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La transition énergétique, un enjeu pour la planète  

Mis en ligne le 06 Sep 2018

Parution le 01-06-2018 / Source : Encyclopédie de l'Energie

DE PERTHUIS Christian, SOLIER Boris

Auteurs

Avec cet article, les auteurs nous offrent une clarification du concept de transition énergétique et une mise en perspective historique de ces types de phénomène. Insistant sur la notion d’empilements des transitions plutôt que de successions, ils abordent la transition énergétique du XXIème siècle, caractérisée par la nécessité de désempiler les émissions de CO2.


Les opinions exprimées dans cet article n’engagent pas le CSFRS.

Les références originales de ce texte sont : DE PERTHUIS Christian, SOLIER Boris, «La transition énergétique, un enjeu majeur pour la planète», Encyclopédie de l’énergie, Article 173, Juin 2018

Le titre original de l’article, « La transition énergétique face au tempo de l’horloge climatique » a été modifié par L’Encyclopédie de l’énergie pour une meilleure accessibilité.


Ce texte, ainsi que d’autres publications peuvent être visionnés sur le site de L’encyclopédie de l’énergie:


A l’occasion du débat sur la « transition énergétique », la chaire Economie du Climat a publié en 2013 un Informations & Débats intitulé : « La transition énergétique, les ambiguïtés d’une notion à géométrie variable » [1] (Lire : La transition énergétique : un concept à géométrie variable). Depuis lors, l’usage du terme a continué à se répandre, notamment en France, lors d’une loi votée en 2015 par le Parlement. Il semble donc indispensable, au moment où la « Programmation Pluriannuelle de l’Energie » fait l’objet d’un grand débat [2], d’actualiser cette étude datant de cinq ans.

1. Un concept à géométrie variable

Le concept de transitions énergétiques est apparu furtivement au lendemain du premier choc pétrolier, dans un ouvrage portant sur la diversification du mix énergétique [3]. Son usage a reflué dans les années 1980, à la suite du contrechoc pétrolier. L’expression est revenue en vogue dans les années 2000 avec la remontée des prix des énergies et la prise de conscience de la question climatique.

L’expression se décline au pluriel et peut justifier des stratégies très diverses. Aux Etats-Unis, la transition énergétique vise à réduire la dépendance du pays à l’égard des importations d’hydrocarbures. Le terme justifie le déploiement à grande échelle des pétroles et gaz de schiste qui risquent pourtant de prolonger l’usage des énergies fossiles [4]. Au Proche-Orient, la transition énergétique doit permettre de guérir les économies de leur addiction à la rente pétrolière. Dans les pays émergents, elle vise à assurer un accroissement des sources d’énergie compatible avec la montée en régime des économies.

En Europe, le concept justifie, sur le papier, des politiques visant simultanément à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES), à promouvoir les énergies renouvelables et à inciter à l’efficacité énergétique.

Fig. 1. Débat en France à l’occasion de la loi de 2015

Mais sitôt qu’on creuse un peu, il apparaît que l’emballage enveloppe des stratégies nationales disparates : au nom de la transition énergétique, l’Allemagne quitte le nucléaire, le Royaume-Uni cherche à y revenir, la Pologne à y entrer et la France s’interroge sur les moyens de diluer son poids (Figure 1).

Cette malléabilité du concept est dangereuse, car elle peut orienter vers des futurs indésirables sous l’angle du climat. Ce qui suit cherche à donner une formulation rigoureuse au concept de transition énergétique, à partir de l’analyse du fonctionnement des systèmes énergétiques et de leur évolution dans le temps et à préciser ses liens avec le changement climatique. Après un rapide rappel des éléments constitutifs d’un système énergétique et de comptabilisation de ses approvisionnements, seront passées en revue les quatre grandes transitions énergétiques observées au cours de l’histoire. Seront ensuite reprises les analyses historiques montrant comment les transitions du passé ont consisté à empiler les sources primaires d’énergie et de quelle façon les gains de productivité réalisés dans le système énergétique à la fin du 18ème siècle ont conduit à une accélération de cet empilement. Il restera à souligner en quoi cet accroissement sans précédent de la consommation mondiale d’énergie a été à l’origine d’un rejet massif de CO2 dans l’atmosphère, lequel est bien la spécificité de la transition bas-carbone qui devra désempiler ces sources en renonçant aux fossiles. Ce virage à 180° risque de prendre du temps. Or le stock de CO2 déjà accumulé dans l’atmosphère ne nous en laisse que très peu. Réduire cette discordance entre le temps des transitions et le tempo de l’horloge climatique sera la grande affaire de la transition bas-carbone.

2. Radioscopie du système énergétique

La notion de transition énergétique est souvent définie à partir du poids respectif des sources primaires utilisées dans le système, communément appelé « mix énergétique ». Par exemple, le système énergétique mondial est passé de la biomasse traditionnelle aux fossiles au-début du siècle dernier du fait de la contribution croissante du charbon qui représentait 19% de l’énergie primaire utilisée dans le monde en 1870, mais 47 % en 1900 et 55 % en 1910 [5]. On peut également appliquer ce critère à un segment isolé du système énergétique : le système électrique français a ainsi transité en une vingtaine d’années des fossiles vers le nucléaire à la fin du siècle dernier.

