La difficile équation énergétique

article paru dans La Vie de la recherche scientifique n°391 2012 oct./nov./décembre

Quitter ses mauvaises habitudes n’est pas chose aisée. Le modèle économique international, dépendant à plus de 80 % des combustibles fossiles et en fin de cycle, doit pourtant opérer sa mue. Des changements cruciaux pour impulser une nouvelle croissance reposant sur les énergies propres.

Depuis le début de l’humanité, la question énergétique a toujours eu une place prégnante dans les changements civilisationnels, que cela soit dans la dimension de sa maîtrise ou de son usage : domestication du feu au paléolithique, début de la métallurgie (âges du cuivre, du bronze, du fer), invention de la machine à vapeur, expansion de l’électricité…

L’énergie est le dénominateur commun à tous les biens (1), notamment à travers leur production qui nécessite au minimum de l’énergie mécanique, de l’activité économique et un travail de transformation. Ce processus a été démultiplié grâce à l’usage d’énergies primaires, qu’elles soient sous forme de stocks puisés dans la croûte terrestre (pétrole, gaz, charbon, uranium…) ou sous forme de flux (bois, biomasse, solaire, éolien, hydraulique…) et de machines, optimisant les rendements énergétiques. La production doit ainsi tenir compte des lois de la physique et en particulier de la thermodynamique, comme l’a montré en premier Carnot en 1824.

L’énergie étant la mesure unifiée des différents types de mouvements (cinétiques ou potentiels), toute activité économique de transformation est soumise à la fois aux principes de conservation et d’entropie. Au début, l’être humain a exploité sa propre force et consommé l’énergie stockée dans les animaux qu’il chassait et les fruits qu’il cueillait, puis il a utilisé le sol comme capteur et convertisseur d’énergie.

Avec l’industrie, il a transformé la matière, notamment au moment des révolutions industrielles où l’exploitation des énergies fossiles, associée à celle du travail humain, a permis une croissance exponentielle des productions matérielles.

Mais cette croissance exponentielle bute aujourd’hui sur l’équation énergétique: le stock d’énergies fossiles s’épuise ; leur combustion provoque l’émission de CO2, modifiant le climat ; la production d’énergie nucléaire engendre des déchets dont la durée de radioactivité dépasse l’espérance de vie d’une civilisation et dont la dangerosité est extrême. Désormais, il faudrait une transition énergétique et une décarbonisation de l’économie pour que le système n’implose pas.

Réduction des gaz à effet de serre (GES)

En 2006, le rapport Stern a montré la nécessité de changer de modèle économique d’ici 2050 pour atténuer les effets du changement climatique. À défaut de quoi nous risquerions une récession allant jusqu’à 25 % du PIB mondial. Les bénéfices d’une action forte et rapide dépasseraient largement les coûts, mais tout retard entraînerait une hausse plus que proportionnelle de ceux-ci, à cause de l’irréversibilité de certains effets et de l’inertie des phénomènes thermodynamiques.

Le quatrième rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) de 2007 a montré que le niveau actuel du stock de GES dans l’atmosphère est d’environ 430 parties par million (ppm) équivalent CO2, contre seulement 300 ppm avant la révolution industrielle (2). Ce niveau de concentration a d’ores et déjà provoqué un réchauffement de plus d’un demi-degré Celsius et enclenchera une hausse supplémentaire d’au moins un autre demi-degré au cours des prochaines décennies. Le dernier rapport du GIEC a réévalué négativement l’impact des GES (3).

Pour mieux comprendre l’enjeu, nous pouvons utiliser les identités de Kaya ou d’Ehrlich qui décomposent l’émission des GES selon le contenu carbone du modèle énergétique (GES/Tonne Équivalent Pétrole), l’intensité énergétique du modèle de croissance (TEP/PIB), le niveau de vie moyen de la population (PIB par habitant) et le nombre d’habitants sur la planète. La population mondiale devrait augmenter de 50 % par rapport à 2000 et atteindre 9 milliards d’habitants en 2050. Le GIEC recommande à cet effet une division par trois des GES pour éviter un emballement climatique. Ces deux paramètres fixés, nous pouvons calculer les objectifs nécessaires d’intensité pour une croissance moyenne de 2 % permettant de réduire les inégalités (cf. tableau).

Entre 2000 et 2010, malgré une croissance faible par habitant (0,24 % par an), les GES se sont fortement intensifiés (40 %), bien plus que la population (17 %), car il n’y a pas eu d’amélioration de l’intensité carbone et énergétique. Pour 2050, l’effort à faire nécessite des niveaux de performances technologiques élevés afin de rattraper le retard pris au début du XXIe siècle (réduction de 77 % du contenu en CO2 de l’énergie produite et de 64 % de l’intensité énergétique).

Dans le cas contraire, nous entrerons dans une ère incertaine de dérèglements climatiques qui causeraient mécaniquement une baisse de la croissance, voire dans le pire des cas de la population (sécheresses, inondations, maladies tropicales, guerres…).

Promotion des énergies renouvelables

Les résultats précédents montrent l’importance de sortir de la dépendance des énergies fossiles carbonées. Il faut développer un modèle énergétique qui opère un découplage entre la croissance monétaire, la quantité de GES émise et celle d’énergie consommée. Le GIEC a rédigé en 2011 un Rapport spécial sur les sources d’énergie renouvelable et l’atténuation du changement climatique (4) dans lequel il présente les alternatives. Les scénarios évalués permettent une réduction d’environ un tiers des émissions de GES et un maintien des concentrations de GES à hauteur de 450 ppm. Aujourd’hui, le potentiel des énergies renouvelables est de moins de 2,5 % dans le monde mais les investissements nécessaires varient entre 1 360 et 5100 milliards de dollars d’ici à 2020, et de 1 490 à 7180 milliards de dollars pour la décennie 2021-2030.

