La transition énergétique, une sortie par le haut

En vue de la COP-26 qui doit avoir lieu au mois de novembre prochain à Glasgow, le Président américain, Joe Biden, a organisé, le jeudi 22 avril dernier, un sommet réunissant les dirigeants des principales économiques mondiales. Ce sommet vise à souligner le retour à part entière des Etats-Unis dans les Accords de Paris et la volonté de ce pays de participer activement à la décarbonation des activités humaines. Les Etats signataires des accords de Paris ont pris l’engagement de limiter la hausse de la température à 1,5 degré avec une neutralité mondiale d’ici la fin du siècle, sachant que les pays riches doivent l’atteindre d’ici 2050.

Dans cette bataille, l’implication des Etats-Unis est jugée indispensable du fait du rôle de ce pays au sein du concert des nations et de son empreinte environnementale élevée. Avec 4 % de la population mondiale, les Etats-Unis contribuent à près de 15 % des émissions mondiales, plaçant le pays à la deuxième place des plus importants émetteurs de de gaz à effet de serre au monde derrière la Chine. Washington entend réduire de 50 % les émissions américaines en 2030, comparé à celles de 2005. Pour l’Accord de Paris en 2015, l’administration Obama s’était alors engagée à réduire les émissions américaines de 26 à 28 % à l’horizon 2025. En 2018, les émissions avaient diminué de 10,2 % comparées à 2005. Joe Biden s’est engagé pendant la campagne présidentielle à atteindre la neutralité carbone en 2050 et à décarboner totalement la production d’électricité d’ici 2035. L’Union européenne a annoncé son intention de réduire ses émissions de 55 % d’ici à 2030 (comparé à 1990). Le respect de la neutralité carbone en 2050 suppose la suppression de la consommation de charbon, la réduction de 85 % de celle de pétrole et de 55 % de celle de gaz naturel. De 1990 à 2020, sur le plan énergétique, la zone euro a réduit sa consommation de charbon de 60 % et celle de pétrole de 5 %. En revanche, la consommation de gaz a augmenté de 55 %. Sur la même période, la part de l’énergie renouvelable est passée de 1 à 11 % de l’énergie totale produite. Le Premier Ministre japonais, Yoshihide Suga, a relevé l’objectif de son pays avec une réduction des émissions de CO2 de 46 % d’ici 2030 par rapport à 2013. Initialement, la cible retenu était de 26 %. Il a, par ailleurs, indiqué que son pays essaierait de franchir la barre des 50 %. Le Premier Ministre canadien Justin Trudeau a décidé que la réduction des émissions de gaz à effet de serre d’ici dix ans baisserait de 40 à 45 % par rapport à leur niveau de 2005 (l’objectif initial était de 30 %). La Corée du Sud n’a pas fixé de nouveaux objectifs mais a souligné qu’elle ne financerait plus de centrales électriques à charbon à l’étranger. Ces différentes annonces ne suffiront pas à contenir l’augmentation de la température à 1,5 degré mais elles constituent en revanche une inflexion des pratiques gouvernementales des dernières années. Elles traduisent la volonté des pays riches de se battre pour respecter les accords de Paris. La Chine est placée sous pression des pays occidentaux. Pour le moment, le Président de Xi Jinping maintient les objectifs de neutralité carbone en 2060 fixés en 2020, le niveau maximum d’émissions étant prévu en 2030. Il a simplement fait savoir que son pays veut limiter la consommation de charbon dès 2025.

Selon l’édition 2021 du rapport « Fostering Effective Energy Transition », seulement treize pays respecteraient le calendrier de décarbonation de leur économie pour être en conformité avec les Accords de Paris. Les pays d’Europe du Nord sont les mieux placés avec en tête la Suède suivie de la Norvège et du Danemark. Le Royaume-Uni se classe 7^e et la France 9^e parmi les pays les plus avancés en matière de transition énergétique. L’Allemagne figure à la 18^e place. Les Etats-Unis sont bien plus loin en occupant la 24^e place.

Un travail de longue haleine

La crise sanitaire a révélé que la transition énergétique est un exercice complexe et coûteux. En effet, malgré le recul du PIB mondial de plus de 3 %, l’arrêt du transport aérien et la réduction de celui de véhicules terrestres, la réduction des émissions des gaz à effet de serre à l’échelle mondiale n’a été que 5 % en 2020. Deux à trois milliards de tonnes n’ont pas été émises mais 49 milliards l’ont été. La reprise attendue devrait effacer le gain de 2020. Elle pourrait avoir un effet contreproductif sur l’environnement provoquant une accélération des programmes de construction et de la consommation de biens en provenance de Chine.