On associe souvent cette définition à un critère de temps requis pour qu’une nouvelle source primaire atteigne un certain poids dans le système. Ainsi, Vaclav Smil estime qu’il a fallu plus de cent ans pour que le charbon contribue à hauteur de 25 % à l’approvisionnement mondial en énergie, alors que le pétrole a atteint ce chiffre en 80 ans. Des délais assez longs, également soulignés par Peter Lund [6]. Cette approche repose cependant sur la datation des points de départ et d’arrivée dont le caractère conventionnel mérite d’être qui discuté, comme le rappelle Benjamin Sovacool [7].

Cette approche à partir du mix énergétique est cependant une facilité intellectuelle, loin de refléter la complexité inhérente aux systèmes énergétiques et à la dynamique de leurs transformations.

2.1. Qu’est-ce qu’un système énergétique ?

 

Fig. 2.  Représentation d’un système énergétique – Source : Auteurs.

Pour comprendre la dynamique des systèmes énergétiques, et donc les bons leviers pour les faire évoluer, il convient d’en avoir une représentation adéquate. Un système énergétique se caractérise par un jeu d’interrelations complexes qui rattachent les sources primaires aux usages finaux (Figure 2).

Les usages finaux de l’énergie correspondent à la consommation d’énergie par les ménages, les entreprises ou les collectivités. Ces usages répondent à de multiples besoins, de déplacement, de chauffage, d’éclairage, de fabrication et autres nécessaires à l’activité humaine (Lire : Les besoins d’énergie). Il y a donc une corrélation entre les modes de production et de consommation d’une société et la quantité d’énergie finale qu’elle consomme. Les usages finaux peuvent être associés à des technologies qui reposent durablement sur telle ou telle source primaire. L’invention du moteur à combustion interne dans les années 1880 a ainsi conditionné l’expansion de l’industrie automobile mondiale et celle induite des produits pétroliers.

A l’amont des usages finaux fonctionnent toute une série d’équipements et d’infrastructures permettant de transformer les sources primaires en énergie utile, de la stocker, et de la transporter jusqu’au consommateur. Ces maillons centraux jouent un rôle majeur dans le fonctionnement des systèmes énergétiques : sans l’invention de la machine à vapeur par James Watt (1769), le charbon n’aurait pas eu l’essor qu’il a connu au 19ème siècle ; sans celle de la turbine par Benoit Fourneyron (1832), l’électricité n’aurait pas joué le rôle qui a été le sien au 20ème siècle.

Les sources primaires composent le mix énergétique du système. Pour le mesurer, il faut ramener la quantité d’énergie utilisée par les consommateurs finals en une unité énergétique commune. Une telle opération pose des problèmes de conversion ce qui exige des conventions qui peuvent aboutir à des résultats assez différents concernant le positionnement du secteur électrique dans le système (Annexe 1).

On peut ainsi caractériser avec plus de rigueur le concept de transition énergétique, défini comme l’ensemble des transformations requises pour significativement modifier les usages finaux, le mix des sources primaires et la chaîne de transformation/stockage/distribution d’un système énergétique. Une telle vision systémique est à la base des travaux d’auteurs comme Vaclav Smil ou Robert Fouquet. Elle a également été popularisée par l’ouvrage de Jérémy Rifkin sur la « troisième révolution industrielle » [8].

Comme le montre l’analyse historique, ce type de transformation, touchant aussi bien le mix des sources primaires que les usages finaux et les maillons intermédiaire de la chaîne, s’étale sur de longues périodes. Son rythme se heurte notamment à l’inertie des infrastructures matérielles et immatérielles sur lesquelles repose le fonctionnement du système.

2.2. Quatre transitions séculaires

 

Le concept de transition énergétique peut se décliner par secteur, comme l’a par exemple fait Robert Fouquet [9], et par zone géographique. En analysant les transitions opérées à des échelles régionales et sectorielles, Benjamain Sovacool nuance le constat fait par les historiens de l’énergie d’une très grande inertie des systèmes énergétiques et notamment de la durée qui sépare généralement le moment où apparaissent les innovations techniques de celui où elles produisent leurs transformations structurelles. Très pertinentes sur des sous-segments du système énergétique, ces observations peuvent cependant difficilement être extrapolées à l’échelle globale. Or, c’est cette échelle qui importe pour l’économiste du climat.

Fig. 3. La conquête du feu – Source : Nathan McCord, U.S. Marine Corps, via Wikimedia Commons.

