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La nécessité de réduire de moitié d’ici 2050 le...
Emissions de CO² (milliards de t)
Pays du Nord
Pays du Sud
Sans accord
Avec accord
Une présentation inusuelle de l’Energie actuelle
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F. Lempérière (HydroCoop) - Mars 2015
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On peut naturellement modifier les coefficients ci-dessus mais quelques résultats essentiels seront
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2. Un scénario pour 2050
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François Lempérière - Quel accord mondial pour l'énergie 03.2015

  1. 1. Quel accord mondial pour l’Energie ? F. Lempérière (HydroCoop) - Mars 2015 La nécessité de réduire de moitié d’ici 2050 les émissions de CO² est généralement admise. Un accord mondial parait indispensable pour y parvenir mais cet accord était très difficile il y a quelques années pour la raison majeure qu’on n’espérait pas d’énergies renouvelables à un coût acceptable à l’échelle des besoins ; d’où la recherche d’une utilisation minimale d’énergie et la difficulté à la répartir. Un fait nouveau essentiel permet une bien meilleure option : grâce aux progrès techniques les énergies renouvelables peuvent fournir toute l’énergie souhaitable à un coût très acceptable, bien que supérieur au coût des énergies fossiles. Un accord peut donc exclure toute contrainte sur l’utilisation d’énergie et porter sur l’investissement d’énergies renouvelables et la répartition équitable de leur surcoût. Le montant des investissements nécessaires en énergies renouvelables est inférieur à un pour cent du Produit Brut Mondial, le surcoût de cette option par rapport à l’emploi intensif des énergies fossiles est inférieur à 0,5% de ce Produit, et de l’ordre de 200 milliards de $ en 2020 pour 7 milliards d’habitants. Les chiffres indiqués sont étayés par la note ci-jointe. La répartition du surcoût peut se faire en fonction des taux d’émission de CO² et de la richesse des pays. 3,2 milliards d’habitants (O.C.D.E., Chine, Russie, Moyen-Orient, appelés ici Pays du Nord) émettent près de 9 t de CO²/habitant ; 3,8 milliards d’habitants des Pays du Sud émettent 1,5 t et leur revenu par habitant est 20% de celui des Pays du Nord ; ils peuvent difficilement accepter un surcoût ; une aide des Pays du Nord est nécessaire pour qu’ils utilisent essentiellement des énergies renouvelables pour leur développement. Elle peut être de 100 milliards $ en 2020. Un accord parait possible sur ces bases : Suggestion d’Accord mondial sur le changement climatique 1. Chaque pays limitera en 2050 son émission de CO² à 2 t par habitant. 2. Dans ce but chaque pays consacrera au moins 0,5% de son Produit Brut aux investissements locaux d’énergies renouvelables. 3. Les pays émettant par habitant plus de CO² que la moyenne mondiale consacreront 3 $ par t en excédent de cette moyenne à des investissements d’énergies renouvelables dans les pays émettant moins de CO² que la moyenne. 4. Et les pays ayant un Produit Brut par habitant supérieur à la moyenne mondiale consacreront 0,3% de leur part de Produit Brut supérieur à cette moyenne à des investissements d’énergies renouvelables dans les pays de Produit Brut inférieur à la moyenne. 5. Cet accord s’appliquera à partir de 2018. 6. Les chiffres ci-dessus peuvent être précisés fin 2015 et revus en 2030 et 2040. - Cet accord sera efficace car les investissements réalisés seront utilisés de préférence aux énergies fossiles beaucoup plus coûteuses que le coût d’exploitation des énergies renouvelables. L’application de l’accord est facilement et rapidement contrôlable. La prise en compte des investissements nucléaires comme énergie renouvelable peut être contestée : un consensus est peut-être possible sur une prise en compte de 50% de leur valeur. La coopération Nord Sud peut être gérée globalement par l’O.N.U. ou se faire par accords entre deux pays sous forme de financements très favorables ou de fourniture gratuite d’équipement, la dépense locale étant assurées par le pays du Sud. Autres accords envisageables - Un accord limitant les consommations globales d’énergie est maintenant inadapté puisqu’on peut, sans inconvénient, disposer de toute l’énergie renouvelable souhaitée à un coût acceptable. - Les économies d’énergie peuvent être encouragées mais peuvent difficilement être la base d’un accord : en effet elles ne sont pas justifiées si leur coût (isolation par exemple) est supérieur au coût de l’énergie renouvelable économisée. - Un accord portant à court ou moyen terme sur l’émission de CO² parait difficile : une réduction homogène à court terme peut difficilement être acceptée par la Chine et les Pays du Sud et baser un accord sur des engagements à moyen terme très variables suivant les pays parait peu équitable et d’efficacité incertaine. - Taxer les combustibles fossiles dans tous les pays est difficile. Un accord tel que ci-dessus basé sur un investissement important en énergies renouvelables parait le plus simple, le plus équitable et le plus efficace car il correspond à la réalité : cet investissement est en fait la condition nécessaire et suffisante du succès.
