Voici un article de revue publié en 2020, très méthodique, référencé et complet. J’en ai fait la traduction, excepté pour la section « Références » qui reste en langue anglaise originale. Outre son intérêt en tant que source d’informations très vastes sur le sujet, il sera également d’un usage utile en tant que document de référence pour toute discussion relative aux énergies renouvelables.
Les auteurs ne se prononçant pas ici sur la validité de la théorie de la source anthropogénique du réchauffement climatique, je renvoie sur ce sujet le lecteur à divers articles précédemment publiés sur ce blog, principalement celui-ci.
La version originale est consultable et téléchargeable en pdf ici:
Politique énergétique et climatique – Évaluation des dépenses mondiales en matière de changement climatique 2011-2018
Coilín ÓhAiseadha 1,*, Gerré Quinn 2 , Ronan Connolly 3,4 , Michael Connolly 3
et Willie Soon 4
1 Department of Public Health, Health Service Executive, Dr Steevens’ Hospital, D08 W2A8 Dublin 8, Irlande;
2 Centre for Molecular Biosciences, Ulster University, Coleraine BT521SA, Irlande du Nord, Royaume-Uni; g.quinn@ulster.ac.uk
3 Independent Scientists, Dublin 8, Irlande; ronan@ceres-science.com (R.C.); michael@ceres-science.com (M.C.)
4 Center for Environmental Research and Earth Sciences (CERES), Salem, MA 01970, États-Unis; willie@ceres-science.com
(*): Correspondance: coilin.ohaiseadha@hse.ie
Reçu: 15 août 2020; Accepté: 12 septembre 2020; Publié: 16 septembre 2020
Résumé
La préoccupation pour le changement climatique est l’un des moteurs des nouvelles politiques énergétiques de transition orientées vers la croissance économique et la sécurité énergétique, ainsi que vers la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) et la préservation de la biodiversité. Depuis 2010, la Climate Policy Initiative (CPI) publie des rapports annuels sur le paysage mondial du financement climatique. Selon ces rapports, 3 660 milliards de dollars ont été dépensés pour des projets de lutte contre le changement climatique au cours de la période 2011-2018. Cinquante-cinq pour cent de ces dépenses ont été consacrées à l’énergie éolienne et solaire. Selon les rapports mondiaux sur l’énergie, la contribution de l’énergie éolienne et solaire à la consommation mondiale d’énergie est passée de 0,5% à 3% au cours de cette période. Dans le même temps, le charbon, le pétrole et le gaz continuent de fournir 85% de la consommation mondiale d’énergie, l’hydroélectricité et le nucléaire assurant la majeure partie du reste. Dans ce contexte, nous examinons les défis techniques potentiels et les impacts environnementaux et socio-économiques des principales sources d’énergie (anciennes et nouvelles). Nous constatons que la littérature soulève de nombreuses préoccupations quant à la faisabilité technique et aux incidences environnementales de l’énergie éolienne et de l’énergie solaire. Cependant, aucune des sources d’énergie actuelles ou proposées n’est une « panacée ». Au contraire, chaque technologie présente des avantages et des inconvénients, et les décideurs politiques doivent être conscients des avantages et des inconvénients lorsqu’ils prennent des décisions en matière de politique énergétique. Nous invitons les décideurs politiques à identifier les priorités les plus importantes pour eux et celles sur lesquelles ils sont prêts à faire des compromis.
Mots-clés: atténuation du changement climatique; adaptation au changement climatique; énergies renouvelables; énergie solaire; énergie éolienne; biomasse; biocarburants; véhicules électriques; pauvreté énergétique; justice énergétique
1. Introduction
Au vu des changements survenus dans le système climatique mondial depuis les années 1950, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) des Nations unies a conclu que la poursuite des émissions de gaz à effet de serre (GES) entraînera « un réchauffement supplémentaire et des changements durables dans toutes les composantes du système climatique, augmentant la probabilité d’impacts graves, généralisés et irréversibles pour les populations et les écosystèmes » (p. 8, Rapport de synthèse du GIEC (2014)) [1]. Cette conclusion, ainsi que celles de la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (CCNUCC), a inspiré les efforts continus de la Conférence des parties des Nations unies (COP) depuis les années 1990 pour coordonner les accords internationaux visant à réduire de manière urgente et substantielle les émissions de gaz à effet de serre, tels que le Protocole de Kyoto de 1996 [2] et l’Accord de Paris de 2015 [3].
Les efforts déployés pour parvenir à un accord sur ces négociations internationales majeures sont un témoignage remarquable de l’intérêt et du soutien de la communauté internationale pour ces objectifs. Cependant, les émissions de gaz à effet de serre ont continué à augmenter [4,5,6]. L’un des principaux problèmes sous-jacents est que la majeure partie de l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre (principalement le dioxyde de carbone, CO2) depuis le XIXe siècle est due à l’utilisation d’énergie produite à partir de combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel et tourbe), qui a été à l’origine de la révolution industrielle [7]. Cette énergie abondante et bon marché a permis une augmentation sans précédent du niveau de vie, de la durée de vie moyenne, des progrès technologiques, de l’agriculture et de la population mondiale, ainsi que de la croissance économique [7,8,9]. Il est clair que, historiquement, elle a été un facteur clé pour permettre le développement des nations à revenu élevé actuelles [7,8,9]. Gupta (2014) a noté qu’il s’agissait d’une source majeure de désaccord entre les pays en développement et les pays développés dans les tentatives internationales de réduction des émissions mondiales de gaz à effet de serre [10]. Plus précisément, si les pays en développement suivent la même voie éprouvée que celle empruntée par les nations pour se développer, les émissions de gaz à effet de serre augmenteront considérablement, ce qui soulève la question de savoir si les traités internationaux visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre entravent implicitement le développement des pays en développement [10].
D’un autre côté, plusieurs chercheurs et faiseurs d’opinion ont affirmé qu’une révolution post-industrielle alternative « zéro carbone », impliquant une transition vers l’électricité éolienne et solaire, ainsi que l’électrification généralisée des systèmes de transport et l’amélioration de l’efficacité énergétique (incluant éventuellement la bioénergie), est non seulement faisable, mais souhaitable, par exemple, Gore (2006, 2017) [11,12], Jacobson et al. (2011, 2015, 2017, 2018) [13,14,15,16], Klein (2015) [17] et Goodall (2016) [18]. Bien que ces affirmations aient été contestées dans la littérature scientifique [19,20,21,22,23,24], elles sont ardemment défendues par des groupes de défense de l’environnement tels que Greenpeace [25,26] et des mouvements de protestation tels que « Extinction Rebellion » [27] et « Fridays For Future » [28], qui ont acquis une grande notoriété dans les médias grand public et les médias sociaux. Cela a incité de nombreux groupes politiques et gouvernements à remodeler leurs programmes politiques en conséquence [29,30], par exemple sous la forme d’un « New Deal vert » [31,32,33].
Étant donné la popularité de ce cadre, il n’est pas surprenant que de nombreuses personnes supposent que l’opposition à ces politiques est due à l’ignorance, à un manque d’intérêt pour l’environnement et/ou au lobbying d’intérêts particuliers qui réclament le maintien du statu quo [34,35,36,37]. Cependant, une grande partie de l’opposition est exprimée par des écologistes et des chercheurs qui s’inquiètent des problèmes environnementaux et sociétaux associés à ces politiques, ainsi que de l’absence de discussion critique sur la faisabilité technique et économique de ces politiques [8,20,26,38,39,40,41,42,43,44,45].
De nombreuses critiques à l’encontre de ces propositions « zéro carbone » découlent de simples considérations d’ordre technique et économique. Certains ont mis en doute la capacité des « technologies vertes » proposées à répondre aux besoins énergétiques de la population actuelle, sans parler de l’augmentation de la population [20,38,41,43,44,46,47]. Par exemple, à partir d’une évaluation de 24 études sur l’électricité 100 % renouvelable, Heard et al. (2017) ont constaté que, « sur la base de nos critères, aucune des études sur l’électricité 100% renouvelable que nous avons examinées n’a fourni une démonstration convaincante de la faisabilité » [21]. L’un des principaux problèmes techniques liés à la production d’électricité éolienne, solaire et marémotrice réside dans le fait qu’il s’agit de technologies de production d’électricité « intermittentes » (également appelées « non répartissables » ou « variables »). Si certains ont affirmé que ce problème pouvait en principe être résolu en combinant le stockage de l’énergie [48,49] et/ou une extension majeure des réseaux de transport d’électricité à l’échelle du continent [50], d’autres ont fait remarquer que l’ampleur de ces projets était énorme [19,21,22,23,24,45]. Beaucoup se sont demandé pourquoi, si la réduction des émissions de gaz à effet de serre doit réellement être considérée comme la priorité absolue, les solutions impliquant une augmentation de l’énergie nucléaire et/ou une transition du charbon/pétrole vers le gaz naturel sont continuellement rejetées ou mises de côté [20,21,23,38,39,41,42,43,44,51,52]?
Paradoxalement, étant donné que ces politiques sont présentées comme souhaitables du point de vue de l’environnement, la plupart des critiques portent sur leur impact environnemental. De nombreux chercheurs s’inquiètent des effets négatifs des « énergies vertes » sur la biodiversité [51,53,54,55,56]. Certains ont noté que la transition vers ces technologies nécessiterait une augmentation considérable de l’exploitation de ressources limitées [45,57,58], Mills (2020) affirmant que « par rapport aux hydrocarbures, les machines vertes entraînent, en moyenne, une multiplication par 10 des quantités de matériaux extraits et traités pour produire la même quantité d’énergie » [45]. Certains notent que les parcs éoliens à grande échelle peuvent provoquer un changement climatique local important (distinct du changement climatique mondial dû aux émissions de gaz à effet de serre qu’ils sont censés réduire) [59,60,61,62,63,64,65,66].
Pielke Jr. (2005) note qu’il existe deux approches pour réduire les impacts du futur changement climatique : (i) « l’atténuation du climat » et (ii) « l’adaptation au climat » [67]. La première approche, « l’atténuation du climat », part du principe que les gaz à effet de serre sont le principal moteur du changement climatique et tente de « réduire le changement climatique futur » en réduisant les émissions de gaz à effet de serre. La seconde approche, « l’adaptation au climat », consiste à développer de meilleurs systèmes et infrastructures pour faire face au changement climatique et aux extrêmes climatiques. Pielke Jr. affirme qu’en mettant trop l’accent sur « l’atténuation du climat », la CCNUCC et les accords de la COP, tels que le Protocole de Kyoto (et plus récemment l’Accord de Paris), ont créé un biais contre les investissements dans l’adaptation au climat. Il note également que les politiques d’atténuation du climat supposent explicitement que le changement climatique est principalement dû aux émissions de gaz à effet de serre, alors que les politiques d’adaptation au climat ont souvent du sens quelles que soient les causes du changement climatique. Dans cette optique, il convient de noter que plusieurs études récentes ont soutenu que les rapports du GIEC ont sous-estimé le rôle des facteurs naturels dans le changement climatique récent (et donc surestimé le rôle des facteurs d’origine humaine) [68,69,70,71].
En outre, dans ce numéro spécial d’Énergies, Connolly et al. (2020) ont noté que, même en supposant que le changement climatique est principalement dû aux émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine, l’ampleur du réchauffement planétaire attendu dans le cadre de politiques de maintien du statu quo est fortement déterminée par une mesure appelée « sensibilité climatique » [6]. La valeur exacte de cette mesure fait l’objet d’un débat scientifique considérable, mais Connolly et al. ont calculé que, si la valeur se situe dans la partie supérieure de la fourchette d’estimations du GIEC, nous pouvons nous attendre à ce que l’objectif déclaré de l’Accord de Paris de maintenir le réchauffement climatique d’origine humaine en dessous de 2°C ne soit pas atteint dans le cadre du statu quo au milieu du XXIe siècle, alors que, si la sensibilité climatique se situe dans la partie inférieure des estimations du GIEC, l’Accord de Paris ne sera pas respecté dans le cadre du statu quo avant au moins le XXIIe siècle. En d’autres termes, ils ont montré que la communauté scientifique n’a pas encore résolu de manière satisfaisante la question de savoir si la réduction des émissions de gaz à effet de serre est un problème pour ce siècle ou pour le suivant. Cette constatation a des conséquences sur l’urgence des transitions proposées vers des politiques « à faible teneur en carbone ». Il s’agit d’un point important car, malgré les inquiétudes concernant le changement climatique que les émissions de gaz à effet de serre associées pourraient provoquer, les politiques énergétiques actuelles basées sur les combustibles fossiles présentent de nombreux avantages [8,9]. En effet, il convient de noter que le principal gaz à effet de serre concerné, le dioxyde de carbone (CO2), est un élément clé de toute vie basée sur le carbone, c’est-à-dire de toute vie connue, et que l’augmentation des concentrations de dioxyde de carbone dans l’atmosphère a contribué à un « verdissement » partiel de la Terre, c’est-à-dire à une croissance accrue des plantes au cours des dernières décennies [9,72].
À la lumière des critiques ci-dessus, le lecteur peut se demander si les politiques de transition énergétique « zéro carbone » proposées actuellement et basées principalement sur l’électricité éolienne et solaire sont vraiment la panacée que les promoteurs de ces technologies indiquent [11,12,13,14,15,16,17,18,25,27,28]. Il s’agit d’une question clé à laquelle nous souhaitons répondre dans cet article de synthèse. Nous espérons qu’à l’issue de cette étude, le lecteur comprendra qu’aucune des sources d’énergie et d’électricité actuellement utilisées par la société n’est une « panacée ». Au contraire, chaque technologie a ses avantages et ses inconvénients, et les décideurs politiques doivent être conscients des avantages et des inconvénients lorsqu’ils prennent des décisions en matière de politique énergétique. Nous invitons les décideurs politiques à identifier les priorités les plus importantes pour eux et celles sur lesquelles ils sont prêts à faire des compromis. Sovacool et Saunders (2014) [73] fournissent un cadre utile à cet égard en comparant et en opposant cinq paquets différents de politiques de sécurité énergétique. Ils ont constaté que les cinq paquets présentent des avantages et des inconvénients, et que » la sécurité énergétique n’est pas un état absolu, et que sa réalisation ne « fonctionne » qu’en donnant la priorité à certaines dimensions, ou à des objectifs et paquets politiques, plus qu’à d’autres » [73].
Nous soutenons qu’un élément clé de ce processus est la reconnaissance des problèmes techniques, environnementaux et socio-économiques associés à chaque technologie. Nous insistons sur le fait que l’objectif de cette étude n’est pas de plaider en faveur d’une technologie énergétique particulière, mais plutôt de sensibiliser le lecteur aux avantages et aux inconvénients de chacune des principales technologies et politiques énergétiques actuellement promues. Afin d’identifier ces technologies et politiques énergétiques clés, nous avons tiré parti de l’analyse détaillée réalisée par la Climate Policy Initiative (https://www.climatepolicyinitiative.org/) dans une série de rapports annuels/biennaux intitulés « Global Landscape of Climate Finance », qui ont estimé la répartition des dépenses mondiales totales liées au changement climatique pour chaque année entre 2010/2011 [74] et 2018 [75].
Nous avons compilé les données de ces rapports pour chaque année dans la figure 1 et le tableau 1. Nous notons que la Climate Policy Initiative a également réalisé une estimation pour 2009/2010 dans un premier rapport [76], mais les auteurs indiquent qu’ils ont considérablement modifié leur méthodologie pour les rapports suivants, et nous n’avons donc pas inclus ces estimations antérieures dans notre analyse. Selon son site web, la Climate Policy Initiative est un groupe de réflexion sur la politique climatique qui « a été fondé en 2009 pour aider les nations qui construisent des économies à faible émission de carbone à élaborer et à mettre en œuvre des politiques efficaces en matière de climat, d’énergie et d’utilisation des sols ». Dans leurs rapports, ils reconnaissent explicitement que leurs calculs sous-estiment probablement les dépenses annuelles mondiales, » en raison de problèmes méthodologiques liés à la couverture et aux limites des données, en particulier les dépenses des gouvernements nationaux en matière de financement climatique et les investissements privés dans l’efficacité énergétique, les transports, l’utilisation des terres et l’adaptation » (Buchner et al. 2019, p8) [75]. Néanmoins, ils semblent offrir les estimations les plus complètes disponibles au moment de la rédaction du présent document. Par conséquent, nous pensons qu’elles offrent une ventilation relative utile des dépenses mondiales liées au changement climatique sur la période 2011-2018.
Figure 1. Ventilation des dépenses mondiales totales liées au changement climatique sur la période 2011-2018. Données tirées des rapports Global Landscape of Climate Finance de la Climate Policy Initiative, accessibles sur le site https://climatepolicyinitiative.org/, comme détaillé dans le tableau 1.
| Secteur | Dépenses totales, 2011-2018 (période de 8 ans) | Dépenses annuelles moyennes | Pourcentage des dépenses totales |
| Solaire | 1220 milliards US$ | 152 milliards US$ | 33% |
| Éolien | 810 milliards US$ | 101 milliards US$ | 22% |
| Biomasse et déchets * | 75 milliards US$ | 9 milliards US$ | 2% |
| Hydroelectricité * | 75 milliards US$ | 9 milliards US$ | 2% |
| Biocarburants * | 25 milliards US$ | 3 milliards US$ | 1% |
| Toutes les autres énergies renouvelables * | 170 milliards US$ | 21 milliards US$ | 5% |
| Transport durable | 375 milliards US$ | 47 milliards US$ | 10% |
| Efficacité énergétique | 250 milliards US$ | 31 milliards US$ | 7% |
| Autres politiques d’atténuation du changement climatique | 430 milliards US$ | 54 milliards US$ | 12% |
| Politiques d’adaptation au climat | 190 milliards US$ | 24 milliards US$ | 5% |
| Doubles avantages | 40 milliards US$ | 5 milliards US$ | 1% |
| Total | 3 660 milliards US$ | 458 milliards US$ | 100% |
Tableau 1. Ventilation des dépenses mondiales liées au changement climatique entre 2011 et 2018. Données tirées des rapports annuels et bisannuels Global Landscape of Climate Finance de la Climate Policy Initiative, consultés à l’adresse https://climatepolicyinitiative.org/.
Malgré ces dépenses, qui s’élèvent à 3 660 milliards de dollars sur 8 ans, les émissions mondiales de dioxyde de carbone (CO2) ont continué à augmenter tout au long de cette période (Figure 2). Cela donne l’occasion d’examiner les dépenses afin de déterminer si la voie actuelle est prometteuse de succès. Une explication pourrait être que les dépenses totales sont encore trop faibles, et Buchner et al. (2019) affirment en effet que les dépenses mondiales annuelles devraient augmenter pour atteindre 1,6 à 3,8 trillions de dollars américains afin de réduire de manière substantielle les émissions de CO2 [75]. Cependant, la Figure 1 et le Tableau 1 montrent que 55% des dépenses au cours de cette période ont été consacrées à des projets solaires et éoliens, 10% supplémentaires à des projets de transport durable et 7% à l’efficacité énergétique. En d’autres termes, la plupart des dépenses ont été consacrées aux types de politiques privilégiées par les propositions « zéro carbone » qui ont été fortement critiquées ci-dessus.
Figure 2. Tendances historiques des émissions mondiales de CO2 et des dépenses mondiales liées au changement climatique sur la période 2011-2018. (a) Les chiffres des dépenses sont ceux de la Figure 1. Données tirées des rapports annuels et bisannuels Global Landscape of Climate Finance de la Climate Policy Initiative, accessibles à l’adresse suivante: https://climatepolicyinitiative.org/. (b) Émissions mondiales de CO2. Données de Boden et al. (2018) [4], https://energy.appstate.edu/CDIAC, mises à jour en 2018 par Friedlingstein et al. (2019) [5], https://www.globalcarbonproject.org/.