En s’inspirant de Vaclav Smil, on peut repérer quatre transitions énergétiques ayant marqué l’histoire des sociétés. La première est la domestication du feu qui permit à l’espèce humaine de prendre un avantage majeur sur ses concurrentes grâce à l’utilisation de cette énergie pour la cuisson, le chauffage et plus tard la fonte des métaux (Figure 3). La deuxième fut amorcée par les Sumériens qui les premiers parvinrent, grâce à l’irrigation, à accroître les rendements des cultures pour nourrir des animaux domestiques et sédentariser les hommes. Au plan énergétique, la révolution consista à ajouter la traction animale à la force musculaire des hommes. Pour le labour d’un champ ou le transport de la récolte, le rendement en est multiplié par un facteur 4 à 6 (Lire : La consommation mondiale d’énergie avant l’ère industrielle).

Fig. 4. L’essor de l’industrie charbonnière – Source : Wikimedia Commons.

La troisième transition énergétique, amorcée au Royaume-Uni à la fin du 18ème siècle, a démultiplié la quantité d’énergie utilisée grâce à l’utilisation massive d’une source primaire supplémentaire : le charbon qui supplante le bois et la force musculaire des hommes et des animaux domestiques vers 1900 et s’impose comme la première source d’énergie dans le monde jusqu’au milieu des années soixante. Souvent présentée comme l’énergie du 19ème siècle, le charbon ne prend pourtant une place significative dans le système énergétique mondial qu’à partir de 1880 (Figure 4). Les innovations à l’origine de son usage étaient disponibles dès le milieu du 18ème siècle. Environ 150 ans séparent donc l’innovation technique de sa diffusion massive qui va transformer le système économique.

La quatrième transition énergétique repose sur une grappe d’innovations qui apparaissent simultanément durant les deux dernières décennies du 19ème siècle et permettent la domestication de l’électricité (génération, transport, usage dans l’éclairage puis l’industrie) et la mise au point du moteur à combustion interne fonctionnant à l’essence ou au diesel. On reconnaît là deux des trois innovations techniques majeures identifiées par Robert Gordon [10][11] dans son analyse du processus de croissance. De fait, la diffusion de ces innovations est à la source des vagues de croissance successives durant le 20ème siècle. De multiples biens allaient suivre, de la machine à laver (premiers modèles disponibles en 1907 aux Etats-Unis) à l’ordinateur et à tous les engins qui nous permettent de nous transporter. Leur accumulation a permis de bousculer les modes de vie et de créer les conditions d’une consommation de masse, limitée aux pays industrialisés jusqu’en 1950, s’élargissant aux pays émergents par la suite. Ici encore, de longues décennies séparent l’apparition des innovations techniques, intervenues pour la plupart avant 1900, et leur impact sur la croissance qui se manifeste pleinement à partir de 1950.

3. Les transitions énergétiques du passé : une histoire d’empilements

Les transitions du passé consistent moins en successions qu’en empilements de sources primaires d’énergie qui s’accélèrent à partir de la fin du 18ème siècle.

3.1. Empilement des sources primaires et croissance de la consommation d’énergie

 

Une caractéristique commune de ces transitions énergétiques est d’avoir reproduit un schéma additif dans lequel de nouvelles sources primaires viennent s’ajouter à celles préexistantes, sans jamais s’y substituer. C’est la raison pour laquelle, le monde n’a jamais consommé autant de charbon, « l’énergie du 19ème siècle », que depuis l’an 2000. Les transitions énergétiques opérées depuis le début de la révolution industrielle reposent sur une accélération de cet empilement séculaire des sources primaires, dans lequel les terriens mobilisent de nouvelles énergies sans renoncer à celle préexistantes (Tableau 1).

Tableau 1 : Les transitions séculaires du système énergétique : l’empilement des sources primaires

Sources primaires
Transformation, Stockage
Transport/Distribution
Usages finaux
Énergie musculaire
Sans
Survie
Energie musculaire
+ feu
Bois de feu
Cuisson + chauffage
Energie musculaire
+feu + traction animale
Bois de feu + cheptel
+transports + travaux agricoles + artisanat
…..+ Charbon
Chemin de fer
Manufacture (machine de Watt), transports ferroviaires, navigation
……+ Pétrole et Gaz
Fossiles : 80 % des sources
Electricité
Réseaux de transport-distribution
Moteur à combustion, éclairage,
Consommation de masse,
Mobilité des hommes et des biens
Source : Auteurs, inspiré de Smil (2017)

 

Une seconde caractéristique associée au mécanisme d’empilement concerne la densité énergétique croissante des sources mobilisées : à volume équivalent, le pétrole fournit plus d’énergie que le charbon qui lui-même en fournit plus que le bois. Les densités énergétiques peuvent également se ramener à l’unité de surface. On constate dès lors que les transitions énergétiques du passé ont permis aux sociétés humaines de produire de plus en plus d’énergie par unité de surface.

La conséquence la plus directe de l’empilement de sources d’énergie de plus en plus denses est d’avoir engendré un accroissement de la quantité d’énergie disponible par habitant, très lent durant les deux premières transitions, puis de plus en plus rapide à partir de l’introduction des nouvelles sources fossiles : charbon, pétrole, gaz. Couplé avec la transition démographique simultanément opérée, ceci a conduit à une croissance sans précédent de la consommation d’énergie dans le monde au cours des deux derniers siècles.

