La consommation des sources d’énergie : utilisations finales, efficacité et productivité.

 

Jean-Marie Martin, Institut d’Economie et de Politique de l’Energie (CNRS- UPMF Grenoble).

 

 

Les choix énergétiques sont fréquemment limités à la sélection des sources primaires d’énergie (charbon, pétrole, gaz naturel, uranium, renouvelables) et des procédés qui assurent leur conversion en sources secondaires et finales (combustibles, carburants, électricité, demain peut-être hydrogène). La raison de cette restriction est simple : avant leur récent intérêt pour les services énergétiques, les producteurs (compagnies charbonnières, pétrolières, gazières ou électriques) ne se souciaient guère du devenir des sources d’énergie qu’ils délivraient aux consommateurs finals (industriels ou particuliers), ces derniers pouvant stocker les combustibles un certain temps avant de les utiliser de façon plus ou moins efficace. De ce fait, les statistiques de consommation d’énergie ne sont jamais allées au delà des ventes au consommateur final.  

 

Nombreux sont pourtant les choix qui interviennent au-delà de cette limite,  dans la mesure où les combustibles et les kWh ne sont pas achetés pour eux-mêmes mais pour satisfaire des services énergétiques (confort thermique d’un appartement, réduction d’une tonne de minerai de fer, mobilité  d’une personne ou déplacement d’une marchandise, éclairage artificiel d’un bureau) après de nouvelles conversions des sources finales en sources utiles sous des formes appropriées (thermique, mécanique, chimique). Le consommateur final choisit donc non seulement entre des procédés plus ou moins efficaces de conversion des énergies finales en énergies utiles, mais aussi entre des façons différentes de satisfaire ses besoins. Désireux d’obtenir un confort thermique donné, le propriétaire d’un logement arbitre entre l’achat de combustibles ou d’électricité, des systèmes de chauffage plus ou moins performants et des types d’habitat diversement orientés et isolés. Traiter sa demande de combustible ou d’électricité comme une donnée, sans prendre en compte les choix sous-jacents dont elle résulte, constitue une mutilation lourde de conséquences.

 

On le découvre aisément lorsque les choix énergétiques sont traités à l’échelle de toute la collectivité (producteurs et consommateurs) et évalués à l’aune de la rationalité macroéconomique, c.à.d. celle du meilleur usage possible de toutes les ressources (travail, capital, matières premières) disponibles. La recherche de l’approvisionnement optimal en énergie ne peut pas être guidée par les seuls coûts des sources d’énergie finale, externalités incluses, mais elle doit aussi considérer ceux des services énergétiques à satisfaire. Est-il  rationnel de dépenser 1 euro pour fournir un kWh additionnel, fût-il le meilleur marché, si un dispositif de conversion finale permettant de s’en passer ne coûte que 0,5 euro ? Même si le marché de l’électricité n’explicite pas ce choix, la collectivité doit évidemment le prendre en considération : c’est ce que fait l’Etat, en son nom, lorsqu’il impose des normes d’efficacité minimales aux appareils électriques, aux automobiles ou aux logements.

 

Le champ des choix énergétiques déborde donc largement celui sur lequel ont prise les producteurs d’énergie. Il s’étend à toutes les techniques d’exploration, production puis conversion des sources d’énergie jusqu’au service énergétique. Il concerne aussi bien les utilisateurs d’énergie dans tous les secteurs d’activité (agriculture, industrie, transport, résidentiel-tertiaire) que les concepteurs de procédés de conversion des sources finales (thermiciens, ingénieurs des bureaux d’étude), les équipementiers impliqués dans ces procédés (motoristes, chauffagistes), les professionnels façonnant les usages de l’énergie (architectes, constructeurs de véhicules), les responsables des grandes infrastructures (urbanistes, aménageurs).

 

Ce qui suit a pour objet de faire comprendre l’incidence des choix de tous ces acteurs sur l’évolution des consommations d’énergie. Demain comme hier, quelques points d’efficacité additionnels des chaudières domestiques, des fours industriels, des moteurs thermiques et électriques ou des lampes d’éclairage peuvent équivaloir à la production de plusieurs gisements de pétrole ou de centrales électriques. Des utilisations plus efficaces ne sauraient remplacer des productions additionnelles, mais il serait peu rationnel de ne pas les traiter ensemble pour les comparer, puisqu’elles sont le plus souvent substituables. Quatre étapes permettent d’avancer dans cette voie.

 

On commence par retracer dans leur totalité les filières énergétiques de façon à convaincre le lecteur que les chaînes de conversion ne s’arrêtent pas à la livraison de combustibles, carburants, électricité haute ou basse tension, à un consommateur. Au delà des bornes fixées par les statistiques, apparaît ainsi le champ caché des choix énergétiques qui prolonge vers l’aval celui mieux connu de la production, en amont (première partie).

