QUE SAIS-JE ?

Les 100 mots de l’énergie

JEAN-MARIE CHEVALIER

Deuxième édition mise à jour

8e mille

Bibliographie thématique

« Que sais-je » ?

Paul Reuss, L’Énergie nucléaire, n° 317.

Jacques Vernier, Les Énergies renouvelables, n° 3240.

Jean-Paul Betbèze, Les 100 mots de l’économie, n° 3731.

Sylvie Brunel, Le Développement durable, n° 3719.

Pascal Gauchon, Jean-Marc Huissoud, Les 100 lieux de la géopolitique, n° 3830.

978-2-13-061582-8

Dépôt légal – 1re édition : 2008

2e édition mise à jour : 2010, novembre

© Presses Universitaires de France, 2008
6, avenue Reille, 75014 Paris

Introduction

Ces 100 mots sur l’énergie racontent une histoire à la fois belle et inquiétante. Une histoire fondée sur les besoins des hommes et leur satisfaction : besoin de chauffage, d’éclairage, de force motrice et de mobilité. Depuis l’aube de l’humanité jusqu’à la révolution industrielle, ces besoins ont été satisfaits par des énergies renouvelables, aisément accessibles et très peu polluantes : la force humaine et animale, le bois de feu, le soleil, le vent, l’eau des ruisseaux, des rivières et des fleuves. Ces sources d’énergie étaient en mesure de répondre aux besoins d’une population qui atteint 1 milliard d’individus vers 1820. Depuis la révolution industrielle, les énergies commerciales et non renouvelables ont été développées. Les mêmes besoins d’une population de plus de 6 milliards d’individus sont aujourd’hui satisfaits à 80 % par les trois grandes énergies fossiles, non renouvelables et polluantes : le pétrole, le charbon et le gaz naturel. Les pollutions qu’elles engendrent attaquent de plus en plus sérieusement un bien public collectif qui appartient à tous les habitants de la planète : le climat. Par rapport à la sérénité de l’histoire ancienne, les projections du futur deviennent inquiétantes. En face de ces besoins (chap. I) la Planète dispose de ressources en énergie (chap. II). Elles sont encore très abondantes, même pour les ressources fossiles et elles sont inépuisables pour les énergies de flux, dites renouvelables, qui restent chères. La géopolitique des échanges (chap. III) est marquée par des tensions possibles, avec, d’un côté quelques grands pays importateurs d’hydrocarbures qui se font concurrence pour l’accès aux ressources et, de l’autre côté une trentaine de pays qui possèdent les trois quarts des réserves. Ces pays sont pour la plupart des pays « à risque », non stabilisés politiquement et enclins au nationalisme des ressources. Les marchés et les prix de l’énergie (chap. IV) sont caractérisés par une complexité croissante entretenue par la montée de la sphère financière qui multiplie les opportunités d’arbitrage. Beaucoup d’éléments se conjuguent pour dire que l’on est entré dans une nouvelle période de prix durablement élevés entraînés par l’économie, la géopolitique et la montée des contraintes environnementales. Les acteurs de l’énergie (chap. V), ceux qui font fonctionner le présent et qui préparent le futur, sont les entreprises, les gouvernements, les collectivités locales, la Commission européenne et un certain nombre d’organisations internationales comme l’Agence internationale de l’énergie (AIE), le Forum International de l’Énergie (FIE), le Groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat (GIEC). Les enjeux du siècle (chap. VI) regroupent les problèmes importants qui se posent, les contradictions qui en découlent et les solutions qui doivent être apportées en urgence pour assurer le développement soutenable de la planète Terre¹.

Chapitre I

Les besoins

1 – Les besoins

La consommation d’énergie n’est pas une fin en soi. C’est un point de passage obligé et un moyen pour satisfaire certains besoins des hommes, besoins qui évoluent dans le temps en quantité et en qualité. Ceci est le point de départ de toute réflexion sur l’énergie. Immédiatement après le besoin de se nourrir, apparaissent des besoins qui impliquent l’énergie.

Besoins en chaleur : besoin historique des hommes pour se protéger du froid, cuire les aliments, chauffer les habitations et les locaux puis, ensuite pour faire fonctionner des procédés industriels qui nécessitent parfois de très hautes températures.

Besoins de force motrice pour le transport des hommes et des marchandises et pour les procédés de production agricole et industrielle. Les moyens essentiellement utilisés jusqu’au XIXe siècle ont été la force du vent et de l’eau, la force des hommes et des animaux. Ensuite se sont développés la machine à vapeur, les moteurs (à explosion, électriques), les turbines (eau, gaz, kérosène).