Au début du 19ème siècle, la population mondiale était de l’ordre de 1,2 milliard d’habitant, chacun utilisant en moyenne environ 0,6 tonne d’équivalent pétrole (tep). A l’aube du 20ème siècle on comptait 1,65 milliard de terriens pour une consommation unitaire de 0,7 tep. Le croît démographique couplé à l’amorce de l’exploitation des sources fossiles, conduisit à un doublement de la consommation totale d’énergie au 19ème siècle (Lire : Consommation mondiale d’énergie 1800-2000 : les sources d’informationConsommation mondiale d’énergie 1800-2000 : les résultats​, Consommation mondiale d’énergie 1800-2000 : définitions et mesures).

Le 20ème siècle a été marqué par une formidable accélération de la transition énergétique tirée par l’élargissement des sources primaires et la multiplication des usages liée à la diffusion de l’électricité, de la voiture, des produits chimiques dérivés des hydrocarbures. La consommation unitaire du terrien moyen passe de 0,7 à 1,7 tep. Le nombre des terriens ayant été multiplié par plus de quatre, la consommation d’énergie au 20ème siècle a été multipliée par neuf.

Les quinze premières années du 21ème siècle s’inscrivent dans la prolongation de cette tendance, la consommation mondiale d’énergie ayant augmenté d’un peu plus d’un tiers entre 2000 et 2015, un peu plus rapidement que la population mondiale. Un infléchissement apparaît cependant à partir de 2009, année de crise financière, qui se prolonge jusqu’en 2017.

Cette quatrième transition énergétique est loin d’avoir fourni un accès satisfaisant à l’énergie pour tous. En 2016, environ un milliard de personnes (13 % de la population mondiale) n’ont pas accès à l’électricité et près de trois milliards (41 % de la population mondiale) ont recours à des procédés de cuisson peu efficaces et très polluants à partir de la biomasse traditionnelle [12]. Accès inégal qui se reflète dans les chiffres moyens : en 2016, un terrien consomme en moyenne un peu moins de deux tep, mais un nord-américain 7, un indien moins de une et un africain au sud du Sahara de l’ordre de 0,5.

3.2. Transitions énergétiques et prix relatifs des énergies

 

Au plan économique, les deux dernières transitions ont été déclenchées par une accumulation de capital matériel et immatériel à l’origine de gains de productivité massifs se diffusant dans le système énergétique. Il en est résulté des mouvements de prix séculaires affectant la production et l’utilisation de l’énergie.

En théorie, l’évolution du prix des sources fossiles devrait suivre à long terme une trajectoire haussière à mesure que se raréfie le stock de réserves en terre, suivant un processus théorisé par Harold Hotelling [13]. L’observation des prix des énergies fossiles depuis deux siècles éloigne de ce modèle hotellinien.

Fig. 5. L’annonce d’un « pic pétrolier » – Source : Keele University.

Le prix du pétrole a par exemple baissé relativement au niveau général des prix pendant un siècle, entre les premières phases d’exploration en Pennsylvanie jusqu’à la décennie 1970. Cette baisse a constitué un puissant vecteur de sa pénétration dans le mix énergétique mondial. Les deux chocs de 1973 et 1980 ont marqué la fin du pétrole bon marché et introduit une période de grande instabilité de son prix. Certains y ont vu le signe annonciateur d’un « pic pétrolier » imminent qui n’a cessé depuis d’être repoussé (Figure 5).

Pour comprendre le rôle des prix relatifs dans les transitions, l’observation du prix des sources primaires ne suffit pas. Il convient de distinguer, à la suite de Robert Fouquet et Peter Pearson, le prix des sources utilisées, par exemple le carburant destiné à un véhicule, de celui des services fournis grâce à ces sources : le nombre de kilomètres pouvant être parcourus, par exemple. L’écart entre les deux prix mesure l’efficacité énergétique. Or, « si sur quelques années, les gains d’efficacité et donc la différence entre le prix de l’énergie et celui des services énergétiques est faible, sur plusieurs décennies ou un siècle, la différence cumulée entre les deux tendances peut être considérable » [14].

Fig. 6.  Evolution du prix de l’énergie pour l’éclairage et du prix de la lumière – Source : Fouquet 2011.

Le cas de la lumière étudié avec perspicacité par Robert Fouquet et Peter Pearson à partir de l’exemple du Royaume Uni est particulièrement révélateur. Jusqu’au début du 18ème siècle, le coût de la lumière ne varie guère, les gains d’efficacité dans la production et l’utilisation de la chandelle ou de la lampe huile étant très faibles. L’irruption au 19ème siècle de sources nouvelles, d’origine fossile, couplées à des changements de techniques d’éclairage, modifie doublement la donne (Figure 6).

