L’homme et l’énergie, des amants terribles

Un peu d’histoire

Comme tous les êtres vivants présents à la surface de la planète, l’homme ne pourrait pas vivre sans énergie. Les plantes ont besoin de l’énergie du Soleil (ou d’une autre source si elles ne sont pas chlorophylliennes) pour croître et subsister, et tous les animaux ont besoin d’énergie pour se mouvoir ou se développer. Pendant très longtemps, jusqu’à la domestication du feu il y a environ 500 000 ans, la seule énergie disponible pour notre espèce a été celle de notre propre corps, lequel fournit (pour l’Homo Sapiens Sapiens actuel) de 100 watts au repos (pour le métabolisme de base) à près d’un kilowatt pendant un effort intense. Conjuguée à une population qui était alors de l’ordre du million d’individus tout au plus, la puissance cumulée de l’humanité ne présentait assurément pas une menace pour l’environnement.

Nous sommes aujourd’hui 6 milliards d’hommes, disposant chacun, en permanence, d’une puissance moyenne de l’ordre de 2,5 kilowatts. Dit autrement, chaque habitant de la planète dispose, en permanence, de l’équivalent de 10 esclaves à sa disposition, si nous considérons que la puissance unitaire moyenne d’un esclave au travail est de 250 watts (même un esclave dort, et il ne peut pas être en permanence en train de fournir 500 watts, ce qui correspond à un pédalage intense à vélo !). Ces esclaves des temps modernes s’appellent le chauffage central, les moteurs électriques et thermiques, les ampoules (voir graphique ci-contre)…

Bien sûr cet  » équivalent esclave  » devient particulièrement élevé pour les pays développés : un Français dispose ainsi de 20  » équivalent esclave  » pour satisfaire ses  » besoins  » modernes, et un Américain ou un Canadien montera jusqu’à 50.

C’est dire que depuis les temps préhistoriques, non seulement notre population a été multipliée par un facteur mille (figure 2), mais en outre la consommation unitaire d’énergie par individu a été multipliée par un facteur 10 à 20.

Or notre consommation d’énergie ne représente rien d’autre que notre aptitude à changer le monde qui nous entoure : l’énergie, c’est ce qui nous permet de créer du chaud à la place du froid (ou inversement), de déplacer des objets ou des personnes là où ils ne pourraient être autrement, ou encore de modifier la structure de la matière. Et si toutes les espèces perturbent peu ou prou leur voisinage dans le cadre de leur existence (en consommant des proies, en creusant un terrier…), c’est le changement d’ordre de grandeur propre à l’espèce humaine qui est désormais la source de bien des préoccupations.

C’est aux alentours de – 500 000 ans que nous avons quitté le destin commun des autres êtres vivants en domestiquant le feu, cette étape ayant marqué le début de la longue évolution qui allait nous amener à devenir des homo industrialis. Un demi-million d’années plus tard, la combustion du bois représente toujours une part significative de l’énergie pour une large fraction de l’humanité (voir figure 3). Le développement de l’agriculture a été l’occasion de l’appropriation d’une deuxième source d’énergie, elle aussi renouvelable : celle du métabolisme des animaux de trait, avec la domestication du cheval et de la vache (un âne attelé développe quelques centaines de watts), aux alentours de 5 000 ans avant notre ère, et cette énergie-là est aussi toujours répandue dans le monde.

Les autres énergies renouvelables sont aussi connues et exploitées depuis l’Antiquité : le vent a servi à propulser les premiers bateaux à voiles (il y a 5 000 ans environ), avant de faire tourner des moulins, ancêtres des éoliennes modernes ; la force mécanique de l’eau est utilisée pour moudre le grain depuis le début de l’ère chrétienne, et tout le monde a en mémoire les prouesses d’Archimède avec l’énergie solaire. Mais ce qui peut sembler surprenant, c’est que même le pétrole et le charbon sont connus depuis l’Antiquité : on trouve de multiples témoignages de l’emploi du pétrole dans la civilisation mésopotamienne, plusieurs milliers d’années avant notre ère, et des traces de l’utilisation du charbon par les Chinois il y a 3 000 ans environ.

Quelles énergies consommons-nous aujourd’hui ?

Notre consommation énergétique est actuellement très largement dominée par les hydrocarbures, qui fournissent plus des trois quarts de l’approvisionnement mondial en énergie primaire (figure 3).

Cette domination des hydrocarbures, en incluant le charbon (qui est un hydrocarbure solide, puisque essentiellement composé de carbone et d’hydrogène), est suffisamment ancienne, à l’échelle d’une vie humaine, pour que nous ayons l’impression qu’un monde sans pétrole correspond déjà à l’âge des cavernes (et donc qu’il est impossible de vivre sans), mais en fait très récente à l’échelle des temps historiques (figure 4).

