Combien d'écolos faut-il pour changer une planète ? - Part.4/11 - Energies Fossiles : dépendance et monde fini

Energies Fossiles : dépendance et monde fini

a.      L’exploitation d’une ressource à stock fini

Pour bien cerner le problème que représentent les énergies fossiles, il faut commencer par les définir. En effet, ces énergies sont fossiles, ce qui veut dire qu’elles ont mis plusieurs millions d’années à être produites. Aux échelles de temps qui nous intéressent, on peut donc partir du principe que les stocks de ces énergies sont finis.

A partir de ce moment, l’exploitation de ces ressources ne peut avoir qu’un seul scénario : un début d’exploitation, où le stock est maximal, un maximum d’exploitation et une fin d’exploitation, où le stock restant est de zéro. Une exploitation croissante ou constante indéfiniment n’est pas possible, et le maximum d’exploitation est ce qu’on appelle « le pic » d’exploitation. Sachant cela, le bon sens et la théorie économique nous disent que la valeur de ces ressources finies ne peut que croitre avec le temps étant donné que leur rareté augmente.

Effectivement, cela paraît être enfantin, mais en faite pas du tout. Le modèle de Black & Scholes (1973) nous dit que le marché n’a pas de mémoire, que le prix de marché suit une évolution stochastique, c’est-à-dire aléatoire, que les prix passés n’influent pas les prix futurs, car sinon la tendance serait évidente et le prix « futur » serait le prix « d’aujourd’hui » et aurait dû être le prix « d’hier ». La variation du prix dans le temps se fait donc dans un intervalle compris entre moins l’écart type et plus l’écart type de façon aléatoire, c’est le « Random Walk ». Ensuite, les ressources fossiles ne sont pas encore rares, nous n’aurions par exemple extrait qu’entre un tiers et la moitié des réserves prouvés de pétrole et les estimations de BP (20) nous donnent encore 50 ans de réserves pour une consommation égale à celle de 2017, 50 ans également pour le gaz naturel et 130 ans pour le charbon, ou plutôt la houille.

La rupture de stock n’est donc pas pour demain et c’est précisément ce qui fait que le prix des ressources fossiles ne bouge que peut d’un jour sur l’autre et de façon aléatoire, il est rythmé par les annonces de découvertes, d’avancées technologiques, d’incidents et des statistiques de production et de consommation. Le prix des ressources à stocks finis présentes en grandes quantités est donc soumis à la psychologie des marchés (21), ce qui fait qu’il varie peut d’un jour sur l’autre mais est exposé à l’effet de « cascade d’informations ». Ce phénomène décrit la prise de position d’un investisseur qui se base sur les estimations de ses pairs et non sur la réalité de la valeur de l’actif, phénomène menant à des emballements de marché positifs, une bulle spéculative, ou négatifs, les crises. Durant une cascade d’informations, la fonction prix perd sa nature stochastique, les évènements passés influencent les évènements futurs, le marché a une mémoire et il devient une boucle de rétroaction. Hormis ces effets d’emballement, nous pouvons être sûr que dans le futur la volatilité du prix du pétrole va augmenter, les investisseurs et les politiques voyant l’échéance des stocks arriver et anticipant des scénarios plus extrêmes.

A côté de cela, les coûts d’extractions sont en hausse (20), ce qui se traduit par une baisse du taux EROEI (Energy Return On Energy Invested), même si la tendance a longtemps été amortie par les progrès techniques. C’est ce qui a permis l’extraction des sables bitumineux du Canada, connus depuis longtemps mais inexploités car trop dures à extraire et trop peu rentables. Mais le progrès technique se heurtera toujours à des contraintes irréductibles et croissantes dans le temps, ce qui fait que le taux EROEI global, aussi appelé coefficient d’efficacité énergétique, baissera inexorablement, par la diminution du taux EROEI sur les ressources majoritairement utilisées ou par la part grandissante des ressources plus difficiles à extraire, et donc avec un taux EROEI plus bas, processus déjà en cours par ailleurs.

Source : Jean-Marc Jancovici.