D’une-part, l’abandon du suif, des huiles végétales et de l’huile de baleine au profit du gaz de ville, du pétrole lampant puis de l’électricité provoque une diminution du prix des énergies utilisées pour l’éclairage, baisses massives entre 1850 et 1920, plus lente et irrégulière par la suite.

D’autre-part, les technologies du bec à gaz, de la lampe à pétrole et de l’ampoule à incandescence qui s’impose à partir des années 1930 démultiplient les gains d’efficacité en réduisant massivement le prix de l’éclairage pour les consommateurs. Contrairement à ceux observés pour l’énergie, ces gains ne fléchissent pas dans le courant du 20ème siècle ou au-début du 21ème siècle qui verra l’irruption de la light-emitting diode (LED) et autres ampoules basse consommation.

Au total, ces sont les gains dans l’efficacité de la transformation de l’énergie en lumière qui ont constitué le principal moteur de la diffusion de l’éclairage via la baisse des prix relatifs. S’ajoutant à ceux obtenus dans la production d’énergie, ils n’ont rien à envier aux baisses de prix de la mémoire de nos ordinateurs. Difficile de départager celui qui baisse le plus rapidement entre le prix du lumen et celui du mégabit !

Le levier des gains de productivité dans la transformation des sources primaires d’énergie en usages finaux se retrouve dans de multiples domaines : production de chaleur, procédés industriels ou transports. Il a joué un rôle crucial dans les transitions énergétiques passées, contribuant puissamment, via la baisse des prix relatifs, à diffuser de nouveaux usages énergétiques. Croissance des usages qui a dopé les émissions de CO2.

4. La transition du XXI° siècle : le retrait des fossiles

L’accroissement sans précédent de la consommation mondiale d’énergie a été à l’origine d’un rejet massif de CO2 dans l’atmosphère qui est l’une des spécificité de la transition bas-carbone imposant de désempiler les sources d’énergie en renonçant aux fossiles.

4.1. L’empilement des émissions de CO2

 

Fig. 7. Empilement des émissions de CO2 par source – Source : Le Quéré et al. (2018), Global Carbon Budget 2017, Earth System Science Data.

Le mécanisme d’empilement des sources d’énergie constitutif des transitions énergétiques du passé est la cause principale de l’accélération des émissions anthropiques de GES. Il déclenche vers 1850 un accroissement du volume des rejets de CO2 dans l’atmosphère qui perdure sur plus d’un siècle et demi (Figure 7).

Jusqu’en 1850, la biomasse est le pilier du système énergétique avec des renforts ponctuels de l’éolien et de l’hydraulique (moulins et navigation à voile). Son usage s’inscrit dans un cycle court où la combustion ne fait que rejeter dans l’atmosphère le CO2 préalablement stocké dans les plantes (Lire : Photosynthèse et biomasse). Il peut contribuer au défrichement des forêts dont les ressorts principaux sont l’extension de la culture et de l’élevage, à un moindre degré la recherche du bois d’œuvre. En 1850, ce défrichement provient majoritairement d’Amérique du Nord et d’Europe. Il contribue à plus de 90 % aux rejets anthropiques de CO2 estimés à 2 tonnes par habitant.

Jusqu’en 1950, les émissions liées aux changements d’usage des sols restent majoritaires. Elles doublent entre 1850 et 1950, le principal foyer de déforestation se situant alors aux Etats-Unis. La géographie de la déforestation basculera ensuite vers les forêts tropicales. Les émissions liées à l’usage des fossiles augmentent rapidement jusqu’à la première guerre mondiale du fait de la diffusion du charbon. Celles provenant de la combustion du pétrole s’y ajoutent à partir de 1920, mais le dynamisme des émissions est bridé entre 1910 et 1950 par les déboires de l’économie mondiale induits par les deux conflits mondiaux et la crise de 1929. En 1950, un terrien émet en moyenne quelques 4,5 tonnes de CO2, la moitié en brûlant des fossiles ou produisant du ciment, l’autre moitié en défrichant la forêt. 80 % de ces rejets proviennent des pays développés.

Le phénomène d’empilement s’accentue à partir de 1950. La croissance démographique s’accélère. Une part croissante de la population accède à la consommation de masse, jusqu’en 1970 au sein des pays développés, ensuite dans les pays émergents. L’empilement incorpore de nouvelles sources fossiles : le gaz naturel auquel s’ajoute le gaz de schiste à partir de 2000. Les émissions liées à l’usage des sols cessent de progresser, mais la dynamique de l’empilement des sources fossiles entraîne toujours plus haut les rejets de CO2. Quatre sous-période doivent être considérées.

La période de l’après-guerre, qualifiée « d’âge d’or » par l’économiste américain Angus Maddison [15] et des « trente glorieuses » par le français Jean Fourastié [16], connaît un sursaut de croissance. La voiture et le camion s’imposent sur les routes. C’est la grande ère du pétrole bon marché qui supplante le charbon comme première source d’émission de CO2 à la fin des années 1960. Hors déforestation, les émissions de CO2 atteignent 4,4 tonnes par habitant en 1980, près de deux fois celles de 1950 (2,2 tCO2/hab.).

