Juillet 2023
sommaire
Responsabilité & Environnement
Énergie et Sociétés
Ce numéro a été coordonné
par Didier PILLET
N° 111
Introduction Énergie et Sociétés : constats, limites et perspectives
Par Didier PILLET
Membre permanent du Conseil général de l’économie
Concilier croissance économique et préservation des actifs naturels
Pic pétrolier mondial et miracle du pétrole de schiste
Par Michel LEPETIT
Chercheur associé au LIED (Université Paris Cité) et vice-président de The Shift Project
Le pic mondial de la production de pétrole brut « conventionnel » est advenu dans la décennie 2000. Il n’y a pas eu alors de pic du pétrole brut, car est alors survenu le « miracle » du pétrole de schiste américain. Face aux limites anticipées des ressources conventionnelles, l’histoire des hydrocarbures de schiste commence dès les années 1960-70 avec des recherches sur la fracturation hydraulique massive, voire la fracturation nucléaire. L’explication du « miracle » du schiste par le génie humain est donc en partie juste. L’explication par la politique monétaire, « anormale », massive, est moins reconnue. En 2020, le Covid-19 entraîne un retour à la normalité du marché pétrolier. La maturité des gisements d’hydrocarbures, conventionnels ou non, le rendement décroissant des techniques de récupération du pétrole dans les réservoirs géologiques, laissent pronostiquer que le pic mondial de la production de pétrole brut de novembre 2018 ne sera plus égalé. Le pic conventionnel, le « miracle » du schiste, et le retour à la « normalité », auront des conséquences sur l’avenir macroéconomique (croissance), financier (inflation) et environnemental (finance « verte ») de la planète.
Energy flows and the self-organization of societies as dissipative structures
Par François RODDIER
French physicist and astronomer
et Mireille RODDIER
Associate professor and program director of architecture, University of Michigan
Complex system studies have shown that, under a sufficient flow of energy, dissipative structures appear and self-organize into periodic oscillations characteristic not only of Carnot cycles, but also of biological and economic cycles. We have also seen that the emergence of such cycles is the outcome of a common thermodynamic process known as the principle of maximum entropy production (Roddier, 2012). What happens when the flow of energy, which the system has structured itself to dissipate most efficiently, significantly decreases? Here we argue that this unsolicited shortage might be salutary to our interconnected ecosystems if we learn to couple our centrifugal phases of innovation and production with antagonistic centripetal phases of restauration and maintenance. Otherwise, whether we continue to exponentially consume energy from unforeseen new sources, or too abruptly cease all energy consumption without a process of adaptation, our globally interconnected ecosystems may prove too fragile to recover.
La France ne pourra atteindre ses objectifs climatiques qu’avec une planification ambitieuse et concertée
Par Emma STOKKING
The Shift Project
Créé en 2010 par Jean-Marc Jancovici, Michel Lepetit et Geneviève Ferone- Creuzet, The Shift Project est un think tank qui oeuvre en faveur d’une économie libérée de la contrainte carbone. Association loi 1901 d’intérêt général, guidée par l’exigence de la rigueur scientifique, sa mission consiste à éclairer et à influencer le débat sur la transition énergétique en France et en Europe. Tous les travaux publiés par The Shift Project sont accessibles sur le site https://theshiftproject.org. Le think tank The Shift Project a publié début 2022 son « Plan de transformation de l’économie française1 », un vaste programme qui vise à décarboner l’économie, secteur par secteur durant le quinquennat 2022- 2027, en favorisant la résilience et l’emploi. Plus d’un an après sa publication, le diagnostic qu’il dresse et les propositions qu’il présente restent adaptés face aux crises climatiques et énergétiques actuelles.