Contrairement à une idée largement répandue, le charbon n’est pas une énergie du passé : servant à faire de l’électricité pour environ les 2/3 de sa production, son usage va croissant, l’électricité étant la seule forme d’énergie finale qui augmente à peu près à la même vitesse que le PNB.

Les énergies renouvelables hors bois (lequel n’est que partiellement  » renouvelable « , puisqu’une partie du bois de feu consommé dans le monde correspond à de la déforestation) sont essentiellement constituées par l’hydroélectricité et, dans une moindre mesure, la géothermie (figure 5).

Toutes les énergies, à des degrés divers, nous rendent dépendants de stocks existants. Même l’énergie solaire, et ses multiples dérivés (bois, solaire thermique et photovoltaïque, hydroélectricité, vent), nous rend tributaires d’un stock : celui de noyaux fusibles disponibles dans le Soleil ! Le problème de la finitude du stock ne se pose cependant pas avec la même acuité pour toutes les formes d’énergie, loin s’en faut, et il restera des noyaux libres dans le Soleil bien après que notre espèce ait disparu de la surface de la planète. Pour notre malheur, cependant, plus l’énergie est importante dans l’approvisionnement actuel, et plus le stock, exprimé en multiple de la consommation actuelle, est faible (tableau 1).

Malgré ce qui précède, il est néanmoins possible d’identifier au moins deux défis que les habitants de cette planète auront à relever en matière d’énergie au cours du siècle qui s’ouvre, en ce sens que si une solution volontaire n’y est pas apportée, ce sont très probablement des forces de rappel indépendantes de notre volonté qui s’exerceront pour régler la question  » à notre place « , et vraisemblablement de manière plus désagréable que si nous le faisons volontairement. La première situation qui à l’évidence n’est pas  » durable  » est de conserver aussi longtemps qu’il nous plaira un recours aux hydrocarbures (charbon, gaz et pétrole, qui font aujourd’hui 85 % de notre approvisionnement, cf. plus haut) égal ou supérieur à ce qu’il est aujourd’hui, puisque ceux-ci sont épuisables. Si nous oublions temporairement la contrainte climatique, de quelles échéances parlons-nous ?

Les réserves, c’est-à-dire les quantités de combustibles que les opérateurs considèrent pouvoir extraire du sol, aux conditions techniques et économiques du moment ou d’un futur proche², totalisent actuellement 800 milliards de tep (voir tableau 1), mais il existe aussi des réserves  » supposées « , c’est-à-dire des ressources dont l’existence est déjà connue, ou supposée avec une bonne probabilité de découverte future (qualifiées de  » restant à découvrir « ), et dont les opérateurs pourront probablement extraire  » plus tard  » une fraction déjà cernée en ordre de grandeur, quand les techniques auront progressé ou le prix monté. Ces réserves supposées représentent environ 3 200 milliards de tep, et contiennent surtout du charbon (pour environ 3 000 milliards de tep).

Toutefois, par la magie des exponentielles, avec 2 % de croissance par an de la consommation de combustibles fossiles (prolongation de la croissance de la consommation sur les trente dernières années), nous épuiserions toutes les réserves connues en cinquante ans (charbon compris, voir tableau 1) et toutes les réserves supposées en un siècle (courbe ci-dessous).

Une telle évolution est bien entendu impossible, car une consommation de ressources non renouvelables ne va jamais sans cesse croissant pour devenir brutalement nulle, mais ce petit exercice permet au moins de déboucher sur une conclusion simple : au vu des données publiées disponibles, qui n’ont pas beaucoup changé sur les trente dernières années, il semble difficile d’envisager une croissance continue de la consommation d’énergie fossile qui perdure plus de quelques décennies à partir de maintenant. Les opérateurs pétroliers, par exemple, qui fournissent actuellement la fraction la plus importante de la consommation mondiale d’énergie (et accessoirement la moins chère à produire et la plus commode d’emploi, deux choses que l’on oublie souvent !) annoncent depuis peu que la production de pétrole culminera aux alentours de 2020, pour inexorablement décliner ensuite, à cause du montant nécessairement fini de pétrole extractible.

La deuxième évolution qui ne peut probablement pas être prolongée très longtemps sans quelques petits ennuis concerne les émissions de gaz à effet de serre.

