La transition énergétique repose sur une modification profonde des systèmes de production, de distribution et de consommation de l’énergie. Elle passe par le développement de sources renouvelables et l’incitation à faire des économies. Elle s’appuie à la fois sur les progrès technologiques et les engagements politiques pour limiter le réchauffement climatique et notre impact sur l’environnement.
La transition énergétique patine
Plus la « transition énergétique » et la « croissance verte » patinent, moins ces concepts seront pertinents, plus il faudra compenser par de la sobriété plus ou moins souhaitée, de la décroissance plus ou moins démocratique, des pénuries, des rationnements, des guerres, des famines, des migrations, et de la géo-ingénierie solaire.
Cet article lève un état des lieux par des graphiques et données clés à examiner. La décennie actuelle est cruciale
Le graphique ci-dessous donne les idée de ce qu’on est supposés faire
Nous examinerons les données à échelle mondiale, approche qui comporte des limites. Par exemple il n’apparaitra pas qu’une région comme l’Europe décarbone son électricité, qu’un pays comme les Etats-Unis diminue sa consommation de charbon depuis une quinzaine d’années, tandis qu’un pays comme la Chine l’augmente fortement. Nonobstant les enseignements des dynamiques régionales, le système économique est globalisé et interdépendant, le marché de l’énergie est mondial (sauf pour le charbon qui voyage peu), et le climat se moque de l’endroit dont proviennent les émissions anthropiques de CO2.
1) Parvenir à décarboner l’électricité
Le graphique de gauche montre qu’on consomme de plus en plus d’énergies fossiles (charbon pétrole gaz, en gris bleu et violet). Il y a cependant une stabilisation depuis une douzaine d’années sur le charbon, et une inflexion sur le pétrole.
Le graphique de droite indique que depuis environ 60 ans, les énergies fossiles représentent plus de 80% de l’énergie primaire consommée. Avant cela, il y avait davantage de part de biomasse (ce qui n’était pas non plus sans conséquence pour les forêts, le climat et la biodiversité).
L’électricité ne couvre que ~20% de l’énergie mais représente la part relativement facile à décarboner. Regardons donc dans quelle mesure on y parvient avant de rêver plus grand. Les graphiques ci-dessous indiquent que la part fossile de l’électricité est solidement installée à plus de 60%, mais qu’elle baisse depuis quelques années. La part déclinante du nucléaire depuis 15-20 ans est plus que compensée par la part croissante de l’éolien et du solaire.
On observe à gauche qu’en valeur absolue la production d’électricité fossile augmente assez fortement depuis une quinzaine d’années, mais avec une légère baisse depuis quelques années.
La crise énergétique actuelle a par exemple de nouveau précipité la Chine et l’Inde sur le charbon, qui devrait retrouver en 2022 son niveau de production record de 2013 à échelle mondiale. On revient donc 10 ans en arrière, après avoir à peine démarré la sortie du charbon.
Ce qu’il se passe sur le gaz et le pétrole, en Asie et ailleurs dans le monde, indique également que les énergies « alternatives » demeurent loin d’être capables de prendre le relai, ne serait-ce pour absorber la mini-crise actuelle d’approvisionnement des énergies fossiles, qui n’est pourtant rien par rapport à l’effort nécessaire pour tenir nos objectifs climatiques et/ou sortir paisiblement de l’ère des énergies fossiles.
L’Agence Internationale de l’Energie, quelques mois après avoir appelé à stopper tout nouvel investissement dans les énergies fossiles (car nous étions apparemment au bord d’une révolution énergétique) implore aujourd’hui l’OPEP d’augmenter sa production de pétrole, ce qui est pour le moins cocasse. énergétique
2) Les énergies fossiles
Le but du jeu n’est pas de produire un maximum d’énergies « renouvelables » mais d’éliminer le charbon, le pétrole, et le gaz. Sinon on ne fait qu’empiler une nouvelle couche d’énergie à moindre impact (mais loin d’être à zéro impact) par-dessus une grosse couche d’énergie à fort impact. Et on ne fait que renforcer le fonctionnement d’un système économique destructeur de l’environnement, voire renforcer directement l’infrastructure fossile dans les cas extrêmes.