Besoins d’éclairage : ils ont donné lieu à une longue évolution technologique : chandelles, lampes à huile, à pétrole, gaz de charbon puis gaz naturel (les becs de gaz) et enfin l’électricité, « la fée électricité » magnifiquement illustrée dans une fresque de Dufy au musée d’Art moderne de la Ville de Paris.

Besoins en matières premières spécifiques : certaines sources d’énergie primaire sont utilisées directement comme matières premières : le coke sidérurgique pour les aciéries, le pétrole et le gaz pour les industries pétrochimiques : matières plastiques, textiles synthétiques, engrais, caoutchouc synthétique, pharmacie.

Besoins en électricité spécifique qui se sont développés fortement au cours du XXe siècle avec la multiplication des moteurs électriques, des appareils ménagers. Le développement des ordinateurs, des grands systèmes de communications et de contrôle ont fait de l’électricité un besoin essentiel de nos sociétés modernes alors même qu’environ 1 milliard et demi d’individus dans le monde n’a pas encore accès à l’électricité, donc au développement économique.

Face à ces besoins, les différentes filières énergétiques sont en concurrence les unes avec les autres pour les satisfaire au moindre coût.

2 – Accès à l’énergie

Environ 2 milliards d’individus dans le monde n’ont pas accès aux sources d’énergie modernes : produits pétroliers, gaz butane, électricité, donc pas accès au développement économique. Privée d’énergie moderne, cette population pauvre utilise principalement le bois de feu pour ses besoins de cuisson et de chauffage, accélérant dans certaines régions la déforestation et la désertification (v. Biomasse ). Les analyses et diagnostics menés par les agences internationales et les instituts de recherche montrent à quel point l’accès aux formes d’énergie modernes et l’amélioration des modes de consommation sont des composantes majeures dans la lutte contre la pauvreté et l’accélération du développement économique. Les objectifs du Millenium pour l’éradication de la pauvreté accordent une place prioritaire à l’accès à l’eau et à l’électricité. Dans le passé, l’accès à l’électricité s’est essentiellement fait à travers des programmes d’électrification rurale et de connexion au réseau central. Aujourd’hui des mini-systèmes locaux produisant de l’électricité avec un mélange de sources locales et achetée (solaire, biomasse, déchets, mais aussi produits pétroliers en complément) semblent adaptés à certaines zones éloignées des réseaux. L’électricité permet le fonctionnement du pompage, des réfrigérateurs (pour la conservation des aliments et des médicaments), des installations sanitaires. L’électricité donne accès à la télévision et aux nouvelles technologies de l’information et de la communication, dont le téléphone portable. Internet et le téléphone portable sont devenus des vecteurs qui peuvent encourager des initiatives locales de création d’entreprise.

3 – Changement climatique

Le climat est un bien public collectif qui appartient aux 6,5 milliards d’habitants qui peuplent la planète et qui seront 9 milliards vers le milieu du siècle. C’est la première fois dans l’histoire de l’Humanité que se pose réellement le problème de la gestion d’un bien public collectif de cette nature. C’est à la Conférence des Nations Unies sur l’environnement et le développement à Rio de Janeiro en 1992 que le problème du changement climatique a été officiellement posé. Depuis 1988, un Groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat (GIEC) se réunit régulièrement et publie des rapports sur l’état de la question. Dès que le problème a été posé, un certain nombre d’États et de très nombreuses industries ont nié le phénomène et se sont vigoureusement opposés à toute action. Les États pétroliers, les industries pétrolière, automobile, chimique et autres n’ont cessé de faire obstacle à l’étude et à la prise de conscience du phénomène.

Aujourd’hui, la situation est plus claire. Le phénomène est scientifiquement avéré et politiquement reconnu comme important comme le montrent les derniers sommets du G20 auxquels sont associées les académies des sciences des différents pays. La réponse collective engagée par le Protocole de Kyoto, bien que modeste, n’a malheureusement pas encore trouvé de prolongement, la conférence de Copenhague (2009) ayant montré qu’un grand nombre de pays préfèrent opter pour des réponses nationales plutôt que de se soumettre à des contraintes communes.

Le réchauffement climatique est confirmé. Les activités humaines et les émissions de gaz à effet de serre qui y sont associées en sont responsables mais nul ne peut dire avec certitude quelles en seront les conséquences. Plusieurs types d’effets sont attendus : montée du niveau des mers et disparition ou inondation de certaines zones émergées (au Bangladesh, au Pays-Bas, dans le Pacifique, à New York), changement des conditions climatiques de certaines régions, notamment des écosystèmes les plus fragiles. Le changement climatique est un « multiplicateur de risques » : la désertification et la sécheresse peuvent entraîner des famines, des épidémies, des migrations, la disparition de certaines espèces animales et végétales. Le remarquable film d’Al Gore, Une vérité qui dérange (2006) illustre les violences attendues. D’autres mauvaises surprises peuvent être découvertes au fur et à mesure que la science progresse. Les effets du changement climatique sont mal répartis : les pays les plus fragiles et les plus pauvres souffriront davantage.