Entre 1980 et 2000, la croissance commence à se redistribuer vers les économies émergentes, mais le mouvement est freiné par la crise de la dette en Amérique latine puis l’implosion du système soviétique. Au sein des pays développés, le renchérissement du pétrole, suites aux chocs pétroliers, profite d’abord au gaz naturel, dont la combustion émet en moyenne deux fois moins de CO2 que le charbon pour produire la même quantité d’énergie, et dans une moindre mesure au nucléaire. Durant ces deux décennies, l’augmentation des émissions est moins rapide que celle de la population. Au seuil du 21ème siècle, un terrien émet en moyenne 4 tonnes de CO2, hors déforestation.

La première décennie de ce siècle connaît un retour massif vers le charbon, provoqué par une croissance débridée en Chine et les besoins du secteur électrique dans nombre de pays émergents, grands ou petits (Lire : Economie politique du charbon minéral). L’empilement des sources joue à plein car la demande de gaz et de pétrole est simultanément tirée par la vigueur du cycle ayant précédé la crise financière de 2009. En dix ans, les émissions de CO2 d’origines énergétique et industrielle remontent de 4 à 4,8 tonnes par habitant. On retrouve des rythmes inconnus depuis « l’âge d’or », mais leur moteur principal s’est déplacé vers les pays émergents.

La réorientation de la stratégie chinoise, contrainte de réagir à la montée des pollutions locales, est la cause majeure du coup de frein observé dans la décennie 2010-2020. Fermetures de mines de charbon et d’installations très polluantes, tarification du carbone et investissement massif dans le photovoltaïque, l’éolien et le nucléaire en constituent les trois ingrédients. Simultanément, les émissions de CO2 reculent aux Etats-Unis du fait de la bascule du charbon vers le gaz de schiste. Globalement, les émissions de CO2 d’origines énergétique et industrielle semblent se stabiliser aux alentours de 36 milliards de tonnes (4,9 tCO2/hab.) entre 2014 et 2016, avant de réaugmenter en 2017.

Au cours des deux derniers siècles, les transitions énergétiques ont déclenché un mécanisme cumulatif d’empilement de nouvelles sources d’émission de CO2 inédit dans l’histoire humaine. Entre 1850 et 2017, les terriens ont rejeté dans l’atmosphère un peu plus de 2 300 milliards de tonnes (Gt) de CO2. Sur ces 2300 Gt, 40 % ont été relâchées depuis 1990 et 28 % entre 2000 et 2017. La géographie de ces émissions s’est radicalement modifiée. Initialement concentrées sur l’Europe et l’Amérique du Nord, les émissions de CO2 étaient encore à 80 % le fait des pays industrialisés en 1980. Leur poids était tombé en dessous de 40 % en 2017.

4.2. La cinquième transition : désempiler les émissions de CO2

 

Dans la préface à l’édition française de sa fresque historique sur l’environnement mondial, John McNeil revient sur l’enseignement principal tiré de vingt ans de recherche universitaire : « …au début des années 1990, je pensais que l’événement qui avait le plus fortement marqué l’histoire environnementale mondiale du 20ème siècle avait été l’accroissement de la population. Lorsque j’eus achevé ce travail, mon opinion avait changé et c’est le système énergétique basé sur les énergies fossiles que je considérais comme la variable essentielle… » [17].

Si l’empilement des trois sources d’énergie fossile a constitué le trait essentiel du 20ème siècle sous l’angle de l’environnement et du climat, désempiler ces sources en retirant les fossiles sera la grande affaire du 21ème siècle. C’est l’enjeu principal de la transition bas-carbone dont les prémisses sont apparues durant la décennie 2010-2020.

Le point d’arrivée de cette cinquième transition sera un système entièrement débarrassé des sources fossiles. Celles-ci s’épuisent en effet à mesure de leur utilisation et il faudrait des millions d’années pour qu’elles puissent se reconstituer naturellement. A très long terme, la raréfaction des énergies fossiles se traduira bien par une hausse rédhibitoire de leur coût les rendant économiquement inutilisables. Le schéma de Hotelling finira par s’imposer. Mais si on gère la transition bas carbone en fonction de la seule raréfaction des stocks de réserve en terre, on risque fort de rejeter beaucoup trop de CO2 dans l’atmosphère.

Depuis les deux chocs pétroliers, les alertes n’ont pas manqué sur l’imminence du « pic pétrolier » conduisant à l’inexorable déclin de son exploitation. Crainte de manquer, relayant les alertes qui se sont succédées depuis Thomas Malthus et David Ricardo sur le risque de manque de terres cultivables, avec William Stanley Jevons sur le manque de charbon puis avec le Club de Rome sur l’ensemble des matières premières. Depuis deux siècles, économistes et politiques ont été obnubilés par le mur de la rareté sur lequel allait buter la croissance. Repousser ce mur a constitué un puissant moteur des transitions énergétiques du passé dont le succès est largement à l’origine du problème climatique.