Nous faisons ici l’emphase sur les énergies fossiles mais cette problématique est valable pour toutes les ressources non renouvelables comme l’or, le coltan ou le lithium. Les différents « pics » et la baisse des taux EROEI sont une fin certaine. C’est ce qui pose également problème lorsque l’on parle d’énergies renouvelables puisque dans la majeure partie des cas les instruments utilisés pour extraire ces énergies « vertes » sont composés de ressources fossiles et les énergies renouvelables ne le sont donc pas dans l’absolu. Pour faire une liste non exhaustive des énergies renouvelables nous avons le solaire photovoltaïque, l’éolien, l’hydraulique, les énergies marines, les bio-essence-diesel-gaz, les déchets, le bois, les pompes à chaleur, le solaire thermique et la géothermie. Dans la majorité des cas, l’énergie finale recherchée est l’électricité et la méthode utilisée pour la conversion requiert, dans la majorité des cas également, des métaux rares, comme du néodyme pour les aimants, qu’il faut extraire, raffiner, transformer. La création des convertisseurs est donc émettrice de CO2, à coût fixe, et il faut amortir ce coup sur la durée de vie du convertisseur, en l’allongeant au maximum.

Ensuite, la non-pilotabilité de ces énergies fait que plus elles produiront d’électricité, plus le prix de l’électricité va baisser, voir devenir négatif, car le réseau ne pourra pas l’absorber.

Source : Jean-Marc Jancovici.

            Comme nous le voyons sur ce graphique, une production faible est rentable car elle ne sature pas le marché, tandis qu’une production trop forte sature le réseau et l’électricité est perdue. Ce graphique ne prend pas en compte la possibilité d’exportation du surplus, ce qui est le cas. A l’échelle d’un pays, il faudrait donc alterner entre une énergie pilotable et une non-pilotable afin de garder un prix suffisamment élevé. Le problème est que les sources d’énergies pilotables fonctionnent en réalité en quasi-continue. Une centrale nucléaire ou a charbon ne s’arrête quasiment jamais, du fait de l’inertie, et il faut un apport supplémentaire d’énergie pour l’arrêter, même si pour le nucléaire haut de gamme il est possible de faire du suivi de charges, autrement dit de baisser la puissance du réacteur. Lorsque l’énergie non-pilotable s’ajoute dans la production, elle vient donc uniquement s’ajouter à l’énergie déjà produite en continue. La solution serait le stockage de l’électricité, permettant de stocker l’énergie produite en continue pendant que les énergies non-pilotables fonctionnent, et également de stocker les surplus de ces dernières. De plus, il n’y a pas de corrélation inverse entre les productions de pays différents au même moment, c’est-à-dire qu’au niveau européen la problématique reste la même qu’à l’échelle d’un pays avec soit une sous production soit une surproduction homogène, et non hétérogène et redistribuable. Pour le dire trivialement, quand il y du vent et du soleil en Espagne, il y en a aussi en Allemagne, l’exportation n’est donc pas possible et il est nécessaire pour un parc d’énergies renouvelables plus important de stocker la surproduction d’électricité.

            Mais l’électricité est difficilement stockable, du fait même de sa nature de flux physique, des électrons en mouvement. Pour la stocker, il faut la convertir en une autre forme d’énergie, les deux plus connus étant l’énergie potentielle mécanique, comme le pompage-turbinage, et l’énergie chimique, comme les batteries. Cet ajout de convertisseurs nécessaires fait donc grossir la facture tant au niveau des émissions de CO2 que des coûts fixes initiaux, et rend donc les énergies renouvelables bien plus chères.

Les énergies fossiles sont donc extrêmement plus rentables que les énergies renouvelables en termes de prix du Kilowattheure, plus faciles à transporter et pilotables, c’est-à-dire utilisable à la demande. Notre société s’est basée sur la pilotabilité de l’énergie, nous sommes passé des moulins au pétrole pour que toutes nos machines fonctionnent quand nous en avons besoin.