Rôle de l’énergie dans la société de croissance considérée en tant que système complexe
Par Philippe CHARLEZ
Expert en questions énergétiques à l’Institut Sapiens
Reposant sur trois piliers (un contexte : la démocratie libérale ; un catalyseur : la technologie ; et un aliment : l’énergie), la société de croissance est une gigantesque structure dissipative hors équilibre. Nécessitant un flux d’énergie rentrant considérable (162 PWh, en 2021), elle produit 90 T $ de richesses, mais émet 35 Gt de CO2 dans l’environnement. Comme toute structure dissipative, la société de croissance est un système ouvert (libre échange), ordonné (ordre, autorité) et inégalitaire (inégalités sociales). La réduction de la pauvreté passant par la création de richesses, elle est donc indissociable d’ouverture, d’ordre et d’inégalités. En revanche, et contrairement à ce qui est ancré dans l’imaginaire collectif, l’égalitarisme, le désordre et la fermeture (qui correspond à l’équilibre thermodynamique) ne réduisent pas la pauvreté, mais, au contraire, l’accentuent.
Énergie et taux de retour énergétique (TRE ou EROI)
L’EROI et son importance dans l’évaluation des performances des systèmes énergétiques
Par Gérard BONHOMME
Professeur émérite à l’Institut Jean Lamour ‒ Campus Artem ‒ Université de Lorraine, et président de la commission Énergie & Environnement de la Société française de physique
et Jacques TREINER
Chercheur associé au Laboratoire interdisciplinaire des énergies de demain et président du comité d’experts du Shift Project
Satisfaire les besoins en énergie de nos sociétés, dans un contexte de lutte contre le réchauffement climatique et de perspectives d’épuisement des stocks de combustibles fossiles et de ressources minérales, requiert de mettre en oeuvre des solutions alternatives à bas-carbone. Le coût du MWh est sans doute un critère utile, mais, comme nous le montrons dans cet article, des critères physiques sont indispensables pour évaluer les solutions technologiques et les scénarios énergétiques envisageables. Le principal de ces critères fondés sur des grandeurs physiques est le taux de retour énergétique (EROI), qui mesure l’efficacité d’un système à fournir à la société une énergie utile pour des secteurs d’activité autres que le secteur énergétique lui-même.
Le modèle agro-industriel face au déclin des énergies fossiles
Par Félix LALLEMAND
Docteur en écologie
Le modèle agro-industriel prédomine aujourd’hui dans les systèmes alimentaires des pays industrialisés. Dans cet article, nous présentons les ressorts énergétiques ayant permis l’émergence de ce modèle. Nous étudions le rôle du pétrole et du gaz dans son fonctionnement et cherchons à caractériser sa vulnérabilité dans un monde où la production d’hydrocarbures fossiles connaît un déclin structurel. Nous proposons une évaluation de l’EROI (Energy Return On Investment) du modèle agro-industriel français et discutons de la pertinence de cet indicateur pour l’étude des systèmes alimentaires.
Évolution historique et tendancielle de l’EROI du pétrole et du gaz
Par Louis DELANNOY, Emmanuel ARAMENDIA, Pierre-Yves LONGARETTI, Emmanuel PRADOS
Équipe de recherche STEEP (laboratoire Jean Kuntzmann, INRIA Grenoble)
Au fur et à mesure de leur exploitation, les combustibles fossiles deviennent plus difficiles d’accès et nécessitent plus d’énergie pour être extraits. La baisse continue de l’EROI du pétrole et du gaz semble dès lors préoccupante, étant donné que ces deux sources d’énergie représentent encore 52 % de la consommation énergétique globale. Toutefois, ces ratios sont mesurés au stade de l’énergie primaire et devraient plutôt être estimés au stade final ou utile, où l’énergie est au plus proche de la réalité des processus économiques. En suivant ce principe, les EROI des combustibles fossiles sont déjà aujourd’hui comparables voire inférieurs à ceux des énergies renouvelables, y compris lorsque des technologies de stockages d’énergie de court terme sont intégrées au calcul. Ce résultat fait partie du consensus émergent de la communauté scientifique d’analyse énergétique nette, mais sa dissémination se heurte aux fréquents malentendus sur l’EROI hérités de l’absence de méthodologie formelle avant les années 2010. Pour remédier à cette situation, nous résumons les diverses étapes ayant mené à l’aboutissement de ce consensus émergent, présentons l’EROI du pétrole et du gaz au stade primaire, final et utile de 1971 à 2019, et discutons les implications vis-à-vis de la transition bas-carbone.