Dans cette perspective, nous proposons de décrire tout d’abord l’utilisation actuelle de l’énergie dans le monde (section 2). Ensuite, nous examinerons certains des principaux défis techniques associés à la fois aux transitions énergétiques proposées et aux politiques énergétiques actuelles (section 3). Dans la section 4, nous examinerons certaines des principales préoccupations environnementales associées à ces politiques, tandis que dans la section 5, nous nous pencherons sur certaines préoccupations socio-économiques importantes. Dans la section 6, nous résumons les avantages et les inconvénients de toutes les principales sources d’énergie, qu’il s’agisse de celles prises en compte dans la Figure 1 et le Tableau 1 ou de celles qui ne le sont pas. Dans la section 7, nous formulons quelques recommandations sur la manière d’interpréter ces avantages et inconvénients contradictoires.
2. Politiques énergétiques actuelles
Afin d’évaluer le contexte des politiques de dépenses de la Figure 1 et du Tableau 1, il peut être utile d’examiner la consommation mondiale totale d’énergie actuelle et historique. Dans la Figure 3, nous présentons les tendances de 2008 à 2018 telles qu’estimées par BP dans son « Statistical Review of World Energy 2019 » [77], et dans la Figure 4, nous présentons une ventilation plus détaillée pour l’année la plus récente (2018). Il existe plusieurs autres rapports similaires rédigés par différents groupes, et les estimations sont globalement similaires. Nous avons choisi celui-ci parce qu’il était facilement disponible et qu’il était l’un des plus complets et des plus détaillés. Bien que nous reconnaissions le risque qu’une société énergétique privée disposant d’un portefeuille diversifié puisse être incitée à déformer la contribution relative des différentes sources d’énergie à la consommation mondiale d’énergie, nous notons que l’Administration américaine d’information sur l’énergie (EIA) propose des estimations similaires pour les parts du bouquet énergétique mondial en 2018: combustibles fossiles 80,4%, énergies renouvelables 15,4%, et nucléaire 4,2% [78]. Pour une comparaison des rapports de BP avec les autres rapports mondiaux sur l’énergie, voir Newell et al. (2019) [79].
Figure 3. Consommation mondiale d’énergie par source, tendance décennale (2008-2018). Le terme « renouvelable » désigne toutes les énergies renouvelables autres que l’hydroélectricité. Données de BP (2019) [77].
Figure 4. Consommation mondiale d’énergie par source, 2018. Données de BP (2019) [77].
La Figure 4 montre qu’en 2018, le monde produit encore la majeure partie (85%) de son énergie à partir de combustibles fossiles (pétrole, charbon et gaz). Le nucléaire (4%) et l’une des énergies renouvelables, l’hydroélectricité (7%), représentent également des parts importantes du gâteau. En revanche, l’éolien et le solaire ne représentent que 3%, et les autres sources 1%. Cela dit, la Figure 3 montre que les importantes dépenses mondiales consacrées aux projets éoliens et solaires au cours de la période 2011-2018 ont eu un effet sur le fait que l’éolien et le solaire représentaient moins de 0,5% de la consommation mondiale d’énergie en 2010, de sorte que la contribution de l’éolien et du solaire au bouquet énergétique a augmenté de 2,5 points de pourcentage au cours de cette période.
3. Défis techniques des différentes technologies énergétiques
3.1. Le problème de l’intermittence (de l’électricité éolienne, solaire et marémotrice)
Historiquement, les réseaux électriques nationaux ont été presque exclusivement alimentés par des producteurs d’électricité « de base » (parfois appelés « pilotables »). Alors que la demande d’électricité a tendance à fluctuer à différentes échelles de temps, les fournisseurs d’électricité sont tenus de fournir un approvisionnement régulier en électricité pour répondre aux besoins en électricité de base, définis comme des « demandes minimales basées sur des attentes raisonnables des besoins des clients » [80]. Les technologies de production d’électricité de base les plus courantes sont les suivantes: charbon, gaz naturel, pétrole, tourbe, nucléaire, hydroélectricité, géothermie et biomasse. Comme le montre la figure 4, ces sources d’énergie représentent actuellement plus de 96% de l’énergie mondiale.
D’autre part, comme nous l’avons vu dans l’introduction, bon nombre des transitions énergétiques actuellement proposées dépendent fortement d’une combinaison de trois technologies de production d’électricité « intermittentes » (parfois appelées « non pilotables »), à savoir l’éolien, le solaire et l’hydrolien. Certains ont même affirmé qu’il était possible (et souhaitable) de répondre à 100% des besoins énergétiques de la société en utilisant uniquement des énergies renouvelables, principalement éoliennes et solaires [11,12,13,14,15,16,17,18,25,26,27,28,32]. En effet, Jacobson et al [13,14,15,16] préconisent une transition vers des systèmes énergétiques qui génèrent 100% de leur électricité à partir du vent, de l’eau et de la lumière du soleil (« Wind, Water, Sunlight », WWS), c’est-à-dire l’éolien et le solaire complétés par l’énergie marémotrice et l’hydroélectricité. La Figure 1 et le Tableau 1 montrent que 55% du total des dépenses mondiales liées au changement climatique sur la période 2011-2018 ont été consacrées à deux de ces technologies, à savoir l’énergie solaire et l’énergie éolienne. Il convient donc d’examiner les implications du « problème de l’intermittence ». Nous insistons sur le fait qu’il s’agit d’un problème qui ne concernait pas, dans le passé, les réseaux électriques utilisant exclusivement des centrales pilotables.
Contrairement à la production régulière ou à la demande des centrales de base, les technologies intermittentes ne fournissent de l’énergie que de manière intermittente, c’est-à-dire uniquement lorsque le vent souffle (pour l’éolien) ou uniquement lorsque le soleil brille (pour le solaire) ou en fonction des marées (pour le marémoteur). Cependant, la consommation d’électricité par les consommateurs ne suit pas ces périodes de production. Il en résulte des déséquilibres entre l’offre et la demande d’électricité qui deviennent de plus en plus problématiques au fur et à mesure que le nombre de générateurs d’électricité intermittents connectés au réseau augmente. À certains moments, la production d’électricité est trop importante et doit être « réduite », c’est-à-dire rejetée ou diminuée, tandis qu’à d’autres moments, la production est insuffisante, ce qui entraîne des pannes d’électricité.
Un approvisionnement régulier en énergie 24 heures sur 24 est indispensable au fonctionnement sûr et fiable de systèmes tels que les usines de traitement des eaux, les hôpitaux, les systèmes de chauffage et de climatisation domestiques, les usines de fabrication et les systèmes de transport en commun. En outre, la disponibilité de l’énergie est une condition préalable au fonctionnement des services d’urgence, par exemple les équipements de réanimation médicale. Du point de vue du ménage, une énergie fiable est nécessaire pour faire fonctionner un réfrigérateur 24 heures sur 24, et elle doit être disponible en appuyant sur un interrupteur pour fournir l’éclairage nécessaire à n’importe quelle heure de la nuit. En l’absence d’énergie fiable, le ménage risque de subir des pertes alimentaires dues à des pannes de réfrigération, des accidents dus au manque de lumière et une perte de contrôle de la température due à des pannes de chauffage ou de climatisation [81].
La demande d’électricité de pointe est soumise à une série d’incertitudes, notamment la croissance démographique, l’évolution des technologies, les conditions économiques, les conditions météorologiques et les variations aléatoires de l’utilisation individuelle. Elle suit également des modèles de variation en fonction de l’heure de la journée, du jour de la semaine, de la saison de l’année et des jours fériés [82]. La consommation d’électricité d’un ménage dépend fortement des activités des occupants et de l’utilisation qu’ils font des appareils électriques [83]. La Figure 5 illustre les variations de la consommation d’énergie d’un ménage individuel en fonction de l’heure du jour ou de la nuit. Notez en particulier la très faible consommation nocturne, avec des pics occasionnels lorsque les appareils sont allumés pendant de courtes périodes, et la consommation généralement plus élevée pendant la journée, avec de brefs pics de consommation encore plus élevés à intervalles irréguliers. Bien que ces modèles de demande soient assez confus sur une base individuelle, la moyenne de la demande nationale est relativement prévisible lorsqu’elle est calculée sur l’ensemble du pays.
Figure 5. Exemple de profil de demande quotidienne d’électricité domestique, mesuré par intervalles d’une minute, dans une habitation des East Midlands, au Royaume-Uni. (Adapté de la Figure 5 de Richardson et al. (2010) [83]).
Par exemple, la courbe bleue de la Figure 6 montre les variations hebdomadaires et saisonnières de la demande d’électricité en République d’Irlande sur une année complète (2013). On remarque le schéma régulier d’une demande élevée les jours de semaine et d’une demande plus faible le week-end, avec des variations saisonnières qui viennent s’y ajouter. La demande minimale était d’environ 2500 MW en été et d’environ 3000 MW pendant les mois d’hiver 2013. Comparez cela avec la courbe rouge de la figure 6 qui montre le caractère fluctuant de la production d’énergie éolienne en République d’Irlande pour la même année (2013). Les éoliennes ont produit plus de 1000 MW pendant 14% des jours et moins de 100 MW pendant 10% des jours. On notera en particulier les faibles niveaux d’électricité produite la dernière semaine de février, la deuxième semaine de juillet et les derniers jours de novembre.
Figure 6. Variation annuelle de la demande quotidienne d’électricité (bleu) et de l’électricité produite par l’énergie éolienne (rouge), République d’Irlande, 2013. (Données tirées de: séries temporelles téléchargées sur http://www.eirgrid.com/ en janvier 2014).
L’énergie solaire est un peu plus prévisible dans la mesure où l’essentiel de l’intermittence provient du cycle jour/nuit, bien que la variabilité de la couverture nuageuse crée une composante chaotique supplémentaire. Toutefois, pour les latitudes moyennes à élevées, un problème majeur se pose en raison des variations saisonnières de l’ensoleillement total entre l’hiver et l’été. Par exemple, comme le montre la Figure 7, l’énergie solaire disponible en Irlande varie d’un facteur dix entre décembre (0,46 kWh/jour) et juin (4,66 kWh/jour). En outre, la durée du jour en décembre (~8 h) n’est que la moitié de celle de juin (~16 h).
Figure 7. Moyenne mensuelle du rayonnement solaire journalier par m2 sur une surface horizontale à l’aéroport de Dublin, 1976-1984 (adapté du tableau 36 de Rohan (1986)). [84].
Outre la variabilité à l’échelle des jours et des semaines, décrite ci-dessus, les climats locaux varient également d’une année à l’autre, et le changement climatique peut introduire des tendances climatiques à long terme susceptibles de modifier encore davantage la production d’électricité prévue.
Lorsque le pourcentage d’électricité intermittente est relativement faible, les générateurs de base restants peuvent réduire une partie du problème en augmentant ou en réduisant leur production en fonction de l’intermittence. Toutefois, cela soulève plusieurs problèmes. Tout d’abord, le réseau électrique a désormais besoin d’une capacité totale beaucoup plus élevée, car il doit toujours disposer d’une capacité proche de 100%, comme auparavant, afin d’être en mesure de fournir de l’électricité lorsque les générateurs intermittents ne sont pas en service. En outre, la nécessité de passer d’un générateur à l’autre entraîne un gaspillage considérable (tout en réduisant l’efficacité énergétique). Carnegie et al. (2013) notent que l’équilibrage de la production d’électricité et de la charge à l’aide de centrales de base traditionnelles (combustibles fossiles, hydroélectricité et nucléaire) peut être « coûteux en termes de durée de vie du capital et d’inefficacité opérationnelle ». L’ajustement fréquent de la production augmente l’usure des générateurs, réduit leur durée de vie prévue et augmente les dépenses de maintenance. Ce schéma opérationnel entraîne également des inefficacités en termes de coûts et de productivité » [85]. Par ailleurs, si une turbine à gaz est conçue pour la production d’électricité de base, mais qu’elle est ensuite utilisée pour l’équilibrage de la charge en conjonction avec des sources d’énergie intermittentes, l’accélération et la décélération constantes de l’arbre raccourcissent considérablement la durée de vie de la turbine [20].
Diverses solutions ont été proposées pour résoudre le problème de l’intermittence. Une compagnie d’électricité peut tenter d’équilibrer l’alimentation électrique à partir de sources intermittentes sur de très vastes zones en construisant un réseau de transmission étendu et en coordonnant la production d’énergie à partir des différentes sources, par exemple les installations solaires et éoliennes, mais cela nécessite d’importants investissements en capital [50]. Cette approche augmente la capacité minimale nécessaire et peut donner lieu à des « goulets d’étranglement », c’est-à-dire des retards dans le transport de l’énergie vers les grands centres de demande, souvent éloignés des sites de production d’énergie [80]. En outre, les conditions météorologiques ont tendance à affecter des zones géographiques assez vastes à des moments similaires, par exemple, si le temps est exceptionnellement venteux ou calme en France, il est probable qu’il en sera de même en Allemagne. D’autres options incluent « la gestion de la demande, le stockage de l’électricité et l’amélioration de la coordination ou de la prévision des centrales électriques » [80].
Certains chercheurs ont affirmé qu’en principe, le problème de l’intermittence pourrait être réduit grâce au stockage de l’énergie [48,49]. En d’autres termes, lorsqu’un parc éolien ou solaire produit trop pour la demande, il pourrait stocker l’électricité excédentaire à l’aide d’une technologie de stockage de l’énergie. Ensuite, lorsque la demande dépasse l’offre, l’énergie stockée peut être restituée. Cependant, d’autres ont souligné que la capacité de stockage requise serait irréaliste et que des solutions satisfaisantes à ce problème n’ont pas encore été démontrées avec les technologies disponibles [19,21,22,23,24,45].
Par exemple, van Kooten et al. (2020) notent que, bien que Tesla ait récemment « construit ce qui est considéré comme une gigantesque batterie d’une capacité de 100 MW/129 MWh en Australie-Méridionale pour faire face aux pannes résultant de l’intermittence des énergies renouvelables » [24], ils calculent que, si l’État d’Alberta (Canada) devait s’appuyer uniquement sur des sources d’électricité intermittentes pour produire de l’électricité, il aurait besoin de l’équivalent de 100 batteries de ce type. Shaner et al. (2018) ont calculé que même pour atteindre l’objectif moins ambitieux de 80% d’énergie éolienne/solaire aux États-Unis, il faudrait des investissements énormes et sans précédent dans les infrastructures. Les besoins exacts dépendraient du fait que le réseau soit essentiellement éolien ou essentiellement solaire. Pour un réseau à forte composante solaire, il faudrait suffisamment de stockage d’énergie pour surmonter le cycle solaire quotidien, c’est-à-dire 12 heures de stockage d’énergie (~5,4 TW h). Pour un réseau à forte intensité éolienne, il faudrait un réseau de transport d’électricité à l’échelle du continent « pour exploiter la diversité géographique du vent » [22]. Ils ont également calculé que « pour répondre de manière fiable à 100% de la demande annuelle totale d’électricité, les cycles saisonniers et les événements météorologiques imprévisibles nécessitent plusieurs semaines de stockage d’énergie et/ou l’installation d’une capacité d’énergie solaire et éolienne bien plus importante que ce qui est habituellement nécessaire pour répondre à la demande de pointe […] Aujourd’hui, cela serait très coûteux » [22]. Plus généralement, Heard et al. (2017) critiquent » l’absence quasi-totale de preuves historiques de la faisabilité technique de systèmes d’électricité 100% renouvelable fonctionnant à l’échelle régionale ou à plus grande échelle. La seule nation industrialisée qui dispose aujourd’hui d’une électricité provenant à 100% de sources renouvelables est l’Islande, grâce à une dotation unique d’aquifères géothermiques peu profonds, à une hydroélectricité abondante et à une population de seulement 0,3 million d’habitants » [21].
3.2. Le problème de la densité énergétique
Pour comparer les options énergétiques, il est utile de calculer la superficie de terrain nécessaire à chaque technologie énergétique et la quantité d’énergie qu’elle peut fournir. Ce calcul est connu sous le nom de densité énergétique et est défini comme le taux de production d’énergie par temps et par unité de surface au sol (exprimé en W/m2). Smil (2005) souligne que la transition énergétique proposée vers les énergies renouvelables nécessite « un déplacement des ressources dominantes d’un ordre de grandeur plus important que lors de la dernière grande transition énergétique » [86], c’est-à-dire le passage de la combustion de la biomasse aux combustibles fossiles. L’efficacité intrinsèquement faible de la photosynthèse signifie que les récoltes de biomasse ne dépassent pas 1 W/m2, alors que la plupart des extractions de combustibles fossiles se font à des taux supérieurs à 1 000 W/m2. Le remplacement des carburants dérivés du pétrole brut par des biocarburants moins denses en énergie nécessiterait également des surfaces cultivées généralement 1 000 fois et souvent 10 000 fois plus importantes que les surfaces occupées par les infrastructures pétrolières.
La Figure 8 compare les densités énergétiques moyennes pour la plupart des principales sources d’énergie, telles qu’estimées par Zalk et al. (2018) [87]. On constate que les densités énergétiques des sources d’énergie non renouvelables (non ER) sont jusqu’à trois ordres de grandeur supérieures à celles des sources d’énergie renouvelables (ER). En d’autres termes, elles produisent environ mille fois plus d’énergie pour une surface terrestre donnée. Le gaz naturel présente de loin la densité énergétique médiane la plus élevée. Parmi les sources d’énergie renouvelables, l’énergie solaire présente la densité énergétique médiane la plus élevée, mais elle reste inférieure de plusieurs ordres de grandeur à celle du nucléaire ou des combustibles fossiles. Cependant, c’est la biomasse qui présente la densité énergétique la plus faible des neuf technologies.
Figure 8. Densités énergétiques pour la plupart des principales sources de production d’électricité. Les zones hachurées indiquent les valeurs comprises entre les estimations minimales et maximales. (Adapté de van Zalk (2018) [87]).
Dans la section 4.4, nous examinerons les implications négatives de la dépendance accrue à l’égard des sources à faible densité énergétique (en particulier la biomasse/les biocarburants) pour la biodiversité, y compris l’augmentation des taux de déforestation. En outre, dans la section 5, nous examinerons certains des effets socio-économiques négatifs qui y sont associés. Cependant, dans cette sous-section, nous insistons sur les problèmes logistiques simples que cela implique d’un point de vue technique. En effet, il s’agit sans doute du problème d’ingénierie le plus difficile que nous abordons dans ce document en termes de proposition de transition énergétique d’une société qui tire actuellement 89% de son énergie des combustibles fossiles et du nucléaire (85% des seuls combustibles fossiles) à une société qui s’appuie principalement sur les sources d’énergie renouvelables (voir les Figures 3 et 4). Il est vrai qu’avant la révolution industrielle, la société tirait la majeure partie de son énergie de technologies renouvelables à faible densité énergétique similaires à celles de la figure 8 (la majeure partie de l’énergie utilisée provenait du travail humain ou animal, indirectement alimenté par la biomasse, c’est-à-dire la nourriture). Cependant, la population mondiale en 1800 n’était que de ~1 milliard, contre ~7,8 milliards aujourd’hui, et la plupart de ces ~7,8 milliards de personnes ne seraient probablement pas satisfaites d’un retour aux niveaux de vie préindustriels [7,8,9].
