26 mai 2016 ~ 0 Commentaire

Et 1, et 2, et 3 !

N°3 26 mai 2016
Et 1, et 2, et 3 !

Non, il ne s’agit pas, pas encore, du résultat de la finale de l’EURO 2016 du 10 juillet mais de l’augmentation quasi-certaine de la température moyenne terrestre (exprimée en °C) conséquence directe de l’augmentation de la concentration atmosphérique de certains gaz issus de l’activité humaine dont le principal est le dioxyde de carbone (CO2).
A la fin du XVIIIème siècle Horace-Benedict de Saussure avait eu l’intuition de l’effet de serre, un peu plus tard en 1824 Joseph Fourier propose une théorie selon laquelle les gaz atmosphériques augmentent la température terrestre, en 1896 le suédois Arrhenius modélise et quantifie cet effet : ‘’Un doublement de la concentration atmosphérique (en CO2) entraînerait une augmentation de la température d’environ 5 °C’’.
En l’espace de 100 ans les scientifiques ont deviné, compris, décrit, modélisé, calculé ce que nous appelons aujourd’hui de façon un peu impropre l’effet de serre. Il a fallu attendre encore 100 ans de plus pour que Claude Lorius et ses équipes démontrent, par des mesures dans les glaces de l’Antarctique, de façon indiscutable la relation entre les émissions de CO2 dues aux activités humaines et l’augmentation de la température.
Une fois les scientifiques d’accord, place aux politiques qui en 1992 à Rio (moins de 10 ans après les premiers papiers de Lorius dans Nature) signent une convention cadre sur le changement climatique et décident de se retrouver chaque année lors des fameuses COP. Avec l’aide des scientifiques du GIEC ils décident de limiter à 2 °C (on a déjà fait 0,9 °C) à la fin du siècle l’augmentation de la température depuis le début de l’ère industrielle. Le cumul des émissions de CO2 détermine dans une large mesure la moyenne mondiale du réchauffement en surface vers la fin du XXIème siècle et au-delà. La plupart des caractéristiques du changement climatique persisteront pendant de nombreux siècles même si les émissions de CO2 sont arrêtées. L’inertie du changement climatique est considérable, de l’ordre de plusieurs siècles, et elle est due aux émissions de CO2 passées, présentes et futures.
Il n’y a pas d’autre solution si l’on veut éviter de très gros ennuis (le principal étant l’augmentation du niveau des mers et des océans avec des centaines de millions de réfugiés climatiques) que de diminuer nos émissions de CO2. La planète terre avec ses océans et ses forêts tropicales peut absorber 5 milliards de tonnes de carbone (GtC) par an alors que nous en émettons le double !
Il nous faut donc diviser par deux en quelques dizaines d’années nos émissions de CO2. Lesquelles émissions dépendent d’un très grand nombre de facteurs : la population, le niveau de vie, les modes de vie, les ressources en énergie, l’urbanisme, les habitudes alimentaires, le climat, …
Ces facteurs peuvent être regroupés en quatre variables majeures : la population (P), le revenu par tête (R) , l’intensité énergétique (I) , le contenu en carbone de l’énergie (Cc) . Les émissions de carbone (Ec) peuvent être calculées simplement par la formule : Ec = P * R * I * Cc. Cette équation porte le nom de Kaya, économiste japonais de l’énergie.
Numériquement cela donne :
7 milliards d’habitants * 10 k$/tête * 1 kWh/$ * 150 g C/kWh = 10 GtC
Cette équation Ec = P * R * I * Cc sera toujours vérifiée, même quand il n’y aura plus de pétrole à brûler (dans ce cas Ec sera égal à 0 et l’un au moins des termes de la partie droite de l’équation sera nul, espérons que cela ne soit ni P ni R !) et elle sera encore vérifiée lorsque nos petits enfants auront réussi à diviser par deux les émissions de CO2 de l’humanité. Nous allons voir, plutôt calculer, comment.