La prolongation des tendances concernant nos émissions de CO₂ (ce qui, incidemment, signifie aussi de prolonger les tendances en ce qui concerne les combustibles fossiles) pourrait donc conduire à une élévation de température moyenne de la planète de quelques degrés en un siècle³. Quelques degrés de différence sur la température planétaire, c’est l’ordre de grandeur de ce qui sépare le dernier maximum glaciaire, alors qu’il y avait 3 km de glace sur l’Angleterre et la steppe boréale en France, de la période  » chaude  » actuelle. À la sortie d’un âge glaciaire, ces quelques degrés de température moyenne sont pris en dix mille ans. L’évolution que nous avons mise en route pourrait conduire à un changement du même ordre en un ou deux siècle(s), ce qui représenterait un bouleversement que l’on peut estimer difficilement compatible avec un confort de vie important à la surface de la planète, voire avec la survie d’une fraction notable de l’humanité. Pour arrêter d’enrichir l’atmosphère en CO₂, qui est le principal gaz à effet de serre d’origine humaine, il faut diviser les émissions planétaires par 2 au moins, et si nous supposons dans le même temps qu’il subsiste 6 milliards d’individus à la surface de la planète, et que les  » modes de vie  » convergent, cela signifie une division par 4 à 5 en France, et par plus de 10 aux USA (figure 8).

Chercher à prolonger la croissance de la consommation d’énergie fossile  » tant que ça passe  » pourrait donc nous amener assez vite dans une zone ou  » ça ne passe plus « , soit pour des raisons de ressources, soit pour des raisons climatiques ; un subtil mélange des deux est bien entendu possible. S’il est donc impossible de décrire avec précision à quoi ressemblerait un monde qui permettrait de marier, pour la nuit des temps, une humanité de quelques milliards d’individus avec un approvisionnement énergétique significatif, il y a au moins une conclusion pratique à tirer, pour nous autres ingénieurs, si nous voulons  » durer  » un tant soit peu : il convient de  » décarboner  » assez rapidement l’essentiel de notre consommation d’énergie, ce qui requiert de faire appel, dans des proportions qui ne peuvent relever que du  » choix citoyen « , à la baisse de la consommation d’énergie, aux énergies renouvelables (sachant que les potentiels sont très variables), à la séquestration des émissions de CO₂, et au nucléaire, et l’ensemble de tout cela s’entend bien sûr au niveau mondial comme individuel.

Un rapport sur les technologies de l’énergie récemment rendu aux ministres de l’Économie, de l’Environnement et de la Recherche, rédigé par un groupe présidé par Thierry Chambolle, contient cette éloquente citation :  » Pour cesser, à l’horizon 2050, d’augmenter la concentration de gaz carbonique présent dans l’atmosphère, il faudrait diviser par deux nos émissions actuelles au niveau planétaire et donc les diviser par un facteur 3 à 5 dans les pays développés. [Cet objectif] représente pour les différents secteurs producteurs ou consommateurs d’énergie, pour les entreprises comme pour les citoyens un défi considérable, dont ni l’opinion publique, ni les acteurs économiques, à quelques exceptions près, n’ont réellement pris la mesure à ce jour.  »

Participer à construire un avenir énergétique durable (plus de quelques décennies s’entend !) devrait donc logiquement séduire tout jeune ingénieur qui aurait le goût de l’exploit, car, en comparaison de ce que cela signifie de relever un tel défi, l’envoi de quelques astronautes sur la Lune, la plongée d’un bathyscaphe dans la Fosse des Mariannes, ou la constitution d’un champion planétaire de l’aéronautique étaient assurément d’aimables plaisanteries.

_______________________________________
1. La corruption, signe d’un État faible, va souvent de pair avec des dégradations environnementales importantes.
2. Voir article de Babusiaux et Coiffard dans La Jaune et la Rouge de mai 2000 ;
www.x-environnement.org/Jaune_Rouge/JR00
3. La Jaune et La Rouge de mai 2000 se basait sur le rapport 1995 de l’IPCC, avec des simulations d’élévation de la température en 2100 dont la borne supérieure était de 3,5 °C. Le rapport IPCC de 2001 est plus pessimiste, et les simulations climatiques les plus récentes, couplant le climat avec le cycle du carbone de la végétation continentale – qui n’était qu’esquissées dans le rapport 2001 – plus pessimistes encore. Le haut de la fourchette dépasse maintenant les 8 °C en un siècle.

---

Articles similaires :

Quelles solutions pour un nucléaire durable? Ouverture des marchés de l’électricité : pourquoi ? comment ? quelles conséquences pour l’environnement ? Électricité et énergies renouvelables : jusqu’où le réseau électrique actuel peut-il gérer des sources décentralisées? L’hydrogène, vecteur énergétique de l’avenir? L’énergie dans les pays en développement : le scénario de l’AIE