Une solution miracle souvent envisagée est l’hydrogène. Il est l’élément le plus abondant et le plus léger dans l’univers. On ne le trouve cependant presque pas sous sa forme pure sur Terre, mais il est synthétisable depuis la molécule recouvrant notre planète à 70% : l’eau. Aujourd’hui, l’hydrogène est synthétisé depuis le gaz naturel et produit comme déchet du CO2, il n’est donc pour l’instant pas du tout une énergie verte, mais le procédé de synthétisation à partir de l’eau, l’électrolyse, mobilise énormément de recherche et d’investissement, comme au Japon qui à investit 1.5 Mds de dollar entre 2013 et 2017. Un nouveau procédé baptisé rSOC et développé par le Commissariat à l’Energie Atomique français permettrait une électrolyse réversible et n’utiliserait comme métal rare que l’Indium. Là encore, l’énergie n’est pas verte à 100%. Une autre piste est la fusion nucléaire, là aussi à partir de l’hydrogène, qui offrirait des rendements en énergie bien supérieur à la fission. Mais que ce soit l’électrolyse ou la fusion nucléaire, les deux technologies ne sont pas encore au point. Le rSOC ou le projet ITER, le projet de fusion nucléaire situé dans les Bouches-du-Rhône, captent beaucoup d’investissement et d’enthousiasme et pourrait bien être des révolutions énergétiques. Cependant, le développement de ces technologies nécessite une stabilité de l’environnement politique, social et économique, une chose qui n’est pas garantie sur le moyen et le long terme. Ces technologies pourraient émerger avant 2030 ou être encore au stade de développement en 2100, et tant que ce « miracle technologique » ne se sera pas produit, nos émissions de CO2 continueront de dégrader l’environnement, portant atteinte aux conditions stables nécessaires à l’émergence de ces procédés.

Le passage de l’utilisation des énergies fossiles aux énergies renouvelables est un problème bien plus complexe que ce qu’il n’y parait. Les énergies fossiles sont disponibles en grandes quantités, nous n’aurions extrait qu’entre un tiers et la moitié du pétrole présent dans le sol, et sont surtout ridiculement abordables à la vue de la puissance qu’elles fournissent. De plus, les énergies fossiles sont ce qu’on appelle « pilotables », c’est-à-dire que l’on peut choisir quand les utiliser, et non être obligé de les utiliser quand elles sont disponibles à l’instar du vent ou de l’énergie solaire. Leur stockage est également d’une simplicité enfantine (baril de pétrole, bombonne de gaz et caisse de charbon) alors que les énergies alternatives produisent de l’électricité que l’on sait encore mal stocker à grande échelle.

b.     La civilisation du pétrole ?

Nous avons donc vu que les énergies fossiles sont plus rentables et plus faciles à utiliser que les énergies renouvelables ce qui explique pourquoi nous en sommes si friand. Une transition énergétique implique la construction d’un parc neuf d’énergies renouvelables et d’un parc de stockage, qui impliquent une émission de CO2 et des ressources rares nécessaires à cette construction. D’un autre côté, les énergies fossiles voient leur taux EROEI chuter et les marges sont donc mises sous pression. Ce phénomène ne fait pas monter les prix de ces énergies puisqu’ils en sont décorrélés, suivant au jour le jour une évolution stochastique mais les rendant également sujet aux emballements de marché. Nous avons donc une énergie « sale » dont le prix n’augmente pas et une énergie « propre » qui suppose un investissement initial très important et donc un prix de l’énergie plus élevé. Voilà une des raisons majeures pour expliquer pourquoi nous n’avons pas déjà fait notre transition énergétique, qui parait pourtant inévitable sur le long terme. Les énergies fossiles ont donc l’air d’être un cadeau divin, et c’est bien cela le problème. En effet, ces ressources sont si utiles que nous en sommes devenus complétement dépend. Maintenant que nous comprenons ce blocage structurel, voyons les ordres de grandeur auxquels ce blocage s’applique et éclaircissons notre dépendance aux énergies fossiles.

Pour commencer, voyons comment nous produisons et consommons l’énergie finale et primaire (22)(23)(24)(25)(26)(27).

La production énergétique mondiale (PEM) primaire est de 13 511 Milliards de tonnes d’équivalent pétrole (Mtep) en 2017, en augmentation de 16.6% par rapport à 2007. La consommation mondiale d’énergie finale (CME) est, elle, légèrement inférieure à 10 000 Mtep, soit une perte de 3 500 Mtep, environ 26%. Sur ces 10 000 Mtep, 19% sont de l’électricité et 3% de la chaleur, que l’on ne trouve pas à l’état naturel et qui provient donc de la transformation des énergies primaires, ce qui fournit une partie de l’explication des 26% de perte à causes de la seconde loi de la thermodynamique, en plus de celles liées au transport et au raffinage.

