RESEAU SOL(ID)AIRE DES ENERGIES !
Débat problématique énergétique / effet de serre / climat, etc.
L'énergie au XXIème siècle: quelques pistes de réflexion (OCDE)
http://www.observateurocde.org/
Source ADIT, février 2007

    La transition vers de nouvelles sources énergétiques est inévitable, mais voici cinq considérations à cet égard.


Vaclav Smil
Faculté de l'Environnement, Université de Manitoba, Winnipeg, Canada*
     Sommes-nous en train de passer à de nouvelles sources d'énergie? Des plans grandioses sont échafaudés pour installer des forêts d'éoliennes géantes, transformer les céréales et la paille en éthanol-carburant et en biodiesel, et exploiter le rayonnement solaire dans des champs photovoltaïques.
     Comme la plupart des innovations, celles-ci soulèvent l'enthousiasme et suscitent de grandes espérances. Vont-elles, avec d'autres sources d'énergie renouvelable, remplacer un jour les combustibles fossiles? Probablement, mais il faut en attendant revenir à la réalité.
     L'examen impartial de quelques principes de base fait ressortir cinq facteurs qui rendront la transition vers un monde sans énergie fossile beaucoup plus ardue qu'on ne le pense communément: l'ampleur du changement; la moindre densité énergétique des combustibles alternatifs; la densité de puissance très inférieure des énergies renouvelables; l'intermittence des flux énergétiques des énergies renouvelables; la répartition inégale des ressources en énergies renouvelables.
     Prenons tout d'abord l'ampleur du changement. Nous sommes aujourd'hui à un tournant comparable à celui de 1850, lors de la dernière grande transition énergétique. À l'époque, les combustibles issus de la biomasse représentaient 85% des approvisionnements totaux en énergie primaire (ATEP) de la planète. En 2005, la part des combustibles fossiles avoisinait les 85%. À la fin des années 1890, lorsque la consommation de combustibles fossiles a égalé celle de biomasse, chacune de ces deux catégories de ressources fournissait environ 0,7 TW (Terawatt, ou 1012 watts); aujourd'hui, si l'on voulait remplacer ne serait-ce que la moitié des combustibles fossiles utilisés par des énergies renouvelables, celles-ci devraient produire environ 6 TW. C'est un changement d'une ampleur considérable.
     Aujourd'hui, il n'existe aucune source d'énergie non fossile immédiatement exploitable en quantité suffisante à l'échelle requise. Il est vrai que l'énergie fournie par le rayonnement solaire représente plusieurs fois toute demande mondiale concevable (voir premier graphique), mais les quantités actuellement transformées en électricité (avec les cellules photovoltaïques) ou en chauffage à l'échelle industrielle sont encore négligeables. D'autre part, les autres énergies renouvelables ne pourraient pas répondre à la demande mondiale actuelle, même si, sans parler de l'aspect économique, elles étaient pleinement exploitées avec les techniques existantes. Même la production d'énergie nucléaire est entravée par le peu de matières fissibles existantes.

     Deuxième question clé: la quantité d'énergie contenue dans une unité de combustible, ou densité énergétique. Lors des deux dernières transitions énergétiques, de la biomasse au charbon, puis du charbon aux hydrocarbures, des combustibles à faible densité énergétique ont été remplacés par des sources d'énergie plus concentrées. Les résidus de récoltes séchés (de la paille, en majorité) ne contiennent que 12 à 15 mégajoules par kilogramme (MJ/kg), par exemple, tandis que la densité énergétique des charbons de bonne qualité représente le double (25 à 30 MJ/kg) et celle des pétroles bruts est d'environ 42 MJ/kg. Pour maintenir le niveau de la production, un retour aux biocombustibles solides exigerait en moyenne près de 3 kg de phytomasse pour remplacer une unité de combustible fossile, ce ratio étant de 1,5 environ en cas de substitution de l'éthanol à l'essence. Ces réalités auraient des répercussions sur les dimensions, le coût et le fonctionnement des infrastructures nécessaires.