Par conséquent, à mesure que les sources d’énergie à haute densité énergétique sont remplacées par des sources d’énergie à faible densité énergétique, la superficie des terres à réserver à la production d’énergie augmente considérablement. En conséquence, l’empreinte énergétique moyenne par habitant (et, comme nous le verrons à la section 4.4, l’empreinte écologique correspondante) [88] augmentera en conséquence. Cela devrait être particulièrement inquiétant pour ceux qui pensent que nous sommes actuellement « surpeuplés » (voir section 3.3.1). Cela devrait également inquiéter les lecteurs qui pensent que les sociétés des pays en développement qui ont actuellement une très faible empreinte énergétique (y compris les quelque 1 milliard de personnes qui n’ont pas accès à l’électricité) devraient être encouragées à augmenter leur empreinte énergétique (voir la section 5).
3.3. Le problème des ressources limitées
3.3.1. Le débat néo-malthusien: « durable » contre « renouvelable »
Malthus (1798) a prévenu que la croissance de la population mondiale (qui était alors d’environ 1 milliard d’habitants) aurait rapidement des conséquences catastrophiques, car la production alimentaire ne pourrait pas suivre le rythme de la croissance démographique. Il a conclu que si les taux de natalité ne diminuaient pas de manière significative et urgente, cela conduirait à la famine et à la dévastation [89]. Bien que la population soit actuellement d’environ 7,8 milliards d’habitants, plus de deux siècles plus tard, ce qui suggère que ses prédictions étaient erronées, sa logique était convaincante pour beaucoup à l’époque.
Une logique équivalente a conduit de nombreux chercheurs à faire des prédictions actualisées dans le même sens au cours des années qui ont suivi [90,91,92]. Essentiellement, la logique suggère que, toutes choses étant égales par ailleurs, si la consommation par habitant d’une ressource limitée est constante ou augmente, mais que la population continue de croître, il arrivera un moment où la demande dépassera l’offre. Si la société est dépendante de cette ressource, cela pourrait avoir des effets dévastateurs. Des analogies avec la population humaine sont parfois faites avec des systèmes écologiques qui connaissent des cycles d’expansion et de ralentissement, par exemple la croissance bactérienne dans une boîte de Pétri contenant une gélose nutritive peut être rapide jusqu’à ce que tous les nutriments soient consommés, stade auquel la colonie peut s’effondrer complètement [90,92]. En raison de la similitude de la logique avec celle qui sous-tend les prédictions de Malthus, cet argument est souvent appelé « argument néo-malthusien ».
Intuitivement, la logique qui sous-tend l’argument néo-malthusien est à première vue convaincante. Cependant, les critiques soulignent invariablement le fait que, empiriquement, les tendances observées sont souvent contraires aux tendances prédites par les théories néo-malthusiennes [44,93,94,95]. Les critiques notent que l’une des principales faiblesses de l’argument néo-malthusien est l’hypothèse selon laquelle la société ne modifie pas son utilisation d’une ressource en réponse aux rapports entre l’offre et la demande. En outre, l’homme peut inventer de nouvelles approches et technologies. Une réponse lapidaire à l’argument néo-malthusien consiste à rappeler que « l’âge de pierre n’a pas pris fin parce que nous n’avions plus de pierre ». Simon, notant que l’ingéniosité humaine nous distingue des bactéries dans une boîte de Petri, est allé jusqu’à qualifier l’humanité de « ressource ultime » [93].
Certains critiques de l’argument néo-malthusien ont même fait valoir que la logique sous-jacente est si défectueuse qu’elle propose le contraire, c’est-à-dire que l’humanité peut continuer à croître dans un avenir prévisible, à condition que nous donnions à nos concitoyens l’occasion de mettre à profit leur ingéniosité. C’est ce qui a conduit certains à qualifier les critiques des arguments néo-malthusiens de « cornucopianisme » [96].
Nous ne nous prononcerons pas ici sur quel côté de ce débat est le plus proche de la vérité, mais nous nous contenterons de noter, tout d’abord, que le débat semble se répéter sous des formes légèrement différentes depuis plus de deux siècles maintenant [94]. Deuxièmement, bien que les néo-malthusiens expriment souvent leurs prédictions sur les tendances futures avec une confiance remarquable [90,91,92], ces prédictions se révèlent souvent rétrospectivement contraires à la réalité [95], en effet la population mondiale est aujourd’hui près de 8 fois plus importante que lors des prédictions initiales de Malthus.
Cela a des conséquences importantes sur ce que nous considérons comme « durable ». Les sociétés diffèrent dans leur conception de la durabilité, telle qu’elle est définie par de nombreuses disciplines et appliquée à une variété de contextes. Cela va du concept de rendement maximal durable dans la gestion des forêts et des pêcheries à la vision d’une société durable dotée d’une économie stable. Brown et al. (1987) [97] ont proposé que la survie indéfinie de l’humanité à l’échelle mondiale nécessite certains systèmes de soutien de base, « qui ne peuvent être maintenus qu’avec un environnement sain et une population humaine stable », ce qui correspond à la perspective néo-malthusienne en incorporant explicitement les tendances de la population humaine dans le tableau. Toutefois, étant donné que l' »empreinte énergétique », l' »empreinte écologique », etc. des individus peut varier dans le temps et d’une région à l’autre [88,98], nous soutenons qu’il est inutile de définir une taille de population « idéale » arbitraire au-delà de laquelle le monde devient « surpeuplé ». Nous suggérons plutôt d’éviter de définir la « durabilité » explicitement ou implicitement en termes de tendances démographiques (c’est-à-dire le paradigme néo-malthusien). Par exemple, Gomiero (2015) affirme que « pour être qualifiée de durable, l’utilisation d’une source d’énergie doit être techniquement réalisable, économiquement abordable, écologiquement et socialement viable, en considérant la société dans son ensemble » [99]. Cette définition ne dépend pas explicitement des tendances démographiques, même s’il est évident que la taille de la population est un facteur important à prendre en compte.
La littérature propose plusieurs définitions de l’approvisionnement en énergies renouvelables (ER). Par exemple, un rapport spécial du GIEC sur les sources d’énergie renouvelables et l’atténuation du changement climatique propose ce qui suit. « L’énergie renouvelable est toute forme d’énergie provenant de sources solaires, géophysiques ou biologiques qui est reconstituée par des processus naturels à un rythme égal ou supérieur à son taux d’utilisation » [100]. Verbruggen et al. (2010) soulignent que cette définition peut être affinée, par exemple en ajoutant la notion que certaines sources renouvelables peuvent être épuisées par la surexploitation. Inversement, ils avertissent que » la qualification des différentes sources d’énergie renouvelables pour mesurer leur degré de durabilité est une question non résolue » [101]. En outre, Acosta (2013) met en garde contre le fait que l’extraction intensive des ressources peut brouiller la distinction entre les sources d’énergie renouvelables et non renouvelables: « En raison de l’ampleur de l’extraction, de nombreuses ressources « renouvelables », telles que les forêts ou la fertilité des sols, sont en train de devenir non renouvelables. En effet, la ressource est épuisée lorsque le taux d’extraction est beaucoup plus élevé que le taux auquel l’environnement est capable de la renouveler. Ainsi, au rythme actuel d’extraction, les problèmes liés aux ressources naturelles non renouvelables peuvent affecter toutes les ressources de la même manière » [102].
Ainsi, nous suggérons qu’il peut y avoir une exploitation non durable d’une source d’énergie renouvelable (par exemple, le défrichement d’une forêt pour la fabrication de granulés de bois) et, inversement, une exploitation durable d’une source non renouvelable (par exemple, la gestion programmée d’une réserve finie de gaz naturel pour une période de planification de 10 ou 20 ans). Par conséquent, la durabilité d’une ressource ne se résume pas à la question de savoir si elle est limitée ou renouvelable, mais à la manière dont elle est gérée en fonction de sa durée de vie ou de son cycle de vie. Par exemple, dans l’histoire, nous pouvons constater que l’utilisation des combustibles fossiles (une ressource non renouvelable) pour l’énergie est apparue précisément parce que la combustion continue du bois (une ressource renouvelable) n’était pas durable. L’utilisation du charbon s’est avérée plus durable que la poursuite de la déforestation [8].
3.3.2. Le « pic pétrolier », le « pic gazier » et le « pic charbonnier »
Depuis que M.K. Hubbert a inventé l’expression « pic pétrolier » dans les années 1950, l’argument selon lequel les ressources telles que le pétrole sont limitées est un motif récurrent dans les discussions sur la politique énergétique [103,104,105,106,107]. L’argument est que, si la société dépend trop du pétrole (ou du gaz), il peut y avoir des conséquences catastrophiques si la demande dépasse soudainement l’offre, parce que nous avons atteint le « pic pétrolier » ou le « pic gazier ». Le lecteur remarquera que cet argument recoupe les arguments néo-malthusiens décrits ci-dessus. En effet, les inquiétudes concernant le « pic pétrolier » sont particulièrement présentes dans les analyses néo-malthusiennes depuis les années 1970 [90,91,92]. Cependant, comme nous l’avons noté plus haut à propos du débat néo-malthusien, les prévisions concernant l’imminence du « pic pétrolier », du « pic gazier » et du « pic charbonnier » sont continuellement revues à la baisse au fil du temps.
En effet, Lior (2008) a noté: « Un phénomène mondial intéressant est que, malgré l’augmentation de la consommation de combustibles fossiles, les quantités de réserves prouvées augmentent également avec le temps, où le rapport ressources/production (R/P) est resté presque constant pendant des décennies à R/P = 40 pour le pétrole, 60 pour le gaz et environ 150 pour le charbon » [108]. Cela signifie qu’il y a au moins 40 ans (pétrole), 60 ans (gaz) et 150 ans (charbon) de réserves aux taux de consommation de 2006, mais qu’il ne faut pas s’étonner si, dans plusieurs décennies, les prévisions concernant le pic du pétrole, du gaz et du charbon auront progressé en tandem. Shafiee et Topal (2009) ont contesté le fait que cette observation empirique soit une hypothèse fiable pour les projections et ont estimé que les réserves ne dureraient que 35 ans (pétrole), 37 ans (gaz) et 107 ans (charbon) aux taux de consommation de 2006 [109]. À l’heure actuelle, c’est-à-dire 10 ans plus tard, BP (2019) estime que les ratios réserves mondiales/production (R/P) sont de 50 ans (pétrole), 51 ans (gaz) et 132 ans (charbon) aux taux de consommation de 2019 [77].
Nous ne tenterons pas de résoudre ces estimations contradictoires dans le présent document. Nous ne suggérons pas non plus que le charbon, le pétrole et le gaz doivent être considérés comme des ressources « inépuisables » (bien que nous renvoyions les lecteurs intéressés à Kutcherov et Krayushkin (2010) pour une analyse intéressante de l’hypothèse controversée selon laquelle le pétrole et le gaz pourraient être d’origine « abiotique », ce qui impliquerait cette possibilité [110]). Nous suggérons plutôt que les politiques énergétiques basées sur des prédictions spécifiques de la date du « pic pétrolier/gazier/charbon » soient traitées avec une grande prudence. Par exemple, en partie sur la base des prévisions du « pic pétrolier », de coûteux terminaux de gaz naturel liquéfié (GNL) ont été construits aux États-Unis au cours de la première décennie des années 2000, afin d’importer de grandes quantités de gaz par des promoteurs anticipant une pénurie imminente de l’offre dans le pays. Cependant, au moment où ces terminaux ont été mis en service, les progrès technologiques dans le domaine de la fracturation hydraulique (« fracking » en abrégé) avaient considérablement augmenté les réserves de gaz accessibles aux États-Unis, faisant du pays un exportateur net de gaz [105,107]. Il a été suggéré que si l’extraction à grande échelle de gaz à partir de réserves sous-marines d’hydrates de méthane devenait économiquement viable à l’avenir, les « réserves de gaz » augmenteraient encore davantage [110,111].
Par conséquent, il existe une incertitude considérable quant à la date exacte du « pic » du pétrole, du gaz ou du charbon, mais il semble que les réserves connues de ces trois types de ressources soient suffisantes pour les quelques décennies à venir au moins. Cela a donné lieu à des perspectives contradictoires de la part des chercheurs préoccupés par le réchauffement climatique anthropique dû aux émissions de CO2, qui se demandent si nous devons continuer à utiliser les combustibles fossiles tant qu’ils sont disponibles en partant du principe qu’il n’en reste plus beaucoup [112] ou si nous devons mener une campagne active pour que les combustibles fossiles restent « inutilisés » en partant du principe qu’il en reste trop [113].
3.3.3. Le problème de la rareté des minéraux
En raison de la multiplication par 10 des quantités de minerais nécessaires aux technologies vertes par rapport aux technologies basées sur les hydrocarbures, Mills (2020) met en garde contre le fait que toute expansion significative de l’énergie verte entraînera « une augmentation sans précédent de l’exploitation minière mondiale », ce qui exacerberait radicalement les problèmes d’environnement et de main-d’œuvre dans les marchés émergents et augmenterait considérablement la vulnérabilité de la chaîne d’approvisionnement en énergie des États-Unis [45]. Capellán-Pérez et al. (2019) soulignent que l’extraction des minéraux nécessaires à la transition proposée vers les énergies renouvelables est susceptible d’intensifier les conflits socio-environnementaux actuels associés à l’extraction des ressources [114]. Comme nous le verrons dans la section suivante, cela suscite des inquiétudes quant à l’incertitude potentielle de l’approvisionnement. Contrairement aux inquiétudes concernant les pics d’hydrocarbures décrites ci-dessus, les besoins prévus en minéraux semblent susceptibles de dépasser les réserves actuelles dans un délai très court, jusqu’à l’année 2030. Cette préoccupation semble particulièrement pressante en ce qui concerne les véhicules électriques, que nous examinons ensuite, puis les préoccupations liées à l’énergie solaire et éolienne.
La production prévue de véhicules électriques (VE) pour remplacer les véhicules alimentés par des combustibles fossiles nécessite la consommation d’une nouvelle gamme de métaux, comme le souligne une lettre d’un groupe de géologues et d’autres spécialistes des sciences de la terre, dirigé par le professeur Richard Herrington, responsable des sciences de la Terre au Musée d’histoire naturelle [58], au Comité sur le changement climatique à Londres, qui avait recommandé d’augmenter le pourcentage de voitures électriques ou hybrides au Royaume-Uni de 0,2% en 2017 à 100% d’ici à 2050.
Herrington et al. préviennent que pour remplacer entièrement le parc automobile du Royaume-Uni (actuellement 31,5 millions) par des VE, il faudrait « un peu moins de deux fois la production mondiale annuelle totale de cobalt, presque toute la production mondiale de néodyme, les trois quarts de la production mondiale de lithium et au moins la moitié de la production mondiale de cuivre en 2018 […] Si nous extrapolons cette analyse à l’estimation actuelle de 2 milliards de voitures dans le monde, sur la base des chiffres de 2018, la production annuelle de cobalt et de néodyme devrait être supérieure à celle de cuivre. Si nous extrapolons cette analyse à l’estimation actuelle de 2 milliards de voitures dans le monde, sur la base des chiffres de 2018, la production annuelle de néodyme et de dysprosium devrait augmenter de 70%, la production de cuivre devrait plus que doubler et la production de cobalt devrait être multipliée au moins par trois et demi pendant toute la période allant d’aujourd’hui à 2050 pour satisfaire la demande » [58]. Ils notent en outre que cette transition proposée pour le Royaume-Uni entraînerait également une augmentation de 20% de la consommation d’électricité dans le pays, en raison de la production supplémentaire d’énergie nécessaire pour recharger les véhicules.
Dans une analyse spatiale de la disponibilité du lithium, Narins (2017) [115] décrit une « ruée contemporaine » pour ce minéral utilisé dans les batteries des véhicules électriques qui est « pleine de contradictions qui peuvent être mieux comprises comme un déséquilibre mondial entre la consommation et la production de lithium. » Si la Bolivie est le pays qui possède les plus grandes réserves connues de ce minéral, elle ne fait pas partie des plus grands producteurs mondiaux et souffre « d’infrastructures peu développées, d’un environnement réglementaire inconstant et d’incertitudes quant à la sécurité des investissements miniers ». Bien qu’il ne pense pas que l’essor de l’industrie sera « en fin de compte » limité par la disponibilité du lithium, parce que de nouvelles réserves et méthodes d’extraction sont en cours de développement, et parce qu’il peut être possible d’utiliser des substituts tels que le zinc, il signale la situation actuelle selon laquelle « la qualité du lithium et le prix sont des facteurs contraignants qui continuent d’apporter de l’incertitude à la croissance et au taux d’expansion de l’industrie mondiale de la voiture électrique » [115].
Même dans le cadre de son modeste « Scénario des Nouvelles Politiques », les projections de l’Agence Internationale de l’Énergie jusqu’en 2030 [116] indiquent que les réserves de cobalt et de lithium sont insuffisantes pour répondre aux besoins des VE (Figure 9).
Figure 9. Augmentation de la demande annuelle de matériaux pour les batteries due au déploiement des véhicules électriques, par scénario, 2018-2030. Les points verts indiquent l’offre actuelle. NPS = Scénario des nouvelles politiques. EV30@30 = 30 % de parts de marché pour les VE d’ici à 2030. (Adapté de la Figure 7 de l’AIE, 2019) [116].
En se basant sur l’hypothèse d’un passage à une électricité 100% renouvelable d’ici 2050, les batteries lithium-ion représentant environ 6% du stockage de l’énergie et 55% de l’énergie pour le transport routier étant fournie par les véhicules électriques, Giurco et al. (2019) [117] considèrent que la demande cumulée de cobalt et de lithium est susceptible de dépasser les réserves actuelles, à moins que les taux de recyclage ne s’améliorent. Ils estiment que la demande annuelle de cobalt pour les VE et le stockage pourrait dépasser les taux de production actuels vers 2023, et que la demande annuelle de lithium pourrait dépasser les taux de production actuels vers 2022. Bien qu’ils considèrent que des taux de recyclage élevés peuvent maintenir la demande cumulée de cobalt et de lithium en dessous des niveaux de ressources actuels, ils avertissent qu’il y aura probablement un délai avant que le recyclage ne puisse compenser la demande, jusqu’à ce qu’il y ait suffisamment de batteries en fin de vie pour être collectées et recyclées.
À partir de recherches approfondies sur le terrain, y compris des entretiens avec des experts, des entretiens communautaires avec des mineurs et des négociants, et des observations dans 21 mines et neuf sites miniers affiliés, Sovacool (2019) [118] a documenté des déplacements de communautés indigènes, des environnements de travail dangereux, le travail des enfants et la violence contre les femmes dans les communautés proches des mines de cobalt. La majeure partie du cobalt mondial étant produite en République démocratique du Congo, les fortes augmentations de la demande liées à l’intérêt mondial pour les VE ont entraîné une hausse du nombre de mines « artisanales » locales qui extraient du cobalt. Plusieurs journalistes ont mis en garde contre le fait que ces mines sont souvent mal réglementées et impliquent parfois le recours au travail des enfants [119,120]. Ces questions socio-environnementales soulèvent d’autres inquiétudes concernant la sécurité de l’approvisionnement.
Capellán-Pérez et al. (2019) identifient les technologies les plus vulnérables à la pénurie de minéraux comme étant les technologies solaires photovoltaïques (tellure, indium, argent et manganèse), les CSP solaires (argent et manganèse) et les batteries Li (lithium et manganèse) [114]. La transition vers des technologies alternatives intensifiera également la demande mondiale de cuivre en exigeant 10 à 25% des réserves mondiales actuelles et 5 à 10% des ressources mondiales actuelles. Les auteurs signalent que « d’autres études envisageant une transition complète vers 100% de SER [sources d’énergie renouvelables] et prenant en compte les besoins en matériaux pour le transport de l’électricité atteignent des niveaux plus élevés, par exemple 60 à 70% des réserves actuelles estimées ».