	PEM 2017 (Mtep)	Part Prod. (%)	CME 2016 (Mtep)	Part Conso. Sans Retraitement E.&C. (%)	Part Conso. Retraité (%)	Variation Prod. (2017 /2007) (%)	Variation Conso. Non-Retraitée (2016 /2005) (%)	Part Emissions CO2 (2015) (%)
Pétrole	4387	32.5	3908	41	41.7	+12.5	+13.45	34.6
Charbon	3767	27.9	1036	11	19.3	+15.5	+25.5	44.9
Gaz Naturel	3165	23.4	1440	15	20.7	+25	+20.8	19.9
Hydraulique	919	6.8	X	X	3.1	+32	X	0.6
Nucléaire	596	4.4	X	X	2	-4	X
Eolien	254	1.9	1095	11.5	13	+558	+14.54
Solaire	100	0.7				+5600
Géothermie	133	1.0				+99
Biocarburant	84	0.6				+125
Electricité	X	X	1794	19	X	X	+37.89	X
Chaleur	X	X	283	3	X	X	+9.09	X
Total	13511	100	9555	100	100	+16.6	+19.44	100

Source : Agence Internationale de l’Energie.

Consommation d’énergie par personne dans le monde, source : Jean-Marc Jancovici

Les énergies fossiles représentent donc 83.8% de la PME et 81.7% de la CEM retraitée de l’électricité et de la chaleur. Intéressons-nous plus en détail aux différentes énergies primaires et à leurs utilisations (10)(20)(22)(23)(24)(25)(26)(27).

Le charbon est majoritairement utilisé pour produire de l’électricité et de la chaleur (62.1%), viennent ensuite l’industrie (22.2%) et la cokéfaction pour la sidérurgie (8%), et pour finir les usages résidentiels, c’est-à-dire le chauffage en grande partie, (1.9%), la carbochimie (1.5%) et le reste. Le pétrole sert lui en grande partie aux transports, environ 65% en 2016, le reste servant à la fabrication du plastique, du bitume, des engrais et des pesticides, et pour finir de l’électricité. Le gaz naturel est, comme le charbon majoritairement utilisé pour créer de l’électricité et de la chaleur (41%), viennent ensuite l’industrie (17.7%), l’usage résidentielle (14.2%), l’industrie énergétique (9.8%), le tertiaire (6.2%), la chimie et l’agrochimie (5.6%) et enfin les transports (3.4%).

L’hydraulique, le nucléaire, l’éolien, le solaire photovoltaïque et l’ensemble géothermie, biomasse, etc., sont dédiés à la production d’électricité et de chaleur. En 2015, l’électricité est produite à 39.3% par le charbon, 22.9% par le gaz naturel, 16% par l’hydraulique, 10.6% par le nucléaire, 4.1% par le pétrole, et les 7.1% restant par les diverses énergies renouvelables. 40% de l’électricité mondiale sert dans le secteur de l’industrie, 30% dans l’usage résidentiel, 20% dans le secteur commercial et les 10% restant dans les transports et des utilisations non définies. L’électricité n’est donc pour l’instant pas une énergie propre, ce qui veut dire que transformer le parc de transport fonctionnant au pétrole en un parc fonctionnant à l’électricité ne fait que déplacer le problème, le surplus de demande en électricité devant être assumé par une augmentation de la production des usines à charbon et à gaz. La transition doit venir en amont, augmenter la capacité de production des énergies renouvelables afin de pouvoir proposer une électricité propre.

Voyons maintenant le détail de l’utilisation des énergies finales, non retraités de l’électricité et de la chaleur, dans les divers secteurs de l’économie mondiale.

L’industrie consommait en 2015 29% de l’énergie finale mondiale, 79% du charbon comme énergie finale qui est sa seconde source d’approvisionnement avec 30% ; 8% du pétrole comme énergie finale qui la quatrième source d’approvisionnement avec 11% ; 38% du gaz naturel comme énergie finale qui est sa troisième source d’approvisionnement avec 19.5% ; 18% de la chaleur qui est sa dernière source d’approvisionnement avec 7%, et 42% de l’électricité qui est sa première source d’approvisionnement avec 31.5%. Hormis la production d’électricité et de chaleur, le charbon est dépendant du secteur industriel pour sa demande. Le secteur, même si l’on parle de quelque chose de très large, a diversifié son approvisionnement en énergie et n’est donc pas vraiment dépendant d’une énergie en particulier.

