Le role centrale de l’énergie dans la crise climatique
De la photosynthèse à la digestion, du moteur thermique à la pile électrique, l’énergie est un concept fondamental qui sous-tend presque tous les aspects de notre quotidien. Il est toutefois difficile de définir simplement l’énergie tant le sujet et les applications sont vastes et complexes.
Dans cet effort de synthèse et de vulgarisation, nous verrons ce qu’est l’énergie dans sa définition ainsi que dans ses ordres de grandeur, puis nous nous intéresserons à ses répercussions sociétales et enfin nous expliquerons le rôle central de l’énergie dans la crise climatique.
Qu’est-ce que l’énergie ?
Il y a maintes définitions de l’énergie, de sa racine grecque « force en mouvement » à sa définition physique « caractère d’un système matériel capable de produire du travail ». Elle se caractérise comme une grandeur physique ayant la capacité de modifier l’environnement. Elle prend des formes diverses : le rayonnement, l’énergie chimique, nucléaire, thermique ou mécanique. Elle permet de modifier la température, la vitesse, la forme, la composition chimique, la composition atomique ou encore la position dans un champ, qu’il soit magnétique, gravitationnel ou électrique. Non seulement nous l’utilisons quotidiennement, mais elle est également partie intégrante de notre organisme, qui peut être assimilé à une machine convertissant des nutriments (à travers les aliments que nous ingérons) en chaleur et en mouvement.
Sa propriété principale est d’être facilement convertible en une autre forme d’énergie à travers des machines ou des organismes. On distinguera ici donc l’énergie initiale, celle qui entre dans le système, de l’énergie finale, celle utilisée. Prenons un exemple utilisé quotidiennement : le moteur thermique d’une voiture. L’énergie initiale est l’essence, une énergie chimique, qui est convertie en énergie calorifique par le biais de l’explosion, puis en énergie mécanique par le système de bielle entraînant le vilebrequin et enfin en mouvement. On voit ici que l’énergie a pris 4 formes successives, chaque transformation entraînant une déperdition. On parle de rendement énergétique, le ratio entre l’énergie finale et l’énergie primaire, et de vecteur d’énergie, les étapes intermédiaires entre la forme initiale et la forme finale. L’énergie est régie par deux lois physiques : celle dite de la conservation (on ne peut ni la créer ni la détruire, seulement la transformer ; la quantité entrante étant égale à la quantité sortante) et la loi dite de l’augmentation de l’entropie (l’énergie a toujours tendance à se disperser). En d’autres termes, tel qu’évoqué par la célèbre maxime de Lavoisier, avec l’energie « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».
Un autre exemple est celui de l’électricité nucléaire. L’énergie primaire provient de la fission d’un atome, qui est convertie en chaleur dans le réacteur. Cette chaleur est collectée par un fluide (souvent de l’eau pressurisée) en mouvement (énergie mécanique) qui entraîne une turbine transformant l’énergie mécanique en électricité. Cas particulier de l’électricité, elle n’est jamais l’énergie finale, toutefois elle est le vecteur le plus universel et transportable découvert à ce jour. En revanche, elle se stocke très mal, notamment à travers des batteries qui transforment l’électricité en énergie chimique avec un rendement moindre, car elle sera retransmise sous forme d’électricité pour l’usage final.
On distinguera la notion d’énergie de celle de puissance. Ces notions sont voisines et complémentaires : la puissance caractérise la capacité à transformer une énergie dans un temps donné. C’est pourtant ici tout l’enjeu de l’utilisation énergétique humaine. Les machines permettent de décupler la puissance humaine. Jean-Marc Jancovici a à ce sujet une formule très juste : la maîtrise des transformations énergétiques nous a transformés en « Iron Man », nous l’utilisons de nos jours sans même nous en rendre compte. Pour illustrer mon propos, je vous renvoie à cette vidéo que je trouve extrêmement parlante et que vous trouverez ci-dessous. L’énergie nécessaire à griller une tranche de pain est la même, que le grille-pain soit alimenté par le secteur ou par le vélo d’appartement. Toutefois, l’effort à fournir par un être humain pour griller une tranche de pain est considérable. Il faudrait 77 personne pedalant pendant 8h sur un systeme sans perte pour chauffer pendant une journée un logement moyen.
Cela nous amène au concept suivant : celui de l’origine de l’énergie primaire et de la densité énergétique.