La vérité est que l’écorce terrestre contient beaucoup trop de réserves exploitables d’énergie fossile relativement à ce que l’atmosphère peut absorber sans dérégler le système climatique. Le problème majeur du 21ème siècle n’est pas le risque de manque de charbon, de pétrole ou de gaz. C’est que nos sociétés ont développé depuis deux siècles de formidables capacités pour exploiter ces trois énergies qui sont bien trop abondantes. Les transitions énergétiques du passé ont résulté de l’action des hommes confrontés à la rareté des gisements de carbone fossilisés dans le sous-sol. Elles ont été guidées par le « carbone d’en bas ». Le risque climatique nous oblige à considérer un autre stock : celui du « carbone d’en haut » qui s’accumule dans l’atmosphère en déréglant le climat. Le problème n’est plus sa rareté, mais son trop plein qu’il faut endiguer pour atténuer le réchauffement.

5. Conclusion : transition bas carbone, transition de rupture

Si l’Accord climatique de Paris ne comporte pas de disposition contraignante permettant d’accélérer à court terme la transition bas-carbone, il introduit une innovation de taille par rapport à son prédécesseur, le Protocole de Kyoto, dont l’horizon était borné à cinq ans. L’accord fixe des objectifs de long terme à la communauté international : d’une-part limiter le réchauffement global « nettement en dessous de 2 °C par rapport aux niveaux préindustriels » (UNFCCC (2015), Accord de Paris, article 2,1-a, (https://unfccc.int/sites/default/files/english_paris_agreement.pdf) )) ; d’autre part atteindre avant la fin du siècle la neutralité carbone, entendue comme un « équilibre entre les émissions anthropiques et les absorptions par les puits de gaz à effet de serre » [18] ).

Se mettre en phase avec cet objectif conduit à opérer un triple virage par rapport aux dynamiques des transitions énergétiques analysées plus haut:

  • au mécanisme séculaire de l’empilement, il faudra substituer un schéma dans lequel les sources décarbonées ne s’ajoutent plus aux sources existantes, mais prennent la place des énergies fossiles ;
  • les gains d’efficacité énergétique ne devront plus conduire, via la baisse des prix relatifs, à la hausse des consommations d’énergie par tête qui contribue puissamment à l’escalade des émissions ;
  • malgré les innombrables inerties des système énergétiques, cette mutation devra s’opérer à marche forcée, le temps de la transition bas-carbone devant être rythmé par le tempo de l’horloge climatique.

Autrement dit, pour cheminer vers les objectifs de l’Accord de Paris, il faudra conduire une transition énergétique qui, sousde nombreux aspects, prendra l’exact contrepied des chemins empruntés au cours des deux derniers siècles.

Annexe 1. Energie primaire, énergie finale, énergie électrique : comment les mesure-t-on ?

Dans les bilans énergétiques nationaux, on distingue traditionnellement énergie primaire et énergie finale. Le terme d’énergie primaire recouvre la quantité d’énergie disponible à l’état naturel avant toute transformation. La notion d’énergie finale désigne quant à elle l’énergie utilisée pour satisfaire les besoins des consommateurs finals après transformation de l’énergie primaire en énergies secondaires. Le processus de transformation et de transport générant des pertes, la quantité d’énergie primaire à l’entrée des systèmes énergétiques est donc supérieure à la quantité d’énergie finale utilisée à la sortie (Lire : Le bilan énergétique).

Afin de pouvoir comparer les différentes sources d’énergies entre elles, on recourt à une unité commune dont la norme au niveau international est le joule (qui représente l’énergie requise pour élever d’un mètre une pomme dans un champs soumis à l’attraction terrestre !). Il est donc nécessaire d’utiliser des coefficients de conversion entre les différentes sources d’énergies, qui sont calculés en fonction de leur contenu calorifique respectif (Lire : Les unités énergétiques). On considère de la sorte qu’un kWh d’électricité secondaire produit à partir de combustibles fossiles représente 3,6 MJ. Les difficultés apparaissent dès lors qu’il s’agit de convertir les kWh « d’électricité primaire » d’origine nucléaire ou renouvelable en énergie primaire. La représentation de la contribution des différentes filières à l’approvisionnement en énergie dépend dans ce cas de la méthode de comptabilisation retenue. Il en existe plusieurs et le choix d’une méthode dépend dans la pratique de conventions [19].

Une première approche consiste à comptabiliser directement la production d’électricité primaire en énergie primaire sans distinction entre les filières. On attribue dans ce cas le même coefficient de conversion à l’électricité nucléaire et renouvelable qu’à celle d’origine fossile (1 kWh=3,6 MJ) quel que soit l’énergie utilisée et le mode de production de l’électricité. C’est la méthode retenue pour l’établissement des bilans énergétiques de l’Organisation des Nations Unies (ONU) et des scénarios du Groupe Intergouvernemental d’Experts des Evolutions du Climat (GIEC).