En novembre 2006, l’économiste anglais Nicholas Stern a publié un rapport économique sur la question. L’idée qu’il défend et développe est la suivante : une action volontariste immédiate pour réduire les émissions de gaz à effet de serre serait infiniment moins coûteuse pour l’économie mondiale que les pertes que celle-ci aura à supporter si rien n’est fait aujourd’hui. L’auteur estime que ces pertes pourraient être équivalentes au coût des deux dernières guerres mondiales, soit une perte annuelle (à partir de maintenant et pour toujours de 5 % du PIB mondial). Nicholas Stern conclut que s’il est encore temps d’agir, il y a désormais urgence.

4 – Consommation

On distingue plusieurs étapes dans le processus de consommation d’énergie. Définissons chacune de ces étapes. L’énergie libre correspond à l’ensemble des formes d’énergie présentes dans la nature sous forme de matière, de mouvement, de rayonnement, de chaleur. L’énergie primaire représente la quantité d’énergie libre captée par l’homme dans la nature, voire, dans certaines approches, celle captée par tous les organismes vivants (soleil absorbé par les plantes par exemple). Les principales énergies primaires sont le pétrole, le charbon, le gaz naturel, l’uranium, l’hydraulique, le vent, le solaire. L’énergie secondaire est la forme sous laquelle l’énergie primaire sera consommée après une ou plusieurs transformations effectuées par l’homme (électricité obtenue à partir du charbon, du gaz naturel, de l’uranium ; essence obtenue par le raffinage du pétrole). Quantitativement elle correspond à l’énergie primaire moins les pertes de transformation. L’énergie livrée représente la quantité d’énergie secondaire moins les pertes de transport. L’énergie finale est la quantité d’énergie livrée effectivement consommée au cours de la période considérée. L’énergie utilisée est la forme sous laquelle l’énergie satisfait un besoin final. Elle représente la quantité d’énergie finale consommée compte tenu des pertes de l’appareil de transformation final. Il y a ainsi, dans le système énergétique global des pertes fatales liées aux principes de la thermodynamique et des pertes récupérables par accroissement de l’efficacité énergétique des appareils utilisés. Ces pertes sont importantes. Dans le système français, l’énergie utilisée ne représente que 62 % de la totalité de l’énergie primaire introduite dans le système.

Au niveau international, on opère fréquemment des comparaisons de consommations. Un Chinois consomme en moyenne 1 tonne d’équivalent pétrole par an, un Européen 4 tonnes et un Américain 8 tonnes. Les États-Unis, qui représentent 5 % de la population mondiale, comptent pour 25 % de la consommation mondiale d’énergie et sont responsables de 25 % des émissions de gaz à effet de serre.

5 – Demande d’énergie

La demande d’énergie finale est déterminée, à un moment donné, par des besoins exprimés par les entreprises, les ménages et les administrations. Notons que ces besoins peuvent être satisfaits par différentes filières énergétiques qui sont en principe en concurrence les unes avec les autres et que la quantité d’énergie consommée pour satisfaire un besoin donné peut être variable en fonction de l’efficacité énergétique. Ces différents éléments montrent que dans les politiques énergétiques, la maîtrise de la demande est un élément important. La demande annuelle d’énergie par habitant varie d’un pays à un autre en fonction du niveau de richesse du pays, de son climat, de la structure de son appareil de production, de l’efficacité du système énergétique en place. Au sein d’un même pays, la demande d’énergie varie d’une industrie à une autre, d’un individu à un autre.

La demande d’énergie, dans un pays donné, subit de fortes variations en volume qui sont liées au rythme de l’activité économique, au rythme des jours et des saisons et parfois au niveau des prix.

Rythme de l’activité économique. Il existe une corrélation forte entre la demande d’énergie et le rythme de l’activité économique, aussi bien pour les entreprises que pour les particuliers qui s’équipent davantage en biens consommant de l’énergie.

Le rythme des jours et des saisons. La saisonnalité de la demande varie dans le temps et dans l’espace pour chaque forme d’énergie (électricité, carburants, gaz naturel). Le cas de la demande d’électricité est particulièrement intéressant puisqu’elle associe des variations quotidiennes, hebdomadaires, mensuelles et saisonnières. En France, la demande quotidienne est au plus bas vers 4 heures du matin. Elle est au plus haut vers 9 heures et vers 18 heures. La pointe de consommation de 9 heures dépend à la fois de la température constatée et de la luminosité du ciel. Elle est évidemment beaucoup plus élevée en hiver qu’en été à cause de la demande pour le chauffage. Elle est plus élevée en semaine que pendant le week-end ou pendant les vacances. Ce problème de pointe est fondamentalement important car il faut que les moyens de production d’électricité soient disponibles pour « passer la pointe », lesquels moyens pouvant n’être nécessaires que pour quelques centaines d’heures par an. En Californie, la demande de pointe n’est pas en semaine et en hiver, comme en France, mais les jours les plus chauds de l’été… à cause des besoins de climatisation.