Les deux graphiques ci-dessous indiquent la production historique mondiale d’électricité éolienne et solaire sur 2000-2020, et l’objectif à horizon 2030 pour atteindre le « net-zéro ». L’objectif paraît à première vue comme une montagne à gravir. Mais pour atteindre les objectifs 2030, il « suffirait » de prolonger encore 10 ans la croissance forte des dernières années : environ +16% par an pour l’éolien et +25% par an pour le solaire. C’est déjà un objectif en soi, et l’industrie des ENR devra franchir un cap (les défis techniques à relever pour ce faire sont hors du périmètre du présent article, un rapport comme celui de RTE le fera bien mieux).
Ainsi le monde produirait 8000 TWh d’électricité éolienne et 7000TWh d’électricité solaire en 2030, à comparer avec 9000 TWh d’électricité à base de charbon et 6000 TWh d’électricité à base de gaz actuellement. Toute la question est de savoir si ces 15000 TWh d’électricité d’origine fossile vont augmenter, stagner, légèrement diminuer, ou très significativement diminuer. En d’autres termes, il reste à prouver que l’électricité intermittente est en mesure de se substituer massivement au charbon et au gaz. Nous allons voir très bientôt si l’une des théories phares des pro-renouvelables qui croient au découplage PIB-CO2 va se vérifier dans la pratique, ou pas.
Pour le moment, on est en 2022, le charbon et le gaz se portent bien voire très bien, et il reste 7 ans et 10 mois avant 2030.
3) Fusion/ Fission
La fusion et la fission sont deux technologies différentes, et réussir la fission n’est pas un préalable à la fusion. Malgré des avancées importantes dans la recherche fondamentale en matière de fusion, la technologie serait au mieux prête à être déployée à grande échelle à partir du milieu du siècle, et cela prendrait longtemps (des décennies de déploiement de projets complexes et de montage d’une nouvelle industrie), pour que la fusion représente quelque chose de significatif dans le mix énergétique.
En attendant, la fission nucléaire est la technologie nucléaire à notre disposition dans l’immédiat, et elle ne se porte hélas pas très bien. Le graphique ci-dessous est produit par le World Nuclear Organization (on ne parle donc pas de Greenpeace) et indique que la production d’électricité nucléaire stagne depuis 20 ans. Attention tout de même : l’année 2020 est potentiellement trompeuse et enraye peut-être temporairement une dynamique qui à la hausse depuis 2012.
La même organisation indique que le nucléaire représente environ 10% de l’électricité mondiale (une part orientée à la baisse, vu que la production nucléaire est constante et que la consommation mondiale d’électricité est fortement croissante), produite par environ 440 réacteurs nucléaires (un nombre qui stagne depuis bientôt 30 ans).
Tout ça, ce ne sont pas des prédictions, mais des tendances lourdes sur plusieurs décennies, et l’état actuel des choses. Que nous prévoient les plus grands experts mondiaux pour l’avenir ? Toujours d’après la World Nuclear Organization, 50 réacteurs sont actuellement en construction, équivalents à environ 15% de la capacité mondiale existante.
D’après l’AIEA ( L’Agence internationale de l’énergie atomique), le nucléaire pourrait contribuer jusqu’à 12% de l’électricité mondiale d’ici 2050.