En modélisant l’hypothèse d’un passage à 100% d’électricité renouvelable d’ici 2050, le solaire photovoltaïque représentant plus d’un tiers de la capacité et le reste étant généré par l’éolien et d’autres énergies renouvelables, Giurco et al. (2019) calculent que pour produire un tiers de l’énergie mondiale à partir de l’énergie solaire d’ici 2050, cela nécessiterait ~50% des réserves actuelles d’argent [117]. Ils considèrent que l’augmentation de l’efficacité de l’utilisation des matériaux a le plus grand potentiel pour compenser la demande de métaux pour le solaire photovoltaïque, tandis que le recyclage a moins de potentiel en raison de la longue durée de vie des métaux du solaire photovoltaïque et de leur plus faible potentiel de recyclage. Ils avertissent également que la baisse des teneurs en minerai peut avoir une influence significative sur la consommation d’énergie dans le secteur minier, associée au traitement des minerais polymétalliques et à l’exploitation de gisements de minerais plus profonds. Ils notent que, bien que l’argent ait un taux de recyclage global de 30 à 50%, il n’y a pratiquement pas de recyclage de l’argent des panneaux photovoltaïques, car la plupart du recyclage des panneaux photovoltaïques se concentre sur le recyclage du verre, de l’aluminium et du cuivre.
Plusieurs types de turbines éoliennes, comme le générateur synchrone à aimant permanent (« Permanent Magnet Synchronous Generator » ou PMSG) [NdT. voir ici], nécessitent des aimants qui orientent les turbines dans le sens du vent. Ces aimants contiennent des métaux rares tels que le néodyme (Nd), le praséodyme (Pr), le terbium (Tb) et le dysprosium (Dy) [121]. La demande estimée de Nd devrait passer de 4 000 à 18 000 tonnes d’ici 2035, et celle de Dy de 200 à 1 200 tonnes [122]. Ces valeurs représentent un quart à la moitié de la production mondiale actuelle [122]. La quantité de déchets toxiques et radioactifs générés par ces activités minières suscite également des inquiétudes. La recherche actuelle se concentre sur la réduction de la dépendance à l’égard de ces matériaux par la réduction et le recyclage [123,124].
La construction de vastes installations d’énergie éolienne et solaire nécessitera de grandes quantités de métaux de base tels que le cuivre, le fer et l’aluminium, qui ne pourront pas être recyclés pendant toute la durée de vie de l’installation, ce qui exacerbera les pénuries (Vidal et al., 2013) [125].
4. Préoccupations environnementales associées aux différentes technologies énergétiques
4.1. Réduction des émissions de gaz à effet de serre
Comme indiqué plus haut, le GIEC définit l’atténuation du climat comme une intervention visant à réduire les sources ou à augmenter les puits de gaz à effet de serre (GES). Cela peut se faire, entre autres, en passant de sources d’énergie à forte intensité de carbone à des sources d’énergie à plus faible intensité de carbone.
Dans la Figure 10, nous avons rassemblé les estimations des émissions moyennes de GES de chacune des principales technologies de production d’électricité à partir de plusieurs sources [126,127,128,129,130]. Les « émissions directes » sont celles qui résultent de l’exploitation des centrales électriques. Les « émissions indirectes » (indiquées par un « * » dans la Figure) comprennent tous les processus et les émissions associées, à l’exception de l’exploitation des centrales électriques, classés comme « en amont » (par exemple, l’extraction et le raffinage du pétrole, l’extraction du charbon et le transport des combustibles) ou « en aval » (par exemple, le démantèlement et l’élimination des déchets). Il convient de noter que, si Weisser (2007) [126] considérait que les éoliennes et l’énergie solaire ne produisaient pas d’émissions, une méta-étude réalisée par Nugent et Sovacool (2014) [127] a mis en évidence toute une série d’émissions opérationnelles. Nous ne tenons pas compte ici de l’augmentation supplémentaire potentielle des émissions biologiques de CO2 provenant des parcs éoliens, qui sera examinée à la section 4.2.4.
Figure 10. Émissions directes et indirectes (*) de gaz à effet de serre des technologies d’approvisionnement en électricité, en grammes de gaz à effet de serre équivalent CO2 par kWh d’électricité produite (gCO2eq/kWhe). Les zones hachurées indiquent les valeurs comprises entre les estimations minimales et maximales. Les données proviennent de diverses sources, comme suit. La plupart des valeurs proviennent de Weisser (2007) [126], mais des estimations supplémentaires pour des technologies individuelles proviennent de Nugent et Sovacool (2014) [127]; Eberle et al. (2017) [128]; Paredes et al. (2019) [129]; Murphy et al. (2015) [130].
La Figure 10 montre clairement que les émissions de CO2 sont fortement corrélées à l’utilisation des combustibles fossiles. Les plus gros émetteurs de CO2 par kWh d’électricité sont le charbon (dont le lignite est une forme qui présente des émissions particulièrement élevées), la tourbe, le pétrole et, dans une moindre mesure, le gaz naturel. Nous incluons la tourbe ici à titre de référence, mais nous notons qu’elle n’est actuellement utilisée que dans quelques pays qui possèdent d’importantes tourbières, par exemple l’Irlande [130].
Comme nous l’avons vu dans la Figure 4, 85% de l’énergie utilisée dans le monde en 2018 provenait du charbon, du pétrole ou du gaz. Par conséquent, l’un des moyens les plus évidents de réduire les émissions mondiales de CO2 serait d’augmenter le pourcentage relatif d’électricité produite par les technologies qui émettent moins de CO2 par kWh. Malheureusement, l’une des principales raisons pour lesquelles 85% de l’énergie utilisée dans le monde provient encore des combustibles fossiles est qu’ils présentent de nombreux avantages en termes de minimisation des problèmes techniques évoqués à la section 3, ainsi que de traitement de nombreux problèmes socio-économiques évoqués à la section 5 [7,8,9]. En tout état de cause, c’est la principale raison d’être de chacune des stratégies suivantes visant à réduire les émissions mondiales de CO2 dues à la production d’électricité.
- Du charbon/pétrole au gaz. Passer de l’utilisation du charbon et du pétrole (et de la tourbe), qui émettent le plus de CO2, à l’utilisation d’une plus grande quantité de gaz naturel. Cela permet de conserver de nombreux avantages liés à l’utilisation de combustibles fossiles, tout en réduisant de manière significative les émissions totales de CO2 [131,132,133,134,135,136,137]. Par exemple, de Gouw et al. (2014) ont calculé que « par unité d’énergie produite, les centrales électriques au gaz naturel équipées de la technologie du cycle combiné émettent en moyenne 44% du CO2 par rapport aux centrales électriques au charbon » [131]. Il a également été constaté que la transition vers le gaz réduisait considérablement la pollution de l’air (comme nous le verrons à la section 4.3.1) [131,132,133,134]. Certains ont fait valoir qu’une telle transition pourrait réduire la motivation à abandonner complètement les combustibles fossiles [137,138], et d’autres ont fait valoir que, si une fuite importante de méthane est associée à une telle transition, les émissions nettes de gaz à effet de serre peuvent encore être élevées [139]. Néanmoins, il a été avancé qu’à bien des égards, il s’agit de la transition « à court terme » la plus facile et la plus simple pour réduire immédiatement les émissions mondiales de CO2 (qui continuent d’augmenter, comme le montre la figure 2) [41,131,132,133,134,135,136,137].
- Captage et le stockage du carbone (CSC). Pour réduire plus complètement les émissions de CO2, la mise en œuvre de la technologie CSC présente un intérêt considérable. Essentiellement, les émissions provenant de la combustion sont capturées, comprimées dans un fluide dense, puis transportées par des pipelines et injectées dans des installations de stockage souterraines. Les centrales électriques pourraient ainsi continuer à utiliser les combustibles fossiles comme auparavant, avec peu ou pas d’émissions. Sur le papier, cette solution semble presque parfaite pour réduire les émissions mondiales de CO2, et la technologie pour y parvenir existe, mais elle n’a pas encore été mise en œuvre à une échelle suffisamment grande pour réduire de manière substantielle les émissions mondiales [134,140,141,142]. Le principal problème est que le piégeage du carbone consomme 15 à 30% de l’énergie produite par les nouvelles centrales électriques, et l’augmentation des coûts globaux qui en résulte rend actuellement cette option économiquement non viable [142]. En outre, le stockage nécessite des sites géologiques appropriés, tels que des aquifères salins ou des champs pétrolifères abandonnés [142]. C’est pourquoi de nombreuses voix se sont élevées pour dire qu’il fallait intensifier la recherche et le développement afin d’améliorer les technologies de CSC jusqu’à ce qu’elles soient suffisamment viables sur le plan économique pour être mises en œuvre à grande échelle [134,140,141,142].
- Amélioration de l’efficacité énergétique. Une autre approche de la réduction des émissions dues à la production d’électricité (et plus généralement à l’utilisation de l’énergie) consiste à réduire la quantité d’électricité (et d’énergie) utilisée par la société, c’est-à-dire à améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’énergie. Le coût de l’énergie étant souvent un élément clé du coût de nombreuses activités, on suppose souvent (à tort) que l’amélioration de l’efficacité énergétique a toujours un sens sur le plan économique. Il est clair que de nombreuses améliorations de l’efficacité énergétique peuvent également avoir un sens économique et/ou être émotionnellement satisfaisantes. Toutefois, la consommation totale d’énergie n’est généralement pas le seul facteur à prendre en compte. Par conséquent, dans une enquête sur le secteur du transport maritime visant à évaluer la mise en œuvre de plus de 30 technologies d’efficacité énergétique et de réduction des émissions de CO2, Rehmatulla et al. (2017) ont constaté que « les mesures fortement mises en œuvre ont eu tendance à être celles qui présentent de faibles gains d’efficacité énergétique au niveau du navire, et l’adoption de technologies de réduction du CO2, en particulier les carburants de substitution, est faible malgré leur fort potentiel de réduction des émissions de CO2 » [143]. Même lorsque les mesures d’efficacité énergétique peuvent être rentables, il est bien connu qu’elles ne sont souvent adoptées que lentement – un phénomène appelé « paradoxe de l’efficacité énergétique » [144,145].
Nous pouvons faire comprendre les concepts généraux des compromis impliqués dans les politiques d’efficacité énergétique en examinant la question du niveau d’isolation d’une maison dans un pays de latitude moyenne à élevée. Historiquement, de nombreuses maisons ont été construites sans beaucoup d’isolation à l’esprit – en particulier pour les maisons plus anciennes lorsque le chauffage interne était limité ou inexistant. Par conséquent, pour un coût relativement faible, il peut être facile de transformer une maison mal isolée en une maison modérément isolée. Le retour sur investissement (« return on investment » ou ROI) peut être substantiel et facilement justifié. Cependant, une fois que ces « fruits à portée de main » ont été récoltés, le retour sur investissement des efforts supplémentaires pour améliorer l’isolation diminue car les coûts et les efforts nécessaires tendent à augmenter, tandis que les économies tendent à se réduire. À un moment donné, le retour sur investissement de l’amélioration de l’isolation peut devenir trop faible pour être justifié. En outre, il est souvent moins coûteux et plus facile d’intégrer des techniques et des caractéristiques d’isolation améliorées dans un bâtiment neuf que dans un bâtiment ancien. Par conséquent, à un moment donné, le retour sur investissement lié à la « rénovation » d’un ancien bâtiment peut être moins intéressant que la construction d’un bâtiment hautement isolé à partir de zéro. Voir MacKay (2009) pour une discussion très instructive sur ces questions [146].
Par ailleurs, les économistes débattent depuis longtemps d’un autre problème lié à l’efficacité énergétique, connu sous le nom d’« effet de rebond » [147,148]. On l’appelle aussi parfois le « paradoxe de Jevons » [148], W.S. Jevons ayant suggéré en 1865 que cela pourrait conduire à un « pic de charbon » à la fin du 19e siècle (section 3.3.2). Herring (2006) explique l’argument comme suit: « l’amélioration de l’efficacité énergétique abaisse le prix implicite de l’énergie et rend donc son utilisation plus abordable, ce qui conduit à une plus grande utilisation – un effet appelé « effet de rebond » ou « effet de reprise » » [147]. Si les améliorations sont suffisamment importantes, cela peut même conduire à un effet de « retour », où la consommation totale d’énergie augmente en fait en raison de l’amélioration de l’efficacité. Un exemple historique classique de ce type d’effet est celui de l’ampoule électrique. Une série d’améliorations de l’efficacité énergétique dans les méthodes d’éclairage électrique de la fin du 19e siècle et du début du 20e siècle ont été si importantes qu’elles ont conduit à un marché de masse pour l’éclairage électrique [147,148]. Bien que ces « effets de retour » tendent à être rares, de nombreuses améliorations de l’efficacité énergétique semblent entraîner au moins un certain « effet de rebond », qui réduit partiellement la réduction attendue des émissions [147,148].
- Augmentation de l’utilisation du nucléaire. Les défenseurs de l’énergie nucléaire notent que la production d’énergie nucléaire présente de nombreux avantages par rapport à l’électricité produite à partir de combustibles fossiles (voir section 3), sans les préoccupations liées au pic pétrolier/gaz/charbon (section 3.3.2) ou aux émissions [20,21,23,39,41,42,43,44,51,52]. En outre, en étudiant les transitions énergétiques vers le nucléaire réalisées par la Suède et la France entre les années 1960 et 1990, Qvist et Brook (2015) affirment que « si le monde construisait de l’énergie nucléaire à un taux par habitant ne dépassant pas celui de ces nations exemplaires pendant leur expansion nationale, l’électricité produite à partir de charbon et de gaz pourrait être remplacée dans le monde entier en moins d’une décennie » [52]. Cependant, même parmi ceux qui appellent à une réduction urgente des émissions de CO2, l’énergie nucléaire semble susciter une résistance considérable de la part de l’opinion publique.
L’inquiétude du public à l’égard de l’énergie nucléaire semble reposer en grande partie sur deux questions distinctes: (i) l’élimination des déchets radioactifs et (ii) le risque d’accidents [149,150]. En ce qui concerne le risque d’accident, Sovacool et al [151,152] ont compilé d’importantes bases de données sur les accidents majeurs associés à tous les principaux secteurs de l’énergie. Après avoir analysé 1 085 accidents majeurs liés à 11 secteurs énergétiques différents sur la période 1874-2014, Sovacool et al. (2015) ont constaté que, bien que les accidents nucléaires aient représenté 69,9% des dommages matériels, ils ne représentaient que 15,9% du total des accidents et 2,3% de tous les décès associés [151]. Le problème de l’élimination des déchets radioactifs peut être atténué d’au moins deux façons: les réacteurs de troisième génération qui recyclent le combustible, et l’utilisation de dépôts géologiques profonds (DGR) [150]. Les réacteurs de génération IV actuellement en cours de développement semblent présenter des avantages supplémentaires en termes de sécurité, de fiabilité et d’économie [150].
Une autre préoccupation est le risque de dépassement de projet dans le développement de nouvelles centrales, bien que ce soit le cas pour tout mégaprojet [153]. Dans ce numéro spécial d’Énergies, Zawalińska et al. (2020) [154] ont modélisé les effets de la construction d’une nouvelle centrale nucléaire dans l’une des quatre régions de Pologne. Ils ont constaté que le projet se justifiait pour l’une de ces régions, mais pas pour les trois autres. En d’autres termes, les nouvelles centrales doivent être soigneusement étudiées au cas par cas [154] (comme pour tous les mégaprojets [153]).
- Utilisation accrue de l’hydroélectricité et de la géothermie. L’énergie hydroélectrique est la première source d’énergie renouvelable au monde [155] et elle peut améliorer la sécurité énergétique en fournissant une énergie abondante, bon marché, fiable et répartissable [73]. Par conséquent, l’augmentation du pourcentage d’électricité produite à partir de l’énergie hydroélectrique au lieu des combustibles fossiles est une approche permettant de réduire de manière significative les émissions de CO2. Cependant, il n’y a que certains sites géographiques où des barrages hydroélectriques peuvent être construits. Par conséquent, si des pays comme la Norvège peuvent compter principalement sur cette option pour leur électricité, ce n’est pas le cas de la plupart des pays. En outre, les modifications du paysage qui en découlent sont souvent énormes. Par conséquent, la construction de barrages hydroélectriques soulève souvent des préoccupations écologiques et sociales considérables [73,155,156].
L’énergie géothermique a également le potentiel de produire de l’énergie de base à bon marché, avec de faibles niveaux d’émissions de CO2. L’énergie géothermique peut être utilisée soit pour la production d’électricité, soit pour une utilisation directe, par exemple pour fournir de l’eau chaude pour le chauffage industriel et domestique [157,158]. Dans de nombreuses régions du monde, les sources thermales produisent régulièrement de grandes quantités de chaleur et de fluides depuis des siècles, et ces sources sont renouvelables tant qu’un équilibre est trouvé entre la décharge en surface et la recharge en chaleur/fluide en profondeur [157]. Dans certaines régions géographiques spécifiques, il peut représenter une ressource importante. Par exemple, elle fournit 69% de l’énergie primaire de l’Islande (29% de l’électricité et 90% du chauffage domestique) [158]. Cependant, les sites présentant des taux de production élevés et durables sont limités et, dans de nombreux cas, non rentables [157].
- Des combustibles fossiles à la biomasse/aux déchets. La combustion de la biomasse (par exemple, les granulés de bois) et des déchets organiques pour produire de l’électricité libère au moins autant de CO2 que les combustibles fossiles, car les combustibles fossiles sont essentiellement de la « biomasse » fossilisée qui a été enfouie sous terre pendant des millions d’années. Cependant, comme les plantes poussent en absorbant le CO2 de l’atmosphère (par photosynthèse) et que les animaux se développent en consommant des plantes, d’autres animaux ou des matières en décomposition, on affirme que la combustion de la biomasse et des biocarburants est « neutre en carbone ». En d’autres termes, le CO2 libéré lors de la combustion est compensé par le CO2 absorbé lors de la croissance. Par conséquent, les émissions nettes de CO2 par kWh d’électricité sont calculées pour être beaucoup plus faibles que pour les combustibles fossiles (Figure 10).
D’autre part, comme indiqué à la section 3.2, la biomasse et les biocarburants ont une « densité énergétique » très faible et, par conséquent, comme nous le verrons à la section 4.4, l’impact de l’utilisation accrue de la biomasse sur la biodiversité suscite de nombreuses inquiétudes [51,53,54,55], de même que le fait que des terres agricoles qui pourraient être utilisées pour l’alimentation humaine ou animale sont remplacées par de la biomasse destinée à la production de carburant [159].
- Utilisation accrue des énergies renouvelables intermittentes (éolienne/solaire/marémotrice). Comme mentionné à la section 3.1, Jacobson et al [13,14,15,16] préconisent une transition énergétique vers la production de 100% de l’électricité à partir du vent, de l’eau et de la lumière du soleil (WWS). La simplicité de ce récit semble convaincre de nombreux chercheurs et auteurs [11,12,17,18,32] et groupes de défense de l’environnement [25,26,27,28]. En conséquence, l’idée que les formes intermittentes de production d’électricité, complétées par des systèmes hydroélectriques ou de stockage de l’énergie, pourraient offrir une alternative viable aux systèmes actuels est devenue très populaire dans le public. Cependant, comme indiqué dans l’introduction, cette idée a été fortement critiquée car elle n’est pas physiquement plausible [8,19,20,21,22,23,24,26,38,39,41,42,43,44,45], pour les raisons exposées dans la section 3.