La neutralité carbone à l’échelle planétaire est un enjeu qui apparaît impossible à atteindre pour de nombreux experts. Chaque année, les activités humaines rejettent 51 milliards de tonnes de gaz à effet de serre. Près d’un cinquième de ces émissions seront encore présentes dans 10 000 ans. Jusqu’au XVIII^e siècle, le cycle du carbone était un peu près à l’équilibre, les émissions étaient absorbées par la flore et les océans. Si les Etats limitaient leurs actions à une simple réduction de 50 % des émissions de gaz à effet de serre, la température continuerait à augmenter et pourrait dépasser l’objectif des 1,5/2 degrés affichés en 2015 à Paris. Compte tenu de l’évolution des émissions, d’ici 2050, la hausse devrait, selon les experts du GIEC, se situer entre 1,5 et 3 et entre 4 et 8 d’ici la fin du siècle, augmentation pouvant provoquer des enchainements environnementaux importants et difficilement évaluables. Depuis 1780, la température moyenne de la terre n’a augmenté que d’un degré. Une progression de plus de quatre degrés apparaît de ce fait difficile à modéliser de manière certaine. L’augmentation de la température ne sera pas uniforme. Elle sera plus importante au niveau des pôles entraînant la fonte des glaces, ce qui accélèrera le processus de réchauffement.

Le réchauffement est accusé de favoriser les tempêtes, l’assèchement de sols, les incendies de forêts, l’élévation du niveau des mers. Aux Etats-Unis, la fréquence des incendies a été multiplié par deux depuis 1970 malgré une surveillance accrue des massifs forestiers. La montée des eaux pourrait atteindre un mètre d’ici à 2100 mettant en danger de nombreuses grandes villes et des territoires fortement peuplés comme au Bangladesh. Ce pays pourrait perdre de 20 à 30 % de sa superficie. Les surfaces agricoles pourraient diminuer de près de 16 %. Si dans certaines régions le réchauffement pourrait améliorer les rendements agricoles (Russie par exemple), dans un très grand nombre de pays, l’effet sera inverse. En Europe du Sud, une baisse de 50 % de la production de céréales pourrait survenir. En Afrique subsaharienne comme en Chine, des millions d’hectares pourraient devenir incultivables. L’augmentation de la température a des conséquences exponentielles en raison des effets cumulatifs. Le changement climatique devrait aboutir à une augmentation de la mortalité selon Bill Gates, comparable à l’épidémie de covid-19.

Des besoins énergétiques croissants

La croissance économique repose sur la production et la consommation de l’énergie. Pour fabriquer (des maisons aux biens de consommation courant), pour se déplacer, pour se chauffer, pour communiquer, il faut de l’énergie. Toute la vie humaine tourne autour de cette notion. Un pays riche est celui où l’énergie est abondante et peu coûteuse. Avec la convergence des économies, Les besoins en énergie de la planète sont amenés à augmenter avec le passage de la population de 7,5 à 10 milliards d’habitants d’ici la fin du siècle. Au niveau mondial, plus d’un milliard de personnes dont la moitié vivent en Afrique n’ont pas accès à des sources d’énergie stables comme de l’électricité.

Actuellement 40 % des émissions de CO2 proviennent de 16 % des pays les plus riches. Le mode de vie des pays émergents et en développement convergent sur celui des pays avancés. La demande en énergie devrait augmenter de plus de 50 % d’ici 30 ans. La seule solution est de décarboner mais non pas espérer réduire réellement la production d’énergie. Pour la seule électricité, la demande devrait être multipliée par trois. L’électrification du parc automobile accélèrera cette progression.

Le système énergétique mondial, plus de 5000 milliards de dollars par an, devrait connaître une expansion importante d’ici la fin du siècle même si son efficience sera accrue. En 2019, 15 milliards de litres de pétrole sont consommés par jour. Ce produit coûte peu cher à produire et est relativement facile à transporter sur longue distance. Un litre de pétrole revient hors taxe à moins de 0,3 dollar quand un litre de soda coûte plus de deux fois plus.

