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Les scenarii énergétiques d'ici 2050 : renouveler la démarche

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Pourra-t-on, dans un futur proche, produire de l’énergie en quantité suffisante pour tous ? Face à l’épuisement prévisible des ressources et au réchauffement du climat, c’est à cette question que répondent à intervalle régulier les rapports de l’Agence internationale de l’énergie ou du Conseil mondial de l’énergie et, plus récemment du GIEC.

L'invité de Planète Terre du 7 septembre 2011, Sylvain David, chercheur au CNRS à l'Institut de Physique Nucléaire d'Orsay, a participé à une étude renouvelant les scenario de référence sur l'avenir énergétique de la planète : La Construction Simplifiée d’un Modèle Energétique du monde en 2050 (COSIME 2050). A rebours des pronostics habituels, l'équipe de quatre physiciens décrit le monde énergétique qui découlerait d'hypothèses intiales fixées pour 2050 (consommation d'énergie globale, émission totale de CO2), et élabore un bouquet énergétique correspondant à celles-ci.

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Pour réécouter l'émission du 7 septembre rendez-vous ICI. N'hésitez pas à nous transmettre vos questions, vos commentaires dans la rubrique "vos commentaires".

En1964, le futur avait déjà un parfum de course à l’énergie et de crainte de la pénurie. En témoigne cette video de l'INA, étrangement actuelle

**Avant les projections : état des lieux **
Les scenarii énergétiques résultent d’une combinaison de variables, et de facteurs, dont voici les principaux.

** Facteur 1: la démographie .** On prévoit que population mondiale atteindra 9,5 milliards d’habitants en 2050, soit une augmentation de 3 millards de personnes en seulement 40 ans.

Cette croissance provoque une consommation plus importante d’énergie , que l’on constate déjà aujourd’hui. (voir aussi le récent article du blog de Sylvestre Huet.)

Consommation électrique totale
Consommation électrique totale

Graphique de la consommation électrique totale dans 6 pays depuis 1960.©Sylvain David

Les pays en développement (Chine, pays d’Afrique) connaissent la forte augmentation en besoins énergétiques,(cf le dossier de Mappemonde sur l’énergie en Chine.)

Facteur 2 : les inégalités spatiales de la consommation d’énergie.** ** (cf la carte du Monde Diplomatique en ligne )

Consommation mondiale d'énergie par habitant (2003)
Consommation mondiale d'énergie par habitant (2003)
© Radio France

Consommation mondiale d'énergie par habitant (2003) ©Radio France

I Facteur 3 : les incertitudes quant aux ressources énergétiques disponibles.** ** Ressources énergétiques utilsée dans le monde en 2005 ©Sylvain David

Ce petit diagramme des principales ressources d’énergie utilisées dans le monde (combustibles fossiles : 80%, biomasse 8%, hydrolique 6%, nucléaire 6%) montre à quel point l'énergie fossileest massivement employée. Cette importance explique une forte vulnérabilité des pays fortement dépendants de ce type d’énergie : vulnérabilité économique, écologique, géopolitique.

La crainte de l'épuisement des ressources fossiles constitue une contrainte majeure, dans un contexte mondial où 80% de la consommation énergétique est assurée par les hydrocarbures et le charbon. La question de la limite des ressources se pose donc fréquemment. (Sur ce thème réécoutez l'émission Planète Terre du 7 décembre 2010 sur l'après pétrole et la question du "Peak Oil" en cliquant ici et accédez au billet de Globe). L'enjeu de la sobriété énergétique, récurrent depuis de nombreuses années, est donc posée avant le constat du réchauffement climatique aux causes anthropiques.

** Le réchauffement climatique constitut une 4ème variable de ces scenario. ** Les émissions de gaz à effet de serre (GES ), issues des énergies fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon), sont en effet responsables de la hausse globale des température et du dérèglement climatique mondial. Or ce sont précisément ces énergies fossiles, les plus employées, qui sont les plus émettrices.

L'animation ci-dessous, réalisée par la Fondation pour la Nature et l'Homme à partir des scenario climatiques du GIEC, présente schématiquement les effets à long terme des politiques climatiques et énergétiques sur les émissions de gaz à effet de serre et donc la hausse des températures.

Pour aller plus loin sur le thème de la disponibilité en pétrole, voici une video du Dessous des Cartes :

Emission de CO2
Emission de CO2

Emission de CO2 ©Sylvain David

**La pluralité des scenarii énergétiques. **
Il existe un grand nombre de scenario énergétiques, comme l'indique cet article du Monde Diplomatique. Il souligne la variété des pronostics de référence, qui tous jouent sur des variables d’ajustement différentes sans toujours expliciter leurs hypothèses.