La Figure 1 et le Tableau 1 montrent que les dépenses consacrées à la lutte contre le changement climatique se sont principalement concentrées sur quelques-unes de ces stratégies. Plus précisément, 55% des dépenses ont été consacrées à la stratégie 7, c’est-à-dire à l’utilisation accrue de l’énergie éolienne et solaire; 7% ont été consacrés à la stratégie 3, c’est-à-dire à l’amélioration de l’efficacité énergétique; et 2% aux stratégies 5 et 6, c’est-à-dire à l’hydroélectricité et aux projets relatifs à la biomasse et aux déchets. Les stratégies 1, 2 et 4 ne semblent pas être incluses, et la stratégie 7 semble être la principale stratégie poursuivie, au moins pour la période 2011-2018.
Une autre source importante d’émissions de CO2 provient du secteur des transports. À la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle, l’essor des machines à vapeur alimentées au charbon a révolutionné le système de transport de nombreux pays et le secteur des transports était largement alimenté par le charbon. Cependant, au milieu du 20e siècle, en particulier avec l’invention des automobiles fonctionnant au pétrole, le secteur est devenu principalement alimenté par le pétrole [7]. De même, les secteurs de l’aviation et du transport maritime sont principalement alimentés par le pétrole. Par conséquent, le secteur des transports est une source majeure d’émissions de CO2. C’est pourquoi plusieurs des principales stratégies de réduction des émissions de CO2 se sont concentrées sur le secteur des transports:
- Biocarburants. La logique de cette stratégie est équivalente à la stratégie (6) pour le secteur de l’électricité, c’est-à-dire qu’elle vise à réduire la quantité de pétrole fossile utilisée en ajoutant des biocarburants au diesel ou au pétrole utilisé par les véhicules. En ce qui concerne la biomasse, on affirme que ces carburants sont « neutres en carbone » parce que le CO2 est absorbé dans l’atmosphère pendant leur culture. Cependant, comme pour la biomasse, les biocarburants ont également une très faible densité énergétique, ce qui soulève des inquiétudes quant à leur impact sur la biodiversité [51,53,54,55] et à la concurrence avec la culture de denrées alimentaires [159]. Un autre problème est que le retour sur investissement énergétique (« Energy Return on Investment », EROI) de la plupart des biocarburants est très faible, de l’ordre de 0,8 à 1,6, alors que celui du pétrole est généralement supérieur à 10 [99,160,161]. L’EROI d’un carburant est la quantité d’énergie qu’il fournit divisée par la quantité d’énergie nécessaire à sa production. Par conséquent, il doit être supérieur à 1 pour fournir de l’énergie supplémentaire à la société, mais il a été avancé qu’il devrait être supérieur à au moins 3 pour une société durable [160].
- Amélioration des transports publics. Si un plus grand nombre de navetteurs sont en mesure d’effectuer une grande partie ou la totalité de leurs déplacements en partageant les systèmes de transport public, cela devrait en moyenne réduire les émissions totales de CO2 des navetteurs. Cela est d’autant plus vrai si les transports publics en question ont des émissions de CO2 relativement faibles. Encourager les navetteurs à faire du vélo ou à marcher au lieu de conduire pourrait également réduire leur « empreinte carbone » individuelle. Malheureusement, nous constatons que le développement des transports publics peut parfois entrer en conflit avec d’autres intérêts. Par exemple, lorsque le conseil municipal de Dublin (Irlande) a prévu d’élargir les voies sur un certain nombre d’itinéraires radiaux afin d’y aménager des voies réservées aux bus et aux cyclistes, un tollé s’est élevé en raison de l’inquiétude suscitée par les arbres matures situés en bordure de route qui devraient être abattus pour faciliter la réalisation du projet [162,163]. Si les réseaux ferroviaires suburbains peuvent réduire les émissions de carbone tout en économisant de l’énergie et de l’argent, ils sont exposés aux risques de dépassement des coûts, de retard des projets et d’insuffisance des bénéfices qui vont de pair avec les grands projets d’infrastructure [164]. Par ailleurs, les communautés rurales ne peuvent souvent pas être desservies de manière adéquate par ces systèmes de transport public. Par conséquent, les politiques qui favorisent les systèmes de transport public par rapport aux voitures peuvent être biaisées au détriment des habitants des zones rurales.
- Utilisation de véhicules électriques (VE). Si l’électricité utilisée pour alimenter un VE est produite par l’énergie éolienne, nucléaire, solaire ou hydraulique, les émissions de CO2 sont nettement inférieures à celles des véhicules à moteur à combustion interne. Par conséquent, dans des pays tels que la Norvège, l’Islande et le Costa Rica, un automobiliste qui passe à la conduite d’un VE peut réduire considérablement son « empreinte carbone » personnelle [165]. Cela dit, si les émissions de CO2 provenant de la production d’électricité sont élevées, la conduite d’un VE pourrait bien augmenter les émissions totales de CO2. Par exemple, Asaithambi et al. (2019) ont calculé que les VE utilisés en Chine produisent des émissions de CO2 plus élevées qu’une voiture ordinaire, bien que pour les États-Unis, l’Allemagne et le Japon, les émissions moyennes d’un VE étaient inférieures à celles d’une voiture ordinaire [166]. D’autre part, Onat et al. (2015) ont calculé, en analysant les mix de production d’électricité à l’échelle de l’État, que les VE sont l’option de véhicule la moins intensive en carbone dans seulement 24 des 50 États-Unis [167]. Néanmoins, nous pouvons comprendre pourquoi la vente de VE est promue comme étant souhaitable d’un point de vue environnemental. Cependant, nous rappelons aux lecteurs la discussion sur la rareté des minéraux à la section 3.3.3.
Ces mesures sont souvent désignées collectivement par l’expression « transport durable ». Comme le montrent la Figure 1 et le Tableau 1, 10% des dépenses mondiales liées au changement climatique sur la période 2011-2018 ont été consacrées au « transport durable », et 1% aux « biocarburants ».
4.2. Changement climatique causé par les parcs éoliens
La principale raison de l’augmentation substantielle du nombre d’installations de parcs éoliens, qui vise à réduire l’impact du réchauffement climatique d’origine humaine dû aux émissions de gaz à effet de serre (comme décrit à la section 4.1), est remise en question par le fait que le changement climatique n’est pas toujours mondial; il peut également y avoir des changements climatiques locaux et régionaux. En outre, le changement climatique ne se résume pas à un simple changement de température, et il existe d’autres facteurs de changement climatique que les concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre. Il est largement reconnu que les changements dans l’utilisation et la couverture des sols (« Land Use and Land Cover Changes », LULCC ou en français, Utilisation des terres, changement d’affectation des terres et foresterie, UTCATF), tels que la déforestation, et les changements dans la gestion des sols (« Land Management Changes », LMC), tels que l’irrigation, peuvent affecter le climat de l’échelle locale à l’échelle mondiale par le biais d’interactions physiques et chimiques entre la terre et l’atmosphère [168]. Il existe donc un risque que toute installation énergétique à grande échelle qui implique des changements dans l’utilisation des terres, la couverture terrestre ou la gestion des terres puisse potentiellement provoquer un changement climatique local, régional et mondial.
En particulier, les recherches menées ces dernières années ont apporté de nombreuses preuves théoriques et empiriques que les éoliennes peuvent avoir des effets locaux ou régionaux significatifs sur le climat. Par exemple, Abbasi et al. (2016) [59] expliquent que « les parcs éoliens à grande échelle avec des éoliennes hautes peuvent avoir une influence sur le temps, éventuellement sur le climat, en raison des effets combinés du déficit de vitesse du vent qu’ils créent, des changements dans le modèle de turbulence atmosphérique qu’ils provoquent, et de la rugosité du paysage qu’ils augmentent ».
Par conséquent, avant de supposer que l’augmentation du déploiement des parcs éoliens « réduira le changement climatique » en ne considérant que la réduction attendue des émissions de dioxyde de carbone par rapport à l’utilisation de combustibles fossiles, il est important de comparer cette réduction attendue du « changement climatique mondial » aux changements climatiques locaux et régionaux supplémentaires qu’elle entraîne. De par leur nature même, les éoliennes ont un impact sur au moins trois aspects de la météo locale, et donc du climat: (1) la température, (2) le vent, et (3) les précipitations. Dans cette sous-section, nous passerons brièvement en revue les connaissances actuelles sur les changements climatiques locaux et régionaux causés par les parcs éoliens. Cependant, nous soulignons qu’il s’agit encore d’un sujet de recherche émergent, en partie parce que l’augmentation du nombre de parcs éoliens au cours des dernières années est sans précédent, et que les impacts environnementaux des parcs éoliens n’ont que récemment commencé à faire l’objet d’une attention particulière de la part de la recherche.
D’autres recherches sont nécessaires pour élargir la base de preuves des impacts d’autres technologies énergétiques telles que les grandes centrales solaires [169] et les barrages hydroélectriques [170] sur le climat par le biais de leurs effets sur l’UTCATC et/ou les LMC.
4.2.1. Changements de température locaux causés par les parcs éoliens
Les parcs éoliens provoquent une augmentation de la température moyenne du sol sous le vent des éoliennes pendant la nuit, par un mécanisme décrit schématiquement dans la Figure 11, adaptée de Armstrong et al. (2014) [171]. Essentiellement, l’augmentation de la turbulence entraîne un mélange accru de la haute et de la basse atmosphère du côté sous le vent des turbines. Cela tend à provoquer un léger refroidissement au niveau du sol pendant la journée et un effet de réchauffement pendant la nuit.
Figure 11. « Schéma des effets potentiels des éoliennes sur le flux d’air, la température et l’évapotranspiration pendant la journée avec une couche limite atmosphérique stable et pendant la nuit avec une couche limite atmosphérique instable. Le fond rose (gris plus clair) représente l’air plus chaud et le fond bleu (gris plus foncé) l’air plus froid. Les flèches roses en pointillé indiquent les tourbillons d’air chaud qui, sous le vent de l’éolienne, se mélangent à l’air plus frais, augmentant ainsi la température de surface nocturne. Inversement, les flèches bleues pleines symbolisent des tourbillons d’air plus frais qui provoquent un refroidissement à la surface pendant la journée. Les flèches horizontales symbolisent la vitesse du vent en amont et en aval des turbines, avec une réduction de la vitesse du vent pendant le jour et la nuit. Les flèches verticales suggèrent des changements hypothétiques dans l’évapotranspiration, avec des augmentations dans des conditions stables et des diminutions dans des conditions instables sous le vent de l’éolienne » – Légende et figure adaptées de la Figure 1a d’Armstrong et al. (2014). Reproduit sous la licence de droit d’auteur Creative Commons CC BY 3.0; https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/.
Plusieurs études ont tenté de simuler les changements climatiques causés par les parcs éoliens en comparant une simulation avec un grand parc éolien hypothétique à une simulation de contrôle sans le parc [60,61,64,172,173]. Bien que Fitch (2015) ait affirmé que les effets sur la température moyenne à l’échelle mondiale seraient très faibles et que le réchauffement local moyen annuel serait modeste [173], Wang et Prinn (2010) ont constaté que « l’utilisation d’éoliennes pour répondre à 10% ou plus de la demande énergétique mondiale en 2100 pourrait entraîner un réchauffement de la surface dépassant 1°C sur les installations terrestres » [61]. De même, Miller et Keith (2018) [64] ont constaté que si les États-Unis devaient satisfaire toute leur consommation d’électricité actuelle avec de l’électricité éolienne, cela entraînerait un réchauffement moyen de 0,54°C pour les régions où se trouvent les parcs éoliens, et de 0,24°C en moyenne sur l’ensemble du continent américain. En comparant ces chiffres aux projections de température aux États-Unis selon les modèles climatiques du GIEC, ils ont affirmé que cela impliquerait que « si la demande d’électricité aux États-Unis était satisfaite par de l’énergie éolienne basée aux États-Unis, le réseau de parcs éoliens devrait fonctionner pendant plus d’un siècle avant que l’effet de réchauffement sur le continent américain causé par [les parcs éoliens] ne soit inférieur à l’effet de réchauffement réduit par la diminution des émissions [de CO2] » [64].
Pour compléter ces études basées sur la modélisation, plusieurs études ont tenté ces dernières années d’estimer les changements de température causés par les parcs éoliens de manière expérimentale, par exemple en utilisant des études sur le terrain et/ou des comparaisons par satellite. Nous renvoyons à Abbasi et al. (2016) [59] et Miller et Keith (2018) [64] pour des résumés de la littérature. La figure 12 illustre une étude de cas, adaptée d’une analyse par satellite d’une région de l’ouest du Texas (États-Unis) réalisée par Zhou et al. (2012, 2013) [62,63]. Sur une période de 8 ans, l’installation d’un grand nombre de parcs éoliens dans la région a entraîné un réchauffement nocturne à long terme de ~0,72°C/décennie en été et de ~0,46°C/décennie en hiver, pour les régions des parcs éoliens par rapport aux régions environnantes. Des études équivalentes menées dans l’Iowa (États-Unis) [65] et dans le nord-ouest de la Chine [66] ont donné des résultats similaires.
Figure 12. Résumé de certains résultats clés des études de Zhou et al. (2012) [62]; (2013) [63] sur les effets des parcs éoliens sur les températures régionales à la surface du sol dans le centre-ouest du Texas (États-Unis). Le panneau supérieur montre l’emplacement approximatif de la région étudiée, d’une superficie d’environ 10 005 km2 (~112,8 km × ~88,7 km). Reproduit conformément aux directives d’attribution pour Google Maps et Google Earth, https://www.google.com/permissions/geoguidelines/attr-guide/, Google, 2020. Les panneaux du milieu et du bas montrent l’augmentation des températures nocturnes moyennes du sol dans les régions des parcs éoliens par rapport aux régions environnantes au cours de la période 2003-2011, respectivement en hiver et en été. Adapté de la Figure 1 de Zhou et al. (2012) [62].
4.2.2. Changements dans les régimes de vent induits par les parcs éoliens
Le fait que les parcs éoliens influencent les régimes de vent locaux est, intuitivement, le plus évident. Le « sillage » d’une éolienne, c’est-à-dire le vent du côté sous le vent (c’est-à-dire en aval) de l’éolienne, est généralement associé à une augmentation des turbulences et à une diminution de la vitesse du vent. Bien que la modélisation précise de ces effets soit étonnamment difficile [174,175,176], l’existence de « l’effet de sillage » est maintenant bien établie empiriquement [177,178,179,180,181]. Cet effet de sillage peut couvrir des distances assez longues, en particulier pour les parcs éoliens en mer (dont la rugosité de surface est plus faible que celle des parcs éoliens terrestres). Par exemple, Platis et al. (2018) ont trouvé des preuves d’une réduction significative de la vitesse du vent jusqu’à 70 km sous le vent d’un parc éolien offshore allemand [179]. Cela peut entraîner des problèmes économiques importants lorsque plusieurs parcs éoliens sont construits dans la même région, car les parcs voisins peuvent se retrouver en concurrence pour le même vent [180].
Il a également été suggéré que ces effets de sillage locaux pourraient entraîner des changements à méso-échelle dans les schémas de circulation météorologique, en particulier si les parcs éoliens continuent d’augmenter en taille et en nombre. Par exemple, Barrie et Kirk-Davidoff (2010) [60] ont effectué une simulation à l’aide d’un modèle de circulation générale dans lequel ils ont simulé ce qui pourrait se passer si un parc éolien hypothétique de très grande taille était installé avec une capacité de 2,48 TW. Le parc modélisé occuperait 23% de l’Amérique du Nord et était donc strictement hypothétique. Cependant, ce parc ne couvrirait que 6% de la consommation mondiale d’électricité estimée d’ici 2100 [61], et mérite donc d’être pris en compte si l’idée de fournir une grande partie de l’électricité mondiale à partir de parcs éoliens doit être prise au sérieux. Leurs simulations suggèrent que « les perturbations induites impliquent des changements substantiels dans la trajectoire et le développement des cyclones sur l’Atlantique Nord, et l’ampleur des perturbations dépasse le niveau d’incertitude des prévisions » [60]. En d’autres termes, leur parc éolien hypothétique pourrait potentiellement entraîner des changements substantiels dans les schémas de circulation météorologique. Fiedler et Bukovsky (2011) ont également constaté des effets substantiels dans leur simulation utilisant un parc éolien hypothétique beaucoup plus petit d’une capacité de 0,457 TW [172]. Ils ont même suggéré qu’avec des parcs éoliens de cette taille, il serait possible de modifier la trajectoire des ouragans, mais ont averti que les effets pourraient être quelque peu imprévisibles sans améliorations substantielles des capacités de prévision météorologique.
4.2.3. Modifications des précipitations locales causées par les parcs éoliens
Les effets des éoliennes sur les régimes locaux de précipitations sont moins intuitifs et n’ont pas encore fait l’objet d’autant d’attention de la part des chercheurs. Cependant, nous pouvons avoir une compréhension intuitive de certains des mécanismes en considérant tout d’abord que le but d’une éolienne est d’extraire l’énergie mécanique du vent entrant, pour la convertir en électricité. En d’autres termes, le vent en aval contient moins d’énergie. Par ailleurs, l’humidité relative de l’air est également fonction du contenu énergétique de l’air, c’est-à-dire de sa température. Par conséquent, en extrayant l’énergie mécanique du vent entrant, les turbines peuvent modifier l’humidité relative du vent en aval. La Figure 13 en donne deux exemples visuels, correspondant à deux conditions atmosphériques très différentes au-dessus de la mer du Nord, au large de la côte du Danemark [177,178].
Figure 13. Exemples visuellement frappants de deux versions différentes de « l’effet de sillage » observées à des dates distinctes dans deux parcs éoliens off-shore voisins au large du Danemark, à savoir Horns Rev 1 et 2. (a) Photographie de Christian Steiness d’un exemple d’effet de sillage causé par de l’air froid et humide passant au-dessus d’une surface de mer plus chaude, adaptée de la Figure 2 de Hasager et al. (2013) [177]. Reproduit sous licence de droit d’auteur Creative Commons CC BY 3.0; https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/. (b) Photographie de Bel Air Aviation Denmark-Helicopter Services d’un exemple d’effet de sillage causé par de l’air chaud et humide passant au-dessus d’une surface de mer plus froide, adaptée de la figure 2 de Hasager et al. (2017) [178]. Reproduit sous licence de droit d’auteur Creative Commons CC BY 4.0; https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Nous n’avons pas pu identifier beaucoup de recherches dans la littérature quantifiant systématiquement les effets des parcs éoliens sur les précipitations locales. Cependant, de manière anecdotique, nous avons été informés de plusieurs incidents de crues soudaines survenues à proximité de parcs éoliens, qui n’étaient pas caractéristiques des régimes de précipitations dans la région avant la construction des parcs éoliens. Dans leur simulation des effets d’un parc éolien hypothétique à grande échelle de 0,457 TW (mentionné ci-dessus), Fiedler et Bukovsky (2011) [172] ont noté qu’au niveau local, « la présence d’un parc éolien peut générer une différence entre sécheresse et déluge pour la saison », mais ils ont noté que ces effets étaient moins prononcés lorsque la moyenne était calculée sur des zones régionales plus vastes. Néanmoins, ils ont simulé une augmentation moyenne de 1% des précipitations dans une zone couvrant plusieurs États. Par conséquent, les effets des parcs éoliens sur les précipitations locales et régionales pourraient être très importants et méritent d’être étudiés plus en détail sur le terrain.