     Le troisième point concerne la densité de puissance de la production d'énergie. Elle se rapporte au taux de production d'énergie par unité de superficie au sol, et s'exprime en général en watts par mètre carré (W/m2). Grâce à leur très longues périodes de formation, les gisements de combustibles fossiles sont une source exceptionnellement concentrée d'énergie de grande qualité et sont généralement produits avec des densités de puissance de 102 ou 103 W/m2. De petites superficies suffisent donc à produire d'énormes quantités d'énergie. En revanche, la production d'énergie à partir de la biomasse présente des densités bien inférieures à 1 W/m2, et celles de l'électricité d'origine hydraulique ou éolienne sont en général inférieures à 10 W/m2. Seule la production d'électricité photovoltaïque, dont la technologie n'est pas encore au point pour une utilisation massive, fournit plus de 20 W/m2 de puissance au maximum.

premier graphique: potentiels énergétiques

     Dans la civilisation de l'énergie fossile, les combustibles et l'électricité d'origine thermique offrent des densités de puissance produite de un à trois fois supérieures aux densités de puissance absorbée d'ordinaire par les bâtiments, les usines et les villes (voir deuxième graphique). Dans une future civilisation du solaire qui hériterait des systèmes urbains et industriels actuels, nous devrions exploiter diverses énergies renouvelables avec, au mieux, une même densité de puissance que celle consommée par les habitations et les industries. En conséquence, pour avoir l'électricité, une maison devrait avoir le toit entièrement couvert de cellules photovoltaïques. Un supermarché nécessiterait un champ photovoltaïque d'environ dix fois la taille de son toit, 1.000 fois la taille du toit pour un gratte-ciel. En d'autres mots, une transition vers des énergies renouvelables augmenterait considérablement la superficie nécessaire à la production énergétique, et les droits de passage devraient être étendus pour convoyer l'énergie.

deuxième graphique: une nouvelle échelle
     Dans une telle société reposant sur l'énergie solaire, nos besoins en superficie seraient de loin les plus importants si nous devions remplacer tous les combustibles liquides dérivés de pétrole brut par des biocarburants issus de la phytomasse. La densité de puissance de l'éthanol de maïs produit aux États-Unis n'est que de 0,22 W/m2; ce qui signifie que plus du double des surfaces cultivées totales actuelles du pays seraient nécessaires pour satisfaire la demande du pays en carburant.

     L'intermittence de l'approvisionnement est la quatrième réalité à considérer. Les sociétés contemporaines sont dépendantes d'une circulation incessante d'immenses flux d'énergie ; la demande de combustibles et d'électricité connaît certes des fluctuations journalières et saisonnières, mais la charge de base (l'énergie minimum pour répondre aux besoins quotidiens) a augmenté. Cette demande est satisfaite par des combustibles fossiles à forte densité d'énergie et des centrales thermiques exploitables à des facteurs de charge élevés (>75% pour les centrales à charbon, >90% pour les centrales nucléaires). Le vent et le rayonnement solaire direct, intermittents et imprévisibles, ne peuvent fournir des facteurs de charge si élevés. La production photovoltaïque est encore si négligeable qu'il est impossible d'en présenter une moyenne significative; quant à l'énergie éolienne, ses facteurs de charge annuels sont de 20-25% à peine dans les pays dotés de capacités de production relativement importantes (Allemagne, Danemark, Espagne). Les grandes éoliennes sont donc au repos pour l'équivalent de 279-290 jours par an! De plus, une diminution inattendue de la production peut causer des interruptions soudaines de l'alimentation. Malheureusement, nous ne disposons aujourd'hui d'aucun moyen de stocker à grande échelle l'électricité solaire ou éolienne.