  2. 2. Emissions de CO² (milliards de t) Pays du Nord Pays du Sud Sans accord Avec accord
  3. 3. Une présentation inusuelle de l’Energie actuelle et d’un scénario pour 2050 F. Lempérière (HydroCoop) - Mars 2015 L’analyse ci-dessous et le scénario proposé sont basés sur les données de l’I.E.A. (Agence Internationale pour l’Energie), sur des technologies confirmées et sur les hypothèses usuelles de démographie et de besoins d’énergie. Mais l’analyse est inusuelle sur 3 points essentiels : - Les études habituelles se réfèrent à l’Energie Primaire ou à ce qu’on appelle l’Energie Finale. L’étude ci-dessous se réfère à l’Energie Réellement Utilisée qui est de l’ordre de la moitié de l’Energie Finale et du tiers de l’Energie Primaire. C’est un critère mieux adapté à la comparaison entre énergies fossiles et renouvelables. - L’analyse distingue les Pays du Nord (O.C.D.E., Chine, Russie, Moyen-Orient) des Pays du Sud dont le produit et les émissions de CO² par habitant sont cinq fois plus faibles. La Chine est clairement un Pays du Nord par ses émissions et son Produit Brut Réel. - Le scenario étudié admet le même objectif pour tous les pays : une émission de CO² par habitant inférieur à 2 t en 2050. 1. Evaluation de l’Energie Réellement Utilisée en 2011 Les évaluations usuelles sont en TEP (Tonnes d’équivalent pétrole), ce qui prête à confusion, l’énergie utilisée à partir d’une tonne de pétrole étant généralement très inférieure à une TEP. Une TEP est en fait égale à 11 630 kWh. La présentation ci-dessous est faite en kWh ou TWh (un milliard de kWh). L’électricité qui fournit déjà un tiers de l’énergie mondiale utilisée en fournira les deux tiers en 2050. Le kWh est donc représentatif. - Une référence usuelle est l’« Energie Primaire », c'est-à-dire l’énergie totale existant dans les différentes sources d’énergie. Elle représente très mal l’importance relative des énergies fossiles et de la plupart des énergies renouvelables et fausse les évaluations de scénarios à long terme. - L’autre référence usuelle est l’« Energie Finale » dont le nom est inadapté. C’est l’énergie contenue dans les combustibles ou l’électricité à disposition de l’utilisateur. Mais l’énergie réellement utilisée peut varier de 10 à 90% de l’Energie Finale suivant la source et l’utilisation et n’est en moyenne que la moitié de l’Energie Finale. L’énergie Finale représente mal l’Energie Utilisée mais aussi l’émission de CO². Elle minimise à tort le rôle de l’électricité et donne trop d’importance au pétrole et à la biomasse. Enfin le montant officiel de l’Energie Finale inclut pour 9% des combustibles utilisés à d’autres buts que l’énergie. Une comparaison sommaire entre Energie Finale et Energie Utilisée est faite ci-dessous pour 2011 à partir des chiffres de l’I.E.A. et en admettant que l’Energie Réellement Utilisée est : - 90 % de l’Energie Finale électrique - 30% de l’Energie Finale des transports (la plus grande partie de l’énergie du carburant est perdue dans les moteurs et les freins). - 30% de l’Energie Finale de la biomasse dont la plus grande partie est utilisée en Afrique et Asie pour la cuisson des aliments avec un très faible rendement. - 70% des autres « Energies Finales » utilisées surtout pour le chauffage domestique ou industriel. D’où le tableau comparant, en TWh, Energie Finale et Energie Réellement Utilisée. Energie mondiale en 2011 (Milliers de TWh) Pas d’énergie Transport Autre Total Transport Autre Total Gaz 2 1 13 16 - 9 9 Charbon 0,5 10,5 11 7 7 Pétrole 7 27 9 43 8 6 14 Bio 1 12 13 - 4 4 Autres 3 3 2 2 Electricité 0 19 19 17 17 9,5 29 66,5 105 8 45 53 Energie Réellement UtiliséeEnergie Finale 1