Ces prospectives sont le fait d’organisations internationales ( Agence Internationale de l’Energie , GIEC) d’associations ( WWF, European Climate Council) ou d’entreprises ( Shell) . Par exemple:

****Le ** **Scenario de l’Agence Internationale de l’Energie ** **
Ce scenario est établi à partir du postulat selon lequel les politiques énergétiques changeront marginalement d’ici 15 ans. Il imagine donc que les tendances se poursuivent telles qu’elles sont actuellement engagées.

Dans ce scenario, on obtient que la demande énergétique mondiale d’ici 2050 augmente de 45%, soutenue en premier lieu par les pays émergents. Elle s’accompagne d’une croissance de 50% émissions des GES.

L’AIE a, plus récement, introduit dans ses paramètres la contrainte climatique. Elle ainsi ainsi modifié ses scenario, et propose le programme « Blue Map ». L'enjeu y est celui des émissions de GES qu’il faut impérativement stabiliser pour limiter la hausse globale des températures. La carte du dossier de La Documentation Française présente les plus gros émetteurs de GES.

Selon Guy Laval ( invité de Planète Terre le 15/07/09), de l’Académie des Sciences, "Blue Map propose de ramener les émissions de CO2 à 14 Gt/an en 2050 (soit deux fois moins qu’en 2005) ce qui, d’après le GIEC permettrait de maintenir le réchauffement aux environs de 2°C. Ce scénario exige pratiquement une énergie sans émission de CO2 dans tous les domaines (y compris dans les transports) de la production d’énergie et dans tous les pays du monde (y compris dans les pays en développement). Il s’agit proprement d’une révolution technologique .**" **

**Le scenario POLES du Conseil Mondial de l'Energie (Prospective Outlook for the long term energy system), une association proche des grandes firmes de producteurs **
Ce scenario (accessible par ce lien ) prend en compte quatre variables principales :

  • le niveau de développement technologique des grandes régions du monde
  • la réduction des GES par des politiques internationales volontaristes comme la taxe carbone
  • l’évolution démographique mondiale

Ces quatre paramètres sont les principaux fondements méthodologiques des scenario du Conseil Mondial de l’Energie. Il en établit quatre (lion, leopard, girafe, éléphant), dont la principale variable d’ajustement est le degré de coopération des Etats entre eux. Le site de « Dialogue, propositions et histoires pour citoyenneté mondiale » synthétise de manière efficace ce scenario, à l’aide de tableaux très parlants.

****La Construction Simplifiée d’un Modèle Energétique du monde en 2050 (COSIME 2050) ** ** L'équipe de recherche constituée de S. Bouneau, S.David, J-M Loiseaux et de O. Méplan a publié, dans la revue des Annales de Physique en 2009 ( accedez à l'article des Annales de Physique) une étude allant à rebours des scenario traditionnels.

A l'inverse des travaux de prospectives habituels, l'équipe a voulu bâtir un modèle énergétique pour 2050, et non une image figée d'une situation globale. Ce modèle, appelé COSIME 2050 (accronyme de Construction Simplifiée d'un Modèle Energétique du monde en 2050), est "basé sur des données, des hypothèses globales explicitées" qui permettent, en remontant le fil de ces hypothèses, de déterminer un bouquet énergétique tel qu'il permettrait de réaliser ces postulats initiaux.

Démarche et hypothèses de travail Les groupe a "choisi de définir comme hypothèses initiales des valeurs pour 2050 et de décrire le monde énergétique qui en résulte. Les hypothèses initiales retenues pour 2050 sont

  1. une population mondiale de 9 milliards
  2. une consommation d'énergie de 20 Gtep / an contre environ 10 au début des années 2000. (20 giga tonnes équivalent pétrole)
  3. et une réduction par deux des émissions de CO2, soit une consommation de combustible fossile avec émissions de 4 Gtep / an. "

La spécificité de leur démarche est de tenir compte des inégalités de consommation, selon une approche à la fois géographique et économique (les pays riches consomment plus que les pays les plus pauvres, mais ce sont les pays pauvres qui verront leur consommation augmenter le plus rapidement), et d'apporter une réponse ajustée à ces disparités. Il s’agit, poursuit Cosime 2050, de construire un mix énergétique équilibré , en se basant notamment sur le potentiel réel de chaque source d’énergie renouvelable. Les sources d’énergie sont ensuite réparties par secteur d’activité et par type de population en prenant soin d'utiliser les sources en adéquation avec les besoins énergétiques, répartis en 4 grands groupes : transports, chaleur industrielle, chaleur résidentielle / tertiaire et electricité.

