La transition énergétique, c'est pour quand ? Un chercheur s'exprime.

 

La décarbonisation de la production d’énergie est une des nécessités auxquelles nos sociétés sont confrontées pour maintenir le niveau de CO2 dans l’atmosphère à des niveaux compatibles avec un réchauffement global d’1,5 ou 2 degrés (ce qui pour l’instant est loin d’être la trajectoire suivie comme l’indique le récent Emissions Gap Report de l’ONU). En effet, 80% de l’énergie consommée dans le monde en 2015 provenait de combustibles fossiles (environ 65% si on considère seulement l’électricité). On parle alors souvent de « transition énergétique » pour qualifier ce changement majeur de notre infrastructure énergétique d’une dépendance toxique aux combustibles fossiles à des modes de production produisant peu de CO2. Les scénarios du GIEC compatibles avec les accords de Paris définissent la temporalité d’une telle transition avec des émissions de CO2 réduites d’un facteur 4 ou presque d’ici 2050 pour atteindre zéro voire devenir négatives d’ici 2100.

 

30 ans donc pour transformer radicalement un système énergétique développé au cours des 150 dernières années. Cela passera-t-il par du 100% renouvelables, le développement spectaculaire de la capture et séquestration du CO2, par la renaissance du nucléaire (voire la fusion nucléaire), par le déploiement de l’hydrogène etc ? Cela n’est pas l’objet de cet article. Il s’agit ici de s’interroger sur le concept de transition énergétique et sur ce que l’on peut conclure de l’observation des transitions passées et leurs temporalités.

 

Comment définir la transition énergétique ? Plusieurs définitions peuvent être trouvées dans la littérature qui différent principalement sur le périmètre étudié et les seuils définis pour quantifier le passage d’une énergie à une autre. Si l’on suit Smil qui a consacré un ouvrage entier au sujet, la transition énergétique est « le temps passé entre l’introduction d’une nouvelle source d’énergie, ou force motrice, et le moment où elle atteint une part substantielle du marché global ». Si on regarde l’évolution de la distribution de sources d’énergies primaires de 1800 à nos jours, on peut voir 3 transitions : de la biomasse au charbon, du charbon au pétrole, et enfin l’émergence du gaz naturel. C’est ce qui amène certaines personnes à parler de 4ème transition pour celle que le monde doit amorcer. La situation est un peu différente si on regarde l’évolution de la consommation mondiale d’énergie car on constate qu’en valeur absolue les différentes sources d’énergie ne se sont pas substituées mais se sont globalement empilées.

 

Ainsi la consommation mondiale de charbon en 2017 est environ 5 fois plus importante qu’en 1910 lorsque le charbon dominait l’approvisionnement énergétique mondial (55% du total en 1910 contre environ 30% en 2017). Cela amène à la conclusion qu’au niveau global, il n’y a jamais eu de transition énergétique ! La situation est différente si on regarde au niveau national avec par exemple le développement du programme électronucléaire français qui a permis de remplacer et supplanter les autres méthodes de génération d’électricité. De même les Pays-Bas ont transité rapidement du charbon au gaz naturel après la découverte du champ de gaz de Groningen.

 

En d’autres termes : l’introduction d’une nouvelle source d’énergie est un procédé qui prend du temps ! Kramer (Principal scientist à Shell Global Solutions) et Haig ont proposé en 2009, dans un article publié dans Nature, les « 2 lois du déploiement des technologies de l’énergie » basées sur leur observation du développement de plusieurs technologies parmi lesquelles le nucléaire, le photovoltaïque, l’éolien :

  • Les nouvelles technologies connaissent une phase de croissance exponentielle pendant plusieurs décennies, caractérisée au 20ème siècle par une croissance de l’ordre d’un facteur 10 par décennie (ou 26% par an). Cette phase se poursuit jusqu’à atteindre le seuil d’environ 1% de la demande globale, à partir duquel la technologie en question devient largement disponible et déployable.

  • Après cette phase, la croissance devient linéaire jusqu’à ce que cette technologie atteigne sa part finale du marché.

 

Peut-on accélérer les choses ? Pendant la première phase, le retour d’expérience est extrêmement important (« c’est en faisant qu’on apprend ») et cela demande du temps : le temps de concevoir, de développer, de tester et d’optimiser. De plus, en parallèle de cette évolution, l’outil de production (mécanique mais aussi humain) doit lui aussi être développé et à ce stade les investissements ne sont pas nécessairement les éléments limitants. Dit autrement : l’argent ne peut pas résoudre tous les verrous scientifiques, technologiques et industriels. Pendant la deuxième phase, la vitesse de déploiement va être limitée par les durées de vie (souvent très longues) des centrales électriques et la volonté de ne pas sacrifier des outils de production non encore rentabilisés.