4.2.4. Augmentation des émissions biologiques de CO2 causée par les parcs éoliens
Bien que les effets de réchauffement des parcs éoliens décrits dans la section 4.2.1 soient principalement localisés et tendent à se limiter aux températures nocturnes, nous notons qu’ils introduisent une complication problématique pour ceux qui proposent d’utiliser les parcs éoliens pour réduire les émissions globales de CO2. Il est vrai que la production d’électricité est actuellement une composante majeure des émissions anthropiques de CO2, et que la réduction de la quantité d’électricité produite à l’aide de combustibles fossiles devrait donc réduire cette composante. Cependant, les émissions biologiques annuelles de CO2 provenant de la respiration du sol sont au moins dix fois plus importantes que les émissions anthropiques annuelles totales de CO2 [6,182,183].
En règle générale, les émissions annuelles dues à la respiration du sol sont à peu près équilibrées par l’absorption de CO2 via la photosynthèse, grâce à la production primaire nette (PPN) des plantes et des arbres terrestres. Toutefois, on sait que les émissions totales dues à la respiration du sol augmentent avec la température. Les estimations des taux exacts d’augmentation varient d’une étude à l’autre, et l’extrapolation des résultats d’une forêt des latitudes moyennes [184] ou d’une région tropicale [185] à des estimations mondiales présente de nombreuses complexités (voir Davidson et Janssens (2006) pour un bon examen des difficultés rencontrées) [186]. Néanmoins, la plupart des études suggèrent que le réchauffement des sols entraîne généralement une augmentation des émissions biologiques de CO2 provenant de la respiration du sol [182,183,184,185,186,187]. Par conséquent, étant donné que les émissions globales de CO2 provenant de la respiration du sol sont d’un ordre de grandeur supérieur aux émissions anthropiques, nous suggérons que l’augmentation des émissions biologiques de CO2 causée par les parcs éoliens qui réchauffent les températures nocturnes du sol pourrait potentiellement être d’une ampleur similaire à la réduction des émissions anthropiques de CO2 provenant des parcs éoliens.
4.3. Réduction de la pollution atmosphérique
La plupart des technologies énergétiques, en particulier celles qui reposent sur des processus de combustion, produisent également de petites quantités de pollution atmosphérique indésirable au cours de leur utilisation. Les principales formes de pollution de l’air sont les suivantes.
- Les particules (« Particulate matter » ou PM). Elles comprennent les grosses particules de suie et de fumée ainsi que les particules microscopiques qui sont souvent divisées en particules de moins de 10μm (PM10) et en particules de moins de 2,5μm (PM2,5). Le terme « carbone noir » (« black carbon » ou BC) est utilisé pour désigner les particules composées uniquement de carbone.
- Divers oxydes d’azote, désignés collectivement sous le nom de NOx
- Le dioxyde de soufre (SO2)
- Le monoxyde de carbone (CO) – à ne pas confondre avec le CO2
- L’ozone troposphérique (O3) – à ne pas confondre avec l’ozone stratosphérique qui se trouve dans la « couche d’ozone ».
- Les composés organiques volatils (COV).
Nous pensons qu’il est important de souligner la différence entre la pollution atmosphérique et les émissions de gaz à effet de serre, car dans la culture populaire, ces deux notions sont souvent confondues à tort. Par conséquent, de nombreuses personnes supposent que les politiques visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre sont synonymes de réduction de la pollution de l’air, et vice versa. En effet, nous constatons que les articles et les reportages des médias sur le changement climatique et/ou les émissions de gaz à effet de serre incluent souvent des images ou des séquences vidéo de scènes de pollution de l’air (ou parfois des séquences d’échappement de vapeur provenant de l’industrie), voir, par exemple, [188]. Cela peut s’expliquer par le fait que les images médiatiques ou les séquences vidéo de dioxyde de carbone (CO2) sont physiquement impossibles, car le CO2 est un gaz invisible, inodore et insipide. Nous soulignons également qu’en raison de son rôle dans le cycle photosynthèse/respiration, le CO2 est une source de fertilisation qui entraîne une augmentation du verdissement mondial [72,189], indépendamment de sa pertinence en tant que moteur du changement climatique. Par conséquent, dans cette sous-section, nous excluons explicitement les gaz à effet de serre discutés dans la section 4.1 de ce que nous considérons comme la « pollution de l’air ».
Il existe une abondante littérature qui soutient collectivement que toutes les formes de pollution de l’air énumérées ci-dessus sont nocives pour la santé humaine [190,191,192,193,194]. Cependant, la fiabilité, la reproductibilité et/ou la robustesse statistique de nombreuses études qui prétendent avoir identifié des liens de causalité avec des conséquences pathologiques ont été remises en question [194,195,196]. Par exemple, à partir d’un examen des méta-analyses visant à élucider les associations entre les polluants de l’air ambiant et divers effets sur la santé, Sheehan et al. (2016) ont dressé une liste de 30 méta-analyses n’indiquant que des augmentations modestes, voire inexistantes, de la mortalité associées à l’exposition aux polluants susmentionnés [194]. Conscients du fait que les tests d’hypothèses et les modélisations multiples, le p-hacking et le biais de publication peuvent conduire à ce que des effets faussement positifs deviennent des faits établis, Young et Kindzierski (2019) ont évalué un article de méta-analyse très cité examinant la question de savoir si l’exposition à la qualité de l’air déclenche des crises cardiaques. Ils ont constaté que les conclusions de cet article ne résistaient pas à un examen critique, car les formes des graphiques des valeurs p correspondaient à une manipulation de l’analyse dans certains des articles de base [196]. À partir d’une analyse de séries chronologiques d’un vaste ensemble de données sur la qualité de l’air et les décès aigus en Californie, Young et al. (2017) n’ont trouvé aucune association entre l’ozone ou les PM2,5 et les décès aigus, et donc aucune preuve d’un effet causal en Californie. Ils ont constaté que la variabilité quotidienne des décès était principalement expliquée par des variables saisonnières ou météorologiques [195]. Par conséquent, nous conseillons au lecteur de traiter avec prudence les nombreuses affirmations selon lesquelles des liens de causalité ont été identifiés entre la pollution de l’air et les conséquences pathologiques chez l’homme.
Étant donné que tous les polluants atmosphériques susmentionnés sont d’origine naturelle, les décideurs politiques devraient se méfier des politiques dites de « tolérance zéro » en matière de pollution atmosphérique. Toutes les formes de « pollution atmosphérique » susmentionnées seraient présentes dans l’atmosphère à un certain degré même en l’absence de l’espèce humaine, de sorte que les mesures visant à éradiquer complètement la « pollution atmosphérique » sont physiquement impossibles à mettre en œuvre.
Néanmoins, la plupart des gens seraient probablement d’accord pour dire qu’une pollution grave est pour le moins désagréable. Pour cette seule raison, les politiques visant à réduire la pollution atmosphérique dans les régions où la qualité de l’air est préoccupante peuvent souvent bénéficier d’un soutien considérable de la part de l’opinion publique. Nous avons identifié trois sources principales de pollution de l’air qui semblent particulièrement pertinentes pour la politique énergétique :
- La pollution de l’air due à la production d’électricité (principalement par les centrales au charbon) et à l’industrie
- La pollution de l’air due aux transports, en particulier à la circulation
- Pollution atmosphérique due à la combustion domestique de combustibles solides (principalement la biomasse, mais aussi le charbon)
Ces trois facteurs peuvent entraîner des problèmes de qualité de l’air dans les zones urbaines, mais le troisième est également une préoccupation majeure pour de nombreuses communautés rurales dans les pays en développement, en raison de la pollution de l’air à l’intérieur des habitations.
4.3.1. Pollution atmosphérique due à la production d’électricité
La production d’électricité est souvent associée à une certaine pollution de l’air provenant des gaz d’échappement des centrales électriques, par exemple les oxydes d’azote (NOx), le dioxyde de soufre (SO2), les particules (PM), y compris la suie, les composés organiques volatils (COV) et l’ozone. Turconi et al. (2013) [197] ont réalisé une méta-analyse détaillée de 167 études afin d’estimer les émissions moyennes sur l’ensemble du cycle de vie des deux premiers éléments (NOx et SO2) provenant de la plupart des principales formes de production d’électricité. Nous avons représenté les résultats dans la Figure 14.
Figure 14. Estimations des émissions (a) de NOx et (b) de SO2 provenant de la production d’électricité en utilisant différents types de production. Données tirées du Tableau 2 de Turconi et al. (2013) [197].
| Questions d’ingénierie | Questions environnementales | ||||||
| Intermittence | Densité énergétique | Limites de la ressource | Émissions de gaz à effet de serre (GES) | Pollution atmosphérique | Questions liées à la biodiversité | Autres questions environnementales | |
| Électricité | |||||||
| Charbon | Non | Haute | Réserves limitées, mais substantielles | Haute | Haute | Modérée | Impacts miniers |
| Tourbe | Non | Haute | Limitées | Haute | Haute | Haute | Biomes uniques |
| Pétrole | Non | Haute | Cf. débat sur le « pic pétrolier » | Haute | Moderate | Basse | Marées noires possibles |
| Gaz naturel | Non | Haute | Cf. débat sur le « pic gazier » | Modérée | Basse | Basse | Impacts potentiels de la fracturation |
| Nucléaire | Non | Haute | Réserves limitées, mais substantielles | Basse | Basse | Basse | Élimination des déchets, possibilité de « meltdowns » |
| Hydroélectricité | Non | Basse | Limitées par la géographie | Basse | Basse | Modérée | Modifie l’environnement local |
| Biomasse | Non | Très basse | Nécessite de vastes superficies | “Neutre en carbone” | Haute | Très haute | En compétition avec l’agriculture |
| Géothermique | Non | Basse | Limitées par la géographie | Basse | Basse | Basse | |
| Solaire | Oui | Basse | Construction à haute utilisation de ressources | Basse | Basse | Modérée | Élimination des déchets |
| Éolienne | Oui | Très basse | Construction à haute utilisation de ressources | Basse | Basse | Modérée | Provoque un changement climatique local |
| Marémotrice | Oui | Basse | Construction à haute utilisation de ressources | Basse | Basse | Basse | |
| Transport | |||||||
| Pétrole | No | Haute | Cf. débat sur le « pic pétrolier » | Haute | Haute | Basse | Marées noires possibles |
| Biocarburants | No | Très basse | Nécessite de vastes superficies | “Neutre en carbone” | Modérée | Très haute | En compétition avec l’agriculture |
| VE | * | * | Question majeure | Très basse | Très basse | Basse | Élimination des déchets |
Tableau 2. Résumé des problèmes techniques et environnementaux associés à chacune des principales sources d’énergie examinées dans cette étude. Ce tableau n’a pas vocation à être exhaustif ou définitif, mais simplement à fournir un aperçu rapide des principaux sujets décrits plus en détail dans le texte. Par souci de concision, les aspects socio-économiques abordés dans l’étude n’ont pas été pris en compte.
Turconi et al. (2013) ont comparé les émissions de NOx et de SO2 de la production d’électricité à partir de combustibles fossiles, du nucléaire et des énergies renouvelables. Selon leurs données, le charbon (qu’il s’agisse de lignite ou de houille) et le pétrole produisent des quantités considérables de NOx et de SO2, tandis que le gaz naturel et la biomasse produisent des quantités considérables de NOx, mais pas autant de SO2. En revanche, l’énergie nucléaire, l’énergie hydraulique et l’énergie éolienne produisent très peu d’émissions de ces deux polluants, et les émissions associées à l’énergie solaire sont modestes.
L’utilisation du charbon, du pétrole, du gaz naturel (c’est-à-dire les combustibles fossiles) et, dans une moindre mesure, de la biomasse (l’une des énergies renouvelables) pour la production d’électricité est associée à la pollution de l’air par les NOx et le SO2. Par conséquent, une approche pour réduire ces émissions pourrait consister à passer à une combinaison d’énergie nucléaire, hydroélectrique, éolienne et, dans une certaine mesure, solaire. Cependant, une autre approche consiste à réduire les polluants émis avant qu’ils ne quittent la centrale [134]. Plusieurs technologies ont été mises au point pour éliminer les polluants atmosphériques des émissions des centrales thermiques au charbon, notamment les laveurs humides, les précipitateurs électrostatiques (PES) et les filtres en tissu pour éliminer les particules, la réduction catalytique sélective (RCS) et la réduction non catalytique sélective (RNCS) pour éliminer les oxydes d’azote (NOx), et la désulfuration des gaz de combustion par voie humide (DGCVH) pour éliminer le dioxyde de soufre [198]. Des systèmes d’épuration destinés aux systèmes de combustion et de gazéification de la biomasse à plus petite échelle ont également été mis au point [199,200].
Par conséquent, la pollution de l’air peut être largement évitée, même lors de l’utilisation de combustibles fossiles ou de biomasse, à condition que ces systèmes de type épurateur soient installés et exploités. Cependant, ces systèmes augmentent le coût de la production d’électricité et ne sont donc pas encore largement mis en œuvre dans les pays en développement qui donnent la priorité à la réduction des coûts plutôt qu’à la réduction de la pollution. Dans cette optique, une méthode alternative pour réduire (mais pas éradiquer) la pollution de l’air pourrait consister à passer du charbon au gaz naturel. Comme le montre la figure 14, cette transition permet de réduire considérablement les émissions de SO2 et peut parfois réduire partiellement les émissions de NOx [131,132]. Il a également été démontré qu’elle réduisait considérablement les émissions de particules, de fumée et de smog [133]. Une autre approche pour réduire les émissions de SO2 consiste à utiliser du charbon à faible teneur en soufre au lieu du charbon à haute teneur en soufre, plus courant (et généralement moins cher) [201].
4.3.2. Pollution atmosphérique urbaine due aux transports
L’une des principales sources de pollution de l’air dans les zones urbaines est celle qui provient du secteur des transports, c’est-à-dire des voitures, des camions et des transports publics [202,203,204,205,206]. Nous notons que la pollution due au trafic a probablement toujours été un problème pour les zones urbaines, bien que sa forme puisse changer. Par exemple, au 19ème siècle, l’accumulation de fumier de cheval provenant du transport hippomobile était une préoccupation croissante, en particulier dans les villes très fréquentées [207]. Par conséquent, bon nombre des principales politiques de réduction de la pollution atmosphérique urbaine se concentrent sur le secteur des transports.
Dans les pays industrialisés, les contrôles réglementaires des gaz d’échappement des véhicules ont permis de réduire les émissions d’oxydes d’azote, de monoxyde de carbone, de composés organiques volatils et de particules [204]. Toutefois, dans de nombreux pays en développement, les émissions de polluants atmosphériques ont fortement augmenté (Uherek et al., 2010) [202]. En outre, même dans les pays développés où il existe des contrôles réglementaires des émissions, la grande quantité de véhicules dans les zones urbaines (en particulier celles qui connaissent des problèmes de circulation) peut réduire la qualité de l’air.
Une approche consiste à encourager les navetteurs et les citadins à se déplacer plus souvent à pied ou à vélo plutôt qu’en voiture. Cela peut également avoir des effets bénéfiques sur la santé en encourageant les personnes qui auraient autrement un mode de vie relativement sédentaire à faire plus d’exercice. Une approche connexe consiste à encourager l’utilisation des transports publics. Comme nous l’avons vu à la section 4.1, si un grand nombre de navetteurs sont en mesure d’effectuer une grande partie de leurs déplacements dans des transports publics partagés (bus, tramways ou trains, par exemple), cela peut réduire les émissions horaires totales de la zone. Cela dit, il convient de rappeler que si, par exemple, trop de routes ou de voies routières sont réservées aux pistes cyclables ou aux couloirs de bus, cela risque d’accroître les embouteillages parmi les automobilistes restants, ce qui pourrait augmenter les émissions, car les émissions de gaz d’échappement par kilomètre parcouru peuvent augmenter lorsque les voitures ou les camions tournent au ralenti et s’arrêtent/redémarrent en raison des embouteillages.
C’est pourquoi l’accent est mis sur la réduction des émissions des véhicules, par exemple en changeant de type de carburant. Cependant, le changement de type de carburant peut souvent réduire une forme de pollution de l’air et en augmenter d’autres [203,204,205,206].
Une autre approche pourrait consister à encourager les automobilistes à utiliser des véhicules électriques ou hybrides [165,166,167]. Cependant, nous rappelons à nouveau aux lecteurs la discussion de la section 3.3.3, et en particulier les observations de Herrington et al. (2019) [58] et Mills (2020) [45], selon lesquelles la quantité de matériaux limités tels que le cobalt et le lithium qui serait nécessaire pour faire passer ne serait-ce qu’une petite fraction des quelque 2 milliards de voitures à des VE est énorme.
4.3.3. Pollution atmosphérique due à la combustion domestique de combustibles solides
Si un grand nombre de maisons dans une zone urbaine utilisent des combustibles solides (par exemple, le charbon) pour se chauffer et/ou cuisiner, cela peut contribuer de manière significative à la pollution de l’air urbain, y compris à la brume sèche et au smog [193,208,209]. Cela peut également entraîner une importante pollution de l’air à l’intérieur des habitations, ce qui constitue un problème majeur pour de nombreuses communautés rurales, en particulier dans les pays en développement. Environ 3 milliards de personnes dans le monde dépendent des combustibles solides pour la plupart de leurs besoins énergétiques domestiques, dont environ 2,4 milliards utilisent la biomasse (principalement le bois, le charbon de bois, les excréments d’animaux ou les déchets de culture), tandis que le reste utilise le charbon [190,191,210,211,212,213]. La majorité de ces personnes vivent dans des communautés rurales des pays en développement.
La dépendance de ces ménages à l’égard de la biomasse pour la plupart de leurs besoins énergétiques signifie qu’ils peuvent apparaître nominalement comme de grands défenseurs des « énergies renouvelables ». Cependant, la réalité est qu’il ne s’agit pas d’un choix délibéré. Environ 1,3 milliard de personnes n’ont toujours pas accès à l’électricité [213], et pour de nombreuses personnes vivant dans la pauvreté, l’utilisation de la biomasse comme combustible pour la cuisine, le chauffage et/ou l’éclairage est une nécessité pragmatique [210]. Par exemple, Gupta (2020) note qu’« en Éthiopie, plus de 95% des ménages dépendent de l’énergie de la biomasse pour la cuisine et plus de 70 % n’ont pas accès à une énergie électrique fiable, au moins pour les besoins de base (éclairage et appareils électroménagers) » [210]. L’utilisation du bois et du charbon de bois comme combustible principal contribue de manière significative à la déforestation tropicale, en particulier sur le continent africain [214,215]. Cette dépendance à l’égard de la combustion de combustibles solides à l’intérieur des habitations signifie également que de nombreux ménages ruraux sont exposés quotidiennement à des quantités considérables de pollution de l’air à l’intérieur des habitations [190,191,210,211,212,213].
Une façon de réduire la quantité de cette pollution de l’air à l’intérieur des habitations serait d’aider les ménages qui utilisent des cuisinières et/ou des combustibles de mauvaise qualité à passer à des produits améliorés qui génèrent moins de pollution [210,212,213]. Cependant, de manière générale, le principal problème est celui de la pauvreté et/ou du manque d’accès à l’électricité. Il a été suggéré qu’il existe une échelle de la principale source d’énergie des ménages en fonction de l’augmentation des revenus, à peu près comme suit : résidus de culture/fumier animal → bois → charbon de bois → kérosène → gaz de pétrole liquéfié (GPL) → électricité [213]. Par conséquent, nous suggérons que les politiques les plus simples pour réduire le problème mondial de la pollution de l’air intérieur seraient celles qui aident les nations en développement à sortir de la pauvreté et/ou qui fournissent de l’électricité à ceux qui n’en ont pas encore.
