De l’importance et des limites de l’abondance énergétique

 

 

On parle souvent d’énergie sans bien apprécier ce que désigne ce terme mais surtout à quel point l’énergie sous-tend l’évolution humaine, et plus généralement celle du vivant dans sa globalité. Le concept d’énergie est en effet difficile à définir. La définition physique de la ‘capacité à fournir un travail’ est relativement vague alors que la manifestation physique de l’énergie se constate de manière directe dès qu’un objet est mis en mouvement, chauffe ou change d’état. Ce qui fit dire à Richard Feynman, prix Nobel de physique en 1965 et considéré comme l’un des plus brillants physiciens du 20ème siècle, dans un de ses célèbres cours [1]:

 

« Il est important de réaliser que dans la physique d'aujourd'hui, nous n'avons aucune connaissance de ce qu'est l'énergie. Nous n'avons pas de représentation comme quoi l'énergie viendrait en petits paquets d'une certaine quantité. Ce n'est pas ainsi. Cependant des formules permettent de calculer une certaine quantité numérique (…). C'est une chose abstraite en cela qu'elle ne nous donne pas le mécanisme ou les raisons des diverses formules. »

 

Une des difficultés vient du fait que l’énergie existe sous différentes formes (chimique, cinétique, potentielle,…) et peut-être convertie d’une forme à l’autre- moyennant des pertes. C’est cette conversion qui est justement à la base même de la vie et de l’évolution de tous les systèmes naturels : les plantes transforment l’énergie solaire en énergie chimique, le corps humain transforme de l’énergie chimique (ingérée sous forme d’aliments) en énergie mécanique mais surtout en chaleur. La thermodynamique en action…

 

 

L’abondance énergétique comme facteur de développement

 

L’une des, sinon la, caractéristiques fondamentales de tout système vivant est la nécessité de produire ou de consommer plus d’énergie qu’il n’en faut pour obtenir cette énergie. Ainsi, tout organisme vivant nécessite un Taux de Retour Énergétique (TRE, ou EROI en anglais) supérieur à 1. Ce concept proposé par Hall et Cleveland [2] est le rapport entre l’énergie effectivement obtenue et l’énergie investie pour récupérer cette énergie. Si on considère un guépard chassant des proies pour se nourrir ; sa survie dépend de sa capacité à récupérer plus d’énergie par la digestion de la proie qu’il n’en a dépensé lors des différentes tentatives de chasse. Le TRE définit le surplus d’énergie gagné au cours de l’activité de chasse. Sachant que, outre la chasse qui n’est pas toujours fructueuse (impliquant des périodes de disette), le guépard a besoin d’énergie pour son métabolisme de base, pour sa reproduction, etc., un TRE bien supérieur à 1 est nécessaire pour assurer sa survie mais aussi et surtout la survie de l’espèce. Hall et Klitgaard [3] généralisent ce principe pour expliquer l’évolution des espèces au cours du temps par leur capacité à générer un fort surplus énergétique leur permettant de se développer, d’agrandir leur territoire et de faire face aux conditions difficiles. D’après eux, les espèces qui s’adaptent et évoluent sont celles qui ont le TRE le plus élevé.

 

L’histoire humaine est également celle d’une recherche permanente d’un TRE élevé et de la mobilisation d’énergie en quantité de plus en plus importante. Plusieurs études [4,5] montrent que la chasse à l’épuisement, pratiquée par certains de nos lointains ancêtres et encore de nos jours par les tribus Kalahari d’Afrique et Raramuri du Mexique, consistant à courir après des proies jusqu’à leur mort par épuisement, présente des TRE élevés permettant de subvenir aux besoins d’une famille pour plusieurs jours. Et ce alors que cette pratique parait de prime abord très inefficace énergétiquement parlant. Ces TRE élevés permettent aux Kalaharis de ne devoir utiliser qu’une petite partie de leur temps pour la chasse, laissant du temps pour d’autres activités non essentielles à leur survie [6-8]. Le développement de l’agriculture, permis par la stabilisation du climat, peut être vu comme une première façon de concentrer l’énergie solaire et ainsi d’augmenter la quantité d’énergie nette disponible. De même l’utilisation de chevaux de traits représente un moyen d’augmenter le TRE. Un cheval de trait consomme environ 4kg d’avoine par jour, dont la cultivation prend l’espace nécessaire pour nourrir 6 personnes, mais fournit un travail équivalent à celui de 10 hommes [9]. Le développement de moulins à eau, à vent, l’utilisation de bois et de charbon de bois… sont autant d’étapes dans l’accroissement de l’énergie mobilisée [10].