     Il faut enfin réfléchir à la répartition géographique. On parle beaucoup d'une répartition inégale du gaz et du pétrole, mais c'est aussi le cas pour les ressources en énergies renouvelables : les nuages au-dessus de la zone équatoriale réduisent le rayonnement solaire direct ; il existe sur chaque continent de grandes étendues peu ventées ; seuls de rares sites offrent des perspectives optimales pour convertir les énergies géothermique, marémotrice ou marine, etc. De fait, certaines régions densément peuplées ne disposent pas de ressources énergétiques significatives exploitables localement, alors que de nombreux sites ensoleillés et ventés se trouvent loin des grands centres de consommation. Il faudrait donc construire de nouvelles infrastructures immenses pour les exploiter.
     Trois facteurs clés ont provoqué la transition vers les combustibles fossiles au XIXème siècle : la diminution des ressources disponibles (déforestation), la qualité supérieure du charbon et des hydrocarbures (plus forte densité d'énergie, plus grande facilité de stockage, souplesse accrue) et le bas coût de ces combustibles. Sur ces trois points, il n'y a pas urgence à accélérer la transition vers un monde sans énergie fossile: les ressources en combustibles fossiles sont suffisantes pour les prochaines générations, les énergies alternatives ne sont pas supérieures qualitativement, et leur production ne sera pas beaucoup moins coûteuse.
     Les arguments en faveur d'une transition accélérée reposent presque exclusivement sur les préoccupations à l'égard du changement climatique. Et en raison des besoins techniques et infrastructurels colossaux entraînés par cette transition, il faudra plusieurs décennies pour conquérir des parts de marché importantes à l'échelle continentale ou mondiale. Un monde où l'énergie fossile ne serait plus utilisée est peut-être très souhaitable, mais la tâche sera longue et difficile.