4.4. Protection de la biodiversité
McDonald et al. (2009) [53] soulignent que, si de nombreuses études ont quantifié les impacts probables de la perte d’habitat due au climat sur la biodiversité, relativement peu d’études ont évalué l’impact sur l’habitat de l’étendue spatiale de la production d’énergie, ou « expansion de l’énergie ». La biodiversité est définie comme une contraction du terme « diversité biologique », qui fait référence à l’éventail des variétés parmi et entre les organismes vivants [216]. Les lieux, espaces ou zones où vivent les organismes sont appelés « habitats » [217]. En général, la production d’énergie peut avoir un impact sur la biodiversité par le biais de l’utilisation des terres et de la modification de l’occupation des sols (« Land Use and Land Cover Change », LULCC, en français « Utilisation des terres, changement d’affectation des terres et foresterie » UTCATF), de la qualité de l’air et de la qualité de l’eau [53]. L’UTCATF tend à donner lieu au remplacement et à la fragmentation de l’habitat, qui tendent à s’étendre en fonction de l’impact surfacique, alors que les impacts sur la qualité de l’air et de l’eau tendent à ne pas s’étendre.
Le mitage énergétique est défini comme le produit de la production annuelle d’énergie (par exemple, TWh/an) et de l’intensité de l’utilisation des terres pour la production d’énergie (par exemple, km2 par TWh/an). L’intensité de l’utilisation des sols étant l’inverse de la densité énergétique, le mitage énergétique est inversement proportionnel à la densité énergétique et varie de trois ordres de grandeur. Ainsi, l’étalement énergétique associé à l’énergie nucléaire et au charbon est le plus faible, tandis que celui associé à l’électricité produite à partir de la biomasse et aux biocarburants est plusieurs centaines de fois supérieur, et que celui associé à l’énergie éolienne, hydroélectrique et solaire est intermédiaire [53].
En outre, McDonald et al. (2009) [53] soulignent que certaines technologies de production d’énergie impliquent la destruction de tous les habitats naturels dans leur zone d’impact. C’est le cas de l’énergie nucléaire, du charbon, de l’énergie solaire, de l’énergie hydraulique et de la croissance de la biomasse ou des cultures de biocarburants. D’autres technologies de production d’énergie ont une empreinte d’infrastructure relativement faible, avec de plus grandes zones affectées par la fragmentation de l’habitat. C’est le cas des techniques qui impliquent des puits, comme la géothermie, le gaz naturel et le pétrole, pour lesquelles environ 5% de la zone d’impact est due au défrichement direct, tandis que 95% est due à la fragmentation de l’habitat et aux comportements d’évitement des espèces. De même, environ 3 à 5% de la zone d’impact des éoliennes est due au défrichement direct, tandis que 95% est due à la fragmentation de l’habitat, aux comportements d’évitement des espèces et à la mortalité des chauves-souris et des oiseaux.
Grâce à un examen approfondi de la littérature concernant les impacts des énergies renouvelables sur les écosystèmes et la biodiversité, citant des centaines d’auteurs antérieurs, Gasparatos et al. (2017) [55] ont identifié les principaux mécanismes de changement des écosystèmes et de perte de biodiversité pour les filières d’énergie renouvelable, y compris le solaire, l’éolien et la bioénergie, ainsi que les interventions visant à atténuer leurs impacts négatifs. Ces mécanismes sont décrits ci-dessous en ce qui concerne la bioénergie, l’hydroélectricité, l’énergie solaire et l’énergie éolienne.
Les changements directs et indirects dans l’utilisation des terres dus à l’expansion des matières premières de la biomasse pour la production d’énergie ont entraîné une perte d’habitat et de biodiversité, en particulier lorsque la conversion des terres à grande échelle utilisant la production de matières premières monoculturales est adoptée [55]. En outre, les auteurs citent plusieurs analyses du cycle de vie (ACV) qui ont démontré que la plupart des filières de production d’énergie à partir de la biomasse émettent des polluants atmosphériques et aquatiques qui peuvent avoir des effets négatifs sur la biodiversité par le biais de l’eutrophisation, de l’acidification et de la toxicité. Les émissions atmosphériques des principales espèces énergétiques de la biomasse, telles que l’eucalyptus, le peuplier et le saule, contribuent à la formation d’ozone troposphérique, qui est nuisible à la vie végétale.
Ils citent plusieurs études qui donnent des exemples de conséquences négatives sur la biodiversité de la perte et du changement d’habitat dus aux biocarburants dans le monde entier. Par exemple, la culture du palmier à huile en Asie du Sud-Est a principalement remplacé des forêts tropicales primaires/secondaires plutôt que des terres agricoles. Aux États-Unis, le soja pour le biodiesel et le maïs/sucre pour le bioéthanol auront un effet systématiquement plus important sur le changement d’affectation des terres que les autres filières d’énergie renouvelable [55]. Fargione et al. (2010) estiment que la biodiversité est réduite d’environ 60% dans les champs de maïs et de soja aux États-Unis, et d’environ 85% dans les plantations d’huile de palme en Asie du Sud-Est, par rapport à un habitat non converti [54].
L’utilisation d’engrais, le ruissellement de produits agrochimiques et les effluents industriels issus de la production de biocarburants sont des sources majeures de pollution de l’eau au Brésil et en Asie du Sud-Est. Les effets écotoxiques dus à l’utilisation de pesticides peuvent également présenter des risques pour la biodiversité [55].
La couverture par le New York Times Magazine en 2018 de l’huile de palme cultivée pour répondre à un mandat américain en matière de biocarburants illustre la controverse qui peut s’abattre sur le décideur politique qui plaide en faveur des biocarburants [218]. L’article est intitulé: « L’huile de palme était censée aider à sauver la planète. Au lieu de cela, elle a déclenché une catastrophe ». Alors que le bureau de Nancy Pelosi, présidente de la Chambre des représentants, a défendu le mandat, arguant que les biodiesels sont plus propres que les combustibles fossiles, le représentant Henry Waxman affirme que le Congrès était tellement concentré sur la politique climatique nationale qu’il n’a pas vu les répercussions de ses politiques climatiques dans le monde entier. « Nous causons davantage de tort à l’environnement », a déclaré M. Waxman. « C’était une erreur » [218].
Les incidences environnementales de l’énergie hydraulique dépendent de l’échelle et du type d’installation électrique concernée. Les grandes installations hydroélectriques, qui impliquent la création d’un réservoir par la construction d’un barrage sur une rivière, ont un impact beaucoup plus important que les installations « au fil de l’eau » (« Run-of-River », ROR), qui peuvent utiliser un petit barrage pour générer une hauteur d’eau, ou que les installations utilisant la technologie des turbines en cours d’eau, qui ne dépendent pas de la construction d’un barrage sur la rivière [155]. Les barrages fluviaux construits à des fins hydroélectriques ou autres ont un impact sur les variations saisonnières du débit en aval et sur le transport et la transformation des nutriments, notamment le carbone (C), l’azote (N), le phosphore (P) et le silicium (Si), sur toute la longueur du fleuve, du réservoir à l’océan. L’interruption des débits saisonniers peut avoir des effets néfastes sur la flore et la faune aquatiques et estuariennes en raison des modifications de la profondeur, de la salinité et de la température de l’eau. Les modifications des concentrations et des ratios de nutriments peuvent provoquer l’eutrophisation et la prolifération d’algues nuisibles (« Harmful Algal Blooms » ou HAB) dans les zones côtières [219].
Finer et Jenkins (2012) déplorent un manque de planification stratégique en ce qui concerne l’évaluation régionale et à l’échelle du bassin des impacts écologiques potentiels de l’hydroélectricité [156]. À partir d’une analyse de l’impact écologique de 151 barrages de plus de 2 MW dont la construction est prévue au cours des 20 prochaines années, ils ont classé 47% d’entre eux comme ayant un impact élevé et seulement 19% comme ayant un impact faible, et ils ont estimé que 80% d’entre eux entraîneraient une déforestation en raison de nouvelles routes, de lignes de transmission ou de l’inondation des réservoirs. Soixante pour cent des barrages entraîneraient la première rupture majeure de la connectivité entre les sources andines et l’Amazonie de plaine.
Les mesures d’atténuation visant à réduire les impacts des installations hydroélectriques sur les écosystèmes et la biodiversité comprennent (a) la sélection de technologies hydroélectriques ayant des impacts moins graves, (b) l’utilisation d’éléments favorables à la biodiversité tels que les débits de dérivation, et (c) la mise en œuvre de politiques innovantes telles que des mesures réglementaires [55]. Moran et al. (2018) indiquent que les impacts environnementaux des barrages hydroélectriques peuvent être atténués par des installations hydroélectriques qui utilisent la technologie des turbines dans le cours d’eau, également connue sous le nom de « zero-head » (tête zéro), situées dans des rivières dont la vitesse d’écoulement dépasse 1 m/s pour produire une énergie de base régulière et éviter l’intermittence associée à la variation des débits saisonniers [155]. Pour obtenir les meilleurs résultats, ils recommandent que les études d’impact environnemental (EIE) et les études d’impact social (EIS) soient menées par des entreprises indépendantes plutôt que par des entreprises de construction de barrages. Almeida et al. (2019) soulignent qu’une topographie plus abrupte favorise des densités énergétiques plus élevées [220]. Les barrages situés dans les zones montagneuses de Bolivie, d’Équateur et du Pérou ont tendance à avoir des énergétiques plus élevées que les barrages de l’Amazonie brésilienne situés dans les basses terres.
L’énergie solaire à grande échelle (« Utility-scale solar energy », USSE) peut affecter les écosystèmes de multiples façons tout au long de son cycle de vie (c’est-à-dire la construction, l’exploitation et le démantèlement) [55]. La perte d’habitat peut résulter de l’infrastructure de l’énergie solaire, en particulier de l’énergie solaire à grande échelle, car elle occupe des étendues de terre considérables. L’infrastructure de soutien (par exemple, les routes d’accès et l’équipement électrique) et l’espacement entre les panneaux peuvent entraîner un besoin d’espace réel d’environ 2,5 fois la surface totale des panneaux eux-mêmes. Les installations d’énergie solaire ont également été associées à la pollution des sols et de l’eau, car les terres défrichées sont souvent entretenues avec des dépoussiérants et des herbicides [55].
Les mesures d’atténuation proposées pour réduire les impacts du déploiement de l’énergie solaire sur les écosystèmes et la biodiversité comprennent (a) la localisation des installations d’USSE dans des zones à faible biodiversité et (b) le développement de procédures opérationnelles respectueuses de la biodiversité. Les installations d’USSE peuvent parfois être développées dans des zones désertiques qui combinent des niveaux élevés d’ensoleillement avec une couverture nuageuse et une biodiversité relativement faibles. Cependant, certains écosystèmes désertiques abritent des espèces rares et hautement spécialisées qui sont connues pour être particulièrement vulnérables à l’activité humaine [55]. Certains impacts sur les habitats peuvent être réduits en installant des panneaux solaires photovoltaïques sur les toits et les façades des bâtiments, par exemple en milieu urbain, car les panneaux solaires montés sur des structures existantes ne convertissent pas ou ne fragmentent pas les habitats [55].
Les installations d’énergie éolienne peuvent avoir un certain nombre d’impacts écologiques sur les espèces aviaires et aquatiques, selon qu’elles sont situées sur le rivage ou au large [55]. Malgré les nombreuses améliorations apportées à la conception des éoliennes, la mortalité de la faune, en particulier des oiseaux de proie, reste élevée [221,222]. La perte d’habitat sur le littoral peut résulter du fait que les espèces d’oiseaux et de chauves-souris évitent les zones où se trouvent des éoliennes. La modification de l’habitat peut résulter de la collision des oiseaux (en particulier des rapaces) et des chauves-souris avec les éoliennes [221,222,223,224]. On estime à 234 000 le nombre d’oiseaux tués chaque année par les éoliennes rien qu’aux États-Unis [222]. Les chauves-souris souffrent davantage que les oiseaux, l’impact étant estimé à quelques dizaines de chauves-souris tuées par éolienne et par an. La construction de turbines offshore est dangereuse pour les mammifères marins, notamment en raison du bruit généré par le battage des pieux, qui peut être entendu à des distances allant jusqu’à 80 km sous l’eau [225,226]. Les mammifères marins évitent souvent les zones de construction sous-marine et ne reviennent que lentement une fois la construction terminée [225]. Sur une note plus positive, une fois établies, les fondations des turbines peuvent être colonisées par la vie marine, créant ainsi un récif artificiel ou un sanctuaire [227].
Les mesures d’atténuation courantes visant à réduire l’impact de la production d’énergie éolienne sur les écosystèmes et la biodiversité comprennent (a) la localisation des installations éoliennes dans des zones à faible biodiversité et (b) le développement de procédures opérationnelles respectueuses de la biodiversité pour la production d’énergie éolienne. Contrairement à l’énergie solaire, les endroits les plus propices à l’implantation d’éoliennes peuvent également être ceux qui pourraient causer le plus de dommages à la biodiversité aviaire. Par exemple, alors que la plupart des sites proposés pour les parcs éoliens terrestres au Royaume-Uni sont situés dans les hautes terres, ces endroits éloignés et venteux sont également des zones de grande importance pour la conservation des oiseaux. Les procédures opérationnelles respectueuses de la biodiversité consistent notamment à minimiser l’empreinte globale du développement, par exemple en installant les câbles de transmission sous terre, et à minimiser le risque de collision, par exemple en rendant les pales plus visibles ou en les regroupant dans des configurations alignées sur les principales trajectoires de vol [55].
En évaluant l’étendue actuelle et future probable de l’infrastructure de production d’ER associée à l’éolien terrestre, au solaire et à l’hydroélectricité dans les zones de conservation, Rehbein et al. (2020) ont identifié 2206 installations d’ER pleinement opérationnelles situées dans des zones protégées, des zones clés pour la biodiversité et les dernières zones sauvages de la Terre, avec 922 autres installations en cours de développement [228]. Toutefois, Sonter et al. (2020) avertissent que les impacts des activités minières associées aux infrastructures de production d’ER peuvent être plus importants que ceux de leur empreinte spatiale ou d’autres risques environnementaux. En cartographiant l’étendue mondiale des zones potentiellement touchées par l’exploitation minière, ils constatent que les pertes d’habitat associées à l’exploitation minière future des ER pourraient représenter des menaces pour la biodiversité supérieures à celles évitées grâce à l’atténuation du changement climatique [229].
Les combustibles fossiles et l’énergie nucléaire ont également divers impacts sur la biodiversité. Acar et Dincer (2019) ont classé une série de sources d’énergie en fonction d’un certain nombre d’impacts environnementaux, dont la biodiversité [230]. Ils ont constaté que le charbon avait un impact élevé, via ses impacts sur la qualité de l’air, la qualité de l’eau et la contamination des sols, tandis que le gaz avait un impact faible, et le nucléaire un impact modéré à élevé sur la biodiversité. Brook et Bradshaw (2015) [51] s’accordent à dire qu’en raison de sa densité énergétique très élevée et de ses faibles besoins en terrains, l’énergie nucléaire offre de bonnes perspectives de production d’énergie de base avec des impacts modestes sur la biodiversité.
5. Préoccupations socio-économiques associées aux différentes technologies énergétiques
Dans la section 4.3.3, nous avons noté que, dans les pays en développement, environ 1,3 milliard de personnes n’ont toujours pas accès à l’électricité. En outre, nous avons noté que ~3 milliards de personnes dépendent de la combustion domestique de combustibles solides pour la plupart de leurs besoins énergétiques (cuisine, chauffage et éclairage), et que pour la plupart d’entre elles (~2,4 milliards), ces combustibles sont généralement constitués de bois, de charbon de bois, de déjections animales ou de déchets de cultures [190,191,210,211,212,213]. Techniquement, ces combustibles « biomasse » sont des « énergies renouvelables », mais comme indiqué à la section 3.3.1, cela n’implique pas que leur utilisation soit « durable ». Techniquement, la biomasse est considérée comme « neutre en carbone », et la promotion de l’utilisation de la biomasse (et des « biocarburants » correspondants) est donc l’une des stratégies de réduction des émissions de gaz à effet de serre (section 4.1). En effet, le Tableau 1 montre qu’au moins 3% des 3,66 trillions de dollars de dépenses mondiales liées au changement climatique sur la période 2011-2018 ont été consacrés à des projets relatifs à la « biomasse et aux déchets » et aux « biocarburants ».
Par conséquent, nominalement, on pourrait affirmer que, pour ce qui est de maintenir les émissions de CO2 à un faible niveau, ces pays en développement sont parmi les plus performants. Comme nous l’avons vu à la section 4.1, nombreux sont ceux qui considèrent actuellement la réduction des émissions de CO2 comme l’une des principales priorités mondiales, notamment en termes de préservation de l’environnement. Cependant, la réalité est que ce « succès » apparent n’a rien à voir avec les politiques de protection de l’environnement, mais résulte principalement de la pauvreté, en particulier dans les communautés rurales. En effet, il a été démontré que l’utilisation de la biomasse comme combustible solide dans les communautés rurales est un facteur important de la déforestation tropicale, en particulier sur le continent africain [214,215].
De manière plus générale, un grand nombre d’ouvrages ont trouvé des preuves empiriques que la « courbe environnementale de Kuznets » (CEK) semble s’appliquer à de nombreux indicateurs environnementaux, mais pas à tous [136,231,232,233,234]. L’hypothèse de la courbe de Kuznets environnementale s’est développée dans les années 1990, en partie à partir de débats antérieurs entre les néo-malthusiens et les cornucopiens dans les années 1970 (section 3.3.1). En 1955, Simon Kuznets a proposé une relation de « courbe en U inversée » entre l’inégalité des revenus et la croissance économique, c’est-à-dire qu’à mesure qu’un pays se développe économiquement, l’inégalité des revenus augmente dans un premier temps, mais qu’après un certain point d’inflexion, la poursuite de la croissance économique commence à réduire à nouveau l’inégalité des revenus. C’est ce que l’on a appelé la courbe de Kuznets.
À partir des années 1990, de nombreuses études ont trouvé des preuves empiriques considérables que pour de nombreux indicateurs environnementaux, en particulier ceux associés à la pollution atmosphérique locale (section 4.3), il semble y avoir une relation similaire entre la croissance économique et les impacts environnementaux [136,231,232,233,234], c’est-à-dire la courbe environnementale de Kuznets (CEK). Cela signifie qu’à court terme, encourager les pays en développement à se développer peut entraîner une dégradation de l’environnement, mais qu’à long terme, une fois qu’ils ont franchi les « points d’inflexion » pertinents, la poursuite du développement réduira la dégradation de l’environnement. Cependant, les mêmes analyses qui révèlent que la CEK s’applique aux formes locales de pollution montrent également qu’elle ne s’applique pas aux problèmes de nature plus globale, par exemple les émissions de CO2 [10,231,232,234].
Au contraire, en moyenne, les émissions de CO2 semblent augmenter avec le développement économique. Cela a conduit ceux qui accordent la priorité à la réduction des émissions mondiales de CO2 à avertir explicitement que nous ne devrions pas compter sur la CEK pour parvenir automatiquement à des réductions d’émissions de CO2. Au lieu de cela, ils affirment qu’il faut concevoir de nouvelles voies de développement qui intègrent explicitement la réduction des émissions de CO2 en tant que priorité supplémentaire [10,232,234].