La première source d’émission de gaz à effets de serre est la construction et la fabrication d’objets (31 %). Arrivent après la production d’électricité (27 %), la production agricole (26 %), les transports (16 %) et le chauffage (7 %). Les domaines les plus énergivores sont la construction (la fabrication du ciment en premier lieu), les déplacements, le chauffage (y compris la climatisation) et l’alimentation. Au cours des quarante prochaines années, chaque mois, l’équivalent de New York sera construit. D’ici 2060, le parc immobilier devrait doubler. Le parc d’automobiles mondial devrait passer de 1 à 3 milliards d’ici 2050. Les voitures sont responsables de la moitié des émissions de gaz à effet de serre du secteur des transports. Le ciment, le béton et l’acier sont responsables du tiers de toutes les émissions. Les Etats-Unis produisent 96 millions de tonnes de ciment par an. La Chine de son côté a utilisé autant de béton de 2000 à 2016 que les Etats-Unis durant tout le XXe siècle. Les matériaux de construction nécessitent pour leur fabrication de l’énergie en très grande quantité. En l’état actuel, les procédés permettant de décarboner leur production n’existent pas ou sont très coûteux. L’élevage est responsable de l’émission de méthane qui a un pouvoir de réchauffement 265 fois supérieur à celui du CO2. L’augmentation de la consommation de viande à l’échelle mondiale pose donc un véritable problème écologique. De 1957 à 2017, elle est passée, selon la FAO, de 67 à 323 millions de tonnes en 2017. Elle devrait augmenter de plus de 15 % par an d’ici 2030, 75 % de cette progression étant imputable aux pays émergents. La montée en puissance des classes moyennes au sein de ces pays et la poursuite de l’augmentation de la population portent cette consommation. Compte tenu de l’écart de prix entre la production d’électricité à partir du charbon et celle issues des énergies renouvelables, les pays pauvres n’ont guère d’autres choix actuellement d’opter pour la première solution avec comme risque de provoquer un réel emballement climatique.

La question sensible du changement de mix énergétique

Jusqu’à maintenant, les substitutions d’énergie ont toujours été très lente en raison des modifications d’infrastructures qu’elles imposent. Le pétrole a commencé à être réellement exploité en 1860. En 1910, il représente 10 % de l’énergie consommée. Ce taux atteint 25 % à la veille de la Seconde Guerre mondiale. En 1900, le gaz naturel assurait 1 % des besoins énergétiques de la planète. En 1970, ce taux 20 %. Le nucléaire a connu une progression plus rapide mais stagne depuis une vingtaine d’années. les substitutions se sont toujours réalisées au profit d’énergie plus abondantes, moins chères, plus faciles à transporter et plus puissantes. Les énergies fossiles ont une capacité à produire de l’énergie pour un coût faible et en nécessitant peu de surfaces. La densité énergétique des combustibles fossiles est 500 fois plus élevée que celle du solaire. Selon Bill Gates, le coût des énergies non émettrices de CO2 est au minimum deux fois plus élevé que celui des énergies fossiles.

Au niveau mondial, selon le Statistical Review of World Energy, les combustibles fossiles assurent les deux tiers de la production d’énergie électrique. Le seul charbon est à l’origine de 36 % de la production d’électricité. L’hydroélectricité représente 16 %, le nucléaire 11 % et les énergies renouvelables 10 %. En cent ans, le prix de l’électricité a été divisé par 200. Au sein des pays avancés, les dépenses d’électricité pèsent moins de 5 % du PIB ce qui est faible au regard de son rôle dans l’économie. De 2000 à 2018, la Chine a triplé sa production d’électricité à partir du charbon. Une décarbonation de l’électricité suppose la réalisation de nouvelle centrales électriques et l’adaptation des réseaux de distribution. Le surcoût est évalué à 20 % par kilowattheure vendu pour les pays pouvant compter sur d’importantes sources d’énergies renouvelables (hydroélectricité, solaire, éolien) et pouvant basculer une partie de leur production sur le nucléaire. A défaut, l’augmentation du prix peut dépasser 50 %. L’amélioration du rendement des énergies renouvelables constitue un défi. Un panneau solaire convertit en électricité au mieux 33 % l’énergie reçue par le solaire et leur prix a été divisé par dix entre 2010 et 2020.

Le problème intrinsèque des énergies renouvelables est leur intermittence qui oblige à la création de centrales de substitution ou à l’acquisition de batteries coûteuses. Le taux d’utilisation réelle des panneaux solaires ou des éoliennes varie selon leur lieu d’implantation entre 20 et 40 % quand une centrale nucléaire fonctionne 90 % du temps.  Compte du prix des batteries et de leur durée de vie, le stockage de l’électricité coûte deux fois celui de sa production. Des recherches sont en cours pour diviser par deux ou trois le prix des batteries et améliorer leur efficacité.