Les transports consommaient en 2015 29% de l’énergie finale mondiale, 65% du pétrole comme énergie finale  qui est sa source d’approvisionnement majoritaire avec 92%, suivi de 7.2% de la chaleur qui est sa troisième source d’approvisionnement avec 2.8%, puis du gaz naturel comme énergie finale avec 7% d’accaparement et qui représente sa deuxième source d’approvisionnement avec 3.6%, et enfin 1.75% de l’électricité, avant dernière source d’approvisionnement après le charbon comme énergie finale, présent en quantité si minime que nous le négligerons ici, avec 1.3%. L’interdépendance entre le pétrole et le secteur des transports est un point non négligeable. Cela signifie qu’un ralentissement des échanges commerciaux ou du tourisme peut impacter fortement la demande de pétrole et que, à l’inverse, une hausse du prix du pétrole peut provoquer une impossibilité de mouvement pour les usagers, du quotidien ou du tourisme, et pour le commerce international.

Les secteurs non-énergétique comme la pétrochimie ou la transformation consommaient 9% de l’énergie finale mondiale, 16% du pétrole comme énergie finale dont ils dépendent à 73.5% et qui est leur première source d’approvisionnement, puis 11.5% du gaz naturel comme énergie finale qui est leur deuxième source d’approvisionnement avec 19% et enfin 6% du charbon comme énergie finale qui représentait 7% de la consommation de ces secteurs. La pétrochimie regroupe la fabrication du plastique et des engrais issus du pétrole nécessaire à l’agriculture industrielle. Une hausse du prix du pétrole peut donc mettre à mal ce secteur qui en est complètement dépendant, et par la même le secteur agricole et la vente de marchandises, dont un grand nombre sont fait de plastique.

Les secteurs divers regroupant le résidentiel, le commercial, les services publics, l’agroforesterie et la pêche représentaient 33% de la consommation mondiale d’énergie finale, 74.5% de la chaleur qui est leur seconde source d’approvisionnement avec 25%, suivie de l’électricité dont ils accaparaient 56.5% de la quantité totale et qui est leur première source d’approvisionnement avec 37% ; 44% du gaz naturel comme énergie finale, troisième source d’approvisionnement avec 19.5% ; 15% du charbon comme énergie finale, dernière source d’approvisionnement avec 5% et enfin 11% de pétrole comme énergie finale, avant dernière source d’approvisionnement avec 13.6%. Réussir à chauffer, ou climatiser en fonction de l’endroit, un lieu de vie nécessite des énergies fossiles et la transition énergétique passe en grande partie par l’isolation des bâtiments dans les pays plus froids, et par l’amélioration de la circulation de l’air dans les bâtiments dans les pays chauds.

Notre société est donc bel et bien dépendante de ces énergies, une conséquence logique de leurs incroyables propriétés. En suivant ce raisonnement, l’existence d’énergies très denses et rentables doit faire en sorte que notre économie choisisse comme facteur de production principal les machines consommant ces ressources plutôt que les hommes, consommant de l’eau et des aliments et ne travaillant pas 24h/24, même en considérant l’esclavage.

On peut dire que c’est bien le cas de façon empirique, en observant notre monde on constate que chaque travailleur est en faite au contrôle d’une machine qui va démultiplier sa productivité. Mais il est également possible d’en avoir une preuve formelle, en regardant la corrélation entre le PIB mondiale et la consommation d’énergie. En effet, consommer plus d’énergie dans notre hypothèse signifie alimenter plus de machines et donc produire plus. Sans surprise, la corrélation est frappante.

Source : Jean-Marc Jancovici.

PIB mondial en milliards de dollars constants de 2017 en fonction de la consommation d’énergie mondiale en Mtep pour les années 1965 à 2017. Source : Jean-Marc Jancovici.