La démographie étant la plus dure des sciences molles il est quasi-certain que la population va augmenter d’environ 50 % d’ici la fin du siècle pour atteindre un plafond compris entre 10 et 11 milliards. Pour diviser par deux les émissions de carbone il faudra donc diviser par trois le produit R * I * Cc.
Calculer (ou estimer) le PIB/tête n’est pas si facile … Quelle devise utiliser ? En valeur nominale ou en parité de pouvoir d’achat ? Avec ou sans le marché noir ? Il existe en 2015 d’énormes écarts : des pays anormalement riches (Qatar, Luxembourg, …) ont un PIB/tête > 100 k$, les pays les plus pauvres sont à moins de 1000 $/an, les pays développés entre 30 et 50 k$, la Chine vers 9 k$ n’est pas très loin de la moyenne mondiale (10 k$), l’Inde à moins de 2 k$ en est encore très éloignée. Comment cela va-t-il évoluer ?
La numérisation du monde, les échanges instantanés, la montée des niveaux de formation, l’amélioration de la situation sanitaire dans les PMA, l’épargne mondiale encore excédentaire, les progrès de la démocratie sont des facteurs favorables à la croissance ; l’instabilité de certaines régions du monde, l’accès difficiles à certaines ressources sont au contraire des freins. Une hypothèse de croissance du revenu réel par habitant de 2 % par an conduit à son triplement en l’espace de deux générations qui est notre horizon de réflexion.
Pour diviser par deux les émissions de carbone Ec, il faut maintenant que le produit I * Cc soit divisé par 10. De plus en plus dur !
L’efficacité énergétique (la quantité de $ qu’un kWh peut produire) augmente chaque année d’environ 1 %. Si tous les ingénieurs du monde y travaillent une hypothèse de diminution de l’intensité énergétique de 1,5 % par an est ambitieuse mais reste raisonnable. La combinaison de ces deux hypothèses : (R : + 2 % / an et I : – 1,5 %/an) signifie que la consommation mondiale d’énergie va continuer à croître .
Reste le dernier paramètre Cc (g de C / kWh), le contenu en carbone de l’énergie utilisée, qui devra baisser d’un facteur 6 pour atteindre une division par deux des émissions totales de carbone. Est-ce possible ?
Oui, il nous faut pour cela décarboner toutes nos activités et basculer sur des énergies low carbon en ne conservant les énergies fossiles que pour un tout petit nombre d’activités . Nous avons pour cela une source d’énergie inépuisable à notre disposition : le soleil, énorme réacteur thermonucléaire d’une puissance de 4*10^26 W dont une infime partie arrive sur terre.
Notre planète reçoit du soleil une puissance de 200 PW (en gros la puissance produite par 200 millions de réacteurs nucléaires) la photosynthèse qui fait pousser les arbres, lever le blé et mûrir le raisin en utilise 75 TW et les activités humaines 20 TW (seulement l’équivalent de 20 000 réacteurs nucléaires). Pour décarboner nos activités nous avons donc le choix entre construire 20 000 réacteurs nucléaires ou transformer un dix millième de l’énergie solaire reçue du soleil en énergie électrique. C’est notre seule solution pour que ceux qui vivent bien continuent à bien vivre et que les autres puissent les rejoindre.
Et l’équation de Kaya deviendra :
10 milliards d’habitants * 33 k$/tête * 0,6 kWh/$ * 25 g C/kWh = 5 GtC quantité de carbone que l’écosystème terrestre sait absorber chaque année. CQFD !
Pour transformer l’énergie solaire en énergie électrique nous avons besoin de silicium, environ cent millions de tonnes par an, ça tombe bien car la terre est faite à 25 % de silicium. Le sable (oxyde de silicium) de nos plages n’est pas là uniquement pour nous aider à bronzer l’été !
Encore un dernier mot, ne croyez pas tous ceux qui commencent leur discours par : ‘’il faut en finir avec la croissance car notre planète terre est finie’’ ; c’est inexact, la terre reçoit du soleil 10 000 fois plus d’énergie que ce que les terriens utilisent !

Benoît Mollaret

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