus économes) et sur "l'énergie sans carbone" (car le terme CO2/TEP désigne de manière synthétique tout ce que les ingénieurs savent faire pour augmenter la part des renouvelables et du nucléaire dans l'offre énergétique) pour permettre une division par 10 du "contenu en CO2 de l'économie". Cette division par 10 est pourtant indispensable pour avoir à la fois la croissance économique ET la baisse des émissions de CO2 (qui finira par gagner).

L'égalité devant rester vraie, cela signifie alors que la division par 2 de l'ensemble des termes de droite proviendra d'une baisse des termes POP et PIB/POP. La règle de trois est impitoyable : avec les indicateurs que nous utilisons, la décroissance sera très difficile à éviter, non par idéologie, mais parce que, hélas pour nous, le monde est fini. L'une des conclusions pratiques que j'en tire est qu'il est urgent d'oublier le PIB. Utiliser un indicateur qui va très vraisemblablement se mettre à descendre - pour des raisons mathématiques - en tendance lourde n'est pas dans la nature humaine. Si cette descente semble difficilement évitable, changeons d'indicateur pour garder espoir !