  4. 4. On peut naturellement modifier les coefficients ci-dessus mais quelques résultats essentiels seront inchangés : - L’Energie Réellement Utilisée est très inférieure à l’Energie Finale. - L’électricité procure un tiers de l’énergie et non 18%. - La part des transports dans l’Energie Utilisée est plus proche de 15% que de 30%. La part réelle des différentes sources d’énergie dans l’Energie Utilisée peut s’évaluer à partir du tableau ci-dessus et de la répartition des sources d’électricité (d’après l’I.E.A., 22% provient du gaz, 41% du charbon, 5% du pétrole, 16% de l’hydro, 12% du nucléaire, 4% autre). Sources d’Energie Utilisée en 2011 (milliers de TWH) A partir de : Gaz 9 000 + 22% x 17 000 = 12 700 Charbon 7 000 + 41% x 17 000 = 14 000 41 500 (# 80%) Pétrole 14 000 + 5% x 17 000 = 14 800 6 000 kWh par habitant Bio 4 000 = 4 000 Hydro 16% x 17 000 = 2 700 Nucléaire 12% x 17 000 = 2 100 (4%) Autres 2 + 4% x 17 000 = 2 700 53 000 TWh 7 500 kWh par habitant La part du pétrole est de 27% et non 42% ; la part du nucléaire est 4%. L’Energie Réellement Utilisée en 2011 et estimée pour 2050 peut être répartie entre Pays du Nord, essentiellement au-dessus du 35ème parallèle Nord (O.C.D.E., Chine, Russie, Moyen-Orient) et Pays du Sud. Les comparaisons ci-dessous sont basées sur les données de l’I.E.A. Elles incluent les émissions de CO², les quantités d’Energie Utilisée et le Produit Brut. Comparaisons Nord-Sud pour 2011 a. Emissions de CO² (t) Pays du Sud 3,8 milliards x 1,5 t = 5,7 milliards t Pays du Nord 3,2 milliards x 8 t = 25,6 milliards t Total 7 milliards x  4,5 t = 31,3 milliards t b. Energie Réellement Utilisée Pays du Sud 3,8 milliards x 3 000 kWh = 11 400 TWH Pays du Nord 3,2 milliards x 13 000 kWh = 41 600 Total 7 milliards x  7 500 kWh = 53 000 La répartition est faite suivant la répartition de l’Energie Primaire, ce qui est raisonnable en 2011. c. Produit Brut (GDP in $) Pays du Sud 3,8 milliards x 2 000 $ = 7 600 milliards $ Pays du Nord 3,2 milliards x 14 000 $ = 44 800 milliards $ Total 7 milliards x  7 500 = 52 400 milliards $ d. Produit Brut Ajusté (PPP) Pays du Sud 3,8 milliards x 4 200 $ # 16 000 milliards $ Pays du Nord 3,2 milliards x 17 000 $ = 54 400 milliards $ Total 7 milliards x  10 000 = 70 400 milliards $ Par habitant, le Produit Brut, l’énergie utilisée et l’émission de CO² sont environ cinq fois plus élevés pour les Pays du Nord que pour les Pays du Sud. 2
  5. 5. 2. Un scénario pour 2050 Le scénario ci-dessous est basé sur les hypothèses les plus plausibles : on présente ensuite l’impact d’hypothèses différentes. La population des Pays du Sud augmentera de 3,8 à 5,5 milliards, si le revenu par habitant triplera (+3% par an), l’utilisation d’énergie par habitant doublera de 3 000 à 6 000 kWh. La population des Pays du Nord augmentera de 3,2 à 3,5 milliards, le Produit par habitant peut doubler (+2% par an) mais l’énergie utilisée par habitant peut se réduire un peu de 13 000 à 10 000 kWh/an (l’utilisation actuelle en Europe est de 12 000 kWh/an). L’énergie utilisée est alors : Pays du sud 5,5 milliards x 6 000 = 33 000 TWh Pays du Nord 3,5 milliards x 10 000 = 35 000 TWh Total 9 milliards x  7 500 = 68 000 TWh L’Energie Utilisée augmenterait ainsi de 53 000 à 68 000 TWh/an, de 30% comme la population. En 2011, 41 500 TWh étaient utilisées en provenance d’énergies fossiles dont l’impact doit être réduit de moitié en 2050, ce qui réduirait à 20 700 TWh leur utilisation pour 9 milliards d’habitants, soit 2 300 kWh/habitant. On peut cependant admettre que la part du gaz dans l’énergie fossile augmentera et que l’utilisation d’énergie fossile peut atteindre 2 500 kWh par habitant (au lieu de 6 000 kWh en 2011), 22 500 Twh en tout, soit un tiers de l’utilisation totale d’énergie de 68 000 TWh. 3. Sources d’énergie en 2050 L’utilisation acceptable de combustibles fossiles peut être 15 ou 20% de la