 

Dans ce cadre, les utilisateurs, concepteurs ou équipementiers sont confrontés à des choix très différents entre eux parce que les services qu’ils doivent satisfaire n’impliquent pas les mêmes conversions de sources d’énergie et que les gains potentiels d’efficacité de chacune varient pour des raisons scientifiques (lois de la thermodynamique, par exemple), techniques (diversité des procédés de conversion), économiques (prix des énergies et des équipements) et sociales (information et habitudes de consommation). La découverte, ou redécouverte, des principaux usages de l’énergie, de leurs techniques de conversion et des déterminants de leur évolution est indispensable à la compréhension de cette variété de situations (deuxième partie).

 

Quelle est l’incidence des différences d’efficacité d’utilisation, dans le temps et dans l’espace, sur la croissance de la consommation d’énergie ? Pour apporter une réponse à la question, un détour s’impose. Le passage d’une efficacité ponctuelle (mesurée dans le chauffage d’une maison ou la traction d’un véhicule routier) à une efficacité globale (celle du chauffage domestique ou du transport routier en France) ne s’effectue pas par simple addition. On doit prendre en considération les facteurs économiques et sociaux qui influent sur la façon collective de consommer l’énergie. De la notion technique d’efficacité, on passe à celle, économique, de productivité, le plus souvent exprimée par son inverse, l’intensité énergétique de l’activité économique (troisième partie). On peut ensuite s’interroger sur l’influence que pourra avoir cette dernière sur les trajectoires de consommation mondiale d’énergie à l’horizon 2050 (quatrième partie).

 

1.     Les chaînes de conversion : des sources d’énergie primaires à la satisfaction des services énergétiques.

 

Ce que l’on a pris l’habitude de qualifier « consommation d’énergie », et parfois même « besoins d’énergie » correspond à ce que les statistiques mesurent le plus facilement, à savoir les volumes de ressources naturelles qui entrent dans des chaînes de transformations et conversions successives, indispensables à la satisfaction des besoins en services énergétiques. Les chaînes peuvent être très courtes (paysanne africaine qui assure la cuisson de ses aliments à l’aide du bois de feu qu’elle a collecté autour de son village) ou très longues (européen s’éclairant avec une électricité issue de centrales nucléaires ou de turbines à gaz alimentées par des ressources sahariennes ou sibériennes). La Figure 1 décrit les principales étapes d’une chaîne énergétique type dans les économies industrialisées.

 

1.1. De la consommation primaire à la consommation finale.

 

La consommation primaire correspond à la somme des sources d’énergie à l’état brut (bois, charbon, pétrole ou gaz à la tête du puit), avant transformation physique (raffinage pétrolier ou liquéfaction du gaz) et éventuelle conversion en électricité dans une centrale thermique conventionnelle. Une totale cohérence voudrait que l’on inscrive ici l’uranium des centrales nucléaires, la chaleur géothermique captée, la force des cours d’eau ou du vent convertie en électricité : les limites des méthodes de comptabilité énergétique ont conduit à

Tableau 1 – Chaîne des conversions énergétiques

Extraction

ressources

naturelles

 
 


Ellipse: Energie
primaire

Efficacité

globale

mines,

exploit. forestière

aménage. hydraulique

capteurs solaires

 

100

charbon

pétrole, gaz naturel bois,

électricité hydro, nucl. et solaire

 

Transformation

physico-chimique

 
Ellipse: Energie
secondaire

 

 

raffinage pétrole

gazéification biomasse

centrales thermiques

 

 

75

carburants pétroliers

gaz de synthèse

thermo-électricité

 

Transport –

distribution

 
Ellipse: Energie
finale

 

gazoducs

transmission électrique

stockage prod. pétroliers

 

 

70

toutes sources d’énergie

rendues chez le consommateur final

 

 

Conversion finale

 

 

chaudière, four

moteur thermique

lampe électrique

 

Ellipse: Energie utile

 

 

37

chaleur BT ou HT

force motrice

rayonnement lumineux

accélération

 

Infrastructures et

conditions d’utilisation

 

 

thermique de l’habitat

réseau de transport

taux d’utilisation du parc de machines

 

Ellipse: Services
énergétiques

 

?

confort thermique

luminosité de l’habitat

mobilité des personnes

 

 

 

 