Uranium as an energy source: medium to long term prospects
Par J. W. Storm van LEEUWEN
Member of the Nuclear Consulting Group
et Didier PILLET
Membre permanent du Conseil général de l’économie
Uranium is the only metal used as energy source.1 The extraction of uranium from the Earth’s crust involves a complex chain of physical and chemical separation processes and the consumption of large quantities of energy, and of different chemicals. The energy and chemicals consumed during extraction increase exponentially with decreasing ore grade, accompanied by an exponentially increasing emission of CO2. The grades of the available uranium resources decrease with time, because the mining companies mine the richest resources first, and because these offer the highest return of investment. Above phenomena cause the existence of the “energy cliff” and the “CO2 trap”. They thus call into question, for the century to come, the viability of a nuclear based solely on 235U extracted from natural uranium whose geological occurence couldn’t suffice to make it self-evidently an energy resource. One way to overcome this 235U limitation would be to exploit 238U resources. Nevertheless, this requires the industrial development and worldwide deployment of reactors operating in fast neutron mode (e.g. FNR). However a significant share of the energy produced by such reactors is difficult to envisage at a world level before the end of this century, as we shall see in this article.
Réflexions autour de la notion d’EROI. Illustration avec le photovoltaïque et l’hydrogène
Par Didier PILLET
Membre permanent du Conseil général de l’économie
Dans le cadre de la transition énergétique et du processus de décarbonation de l’économie, les énergies « bas-carbone » sont appelées à jouer un rôle de premier plan. On pense bien sûr aux énergies renouvelables telles que le photovoltaïque et l’éolien, ainsi qu’au nucléaire dont l’empreinte carbone reste à ce jour relativement basse. Cependant, s’agissant de l’implémentation de leurs infrastructures de base, ces systèmes énergétiques restent pour l’heure encore fortement dépendants des énergies fossiles. Ces dernières présentant encore de nos jours des ratios énergétiques (EROI) relativement favorables, ce qui influe sur les EROIs des systèmes photovoltaïques et éoliens, et qui conduit à surestimer leurs performances énergétiques. Un regard attentif des principes physiques à la base de l’évaluation des EROIs de ces deux systèmes, fondés tous les deux sur l’exploitation de flux énergétiques, permet par ailleurs de mieux cerner leur potentiel réel sur le plan des performances énergétiques. Un éclairage est tout particulièrement apporté concernant le photovoltaïque pour ce qui concerne le périmètre à prendre en compte dans l’évaluation de l’énergie consommée dans le cadre de l’implémentation de ce système énergétique. Enfin, la façon dont intervient la notion de rendement dans l’évaluation des EROIs, une notion particulièrement sensible pour ce qui concerne la production de l’hydrogène, fait ressortir toute l’importance qu’il y a à disposer d’une base énergétique sous-jacente à la fois abondante, bon marché, et présentant des EROI relativement élevés, autant d’éléments indispensables à la bonne marche de l’économie, et qui complique singulièrement le processus de sa décarbonation.
Enjeux et défis liés aux matières premières et à l’EROI
Batteries de véhicules électriques : quelles alternatives à la technologie lithium ion ?