Nous souhaitons souligner certains corollaires importants de ce qui précède:
- L’objectif de réduction des émissions mondiales de CO2 est directement opposé aux voies standard de développement économique qui ont été suivies historiquement.
- Nous insistons sur le fait que cela n’exclut pas en soi la possibilité d’autres voies de développement économique qui réduisent également les émissions mondiales de CO2. En effet, comme nous l’avons vu à la section 4.1, la France et la Suède sont deux exemples notables de pays développés qui ont combiné croissance économique et émissions de CO2 relativement faibles en investissant dans le nucléaire [52]. Par conséquent, la recherche sur les possibilités de nouvelles voies de développement économique est justifiable et louable [10,52,232,234]. Toutefois, nous devons reconnaître que les nouvelles voies, de par leur nature même, n’auront pas été testées dans la même mesure que les voies historiques standard.
- Hormis les émissions de CO2, et malgré les prédictions néo-malthusiennes évoquées à la section 3.3.1, les études CEK confirment que les voies classiques du développement économique conduisent en fait à des réductions de la dégradation de l’environnement pour de nombreux aspects de l’environnement, en particulier ceux associés à la pollution locale.
En d’autres termes, les voies les plus directes pour aider les nations à se développer et/ou réduire la pauvreté dans le monde sont fondamentalement en contradiction avec l’objectif de réduction des émissions de CO2. Nous pensons que même dans les pays développés, les politiques visant à réduire les émissions de CO2 sont souvent en contradiction avec l’amélioration des moyens de subsistance des personnes les moins aisées de la société.
Par exemple, un outil politique souvent présenté comme potentiellement utile pour réduire les émissions de CO2 est la mise en œuvre de « taxes sur le carbone ». Les taxes sur le carbone peuvent prendre de nombreuses formes, mais elles pénalisent généralement l’utilisation de formes d’énergie associées à des émissions de CO2 relativement élevées. Les chercheurs qui étudient les implications socio-économiques de diverses taxes sur le carbone dans plusieurs pays ont constaté que les taxes sur le carbone « tendent à être régressives », c’est-à-dire que la charge tend à être plus importante pour les ménages les plus pauvres [235,236,237,238,239,240]. En d’autres termes, si la taxe absolue payée par les ménages plus riches est souvent plus élevée, en pourcentage de leur revenu, elle tend à être beaucoup plus faible. Des suggestions ont été faites sur la manière d’atténuer partiellement cette nature régressive, par exemple en associant explicitement la taxe carbone à des allégements fiscaux supplémentaires pour les groupes à faibles revenus pour d’autres taxes, ou en redistribuant une partie des recettes fiscales directement aux groupes à faibles revenus par le biais de suppléments de protection sociale [235,236,237,238,239,240]. Toutefois, cela indique que les taxes sur le carbone ont une tendance sous-jacente à une plus grande inégalité des revenus.
Les taxes sur le carbone peuvent également être défavorables aux habitants des zones rurales [239,240,241,242], par exemple si la taxe sur le carbone est conçue pour encourager l’utilisation de systèmes de transport public qui ne desservent pas correctement les communautés rurales. En effet, le mouvement de protestation des Gilets Jaunes en France, qui a débuté à la fin de l’année 2018, semble avoir été motivé par le ressentiment à l’égard de l’augmentation des taxes carbone sur les carburants, qui étaient perçues comme injustement biaisées contre les communautés rurales qui dépendaient davantage des transports motorisés [241,242]. (Le nom fait référence aux gilets jaunes à haute visibilité que les automobilistes sont obligés de garder dans leur voiture en vertu de réglementations récentes, et qui ont donc été portés comme symbole du mouvement). Prud’homme (2019) note l’ironie du fait que la France se trouve être déjà l’une des nations développées les plus décarbonées, puisque le réseau électrique français est composé à 85% de nucléaire et d’hydroélectricité [242].
Chancel et Piketty (2015) notent que les taxes sur le carbone présentent un caractère régressif supplémentaire lorsqu’elles sont considérées à l’échelle internationale [243]. En d’autres termes, l’introduction d’une même taxe carbone dans plusieurs pays aura tendance à faire peser des charges plus lourdes sur les pays à faible revenu. Dans cette optique, ils ont proposé la possibilité de créer une « taxe carbone » mondiale vers un « fonds d’adaptation au climat » où les taxes seraient plus importantes pour les pays à fortes émissions, et les fonds seraient principalement distribués aux pays en voie de développement [243].
Ce conflit entre les voies classiques du développement économique et la réduction des émissions de CO2 est d’autant plus ironique que les pays en développement sont souvent les moins bien adaptés pour faire face au changement climatique et/ou aux phénomènes météorologiques extrêmes. Par exemple, alors que les ouragans peuvent causer des dégâts considérables lorsqu’ils touchent terre aux États-Unis [244], de nombreux pays voisins dans les Caraïbes ou le long du Golfe du Mexique sont particulièrement vulnérables [245,246]. Bien que des recherches récentes aient confirmé qu’il n’y avait pas de tendance à long terme dans le nombre ou l’intensité des ouragans qui touchent terre dans la région [244,247], la nature destructrice de ces phénomènes météorologiques extrêmes, associée à la rareté avec laquelle ils frappent une région donnée, peut avoir des effets dévastateurs. Par conséquent, les investissements dans les infrastructures « d’adaptation au climat », par exemple une meilleure résilience aux ouragans [245] ainsi que de meilleurs systèmes de réponse aux ouragans, peuvent être des investissements utiles dans les zones à risque d’ouragans [67,248]. Cependant, ces investissements nécessitent souvent des investissements économiques importants qui peuvent être hors de portée des pays à faible revenu. Dans cette optique, il est surprenant que seulement 5% des dépenses mondiales liées au changement climatique sur la période 2011-2018 aient été consacrées à des projets d' »adaptation au climat » ( Figure 1 et Tableau 1).
Nous sommes d’accord avec Pielke Jr [67,248] et Chancel et Piketty (2015) [243] pour dire qu’il est logique d’investir davantage dans « l’adaptation climatique » si la société veut mieux répondre au changement climatique et aux conditions météorologiques extrêmes. Cependant, nous constatons également que l’un des principaux moyens d’aider les pays en développement à améliorer leur résilience aux phénomènes météorologiques extrêmes est d’encourager leur développement économique. En particulier, il est essentiel d’avoir un accès continu à une infrastructure électrique et énergétique abordable et fiable. Dans cette optique, Epstein (2014) a présenté le « cas moral des combustibles fossiles » [8], affirmant que les voies standard du développement économique faisant un usage intensif du charbon, du pétrole et/ou du gaz ont été bien testées et devraient être encouragées. D’autres avertissent que cela conduirait à des augmentations substantielles des émissions de CO2 et favorisent le développement du nucléaire à la place [20,21,23,42,43,44,51,52]. Helm (2018) affirme qu’une transition temporaire du charbon et du pétrole vers le gaz pendant quelques décennies pourrait offrir un compromis entre les deux approches, ce qui laisserait le temps d’une transition énergétique plus lente à long terme [41].
Enfin, nous notons qu’il y a souvent des conflits sociétaux associés aux politiques énergétiques lorsqu’elles ont un impact sur les peuples autochtones sans consultation adéquate. Klein (2015) décrit les luttes menées par les peuples autochtones au Canada et en Australie pour empêcher l’industrie des combustibles fossiles de dégrader leurs terres et leurs eaux [17], mais les matériaux nécessaires à la production d’autres sources d’énergie risquent également d’avoir de graves répercussions sur les peuples autochtones, comme par exemple
- l’extraction d’argent sur les peuples autochtones Xinca du Guatemala [117]
- l’extraction du lithium sur les communautés d’Atacama en Argentine [249]
- l’extraction du cobalt sur les peuples autochtones du Katanga, en République démocratique du Congo [250]
- l’extraction d’uranium sur le peuple Mirarr du Territoire du Nord de l’Australie [251].
Les barrages hydroélectriques peuvent également avoir de graves répercussions sur les Munduruku [252] et d’autres peuples autochtones du bassin amazonien [156].
En outre, Gilio-Whitaker (2019) [253] et Estes (2019) [254] ont détaillé les impacts d’une série d’industries énergétiques sur les droits fonciers des Amérindiens. Gilio-Whitaker considère la contamination des terres et des eaux indiennes pour l’extraction d’uranium et de combustibles fossiles, ainsi que l’inondation de terres ancestrales pour la construction de barrages hydroélectriques, comme des processus de déplacement et de colonisation des Amérindiens. Estes [254] documente également l’histoire de la construction de barrages hydroélectriques en tant que moteur de la dépossession des Lakota et des déplacements forcés de populations de leurs terres traditionnelles vers les centres urbains. Les deux auteurs ont détaillé la série d’événements par lesquels le Dakota Access Pipeline a été posé à travers les terres amérindiennes du Dakota du Nord, sans le consentement de la tribu sioux de Standing Rock, dont les terres et les eaux risquent d’être contaminées par les fuites de l’oléoduc. Du point de vue de ces universitaires indigènes, il semble que l’État colonisateur s’engage systématiquement dans des pratiques coercitives pour empiéter sur les terres indigènes, quelle que soit la technologie énergétique en cours de développement. Kelly (2016) note que l’absence de consultation est l’une des causes de l’échec de projets ambitieux, ce qui semble pertinent dans ce contexte: quelles que soient les technologies énergétiques choisies, la consultation des peuples autochtones est nécessaire pour sauvegarder les droits fonciers, l’équité sociale et le bien-être [20].
6. Discussion
Dans l’introduction, nous avons affirmé qu’aucune des principales sources d’énergie actuellement disponibles ou utilisées (section 2) ne devait être considérée comme une « panacée ». Au contraire, chaque source d’énergie a ses avantages et ses inconvénients et nous recommandons aux responsables de la politique énergétique de tenir compte des deux. Dans le Tableau 2, nous résumons les principales préoccupations techniques et environnementales que nous avons examinées dans les sections 3 et 4, respectivement, pour chacune des principales sources d’énergie. Par souci de concision, nous n’avons pas inclus les préoccupations socio-économiques qui ont été examinées à la section 5, mais nous recommandons qu’elles soient également prises en compte de manière explicite.
Dans la section 3.1, nous avons noté que les trois sources d’énergie « intermittentes » (ou « non pilotables »), à savoir l’énergie éolienne, solaire et marémotrice, ne conviennent pas du tout aux sociétés qui ont besoin d’un approvisionnement en électricité continu et à la demande. C’est en effet la norme depuis que l’ère de l’électrification a commencé au début du 20e siècle. Nous demandons instamment aux décideurs politiques de reconnaître que les politiques qui s’appuient sur l’une de ces trois sources dans le cadre de leur réseau seront confrontées à des problèmes croissants d’instabilité du réseau avec l’augmentation de la pénétration du réseau. Bien que les défenseurs de ces trois sources laissent entendre que ces problèmes peuvent être partiellement surmontés par l’utilisation de technologies de stockage de l’énergie et/ou de grands réseaux de transmission à l’échelle continentale, cela semble être basé plus sur des vœux pieux que sur le pragmatisme.
Nous notons que les parcs éoliens sont également à l’origine d’un changement climatique local considérable (section 4.2) et peuvent poser des problèmes pour la biodiversité (section 4.4). Bien que les parcs éoliens soient associés à des émissions directes de CO2 relativement faibles (section 4.1), nous suggérons que l’effet local de réchauffement nocturne du sol des parcs éoliens peut conduire à une augmentation des émissions biologiques de CO2, ce qui peut annuler une partie (ou peut-être la totalité) des économies réalisées par rapport à d’autres sources d’énergie (section 4.2.4).
En termes de densité énergétique, les trois principaux combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz) et le nucléaire sont de loin supérieurs à toutes les énergies renouvelables (section 3.2). Actuellement, ces quatre technologies représentent 89% de l’utilisation mondiale d’énergie (section 2), de sorte que les politiques qui réduisent considérablement ce pourcentage peuvent potentiellement entraîner des problèmes d’ingénierie en raison de la réduction de la densité énergétique. Nous constatons que la densité énergétique de la biomasse et des biocarburants est de loin la plus faible. Par conséquent, les politiques qui augmentent de manière significative l’utilisation de la biomasse et/ou des biocarburants nécessiteront des superficies particulièrement importantes. Dans la section 4.4, nous notons que cela peut conduire à une augmentation de la déforestation et à des impacts majeurs sur la biodiversité.
Dans la Section 4.4, nous notons également que l’hydroélectricité peut entraîner des menaces pour la biodiversité et contribuer à la déforestation. L’hydroélectricité peut également susciter des préoccupations socio-économiques, en raison du déplacement des populations de la région. Dans la section 5, nous avons noté qu’il s’agit d’une préoccupation particulière pour les peuples indigènes dans certaines régions, comme le bassin du fleuve Amazone.
L’une des principales limites de l’hydroélectricité et de la géothermie est que ces deux technologies dépendent fortement des exigences géographiques locales (section 4.1). La géothermie peut être très efficace dans les régions dotées de sources thermales (par exemple, l’Islande), et l’hydroélectricité peut être très efficace dans certaines régions montagneuses dotées de grandes rivières locales (par exemple, la Norvège). Cependant, les sites appropriés sont assez limités géographiquement.
Les trois principaux combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz) ont alimenté collectivement la majeure partie de la révolution industrielle depuis le XIXe siècle et, en 2018, ils fournissent encore 85% de l’énergie mondiale. Comme il s’agit de ressources limitées, on s’inquiète de savoir combien de temps la société pourra continuer à en dépendre. Toutefois, comme indiqué à la section 3.3.2, les réserves connues estimées de charbon, de pétrole et de gaz devraient fournir suffisamment d’énergie aux taux actuels pendant encore plusieurs décennies au moins, et historiquement, les réserves connues ont continué à augmenter au fil du temps, surprenant les commentateurs qui avaient prédit le « pic pétrolier », le « pic gazier » ou le « pic charbonnier ». Par conséquent, bien que nous devions reconnaître qu’il s’agit de ressources limitées, elles sont encore abondantes, du moins pour l’instant.
D’autre part, à la section 4.1, nous avons vu que ces combustibles fossiles sont les plus gros émetteurs nets de CO2 par kWh d’électricité, et à la section 4.3, nous avons noté que leur utilisation est associée à la pollution de l’air, bien que diverses approches aient été proposées pour réduire la quantité de pollution de l’air.
Par ailleurs, nous n’incluons pas la tourbe parmi les trois combustibles fossiles mentionnés ci-dessus, car les ressources en tourbe sont relativement limitées et ne représentent une part importante de l’utilisation de l’énergie que dans quelques endroits, par exemple en Irlande [130], bien que De Decker (2011) ait noté que la tourbe était un combustible important au Moyen-Âge préindustriel aux Pays-Bas [255].
Enfin, l’énergie nucléaire a suscité beaucoup d’inquiétudes de la part du public, principalement en ce qui concerne les accidents potentiels et/ou l’élimination et la gestion sûres des déchets. Cela dit, à la section 4.1, nous avons noté que si les accidents nucléaires ont été en moyenne les plus coûteux, ils n’ont été à l’origine que de 2,3% des décès dus à des accidents liés à l’énergie. En outre, les partisans du nucléaire affirment que la question de l’élimination et de la gestion des déchets peut être résolue de manière satisfaisante, et qu’elle l’est déjà.
7. Conclusions
Étant donné que toutes les sources d’énergie ont leurs avantages et leurs inconvénients, le lecteur peut se demander lesquelles utiliser. Nous suggérons aux décideurs politiques qui tentent de choisir entre plusieurs politiques énergétiques de réfléchir à leurs principales priorités et aux priorités sur lesquelles ils sont prêts à faire des compromis. Ces priorités peuvent varier d’un pays à l’autre et évoluer dans le temps.
Supposons par exemple qu’un gouvernement considère la réduction des émissions de CO2 comme l’une de ses principales priorités. Dans la section 4.1, nous avons suggéré sept approches différentes pour y parvenir, mais nous avons noté que chacune d’entre elles entrait en conflit avec d’autres priorités (également résumées dans la section 6). Si la protection de la biodiversité est également une priorité absolue, l’utilisation de la biomasse doit être évitée et celle de l’hydroélectricité ou de l’énergie éolienne doit être traitée avec circonspection. Parallèlement, si la stabilité et la fiabilité de l’approvisionnement en électricité est également une priorité absolue, l’utilisation de toute source intermittente (éolienne, solaire ou marémotrice) doit être réduite au minimum, et les gouvernements peuvent vouloir donner la priorité à l’utilisation du nucléaire, ou passer du charbon ou du pétrole au gaz, ou investir dans la technologie de captage et de stockage du carbone (CSC).
D’un autre côté, supposons qu’un gouvernement tente d’augmenter la croissance économique et/ou d’améliorer l’équité sociale. Dans ce cas, une électricité bon marché, abordable et fiable est probablement une priorité absolue. Par conséquent, une combinaison de charbon, de pétrole, de gaz et de nucléaire serait probablement judicieuse. Si la géothermie ou l’hydroélectricité sont adaptées à la région, elles peuvent également être envisagées. Si la réduction des émissions de CO2 est également une priorité absolue, les pays concernés pourraient vouloir réduire la quantité de combustibles fossiles qu’ils utilisent et développer le nucléaire (comme l’ont fait la France et la Suède, par exemple), alors que si éviter l’utilisation du nucléaire est une priorité plus importante, ils pourraient envisager d’utiliser davantage de combustibles fossiles à la place.
En examinant la répartition des 3,66 trillions de dollars US qui ont été consacrés aux dépenses liées au changement climatique mondial au cours de la période 2011-2018, comme le montrent la Figure 1 et le Tableau 1, nous constatons que 55% ont été alloués à des projets d’énergie solaire et éolienne. Il s’agit d’une allocation très importante pour deux sources d’énergie qui présentent de nombreux inconvénients, comme le résume la section 6. Parallèlement, seuls 5% ont été consacrés à l’adaptation au climat, alors que l’investissement dans l’adaptation au climat peut améliorer considérablement la capacité des sociétés à faire face au changement climatique et aux phénomènes météorologiques extrêmes. Cela suggère que les dépenses mondiales liées au changement climatique ne sont pas allouées sur la base d’une évaluation critique des avantages et des inconvénients des principales politiques. Nous espérons que l’analyse présentée dans cette étude permettra de remédier à cette situation à temps.
Contributions des auteurs
Tous les auteurs ont contribué à la conceptualisation, à la rédaction de la version originale, à la révision et à l’édition de ce document. Tous les auteurs ont lu et approuvé la version publiée du manuscrit.
Financement
C.Ó., G.Q. et M.C. n’ont reçu aucun financement externe pour la rédaction de cet article. R.C. et W.S. ont reçu un soutien financier du Centre pour la recherche environnementale et les sciences de la terre (CERES) pendant qu’ils effectuaient les recherches pour cet article. L’objectif du CERES est de promouvoir l’ouverture d’esprit et l’indépendance de la recherche scientifique. C’est pourquoi les donateurs du CERES sont strictement tenus de ne pas tenter d’influencer les orientations de la recherche ou les conclusions du CERES. Les lecteurs désireux de soutenir CERES peuvent trouver des informations détaillées à l’adresse suivante : https://ceres-science.com/.
Remerciements
Nous tenons à féliciter la Climate Policy Initiative pour ses efforts de compilation de ses rapports annuels Global Landscape of Climate Finance, dont nous avons utilisé les résultats pour générer la Figure 1 et le Tableau 1, et pour avoir facilité l’accès à ces rapports sur le site https://www.climatepolicyinitiative.org/.
Conflits d’intérêts
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
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