L’énergie primaire et la densité énergétique
L’énergie primaire représente l’énergie disponible telle quelle dans les ressources naturelles présentes dans l’environnement naturel. Ce sont des produits énergétiques non transformés et non exploités directement. À l’échelle mondiale, le profil de consommation et de provenance de l’énergie primaire est le suivant :
On voit ici que 80% de l’énergie primaire consommée est d’origine dite fossile (charbon, pétrole et gaz naturel). Elles proviennent de la fossilisation de la biomasse, un processus qui prend des millions d’années. Ces sources d’énergie présentent l’avantage d’être très denses, disponibles en grande quantité, faciles à extraire, à transporter, à stocker, donc bon marché et en plus utilisables sur demande.
Pour donner un ordre de grandeur de la densité énergétique de ces sources, un jerrican de 20 litres d’essence représente l’équivalent de 200 kWh d’énergie chimique. Il faudrait :
Ces sources d’énergie présentent des inconvénients majeurs. Tout d’abord, elles ne se renouvellent pas (ou du moins pas rapidement, car il faut des millions d’années pour fossiliser la biomasse). Elles peuvent donc être assimilées à une source de stock, disponibles en quantité limitée et uniquement à certains endroits du globe. D’autre part, leur combustion (manière dont on transforme leur énergie chimique en énergie thermique) est fortement émettrice en gaz à effet de serre, notamment le CO₂, à l’origine du réchauffement climatique.
Le reste de l’énergie primaire consommée (c’est-à-dire environ 20%) est dite renouvelable. Elle provient de ressources que la nature renouvelle en permanence. Elles présentent l’avantage d’être disponibles en quantité illimitée dans l’environnement et, pour la plupart, faiblement émettrices en gaz à effet de serre. Leur inconvénient majeur est qu’elles peuvent être difficiles à collecter, se stockent mal (à l’exception de la biomasse et de l’hydraulique) et, pour certaines, sont intermittentes, c’est-à-dire ne produisent pas en permanence et sur demande.
Alors, qu’en est-il de la densité énergétique entre les deux grandes familles de sources d’énergie ? En 2019, l’humanité a consommé 173 000 TWh d’énergie. On peut se poser la question : est-ce beaucoup ? Sachant qu’un panneau solaire classique produit 500 kWh d’énergie par an et que la population était de 7,7 milliards d’individus, chaque terrien consomme en moyenne 22 367,5 kWh/an et aurait besoin de 45 panneaux solaires. Cela représente une surface de 76,5 m², une surface qui est très loin d’être disponible pour chaque individu dans certaines régions à haute densité de population. D’autre part, il est peu probable que les matériaux nécessaires soient disponibles pour une telle surface, ce qui en fait une solution relativement coûteuse.
Convertir 100 % des énergies consommées en renouvelables représente un défi technique considérable, car la maturité technologique de ces solutions est en retard par rapport aux énergies fossiles. Cela explique pourquoi un changement vers 100 % de renouvelables, aussi souhaitable soit-il, n’est pas envisageable à court terme et représente le défi majeur du XXIe siècle pour l’humanité. En effet, depuis la révolution industrielle, l’humanité a considérablement amélioré ses conditions de vie. Elle se retrouve au XXIe siècle avec la volonté de faire perdurer ce système tout en le rendant accessible à une population de plus en plus nombreuse. C’est ce que l’on appelle la transition énergétique.
Les transformations sociétales dues à l’énergie
Avant d’aborder la notion de transition énergétique, nous allons revenir un peu en arrière au temps de la révolution industrielle. Avant cette révolution, toutes les énergies primaires utilisées étaient des énergies renouvelables. L’agriculture était effectuée par travail manuel ou traction animale, les forges et le raffinage des denrées, notamment des céréales, par des moulins à vent ou à eau, et le transport par traction animale ou par bateau à voile. Bien entendu, tout prenait plus de temps et demandait plus d’efforts. À cette époque, il était difficile de créer de l’énergie mécanique à partir de la chaleur.
On parle d’une époque ou, la température intérieure de confort n’était que de 13 degrés, ou 98 % de la population naissait, vivait et demeurait dans un rayon de 10 km et ou l’essentiel de l’activité Humaine était la production agricole.
Tout a commencé par la mise au point de la machine à vapeur, permettant de transformer la vapeur en mouvement. L’épuisement des ressources forestières en Angleterre a poussé les Anglais à utiliser le charbon comme combustible. Le charbon, ayant un rapport calorifique bien supérieur à celui du bois, a permis l’émergence de machines beaucoup plus puissantes au début du XIXe siècle. Ces machines ont permis l’émergence de filières industrielles bien plus performantes dans tous les domaines : le textile, la métallurgie, la construction, le transport, et l’agriculture, réduisant la pénibilité du travail manuel et la dépendance industrielle aux travaux nécessitant de la force, raccourcissant les temps de transit et facilitant les échanges. Cette libération de la main-d’œuvre, jusqu’alors principalement utilisée dans l’agriculture, a permis une tertiarisation des activités et une densification des agglomérations. Davantage de personnes ont alors été affectées à des tâches administratives, dont les besoins explosaient proportionnellement à l’intensification des échanges, mais aussi à la recherche et au développement. Cette période correspond également à une intensification de notre connaissance du monde et à l’amélioration des techniques dans tous les domaines.