Le pari de la transition énergétique est donc que ces moins de 20% d’énergies « propres » produisent les 100% de l’énergie mondiale. Lorsque l’on ajoute à cela le fait qu’elles doivent y arriver en étant plus chères, nécessitant un investissement initiale important et en étant non pilotables, ou pilotables mais encore plus chères et avec un investissement initial encore plus important. De plus, elles doivent prendre cette importance pendant que les miraculeuses énergies fossiles sont encore présentes en quantités relativement importantes et à un prix ridiculement bas évoluant de façon stochastique, autant dire que le bon sens joue contre elles.

Partant de ce constat, une transition énergétique totale, c’est-à-dire sans baisser la consommation d’énergie finale, semble invraisemblable. Le plus simple serait donc de réduire notre consommation, du moins en théorie. Si la consommation énergétique est parfaitement corrélée au PIB, réduire la consommation signifie réduire le PIB. Ce constat est lourd de sens car il exclue quasi-totalement la possibilité d’un développement durable, ce dernier étant le maintien de la croissance du PIB avec un système énergétique durable ou décarboné. Point encore plus inquiétant, la transition d’un PIB mondial en croissance à un PIB mondiale en décroissance n’est pas concevable dans un modèle capitaliste puisqu’il se base sur la rentabilité du capital. Le capital investit doit croitre pour rapporter des intérêts à l’investisseur, sans quoi il n’a aucune raison d’investir, autrement dit de prendre un risque. La crise économique mondiale de 2008 a vu une décrue du PIB mondial de seulement 5% et a failli entrainer la chute du système bancaire international par effet de contagion. Qu’en serait-il alors pour un PIB mondial devant chuter de 15, 30, 60%, sachant que ce pourcentage dépendrait de la part que les énergies renouvelables auront réussi à prendre dans la consommation d’énergie finale. Le GIEC propose dans son rapport aux décideurs de 2018 une baisse des émissions de 6% par an jusqu’en 2050 à compter d’aujourd’hui. Cela veut dire que le PIB mondial doit décroitre des aujourd’hui d’une valeur proche de 5% (car les 6% s’appliquent aux 80% d’énergies fossiles) par an de façon certaine, car le parc d’énergie renouvelable n’est pas encore prêt, et que plus nous attendons, plus le pourcentage annuel de décroissance nécessaire sera important.

  

PIB mondial (en Mds $ courant 2017). Source : World Bank.

A la suite de ces éléments, nous pouvons dire que :

- notre société est dépendante des énergies fossiles ;

- ces énergies sont plus rentables que les énergies renouvelables ;

- que les énergies « renouvelables » ne le sont pas complètement ;

- que, du fait de la rentabilité des énergies fossiles faisant des machines la meilleure source de productivité, la consommation d’énergie et le PIB sont corrélés ;

- que la transition énergétique implique le remplacement des énergies fossiles par des énergies renouvelables alors que ces dernières ne représentent que 20% de l’énergie finale consommée ;

- qu’étant donné la meilleure rentabilité des énergies fossiles, cette transition n’est pas un choix rationnel et n’aura donc pas lieu d’elle-même en laissant faire les mécanismes de marché et nécessitera un investissement public ;

- que la seule alternative durable à la transition énergétique est la réduction de la consommation d’énergie d’au minimum 6% par an ;

- que la réduction de la consommation d’énergie n’est pas compatible avec la croissance du PIB et le capitalisme en général ;

- que puisque la réduction de la consommation d’énergie n’est pas compatible avec la croissance du PIB, le développement durable n’est pas concevable aujourd'hui.

Nous pouvons donc conclure que la transition énergétique peut se faire mais qu’elle doit être mise en place par un mécanisme autre que le marché puisqu’elle n’est pas un choix rationnel. Sans intervention extérieure au marché pour mettre en place la transition énergétique, la seule issue est la décroissance énergétique et donc la décroissance économique. Cette dernière n’étant pas concevable dans une économie capitaliste, le système économique pourrait bien s’effondrer sur lui-même.

Sources :

(20)    BP (2018), Statistical Review of World Energy.

(21)    Keynes, (1936). Théorie générale de l'emploi, de l'intérêt et de la monnaie, Cambridge University Press.

(22)   connaissancedesenergies.org

(23)   International Energy Agency ; iae.org

(24)   International Energy Agency (2018). Key World Energy Statistics 2017.

(25)   Planetoscope.com

(26)   Data.oecd.org

(27)   Data.worldbank.org