production électrique pour raison de flexibilité, la moitié des transports et l’emploi économique de gaz et charbon dans l’industrie lourde (sidérurgie, ciment, …). Il est envisageable de réduire des 2/3 l’utilisation du charbon, de 40% celle du pétrole, de 20% celle du gaz. L’énergie nucléaire présentera peu d’intérêt pour les Pays du Sud étant concurrencée par l’énergie solaire. Elle représente actuellement 5% de l’énergie des Pays du Nord, 25% en France. Elle peut rester intéressante pour l’Europe du Nord, la Russie et la Chine ; pour des raisons de coût, sécurité, et ressources elle sera probablement limitée à une utilisation de 3 000 TWh/an. Le potentiel et le caractère renouvelable de la biomasse ont été surestimés. Le potentiel global de la géothermie est limité. Utiliser ces deux sources pour 5 000 TWh parait un maximum. La différence : 68 000 -(22 500 + 3 000 + 5 000) = 37 500 TWh ne peut provenir que de l’hydraulique, de l’éolien et du solaire. La production hydroélectrique, actuellement de 3 500 TWh peut atteindre au maximum 8 000 TWh (y compris énergies marines). Compte tenu du transport et des pertes, l’utilisation correspondante est de 6 500 TWh. 30 000 TWh doivent provenir de l’énergie solaire ou de l’énergie éolienne. Tous les Pays du Sud ont beaucoup de soleil et beaucoup ont du vent. Beaucoup de Pays du Nord ont du vent mais l’énergie solaire est coûteuse au-dessus du 45ème parallèle. On peut en déduire une : Répartition des sources d’énergie en 2050 (milliers de TWh) Pays du sud Pays du Nord Total Fossile 6 3 9 Par l’électricité Nucléaire 0,5 2,5 3 Bio-Geoth. - 1 1 Hydro 3 3,5 6,5 Solaire 10 4 14 Eolien 2,5 10 12,5 22 24 46 Fossile 7,5 6 13,5 Directement Bio Geoth. 1 3 4 Solaire 2,5 2 4,5 11 11 22 33 35 68 33 000 TWh 35 000 TWh 68 000 TWh 3
  6. 6. Dans ce scénario, l’énergie solaire est utilisée pour 18 500 TWh, l’énergie éolienne pour 12 500. Les deux tiers de l’énergie proviennent de l’électricité. Trois solutions n’ont pas été prises en compte parce que leur coût est inconnu, le stockage de CO², l’emploi de l’hydrogène, les surgénérateurs nucléaires ; leur impact avant 2050 sera probablement assez réduit avant 2050 mais plus important au-delà. De même on n’a pas retenu l’hypothèse peu réaliste d’une très faible utilisation d’énergies fossiles en 2050. On peut évaluer pour 2050 l’Energie Finale correspondant au tableau ci-dessus d’utilisation d’énergie en utilisant les mêmes coefficients que pour 2011. L’Energie Finale ainsi calculée est identique à celle de 2011 alors que l’Energie Utilisée a augmenté de 30% et l’émission de CO² a baissé de 50%. Et un calcul sommaire de l’Energie Primaire indique une baisse de 20% entre 2011 et 2050 alors que l’utilisation réelle augmente de 30%. Ces deux modes de mesure sont inadaptés. Il est utile de comparer utilisation d’énergie et Produit Brut pour 2011 et 2050. On a admis un triplement du Produit Brut par habitant pour les Pays du Sud et un doublement pour les Pays du Nord. Produit Brut (G.D.P.) en 2011 Pays du Sud 3,8 milliards x 2 000 $ = 7 600 milliards Pays du Nord 3,2 milliards x 14 000 $ = 44 800 milliards 7 milliards 52 400 milliards pour 53 000 TWh Produit Brut (G.D.P.) en 2050 Pays du Sud 5,5 milliards x 6 000 $ = 33 000 milliards Pays du Nord 3,5 milliards x 28 000 $ = 98 000 milliards 7 milliards 131 000 milliards pour 68 000 TWh Le ratio TWh/milliard de revenu se réduit de 1 à 0,5 de 2011 à 2050. On peut donc accepter un doublement d’ici 2050 du coût par kWh sans augmenter le poids de l’énergie dans le Produit Brut. Le Produit Brut calculé autrement passe de 70 400 milliards à 160 000 milliards et la conclusion est voisine. 