 

Malgré le progrès technologique, les premiers moulins faits en bois étaient très inefficaces, l’énergie mobilisable dépendait principalement du flux solaire. Cependant, l’humanité a continuellement investi une partie de son énergie pour accroitre la quantité nette d’énergie disponible et augmenter la complexité technique des sociétés avec des administrations centralisées, ou des infrastructures, par exemple. Hall propose le concept de pyramide des TRE [11] qui hiérarchise les besoins énergétiques pour le maintien et le développement d’une société de type occidentale. Les besoins les plus bas dans la pyramide doivent être satisfaits en premier. Par exemple, il est nécessaire d’extraire et de raffiner du pétrole avant de pouvoir envisager les transports routiers. Plus le TRE d’une société est élevé plus elle peut supporter des activités telles que l’éducation, la santé, le sport et la culture. Tainter explique le développement et la chute des empires Romains et Maya par leur expansion permise par une forte abondance énergétique qui décroit à mesure que la complexité et l’expansion géographique de l’empire requièrent des quantités croissantes d’énergie. L’effondrement intervient lorsque le TRE devient trop faible pour maintenir le système.

 

L’utilisation de ressources fossiles a changé la donne : les ressources fossiles sont des flux solaires concentrés pendant des millions d’années, leur densité énergétique est sans commune mesure avec les méthodes de conversion des flux éoliens et solaires. En utilisant des combustibles fossiles, l’humanité puise alors dans un stock et n’est plus limitée par les flux disponibles. L’évolution de la consommations d’énergie depuis 1850 illustre parfaitement le tournant que cela a représenté.

 

 

La fin de l’abondance ?

 

Mais la fin de la récréation approche. Plusieurs limites remettant en cause ce modèle se présentent. L’humanité brûle des combustibles fossiles 1-10 millions de fois plus vite qu’ils ne se sont formés ; un rythme qui se heurte à la finitude des ressources mais qui implique également le relâchement de plus de 40 milliards de tonnes de CO2 par an dans l’atmosphère (chiffre 2019) faisant s’emballer le système climatique. De plus, la nature même de l’extraction des combustibles fossiles implique que les ressources les plus faciles sont extraites en premier : leur TRE décroit donc naturellement avec le temps. Les progrès technologiques permettent certes d’augmenter l’efficacité des capacités d’extraction mais au prix d’un accroissement de l’énergie nécessaire investie. Les pétroles dits non-conventionnels (schiste, sables bitumineux) présentent des TRE très faibles. Respecter les accords de Paris signés pendant la COP21 implique d’ici 2050 de diminuer les émissions de CO2 d’un facteur 4 au moins, c’est-à-dire d’opérer une décarbonation massive de notre système énergétique. Une transition énergétique est par nature un processus lent [12] rendu encore plus difficile par l’augmentation continue de la consommation énergétique. Il apparait donc nécessaire de coupler cette transition avec une forte décroissance de la consommation énergétique, comme proposé dans les scénarios du Shift Project, Negawatt ou du Green New Deal. Dans un modèle où la croissance économique dépend au premier ordre de la consommation d’énergie (qui est à 80% fossile), parler de décroissance énergétique fait planer le spectre de la décroissance économique et d’une baisse des niveaux de vie. Une perspective anxiogène qui retarde l’action nécessaire.

 

Mais l’énergie fait-elle le bonheur ?

 

 

Des retours sur investissement en baisse

 

La lecture de ce qui précède fait apparaître comme évident que plus d’énergie disponible implique plus de richesse, et de développement. Cette intuition est cependant contredite par les nombreuses statistiques sur le sujet. Si l’on considère l’Indice de Développement Humain (IDH) qui prend en compte l’espérance de vie, le niveau moyen d’éducation, et le niveau de vie, on constate en effet une très forte corrélation entre IDH et énergie consommée par personne. Cependant, l’IDH sature pour des consommations énergétiques supérieures à 100GJ/personne [13]- un niveau équivalent à celui de la Chine en 2018 [14]. Dit autrement, au-dessus de cette valeur le gain en terme d’IDH devient marginal : une augmentation de la consommation énergétique d’un facteur 5 augmente l’IDH d’à peine 11% !! On retrouve la même tendance pour des indicateurs, certes plus subjectifs, de satisfaction ou de bonheur en fonction du PIB par habitant- le World Happiness Index (basé sur la perception des sondés et non sur une échelle absolue) [15] étant fortement corrélé avec l’énergie par habitant.