Des rapports d’experts (Groupe 3 du GIEC, AIE…), indiquent que le nucléaire pourrait représenter au mieux une part mineure de la solution. Sachant que :
- le changement climatique est grave mais très loin d’être notre seul problème écologique
- l’énergie ne représente « que » 70% du problème climatique
- l’électricité ne représente qu’environ 20-25% de l’énergie
- le nucléaire ne représente qu’environ 10% de l’électricité mondiale aujourd’hui
Donc le nucléaire est un sujet écologique, climatique, et énergétique plutôt secondaire (en France, c’est évidemment un enjeu énergétique majeur, mais ce n’est pas le sujet ici). A voir s’il en sera très différemment demain…
4) Des voitures électriques bas-carbone
Les voitures électriques ne sont pas « zéro-émission », notamment en raison de leur fabrication et de la production de l’électricité nécessaire. Le graphique ci-dessous indique que la voiture électrique permet aujourd’hui d’économiser de l’ordre de deux-tiers des émissions en Europe, mais seulement de l’ordre d’un tiers en Chine, et un cinquième en Inde. Deux pays qui, nous l’avons vu, peinent à décarboner leur électricité, et représentent une part majeure et croissante du marché automobile mondial.
Sachant aussi qu’il ne faut pas confondre la part de voitures électriques dans les ventes et la part dans le parc des voitures en circulation. Même si un jour 100% des ventes sont électriques (à supposer qu’il n’y ait pas de problème d’approvisionnement en métaux critiques sur le chemin, ce qui est loin d’être garanti, surtout si on s’obstine à acheter autant de SUV électriques très consommateurs de métaux, plutôt que des véhicules légers)… bref même après ce jour-là, il faudra attendre quelque temps pour que 100% du parc soit électrique.
Concernant le camion (pas si loin d’émettre autant de CO2 que la voiture, quelques points de % en moins en part mondiale des émissions), il apparaît physiquement évident que les choses pourraient être encore plus complexes.
5) L ’hydrogène
L’hydrogène n’a pas attendu la transition énergétique pour exciter les foules. C’est une industrie ancienne, utile par exemple à la réduction des oxydes de fer et à la fabrication d’engrais azotés (nourrir la moitié de l’humanité étant ma foi un besoin plus essentiel qu’un vol Paris-Bali). Le procédé Haber-Bosch, servant à la synthèse de l’ammoniac par hydrogénation du diazote gazeux atmosphérique par le dihydrogène gazeux en présence d’un catalyseur, est responsable d’environ 1,8% des émissions mondiales de GES.
Aujourd’hui, près de 95% de la production mondiale d’hydrogène est issue de la transformation d’énergies fossiles (essentiellement par vaporeformage du méthane), et émet ainsi du CO2. Parvenons déjà à décarboner cet hydrogène-là, notamment par l’électrolyse de l’eau à partir d’une électricité bas-carbone (nucléaire, hydraulique, solaire, éolien, etc.), puis on pourra parler de produire encore plus d’hydrogène bas-carbone. Pour le moment, l’électrolyse produit de l’hydrogène à un coût environ quatre fois supérieur à celui du vaporeformage.
6) Le CO2
Le CO2 dans l’air est concentré à 0,04%. Certes la concentration augmente avec les activités humaines, mais cela ne devrait guère stimuler l’industrie de la capture de CO2 de manière significative, et paraît de toute façon contre-productif.
Le CO2 en sortie de cheminée (ex. centrale à charbon ou gaz, site de fabrication de ciment) est concentré à 10-20%. Il apparaît donc plus facile de capturer ce CO2-là, qui représente d’ailleurs une part significative des émissions totales de CO2 (environ un tiers provient de sources industrielles concentrées). C’est du moins la promesse qui est faite depuis 25-30 ans, et qui permet de justifier le Business-As-Usual.
Où en est-on aujourd’hui ?
D’après l’Agence Internationale de l’Energie, en 2020 le monde comptait 21 sites de CCUS (Carbon Capture, Utilisation and Storage), capturant au total 40 millions de tonnes de CO2, soit seulement 13% de l’objectif fixé en 2010. Premier oups.