*Vaclav Smil est professeur à la Faculté de l'environnement de l'Université de Manitoba à Winnipeg, au Canada. Il est membre de la Société Royale du Canada, et l'auteur de nombreux articles et livres sur l'énergie, l'environnement, la démographie et les questions économiques.
Références
Smil, Vaclav (2006), Transforming the 20th Century, Oxford University Press, New York.
Smil, Vaclav (2006), Energy: A Beginner's Guide, Oneworld Publishing, Oxford.
Smil, Vaclav (2003), Energy at the Crossroads, MIT Press, Cambridge, MA.
Énergie: un nouveau souffle
http://www.observateurocde.org/
     Le réchauffement planétaire, l'épuisement des combustibles fossiles et les risques géopolitiques rendent inévitable le passage aux énergies renouvelables. Le défi présente des incertitudes considérables, mais l'inaction serait pire. Une stratégie énergétique alternative réaliste est possible.
     Existe-t-il une solution miracle pour relever les défis énergétiques actuels? Au risque de démoraliser ceux qui se réjouissaient d'avoir trouvé la solution avec les fermes éoliennes et les panneaux solaires, la réponse est non. Les technologies des énergies renouvelables, en l'état, ne sont pas en mesure de répondre aux besoins énergétiques de demain. Il en va de même pour l'énergie nucléaire, car il n'existe pas suffisamment de combustible fissile disponible, même pour assurer la totalité de la production d'électricité actuelle. Les défenseurs de l'environnement doivent savoir que, même dans le plus optimiste des scénarios, la majeure partie de nos besoins en énergie continuera à être couverte par des combustibles fossiles pendant un certain temps.
     Malgré ce panorama sommaire, il existe de bonnes nouvelles. Nous pouvons changer et, en fait, nous le devons. Il faudra du temps, des efforts et des moyens, mais de nouvelles stratégies pour utiliser l'énergie de manière plus propre, plus sûre et plus économique sont possibles.
     Pour l'heure, nous faisons exactement le contraire. Nos habitudes en matière de consommation d'énergie ne sont pas durables: nous polluons, nous gaspillons les ressources, avec des conséquences désastreuses, voire irréversibles, pour l'environnement. C'est la conclusion sévère de l'Agence internationale de l'énergie (AIE) dans l'édition 2006 du World Energy Outlook, parue en novembre. D'après Fatih Birol, économiste en chef de l'AIE, «selon l'évolution actuelle, la situation énergétique mondiale restera vulnérable, polluante et coûteuse».
     Autrement dit, les pouvoirs publics ne peuvent se permettre de poursuivre les mêmes politiques, ils doivent établir des stratégies pour une énergie propre, intelligente et concurrentielle. Ces stratégies doivent s'attaquer à trois problèmes: l'augmentation de la demande d'énergie, la sécurité des approvisionnements et les émissions de CO2, l'une des causes du réchauffement climatique.
     Le rapport de l'AIE présente deux scénarios, s'inscrivant dans la période 2004-2030: un scénario de référence, fondé sur l'évolution probable des tendances énergétiques actuelles, et un scénario alternatif qui décrit les résultats de l'adoption des mesures actuellement envisagées pour constituer un «bouquet énergétique».
     La demande mondiale d'énergie primaire soit l'énergie sous sa forme initiale, avant transformation devrait, selon les prévisions, croître de plus de moitié d'ici à 2030, et plus de 70% de cette demande émaneront de pays en développement, dont 30% de la Chine à elle seule. Les combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz) continueront d'en représenter la majeure partie, et ce pour une bonne raison : ce sont des sources d'énergie extrêmement denses. Pour une densité de puissance de 1 Watt/m2 dans le cas de la biomasse ou de 10 W/m2 pour l'énergie éolienne, l'équivalence est de 100 à 1.000 W/m2 pour les combustibles fossiles. De plus, de nombreux pays en possèdent de vastes réserves.
     La présence de réserves de combustibles sur le territoire national dissipe les craintes de perturbation des approvisionnements. Les catastrophes naturelles récentes, tels les ouragans dans le golfe du Mexique, et les événements géopolitiques comme le différend gazier entre la Russie et l'Ukraine, ou les troubles civils au Nigeria, ont contribué à faire de la sécurité énergétique une priorité.
     Mais pour de nombreuses personnes, les émissions de dioxyde de carbone et leur influence sur le climat représentent la principale préoccupation. La thèse, pour le moins fallacieuse, selon laquelle il s'agirait d'un phénomène naturel est maintenant généralement écartée, mais il nous est impossible de concevoir des mesures dont nous pourrions garantir l'efficacité, pour la simple raison qu'aucun précédent ne permet d'étayer nos décisions.
     Le récent rapport Stern commandé par le gouvernement britannique prévoit que les températures augmenteront de 2°C en moyenne d'ici à 2035 si rien n'est fait, et qu'il y a 50% de chances que leur hausse dépasse 5°C à plus long terme, écart aussi grand que celui qui nous sépare du dernier âge glaciaire. Les répercussions sur la géographie physique et humaine seraient immenses. Les pertes de PIB atteindraient environ 5% par an, 20% dans le pire des cas.
     Nous nous orientons déjà vers une hausse de 55% des émissions de CO2 à l'horizon 2030. Plus des trois quarts de ces émissions proviendront de pays en développement. De surcroît, pour compliquer encore les choses, le charbon revient à la mode. «Il semble que le charbon est en train de faire un grand retour», dit M. Birol, «avec notamment pour effet que les émissions de CO2 progresseront plus vite que la demande d'énergie».