 

Pour des PIB par habitant inférieurs à 15 000 dollars/hab on observe une très forte augmentation du bonheur rapporté en fonction du PIB. Cette tendance sature au-delà de cette valeur. Les mêmes observations se retrouvent pour d’autres indicateurs comme le niveau d’éducation des femmes, ou l’espérance de vie à la naissance. A l’opposé, le taux d’obésité dans la population dépend fortement du PIB/habitant, et ne sature pas [16]. C’est également valable pour la quantité de déchets produits, qu’ils soient ménagers ou électroniques. On peut de plus constater que le surplus énergétique est de plus en plus utilisé pour des choses dont la nécessité reste à prouver : téléphonie 5G, écrans publicitaires, augmentation du trafic aérien, augmentation constante de l’électronique embarquée etc. Ces développements étant nourris par des énergies fossiles et des minerais de plus en plus couteux énergétiquement à récupérer, il convient de se poser la question de la nécessité de cette croissance perpétuelle. Les courbes dites de consommation-satisfaction ont généralement une forme en cloche : passé le stade du confort, une consommation supplémentaire (on est dans le luxe) n’apporte qu’une satisfaction supplémentaire relativement plus faible. La satisfaction tend même à diminuer pour des niveaux de consommations encore supérieurs.

 

Les considérations précédentes permettent donc de relativiser les discussions sur la nécessaire décrue énergétique mais surtout elles permettent de l’envisager comme un avenir souhaitable permettant de contribuer à stabiliser le climat mais aussi diminuer l’empreinte humaine sur la nature tout en assurant des niveaux de développement et de bonheur élevés. Non la diminution de la consommation énergétique ne nécessite pas de revenir des siècles en arrière ! Et oui, une société qui consomme moins peut être heureuse.

 

 

La transition c’est dans la tête

 

Il apparaît surtout que la transition écologique n’est pas que technique mais comportementale. De nombreuses études montrent que notre besoin de consommer toujours plus est causé par notre cerveau primaire hérité de nos très lointains ancêtres [17, 18]. Deux exemples pour s’en convaincre. Le cerveau humain ne pense pas en terme absolu mais par comparaison avec ce qui l’entoure. Il ne s’agit donc pas d’atteindre un certain niveau de richesse, mais d’être plus riche que ses connaissances- l’un des effets les plus pervers des réseaux sociaux étant justement de multiplier les occasions de se comparer à d’autres. Le phénomène d’habituation (ou adaptation hédonique) implique que le supplément de bonheur induit par un événement nouveau devient rapidement le nouvel état de référence. Il faut donc un autre événement heureux pour ressentir de nouveau un supplément de bonheur, ce processus étant sans fin. Pensez à l’achat de votre nouveau téléphone et du plaisir apporté sur le moment, plaisir qui paraissait déjà beaucoup moins intense quelques semaines plus tard, et qui peut même se transformer en frustration après la sortie du tout dernier modèle… Et ces comportements peuvent se contrôler par l’éducation. C’est potentiellement une bonne nouvelle car cela amène un levier d’action supplémentaire qui ne nécessite pas de développer une source d’énergie sûre, abondante, socialement acceptable et peu polluante (en admettant que celle-ci existe)

 

La course à l’abondance énergétique qui fut la règle pour le développement de l’humanité est vouée à connaitre un net changement dans les décennies à venir, rattrapée par les limites planétaires. La transition écologique à venir nécessite de revoir notre consommation d’énergie irrationnelle et à changer les sources de celles-ci. La technique seule ne parviendra pas à résoudre cette équation dans le temps imparti mais il apparaît qu’il existe des marges de manœuvre très conséquentes car les niveaux de vie et de bonheur saturent après un certain niveau de consommation, ouvrant la possibilité d’une décroissance énergétique souhaitable. Celle-ci sera d’autant plus efficace qu’elle sera aidée par le contrôle de notre cerveau primaire. A vos cerveaux !

 

 

 

Sources :

 

 

[1] R.P. Feynman, “The Feynman lectures on Physics”

[2] C. Hall et C. Cleveland, Science, 211 (1981), pp. 576-579

[3] C. Hall and K. Klitgaard, “Energy and the wealth of nations”

[4] Why We Run: A Natural History

[5] https://researchmatters.in/news/endurance-running-and-human-evolution-what-does-new-evidence-hunter-gatherers-add-debate

[6] J. G. Lambert et al; “Energy, EROI and quality of life”, Energy Policy, 64 (2014)

[7] http://www.eco-action.org/dt/affluent.html

[8] http://www.rewild.com/in-depth/leisure.html

[9] V. Smil, “Energy, a beginner’s guide”

[10] V. Smil, “Energy and Civilization: a history”

[11] C.S. Hall, “Energy Return on Energy Invested”

[12] G. De Temmerman. "La transition énergétique, c'est pour quand? Un chercheur s'exprime", https://www.collaborativepeople.fr/single-post/2019/12/10/La-transition-%C3%A9nerg%C3%A9tique-cest-pour-quand-Un-chercheur-sexprime

[13] http://hdr.undp.org/en/content/energising-human-development

[14] https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy/primary-energy.html

[15] https://wol.iza.org/articles/gross-domestic-product-are-other-measures-needed/long

[16] https://ourworldindata.org/grapher/obesity-vs-gdp

[17] S. Bohler, « Le bug humain »

[18] G. Marshall, « La politique de l’autruche »

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