Une approche alternative consiste à comptabiliser la production d’électricité nucléaire et renouvelable en fonction de la quantité d’énergie fossile à laquelle elle permet de se substituer. On retient alors un rendement de 33% pour le nucléaire (un tiers de la chaleur d’une centrale nucléaire étant transformée en électricité) soit 10,9 MJ pour un kWh. Cette approche est celle retenue dans les bilans publiés par le Conseil Mondial de l’énergie (CME), l’ Energy Information Administration (EIA) des Etats-Unis ou encore le pétrolier British Petroleum (BP). Par rapport à la méthode utilisée par l’ONU, cette approche revient à attribuer un poids plus important au nucléaire et aux énergies renouvelables dans les bilans en énergie primaire.

Une troisième approche revient à appliquer un traitement distinct à l’électricité nucléaire et à celle d’origine renouvelable. On retient ici pour le nucléaire une comptabilisation basée sur la substitution (10,9 MJ), tandis que le contenu énergétique de l’électricité renouvelable est considéré comme équivalent à celui de l’électricité produite à partir des énergies fossiles (3,6 MJ). Cette dernière approche, la plus couramment utilisée par les organismes internationaux tels que l’Agence Internationale de l’Energie (IEA) ou Eurostat, est retenue dans cet article.

La question de la méthode de comptabilisation de l’électricité en énergie primaire n’est donc pas sans conséquence et influence notamment le calcul de l’intensité énergétique. C’est la raison pour laquelle cette dernière est généralement mesurée à la fois en énergie primaire et en énergie finale.

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References   [ + ]

1. Christian de Perthuis (2013), La « transition énergétique » : les ambiguïtés d’une notion à géométrie variable, Information et Débats No. 21, Chaire Economie du Climat.
2. Débat public programmation pluriannuelle de l’énergie, du 19 mars 2018 au 30 juin 2018, https://ppe.debatpublic.fr/
3. Lewis .J. Perelman, August .W. Giebelhaus, Mickael .D. Yokel (1981), Energy Tansitions: Long Term Perspectives, Boulder : AAAS.
4. Robert Hefner (2009), The Great Energy Transition, Hoboken, HJ Willey.
5. Vaclav Smil (2017) Energy Transitions : Global et National Perspectives, Second edition, Praeger.
6. Peter Lund (2006) Market Penetration Rates o Nex Energy, Energy Policy, 34 : 317-26.
7. Benjamin K. Sovacool (2017), The History and Politics of Energy Transitions, in The Political Economy of Clean Energy Transitions, Oxford University Press, (www.oxfordscholarship.com).
8. Jeremy Rifkin (2011), The Third Industrial Revolution: How Lateral Power Is Transforming Energy, the Economy, and the World, Palgrave Macmillan.
9. Robert Fouquet (2010), The Slow Search for Solutions: Lessons from Historical Energy Transitions by Sector and Service, Energy Policy, 38(11): 6586-96.
10. Robert J. Gordon (2000), Does the New Economy Measure up to the Great Inventions of the Past?, Journal of Economic Perspectives 14 (Vol. 14, N°4).
11. Robert J. Gordon (2012), Is US Economic Growth over ? Faltering Innovation Confronts the six Headwinds, CEPR, Policy Insight N°63.
12. IEA, IRENA, World Bank and WHO (2018), The Energy Progress Report, (https://trackingsdg7.esmap.org/).
13. Harold Hotelling, « The economics of exhaustible resources », The Journal of Political Economy, 1931, 39, p. 137-175.
14. Roger Fouquet & Peter J.G. Pearson (2012), The Long Run Demand for Lighting: Elasticities and Rebound Effects in Different Phases of Economic Development, Economics of Energy & Environmental Policy, Volume 1, Issue 1, P.85.
15. Angus Maddison (2001), The World Economy : A Millennial Perspective, OCDE.
16. Jean Fourastier (1979), Les trente glorieuses : ou la révolution invisible de 1946 à 1975, Fayard.
17. Jonh R. McNeil (2010), Du nouveau sous le soleil : une histoire de l’environnement mondial au XX° siècle, Trad., Seuil, P.6.
18. UNFCCC (2015), Accord de Paris, article 4,1 (https://unfccc.int/sites/default/files/english_paris_agreement.pdf
19. Pour une présentation détaillée des méthodes de comptabilisation des approvisionnements électriques en énergie primaire, se référer à l’article de Mathieu Ecoiffier, « Une analyse de la baisse des émissions de CO₂ dues à la combustion d’énergie en France depuis 1990 », INSEE, décembre 2017. Une discussion des implications de ses méthodes sur la construction des bilans énergétiques ainsi que le point de vue de Marcel Boiteux sont donnés dans l’ouvrage de Jean-Pierre Hansen et Jacques Percebois, « Energie : économie et politiques », De Boeck 2015.

Rédigé par DE PERTHUIS Christian, SOLIER Boris

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