**Cosime 2050 se construit en trois étapes. ** 1. La première est la détermination de la **"répartition de la consommation énergétique". **

Les physiciens ont établi trois groupes de population, aux profils de consommation différents : le groupe P1 est le groupe des populations riches à forte consommation, le groupe P2 est celui des populations à consommation moyenne, et le groupe P3 est le groupe des pays les plus pauvres à faible consommation. Chaque grande région "contient" un mélange de chacun de ces populations. Cette répartition étant basée sur le taux d'urbanisation.

Répartition de la population par aire géographique et niveau de développement économique
Répartition de la population par aire géographique et niveau de développement économique

Répartition de la population par aire géographique et niveau de développement économique ©Sylvain David

*Source * : S. Bouneau, S.David, J-M Loiseaux et de O. Méplan.

2. La seconde a été la prise en compte de "la contrainte sur les émissions de CO2"

Cosime 2050 a ensuite calculé "les répercussions d'une réduction par deux des émissions de CO2 au niveau mondial, taux d'émission censé stabiliser l'augmentation de température moyenne du globe à + 2°C. Dans le scénario, la consommation de combustibles fossiles est alors limitée à 4,2 Gtep / an", en prenant à chaque fois en compte les groupes de populations P1, P2 et P3, et leur principaux postes d'utilisation énergétiques, comme le montre le graphique suivant.

S. David et ses collègues en déduisent les résultats suivants : les pays riches devront assurer 85% de leurs besoins énergétiques à partir de sources non émettrices de CO2, ce qui implique un changement technologique et comportemental fort.

Répartition des types d’énergie par groupe de pays en fonction des secteurs d’activités
Répartition des types d’énergie par groupe de pays en fonction des secteurs d’activités

Répartition des types d’énergie par groupe de pays en fonction des secteurs d’activités ©Sylvain David

Diagramme de la répartition des types d’énergie par groupe de pays en fonction des secteurs d’activités (blocs de gauche à droite : P1, P2, P3). *Source * : Sylvain David.

**3. Quelques résultats marquants **

Pour concrétiser cette hypothèse :

  • Les pays riches doivent réduire leur consommation énergétique de 27% par rapport à la moyenne européenne actuelle
  • Les pays émergents doivent pouvoir doubler leur consommation énergétique moyenne actuelle.
  • Les pays pauvres doivent pouvoir également doubler leur consommation énergétique moyenne actuelle, mais pour une consommation totale de l'ordre de 1/tep/hab/an, qui peut paraître encore très faible comparées aux consommations typiques actuelles des pays riches (environ 5 tep/hab/an).
  • De nouvelles sources énergétiques doivent être valorisées, d'autres renforcées, comme le nucléaire, que le groupe de travail préconise de multiplier par 8 à l'échelle mondiale.

En calculant la capacité maximale de chaque source d’énergie renouvelable, et les besoins de chaque type de population, Cosime aboutit aux résultats suivants :

Capacité maximale de chaque source d’énergie renouvelable / besoins de chaque type de population
Capacité maximale de chaque source d’énergie renouvelable / besoins de chaque type de population

Capacité maximale de chaque source d’énergie renouvelable / besoins de chaque type de population ©Sylvain David

*Source * : S. Bouneau, S.David, J-M Loiseaux et de O. Méplan.

Un nouveau mix énergétique mondial
Un nouveau mix énergétique mondial

Un nouveau mix énergétique mondial ©Sylvain David

Pour concrétiser ces résultats, Cosime 2050 formule quatre **propositions-conclusions ** :

  • « augmenter significativement l’efficacité énergétique afin de réduire la consommation d’énergie des populations favorisées et permettre aux populations les plus pauvres d’accéder à un meilleur niveau de vie
  • développer au maximum de leur potentiel estimé les **énergies renouvelables ** ;

On est donc loin des scenario diffusés par l'AIE.

En cliquant iciaccedez au document explicitant la démarche des chercheurs associés à ce projet.

En cliquant , retrouvez Sylvain David en conférence

**Complément cartographique ** :

Dossier sur l’énergie de la revue en ligne Cartographie le Présent.