Par Victoire de MARGERIE
Fondatrice et vice-présidente du World Material Forum
L’arrêt d’ici à 2035 de la production des véhicules à moteurs thermiques au profit principalement de véhicules électriques pose le défi des matières premières requises par ces derniers. La très forte croissance actuelle de leur production ne suffira pas pour répondre à la demande, le recyclage, bien qu’essentiel, pas plus, dans la mesure où il n’y aura pas assez de véhicules à recycler à moyen terme et où demeurent des pénuries prévisibles en cuivre et en nickel et des aléas géopolitiques pour le reste. L’acceptabilité de voitures à faible autonomie est limitée. Les innovations technologiques auront donc un rôle crucial à jouer : batteries au fer, au soufre ou au sodium, réduction des consommations de matériaux critiques dans d’autres activités… Si le progrès technique a dans le passé permis de résoudre nombre d’autres problèmes complexes, le rythme imposé de cette transition est ici sans précédent.
Criticité et géopolitique des matières premières requises par les technologies bas-carbone
Par Emmanuel HACHE, Vincent D’HERBEMONT, Louis-Marie MALBEC
IFP Énergies nouvelles
Depuis 2010 et la crise des terres rares, les pays consommateurs de ressources minérales, soucieux de la sécurisation de leurs approvisionnements pour subvenir à leurs besoins stratégiques, tentent d’établir des critères quantitatifs pour évaluer leur criticité. Néanmoins, ces indicateurs manquent souvent de vision à long terme et complète de la chaîne de valeur, de la mine au produit final, qui devient nécessaire face à l’incertitude naissante sur les marchés des matériaux. Cette forte incertitude découle d’une part de la recherche d’autonomie des pays consommateurs dans un contexte de forte hausse de la demande et d’offre contrainte, et d’autre part des stratégies envisagées par les pays producteurs visant à profiter de la manne financière de leurs ressources sans pour autant reprimariser leur économie. Dans ce contexte géopolitique incertain, l’ensemble des producteurs et consommateurs devraient profiter de la dynamique liée aux métaux pour structurer de manière globale les marchés, en intégrant les critères sociaux et environnementaux et en mettant en place une gouvernance mondiale des matériaux.
EROI minimum et croissance économique
Par Victor COURT
Ingénieur et économiste, Centre Économie et Management de l’énergie, IFP Énergies nouvelles
et Florian FIZAINE
Économiste, Institut de recherche en gestion et économie, Université Savoie Mont-Blanc
Les notions d’énergie nette et d’EROI ont progressivement gagné en popularité depuis leur émergence dans les années 1970. Particulièrement utiles pour caractériser, respectivement, l’état d’abondance et la difficulté à extraire l’énergie de l’environnement, leur mesure s’avère néanmoins difficile. Depuis quelques années, dans un contexte de raréfaction des hydrocarbures et de basculement vers les énergies décarbonées, plusieurs études ont essayé d’estimer l’impact d’une baisse de l’EROI sur le fonctionnement d’une société industrielle. Une autre façon d’approcher ce sujet revient à se demander s’il est possible d’estimer la valeur minimale d’EROI requise pour soutenir la croissance économique. En raison de certaines faiblesses méthodologiques, les résultats de ce champ de recherche restent hétérogènes et difficiles à interpréter, d’autant qu’ils s’inscrivent dans un contexte de requalification de l’objectif à atteindre (croissance économique ou qualité de vie), auquel la science ne pourra pas répondre seule.
Projets d’exploitation de lithium en France et en Allemagne… des convergences possibles ou une compétition effrénée ?
Par Alain LIGER
Ancien secrétaire général du Comité pour les métaux stratégiques
Le lithium fait l’objet d’une forte demande au niveau mondial, sous la pression du développement de l’usage des batteries rechargeables ; il est classé métal stratégique par l’Europe, qui est totalement dépendante de producteurs extérieurs au continent. L’examen de projets d’extraction de lithium en France et en Allemagne montre un fort investissement industriel sur cet enjeu minier majeur dont le sort reste cependant dépendant de la poursuite des études, de l’acceptation des projets par les populations locales et des autorisations exigées par le droit minier de chaque pays.