Sur ces 21 sites, 16 sites revendent le CO2 capturé à l’industrie pétrolière, pour qui ce CO2 est utile à la récupération assistée du pétrole (en d’autres termes, forer encore plus de pétrole). Deuxième oups.
Cette industrie peine à décoller et le taux d’échec des projets est élevé. Par exemple depuis 2009 le gouvernement américain a subventionné à hauteur de 1,1 milliard de dollars 11 projets de CCUS, dont la plupart n’auront jamais vu le jour.
Concernant l’avenir, là aussi, la décennie 2020-2030 constitue un moment de vérité. Le graphique ci-dessous, également issu de l’AIE, confirme l’historique du taux d’échec important des projets. Il indique également que depuis 2 ans l’industrie commence à se mettre en ordre de marche et annonce et développe un nombre croissant de projets. A suivre le taux de succès cette fois-ci, et les modes de revalorisation du carbone capturé.
Certains chercheurs sont particulièrement optimistes sur son potentiel, comme Christian Breyer qui estime que la capture directe pourrait « facilement » extraire 10 milliards de tonnes de CO2 de l’air chaque année d’ici 2050, soit l’équivalent de ~28% des émissions annuelles de CO2 actuellement. D’après Breyer, pour chaque milliard de tonnes de CO2 extrait dans l’air en 2050, il faudrait compter 329,6 GW de puissance installée en panneaux solaires, dont la production annuelle serait de 703 TWh d’électricité, à comparer avec 821 TWh d’électricité solaire produite en 2020.
Pour capturer 10 milliards de tonnes de CO2, il faudrait ainsi consacrer l’équivalent d’environ 8,5 fois la production mondiale actuelle d’électricité solaire.
Pourquoi pas ! Mais la priorité pour l’utilisation d’énergie bas-carbone est d’abord l’élimination des énergies fossiles, donc la réduction des émissions de CO2 à la source, plutôt que leur capture dans l’air une fois qu’il est trop tard. Sinon on est dans le monde des Shadoks. Il apparaitrait en effet étrange de capturer du CO2 dans l’air en utilisant des panneaux solaires disponibles en quantités finies, avant que l’énergie solaire n’ait permis de complètement se débarrasser du charbon.
Donc pour reprendre les choses dans un ordre approximativement croissant de difficulté et décroissant de priorité
- Il faut que l’électricité bas-carbone (notamment éolien, solaire, nucléaire) se substitue à l’électricité carbonée
- Il faut électrifier les voitures et le chauffage avec de l’électricité bas-carbone
- Il faut électrifier les camions et autres usages difficilement électrifiables
- Il faut capturer le CO2 provenant de sources concentrées, et le séquestrer ou en faire un usage autre que la récupération assistée du pétrole
- Il faut décarboner l’hydrogène sur ses usages existant
- Il faut déployer de l’hydrogène décarboné sur de nouveaux usages
- Il faut capturer directement le CO2 dans l’air, sans détourner l’électricité bas carbone des priorités qui précèdent
Vous avez amplement les sources de données utiles au suivi de chacun de ces points, chaque année, patiemment. Le reste relève de la spéculation, d’annonces sensationnalistes, voire de l’art divinatoire. Mais aussi de débats exploratoires intéressants. Il n’y a pas de mal à faire de la prospective ou à défendre des convictions.
7) Les énergies fossiles, et la stabilisation de la température
Sortir des énergies fossiles est un objectif en soi, notamment en termes de sécurité énergétique, donc alimentaire. Concernant le CO2, les émissions déclarées par les nations sont une chose (à prendre toutefois avec prudence), mais le juge de paix sera :
- La concentration atmosphérique de CO2
- La température (il demeure de l’incertitude sur la sensibilité climatique au CO2, malgré des avancées récentes, qui ne nous sont cependant pas tout à fait favorables)
Anomalie de la température moyenne mondiale terre-mer par rapport à la température moyenne 1961 1990