     Malheureusement, il est évident aujourd'hui que les objectifs d'émissions du Protocole de Kyoto ne seront probablement pas atteints. Toute action ne pourrait avoir qu'une influence marginale sur les émissions avant 2010, en raison de la volatilité des chiffres des émissions: par rapport aux années 90, leurs niveaux sont montés en flèche entre 2000 et 2004, et ceux de la Chine à elle seule ont fait plus que doubler.
     Nous pouvons néanmoins, en adoptant les mesures envisagées dans le scénario des politiques alternatives de l'AIE, réduire les émissions de 16% par rapport au scénario de référence. Pour limiter les émissions à leur niveau actuel, la mise en oeuvre de toutes les mesures envisagées, couplée à une innovation technologique sans précédent, s'imposerait. En bref, il faudrait une volonté politique formidable.
     Il y a lieu de s'attendre à des résistances. Les gouvernements auront du mal à convaincre les entreprises de l'urgence et de la nécessité d'appliquer de nouvelles mesures, et ils devront créer des incitations s'ils veulent être suivis. Les activités de recherche et de développement étant principalement privées, les pouvoirs publics devront créer un climat propice à l'investissement.
     Car l'investissement devra être massif. Jusqu'à 20.000 milliards de dollars devront être mobilisés pour construire des infrastructures énergétiques, dont plus de la moitié dans les pays en développement. Cela ne sera pas une tâche facile. Toutefois, les mesures prévues dans le scénario alternatif seraient payantes : par rapport au scénario de référence, l'investissement cumulé se monterait à 560 milliards USD de moins, et les consommateurs économiseraient 8.100 milliards sur les carburants. Si les avantages économiques l'emportent sur les coûts, pourquoi cette difficulté à mettre en oeuvre les nouvelles politiques?
     Rappelons qu'il n'y a pas de pénurie d'énergie. Les prix sont élevés, mais les réserves très abondantes. Les arguments qualifiant le réchauffement climatique d'inévitable et de cataclysmique n'ont pas persuadé tout le monde. Et des difficultés immenses demeurent. L'énergie renouvelable issue de fermes éoliennes ou de biocarburants requiert de grandes étendues de terres; or, le monde sera très peuplé en 2030, et la majorité des terres arables sera utilisée pour produire des aliments.
     Améliorer l'efficacité énergétique est le moyen le moins coûteux et le plus rapide de répondre à la demande d'énergie, car l'investissement en infrastructures énergétiques qu'il nécessite est minime. Pourtant, le consommateur se soucie très peu du rendement énergétique quand il achète des appareils électroménagers. Et malgré le ralliement de principe à la sobriété énergétique (essentiellement motivé par les prix des carburants) des acheteurs de voitures aux États-Unis et, de plus en plus, en Europe, ceux-ci préfèrent encore les voitures plus grandes parce qu'ils les jugent plus sûres et confortables.
     Au fur et à mesure que l'on descend la filière du producteur jusqu'au consommateur, les décisions sont davantage prises par des individus que par des entreprises ou des organisations, c'est pourquoi il est difficile de les harmoniser. Des informations incomplètes sur les performances énergétiques, la méconnaissance des économies potentielles, ainsi que les préférences et les craintes individuelles compliquent la mise en oeuvre de nouvelles mesures. L'incertitude sur la faisabilité de certaines technologies, par exemple celles du stockage du carbone ou du traitement des déchets nucléaires, n'accroît certainement pas la confiance. Les décideurs publics travaillent, si ce n'est dans l'obscurité, au mieux dans la pénombre, et il ne peut en être autrement face à un défi d'une ampleur inégalée à ce jour.
     S'il n'y a pas de fumée sans feu, l'inverse est tout aussi vrai. Car nos sociétés ont besoin de toujours plus d'énergie et tous les moyens seront bons pour s'en procurer, ce qui implique plus de fumée. Notre voie n'est cependant pas durable.
     En l'ignorant, nous courons peut-être à la catastrophe. Heureusement, nous avons le choix.
     Pour construire son scénario des politiques alternatives, l'AIE a analysé plus de 1.400 politiques et mesures, toutes actuellement étudiées par divers gouvernements. Il ne s'agit pas de voeux pieux: les émissions de CO2 diminueraient de 40% si seulement douze de ces politiques étaient adoptées.
     Pour M. Birol, les décisions qui seront prises dans les dix prochaines années seront cruciales pour deux raisons. D'abord, dans de nombreux pays de l'OCDE, les centrales électriques construites au lendemain de la Seconde Guerre mondiale seront mises hors service. «Le type de technologie que nous choisirons sera déterminant pour les 50 prochaines années, parce qu'une centrale dure 60 ans», affirme-t-il. La seconde raison est liée au développement: de grands pays, tels l'Inde et la Chine, sont en plein essor et multiplieront les investissements énergétiques pendant la prochaine décennie. Selon M. Birol, «si ces investissements ne tiennent pas compte du développement durable, nous devrons en supporter les conséquences pendant les 50 à 60 prochaines années, voire plus longtemps». L.T.

Références
AIE (2006), World Energy Outlook 2006, Paris.