 

Cette analyse est un avertissement aux Cornucopiens qui pensent que la technologie apportera la réponse à tous les problèmes en temps voulu, tel Al Gore promettant une réponse rapide au changement climatique. Un petit rappel historique pour nous en convaincre : il a fallu 35 ans pour que la part du charbon passe de 5 à 35% de la demande mondiale, 40 ans pour le pétrole et 55 ans pour le gaz naturel. On remarque que le taux de déploiement s’allonge et ce pour au moins 2 raisons.

  • La première est qu’une transition énergétique s’accompagne d’un développement d’infrastructures, qui se sont complexifiées avec le temps : le pétrole doit être raffiné, et il est extrait à des profondeurs de plus en plus grandes ; le gaz naturel doit être liquéfié pour pouvoir être transporté.

  • La seconde est que la consommation mondiale d’énergie étant en augmentation constante, le marché devient plus grand et l’effet d’échelle devient important – de ce fait, la consommation d’énergie primaire a été multiplié par 5 entre 1950 et 2017 ! Si l’on se concentre uniquement sur l’électricité la capacité de production électrique installée le monde est de 6 TW (6000 GW, à titre de comparaison la puissance d’un réacteur nucléaire français est typiquement de 0,9 GW) dont environ 65% provient de combustibles fossiles, charbon (38%) et gaz (23%) principalement.

 

Ainsi, décarboner le secteur de l’énergie nécessitera d’énormes capitaux et sans doute de grandes quantités de matériaux - il est d’ailleurs ironique de penser que la décarbonation de la production d’énergie se fera grâce… aux énergies fossiles. La question de la disponibilité des matières premières est d’ailleurs un point clé : au rythme actuel de l’évolution de la demande, l’humanité produira d’ici 2050 autant de métaux que dans toute son histoire !

 

D’autres points sont à considérer. Tout d’abord, l’intégration d’une part croissante de moyens de production renouvelables intermittents signifie que pour la première fois dans son histoire l’humanité évolue dans la direction d’une densité de puissance* décroissante et ce alors que la tendance est vers la concentration de la population dans des mégas-villes de plusieurs millions d’habitants (en 2018, 55% de la population vivait dans des villes, la proportion pourrait atteindre 68% en 2050). Ainsi une centrale à charbon présente une densité de puissance de l’ordre du kW/m2 quand l’éolien présente des densités de puissance 2-3 ordres de grandeur plus faibles. Notre infrastructure énergétique actuelle est de ce fait relativement compacte, l’utilisation de sources d’énergie beaucoup moins denses posent le problème de la compétition pour l’utilisation des sols. Enfin, depuis la première COP, organisée en 1995, la part des énergies fossiles dans la production d’énergie mondiale a baissé de seulement quelques pourcents - bien loin du rythme qu’il faudrait atteindre ces prochaines années. Bien loin de décarboner, notre consommation de combustibles fossiles, en valeur absolue, continue d’augmenter !

 

Toute transition énergétique nécessitera une combinaison de facteurs sociaux, économiques, technologiques et politiques, et sera certainement un procédé lent et coûteux… Est-ce compatible avec les scénarios d’évolution du climat ? Les éléments précédents nous amènent à un constat pessimiste : les ordres de grandeur en jeu sont tels que le développement et le déploiement d’une technologie miracle à temps est difficilement concevable. Faut-il donc se préparer à vivre dans un monde où le réchauffement climatique a atteint 2, 3 voire 4 degrés ? Peut-être. Il reste néanmoins des leviers d’action : réduire la consommation énergétique ou plus exactement utiliser l’énergie de façon plus rationnelle permettrait de diminuer la taille du problème. Et bonne nouvelle, au regard des niveaux de gaspillage actuels, il y a beaucoup de marges de manoeuvre : un tiers de la nourriture produite dans le monde est gâchée, le trafic aérien (de loin le plus énergivore) a été multiplié par 20 entre 1960 et 2016, le poids moyen des voitures augmente continuellement depuis 1975 (alors que les moteurs deviennent plus performants), etc.

 

La décrue énergétique pourrait également être subie : le pic de pétrole conventionnel a été atteint en 2008 selon l’AIE. Choisie ou subie, il semble bien qu’une forte diminution de la consommation énergétique sera un passage obligé…

 

 

 

*puissance produite divisée par la surface requise pour l’infrastructure de production

 

 

 

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