Six sources d’énergie renouvelable sont envisagées (biomasse, solaire, géothermie, hydraulique, éolien et énergie marine). La plupart des prévisions estiment qu’à l’horizon 2050 la contribution des énergies renouvelables à une offre énergétique sobre en carbone sera supérieure à celle de l’énergie nucléaire ou des combustibles fossiles qui font appel au stockage du carbone. Le seul fait de passer de la production d’électricité d’origine thermique à la production d’origine renouvelable non thermique diviserait déjà par trois la consommation d’énergie primaire.

Par ailleurs, une amélioration de l’intensité énergétique ne suffit pas d’après le paradoxe de Jevons. Ce dernier a montré en 1865 que l’introduction de technologies plus efficaces pouvait augmenter la consommation totale d’énergie et que la consommation anglaise de charbon avait subi un fort essor après l’invention de la machine à vapeur. En résumé, les innovations ont fait du charbon une source d’énergie plus rentable, ce qui a conduit à généraliser l’emploi de cette machine. La consommation totale de charbon a ainsi augmenté même lorsque la quantité de charbon utilisée par usine diminuait.

Crépuscule d’un modèle révolu

Au-delà de la question du risque, le nucléaire est une énergie coûteuse. L’accident de Fukushima a obligé à réévaluer la sécurité et le coût du nucléaire (5). Le montant total de construction des 58 réacteurs français s’est élevé à 121 milliards d’euros. Contrairement à toutes les technologies, le coût de construction par mégawatt a progressé avec le temps, sans bénéficier d’économie d’échelle. Il est passé de 1,07 milliards d’euros en 1978 avec Fessenheim à 3,7 milliards avec Flamanville.

Les dépenses de démantèlement ne sont pas connues avec certitude faute d’expériences nationales ou internationales. Le coût doit aussi inclure celui du renouvellement du parc. La Cour des comptes a critiqué en 2005 l’insuffisance des provisions pour le démantèlement d’EDF (23,5 milliards d’euros). Même la banque suisse UBS déconseille d’investir dans de nouvelles centrales.

Cette énergie est non rentable si on inclut les subventions, les frais sous-estimés des arrêts, les rénovations de l’équipement, le démantèlement, l’évacuation des déchets et leur stockage ultime (7 milliards par centrale pour des délais très longs). Pour retarder l’investissement à venir, EDF préfère allonger la durée de vie des réacteurs pour un coût qu’elle évalue à 1milliard d’euros, mais cela veut dire prolonger des structures prévues pour trente ans. Et l’Autorité de sécurité nucléaire est, elle, de plus en plus critique.

Quelles mesures appliquées ?

L’équation énergétique va être difficile à résoudre dans un contexte de contrainte budgétaire, surtout en France, très dépendante du nucléaire. Plusieurs choix (négaWatt 2011 (6), Afterres2050) sont envisagés. Tous sont basés sur un triptyque de solutions : réduction de la consommation (sobriété), efficacité des techniques, développement des énergies renouvelables.

Aujourd’hui, la consommation énergétique finale de la France se répartit entre l’industrie (21%), les transports (30 %), le bâtiment résidentiel (30 %) et tertiaire (16 %), et l’agriculture (3 %). La rénovation thermique des bâtiments est le premier pilier de la transition : il faut d’abord améliorer l’efficacité de l’isolation (choix des matériaux, orientation des bâtiments).

La consommation énergétique, issue soit de l’énergie primaire de stock, soit de l’électricité produite à partir de l’énergie primaire, doit aussi être remplacée par de l’énergie primaire de flux, d’où le deuxième pilier : augmenter la production d’énergie renouvelable.

Le troisième pilier s’appuie sur la sobriété énergétique. Il faut réduire la consommation tant de l’énergie primaire de stock que de l’électricité, et revoir les schémas et les formes de mobilité. Un quatrième pilier est le développement des réseaux de transport, de distribution et de stockage car le nouveau modèle énergétique est un modèle décentralisé et diversifié qui assure la complémentarité des réseaux électriques et de chaleur à toutes les échelles géographiques. La production énergétique demande en effet de s’adapter aux spécificités de chaque territoire en incluant l’urbanisme et la production industrielle. Le cinquième pilier est enfin l’agriculture, développée avec le premier programme agricole, alimentaire et foncier pour la France : Afterres2050 (7). Il tient compte des modalités
d’occupation de l’espace agricole, de tous nos besoins (aliments, énergie, matériaux) pour les ajuster aux potentialités écologiques des systèmes agricoles et forestiers, de la complexité du cycle carbone et des autres GES comme le méthane.

La transition énergétique conditionne un nouveau modèle économique, basé sur une économie circulaire. Le système productif doit être totalement intégré à son environnement avec le recyclage prioritaire des matériaux et s’appuyer sur des valeurs de fonctionnalité. Il faut que la possession d’un bien importe moins que son usage et tout simplement proscrire l’obsolescence programmée des produits.


1. R. Passet, L’économique et le vivant. Economica, 1996, p. 124 et suivantes.
2. Tous les GES sont transformés en équivalent CO2 en fonction de leur impact sur l’effet de serre.
3. www.ipcc.ch/home_languages_main_french.shtml
4. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/03/srren_report_fr-1.pdf
5. Voir le rapport de la Cour des comptes, Les coûts de la filière électronucléaire. Janvier 2012.
6. www.negawatt.org/
7. Afterres2050 a été développé par Solagro


Pour aller plus loin : www.global-chance.org
Scénario ADEME, Contribution de l’ADEME à l’élaboration de visions énergétiques 2030-2050,
www.energivie.info
Scénario RAC-CIRED, Élaboration d’un scénario bas carbone pour la France

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