La découverte du pétrole, dans un premier temps pour créer des lubrifiants performants, puis dans un second temps comme source d’énergie à travers le moteur à explosion (dans la seconde moitié du XIXe siècle), a considérablement facilité les déplacements. Facilement transportable, le pétrole raffiné sous forme d’essence, de diesel ou de kérosène s’est imposé dans la mobilité, permettant de doter les véhicules d’une grande autonomie. Le taylorisme appliqué par Ford a permis l’émergence de la voiture individuelle, dans un spectre plus large de la société de consommation dans laquelle nous vivons aujourd’hui. Enfin, la généralisation de l’électricité comme vecteur d’énergie permet à tous d’utiliser facilement de l’énergie pilotable dans toute une palette d’équipements manufacturés dont nous ne saurions nous passer de nos jours.
Dans une certaine mesure, une transition énergétique s’est déjà produite dans le passé : celle des énergies renouvelables vers les énergies fossiles. Elle a permis un développement sans précédent, dont les conséquences sont l’émergence de notre société moderne, tertiarisée, urbanisée, beaucoup plus riche, avec une espérance de vie beaucoup plus longue et confortable. L’émergence du capitalisme, des démocraties occidentales et de l’émancipation de la femme sont des conséquences de cette transition énergétique.
Tous ces progrès sont le résultat de la découverte de ces énergies denses, abondantes et bon marché. Pour illustrer mon propos, voici l’évolution de la consommation énergétique mondiale. Vous verrez que les nouvelles sources d’énergie découvertes et exploitées ne remplacent jamais complètement celles déjà en jeu, mais s’y superposent. Et même si vous avez le sentiment que les renouvelables évoluent, rappelez-vous ce fait : nous n’avons jamais extrait autant de charbon à l’échelle mondiale qu’en 2023.
Le rôle central de l’énergie dans la crise climatique
Comme développé précedemment 81% de l’energie primaire consommée au niveau mondiale est d’origine fossile. Si l’on s’interesse a présent a l’origine des emissions des gaz a effet de serre on s’aprecois que 75% provient de la production et l’utilisation energetique.
Si maintenant on redistribue ces emissions par secteur d’activité, on obtient le graphique suivant
Intrinsequement, la production d’énergie ne représente que 4% des emissions globales de gaz a effet de serre toutefois sont utilisation an travers les autres secteurs representent 75% du total des emissions totale. Reduire les emissions de l’énergie a donc des repercussion sur l’ensemble des autres secteurs.
Ce graphique met en lumière les raisons pour lesquelles les initiatives publiques de transition énergétique ciblent particulièrement la réduction des émissions dans certains secteurs clés :
Ces initiatives visent à encourager une transition vers des solutions plus durables et à réduire l’empreinte carbone de l’économie.
Conclusion
En conclusion, l’énergie est à la fois le moteur de notre civilisation moderne et l’un des principaux enjeux auxquels l’humanité est confrontée. Alors que nous dépendons encore massivement des énergies fossiles, sources d’une grande densité énergétique mais responsables de la majorité des émissions de gaz à effet de serre, la nécessité de transitionner vers des sources renouvelables devient urgente. Cette transformation, bien qu’indispensable, est complexe : elle implique des défis techniques, économiques et sociaux sans précédent.
L’histoire nous montre que la maîtrise de nouvelles formes d’énergie a toujours été un facteur de progrès et de transformation sociétale. Cependant, la transition énergétique actuelle diffère des précédentes. Cette fois, il ne s’agit pas simplement d’améliorer nos conditions de vie, mais de garantir la durabilité de notre planète face aux dérèglements climatiques provoqués par l’usage intensif des énergies fossiles.
Le défi consiste à concilier la demande croissante d’énergie, la réduction des émissions de carbone et le développement de technologies plus vertes et efficaces. Si cette transition est bien gérée, elle pourra non seulement permettre de limiter les effets du changement climatique, mais aussi ouvrir la voie à une nouvelle ère de prospérité fondée sur des sources d’énergie propres et renouvelables.