L’élasticité prix de la demande mesure la variation de la demande qu’entraîne une variation du prix. Elle est généralement plus forte pour les produits pétroliers que pour le gaz et l’électricité. Elle est plus forte chez les pauvres que chez les riches. Un ménage français consacre en moyenne 8 % de son budget aux achats d’énergie, dont la moitié pour les carburants.

6 – Bilans énergétiques

Un bilan énergétique présente, pour un pays donné et une année donnée, la décomposition, par sources d’énergie et par utilisation, de la consommation totale d’énergie (énergie primaire et énergie finale) exprimée en unités physiques, le plus souvent en millions de tonnes d’équivalent pétrole. Cette unité d’équivalence est le plus souvent retenue car l’énergie dominante reste le pétrole.

Le bilan énergétique peut être aussi établi au niveau mondial, ce que fait chaque année l’Agence internationale de l’énergie (AIE), source statistique de référence.

Le bilan énergétique mondial est un indicateur global précieux. Il retrace la consommation totale d’énergie primaire dans le monde. Les contributions de chacune des sources d’énergie primaire sont les suivantes : pétrole 36 %, charbon 25 %, gaz naturel 21 %, biomasse et déchets 10 %, nucléaire 6 %, hydraulique 2 %. Deux constatations s’imposent : plus de 80 % de nos consommations énergétiques sont assurées par les trois principales énergies fossiles, le pétrole, le charbon et le gaz naturel qui, par définition, sont épuisables et polluantes. Par ailleurs, on constate que malgré les efforts qui ont été faits depuis le premier choc pétrolier, les énergies renouvelables et non polluantes comme le vent et le solaire pèsent bien peu dans le bilan.

De grandes différences dans les bilans nationaux. Chaque pays a une structure de bilan (appelé encore « bouquet énergétique » ou energy mix) qui lui est propre et qui est le résultat d’une longue évolution historique fondée sur la dotation en ressources nationales, le niveau de développement économique et industriel, les politiques énergétiques suivies, le climat. Prenons quelques exemples. Dans les bilans chinois et sud-africain, par exemple, la contribution du charbon est de l’ordre de 75 %, ce qui suscite quelque frayeur quant au rythme d’émissions de gaz à effet de serre. Le bilan français est très unique puisque la contribution du nucléaire est plus forte que dans n’importe quel autre pays : 40 %, fruit d’une politique publique active lancée après le premier choc pétrolier. Le cas italien est totalement différent puisque l’énergie nucléaire a été proscrite et que le gaz naturel et le pétrole (importés) comptent respectivement pour 42 et 35 %. Citons encore le cas de l’Algérie où le bilan est alimenté à 90 % par la production nationale de pétrole et de gaz naturel et celui du Brésil où les énergies renouvelables (hydraulique et biomasse) comptent pour 45 %.

Bilans énergétiques et dépendance énergétique. Les bilans nationaux peuvent également indiquer le degré de dépendance énergétique mesuré par la part des importations dans la consommation nationale. L’Algérie est à peu près totalement autosuffisante tandis que l’économie italienne dépend à plus de 80 % des importations d’énergie.

Bilans électriques. Dans la consommation des énergies primaires, on peut savoir quelle est la contribution de chacune d’entre elles à la production d’électricité. On trouve de très grandes différences d’un pays à l’autre. En France, la contribution du nucléaire à la production d’électricité est de l’ordre de 80 %. Au Brésil et en Norvège environ 80 % de la production d’électricité est d’origine hydraulique. En Chine, 80 % viennent du charbon ; en Algérie, 90 % viennent du gaz.

Bilan des émissions. À chaque bilan énergétique est associé un bilan écologique qui indique les émissions de gaz à effet de serre associées aux consommations d’énergie.

7 – Transport

Environ un tiers de l’énergie consommée dans le monde est utilisé dans le secteur du transport qui connaît une croissance rapide, difficilement soutenable dans le moyen ou long terme pour des questions d’environnement. La consommation énergétique du secteur des transports dépend pour plus de 90 % des produits pétroliers : essence et gazole, pour un parc mondial d’environ 1 milliard de véhicules, kérosène et mazout pour le transport aérien, fluvial et maritime. Le pétrole dispose ainsi d’un très vaste marché captif. Les armées sont totalement dépendantes du kérosène...