4. Stockage en 2050 Les défenseurs des énergies fossiles ont invoqué l’intermittence du solaire et de l’éolien pour minimiser leur avenir ; des « experts » ont déclaré qu’on ne pouvait pas stocker l’énergie électrique alors qu’actuellement les stations de pompage entre deux bassins (S.T.E.P.) totalisent 150 GW, six pour cent de la production électrique moyenne. L’intermittence est un surcoût et non une limite d’utilisation. En 2050 les Pays du Sud utiliseront 22 000 TWh électrique dont 10 000 TWh à partir du solaire et 2 500 TWh à partir de l’éolien, d’où un excès de production de jour et un déficit de nuit. Le besoin de nuit, hors soleil, seront de l’ordre de 10 000 TWh dont 3 500 pourront provenir de l’hydraulique et du vent, 1 600 du solaire par concentration et 5 000 devront provenir des combustibles fossiles ou du stockage. Pour utiliser l’énergie de jour en excédent et réduire les combustibles fossiles, il parait souhaitable d’utiliser une capacité de stockage de l’ordre de 1 000 GW stockant 2 500 TWh/an. Le coût d’investissement est de 1 200 milliards de $, le coût annuel voisin de 100 milliards de $ pour 12 500 TWh de solaire et éolien soit 8 $/MWh, à porter à 10 $ pour tenir compte d’une perte au stockage. Le besoin sera réduit à 500 GW pour les Pays du Nord dont 150 GW existant. Le surcoût y sera de l’ordre de 5 $/MWh. Les investissements en S.T.E.P. seront essentiellement entre 2030 et 2050. D’autres solutions éventuelles de stockage peuvent réduire les coûts ci-dessus. L’évaluation des besoins de stockage ne peut être précise. Le point essentiel est que le problème lié à l’intermittence des énergies solaire et éolienne peut être résolu à un coût très acceptable. 5. Investissements et coûts L’essentiel des investissements d’énergies renouvelables est pour l’électricité éolienne, solaire et hydraulique. Les besoins de production sont supérieurs d’environ 20% à l’utilisation pour tenir compte de pertes et du transport. D’où une production solaire de 17 000 TWh, éolienne de 15 000 TWh, hydraulique de 8 000 TWh. L’investissement par TWh solaire, principalement pour des pays ensoleillés, sera voisine de 500 millions de $ soit un investissement de 8 500 milliards de $. L’investissement par TWh éolien est également de l’ordre de 500 millions de $ d’où un investissement de 7 500 milliards de $. 4
  7. 7. L’investissement hydraulique nécessite environ 2 500 GW pour la production dont 1 200 déjà investis et 1 500 GW de pompage dont 150 déjà en service d’où un investissement futur de 2 650 x 1,20 milliards MW soit un peu plus de 3 000 milliards. Le total pour les trois sources ci-dessus est de 19 000 milliards $. Il faut ajouter un investissement pour les lignes électriques et pour les énergies non électriques, soit un total de l’ordre de 25 000 milliards de $ en 30 ans soit 800 milliards par an, environ 0,8% du Produit Brut qui sera en moyenne proche de 100 000 milliards de $ par an d’ici 2050. En se basant sur les hypothèses ci-dessus et les données de l’I.E.A., les coûts de l’électricité renouvelable en 2050 seront (stockage compris) : Pays du Sud Solaire 12 000 TWh x 55 = 660 Eolien 5 000 TWh x 75 = 375 Hydraulique 3 500 TWh x 60 = 210 20 500 TWh x  60 = 1 245 Pays du Nord Solaire 5 000 TWh x 65 = 325 Eolien 12 000 TWh x 70 = 840 Hydraulique 4 000 TWh x 50 = 200 21 000 TWh x  65 = 1 365 Ces coûts/MWh sont probablement plus élevés que les coûts techniques de l’énergie fossile, de l’ordre de 40 $/MWh, les coûts commerciaux étant plus élevés. 6. Autres scénarios Les estimations de coût et de besoin d’énergie ne sont évidemment pas précis. Les bases d’un accord peuvent être révisées, par exemple en 2030. Augmenter alors les investissements de quelques millièmes d’un Produit Brut qui aura probablement augmenté de plus de 30% devrait être très acceptable. 5

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