L’énergie nucléaire stagne depuis l’accident de Fukushima stagne au sein de la production énergétique. Le durcissement des normes de sécurité et la prise en compte des coûts de démantèlement des anciennes centrales ainsi que le problème récurrent des déchets ont entravé le développement de cette énergie. Les difficultés rencontrées par la France pour la construction des centrales de 3^e génération, les EPR, incitent certains acteurs de cette filière à privilégier des unités de plus petite taille. Les Etats-Unis comme la Russie se sont engagés dans cette voie. Les centrales nucléaires ont l’avantage de pas générer de gaz à effet de serre et sa construction nécessite par unité d’électricité moins de matériaux comme le ciment, le verre, l’acier ou le verre que les autres sources de production. En moyenne, les pertes humaines provoquées par les centrales nucléaires sont bien plus faibles que celles des autres types de centrale. Le nombre de morts par Twh est de 24,6 pour le charbon, 18,4pour le pétrole, 4,6 pour la biomasse, 2,8 pour le gaz et 0,07 pour le nucléaire. Le nombre de morts réduit pour cette dernière source d’énergie est imputable à la grande capacité de production des installations et aux mesures de sécurité drastique qui les entourent. Des études sont en cours pour construire des centrales créant moins de déchets radioactifs et moins coûteuses. Par ailleurs, les recherches sur la fusion nucléaire qui dispose d’un potentiel de production important sans générer peu de déchets radioactifs se poursuivent en particulier dans le cadre du projet ITER à Cadarache.

Le stockage de l’énergie est un véritable problème qui a nui pendant des années aux moteurs électriques. Son concurrent thermique avait l’avantage de pouvoir compter sur le fort pouvoir énergétique de l’essence ou du gas-oil qui peuvent être facilement transportés et stockés. Les batteries sont chères, lourdes, lentes à recharger et limitées en capacité de stockage. Elles sont, en outre polluantes à fabriquer et difficiles à recycler. L’espoir des chercheurs est de multiplier les capacités de stockage par trois ou quatre dans les prochaines années.

Le stockage des énergies renouvelables peut prendre la forme de pompage hydraulique permettant de remonter l’eau provenant des barrages. Dans les faits, ce pompage permet d’alimenter un pays comme les Etats-Unis pendant une heure par an. La réalisation de nouveaux barrages rencontre l’hostilité croissante des populations. Le stockage thermique est une autre solution de mise en réserve de l’énergie. Des recherches sont menées pour stocker de la chaleur dans du sel fondu.  

La captation du CO2 afin d’en réduire la présence dans l’atmosphère est une autre solution. Elle peut consister à son stockage au moment de son émission ou à sa captation après émission. L’enfouissement de ce gaz dans des galeries étanches pose des problèmes identiques à ceux des déchets radioactifs. Pour limiter ce désagrément, certains étudient la possibilité de valoriser le CO2. Les coûts de captage dépassent actuellement 200 dollars la tonne. Le coût global de captation serait de plus de 10 000 milliards de dollars sous réserve de pouvoir généraliser des techniques qui sont encore expérimentales. Leur large diffusion aboutirait à une réduction sensible du cout mais qui resterait néanmoins élevé. Pour le moment, les techniques de captation de masse ne sont pas encore opérantes. Il n’en demeure pas moins que comparé au coût de la tonne de CO2 émise sur l’économie, entre 2000 et 4000 dollars, le stockage du CO2 est promis à un bel avenir. Cette captation n’est actuellement possible qu’avec le CO2 ; en revanche, les autres gaz à effet de serre n’ont pas réussi à être emprisonnés.

L’hydrogène vert est aujourd’hui une voie qui fait l’objet de l’attention des pouvoirs publics. L’hydrogène offre l’avantage de permettre une production d’électricité en n’émettant que de l’eau. Il a un inconvénient, la production décarbonée d’hydrogène coûte chère. Elle exige de recourir à des matériaux pour l’électrolyse onéreux. Le prix de cette énergie est au moins quatre fois plus élevé que celui de l’essence.

La transition énergétique peut être punitive et signifie un profond nivellement par le bas des économies conduisant à des tensions politiques, sociales et géopolitiques. La limitation des moyens de transports, les surcoûts de construction des bâtiments, les prix croissants de l’énergie pourraient favoriser la réédition de mouvements de révolte tels que la France a connus avec les gilets jaunes. Les pays vertueux seront incités à multiplier des barrières douanières devenues environnementales, ce qui conduira à l’émergence d’un nouveau protectionnisme. Compte tenu des besoins en énergie dans les prochaines décennies, la solution passe par l’innovation, que ce soit au niveau de la production de l’énergie, des matériaux ou de la captation du CO2. Depuis la fin du XVIII^e siècle, la croissance a été tirée vers le haut par les gains de productivité, par les innovations. Face au défi du réchauffement, cette voie apparaît la seule envisageable.

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