 


remplacer ces sources d’énergie par les kWh qu’elles fournissent , mesurés aux bornes des centrales. On parle à leur propos d’ électricité primaire, par opposition à celle, secondaire, issue de la combustion des énergies fossiles ou de la biomasse. Toutes ces sources d’énergie primaire sont comptabilisées en unités spécifiques (tonnes, m3, stères, kWh et ses multiples), avant d’être additionnées sur la base de leur pouvoir calorifique. Les conventions auxquelles l’on recourt pour la biomasse et les sources fossiles sont discutables, mais relativement simples : l’énergie de chaque source est mesurée par la chaleur de combustion qu’elle dégage à une température de flamme conventionnelle de 2200° K : sur cette base, « une calorie vaut toujours une calorie, quelle que soit sa température »1. Cette convention s’applique aussi à l’électricité dite primaire lorsqu’on l’additionne aux autres sources sur la base de la chaleur que dégage un kWh dans une résistance, soit 860 kcal. La recherche d’une équivalence thermique de l’électricité se complique lorsqu’on préfère l’établir sur la base de la chaleur nécessaire à produire ce même kWh dans une installation thermique de référence (2150 kcal pci), peu utilisable dans la reconstitution de séries statistiques longues, car les rendements chaleur-électricité ont considérablement augmenté au cours du temps, cette seconde équivalence exprime cependant mieux que la première le poids effectif de l’électricité dans les bilans énergétiques actuels et l’intérêt de la substituer aux sources fossiles dans un certain nombre d’usages.

 

Les ressources utilisées à l’état brut sont de plus en plus rares. La plupart sont au minimum lavées et calibrées (charbons), désulfurées voire liquéfiées (gaz naturel), carbonisées (bois), gazéifiées (biomasse humide), raffinées (pétrole brut). Une partie des volumes issus de ces transformations physiques, chimiques ou biochimiques, est en outre convertie en électricité dans des centrales thermiques conventionnelles. Les sources d’énergie qui en sortent sont dites secondaires. Leur pouvoir calorifique ne représente plus, en moyenne, que 75% de celui des sources primaires, car transformations et conversions occasionnent des pertes. En contrepartie, les sources secondaires sont mieux adaptées aux demandes des utilisateurs finals. La diversité des produits pétroliers à la sortie du raffinage (essence, gas-oil, fuel-oil) l’illustre.

 

Techniquement adaptées, les sources secondaires ne sont pas forcément disponibles chez le consommateur final (industriel, agriculteur, transporteur, commerçant ou particulier) pour des raisons de localisation spatiale des installations ou de modulation temporelle des productions. Elles n’ont plus besoin d’être transformées physiquement, mais elles doivent être transportées et stockées. Principalement imputables au réseau électrique, les pertes réduisent le contenu énergétique des sources finales à environ 70% de celui des sources primaires. En revanche, ces sources ont une valeur économique beaucoup plus élevées car elles sont rendues à la porte de l’utilisateur final au moment choisi pour satisfaire ses besoins. La différence de prix entre un kWh de base et un kWh de pointe mesure cette valorisation. Ventilée entre groupes d’utilisateurs, cette consommation dite finale est la dernière connue statistiquement, alors qu’elle ne correspond pas encore aux diverses formes d’énergie (thermique, mécanique, spécifique) qui vont en être tirées, après un éventuel stockage plus ou moins long.

 

1.2. De la consommation finale aux services énergétiques.

 

Cette partie aval des chaînes énergétiques est difficile à explorer parce qu’on ne sait pas mesurer la consommation d’énergie utile (usefull energy) et moins encore les services énergétique, dès que l’on traite un grand nombre d’utilisateurs. 

 

La première correspond à la sortie (output) des dispositifs assurant la transformation de n’importe quelle source en formes d’énergie (chaleur basse ou haute température, énergie mécanique, lumière, froid) répondant à la satisfaction d’un besoin en service énergétique. Devrait donc être mesurés la chaleur cédée par le combustible au circuit d’eau chaude, le travail mécanique fourni réellement par l’arbre du moteur ou la lumière émise par une ampoule électrique. Dans les conditions précises de fonctionnement d’une installation donnée et moyennant certaines conventions, cette mesure ne soulève pas de difficultés particulières. En revanche, sa généralisation à une habitation, un atelier ou un véhicule sur une période de temps significative, et plus encore son extension à toute la société, relèvent de la gageure. A ce niveau, on doit donc se contenter d’une mesure très approximative obtenue en multipliant la consommation finale par une estimation de l’efficacité moyenne des chaudières, moteurs et autres appareils de conversion en usage dans une économie donnée.

 

Les chaînes énergétiques ne s’achèvent pas avec la consommation d’énergie utile. Une même quantité de chaleur cédée au circuit d’eau chaude peut en effet procurer un confort thermique très différent selon que le système de chauffage a été installé dans une maison bien ou mal conçue pour conserver la chaleur et la répartir harmonieusement entre toutes les pièces. Des relations comparables peuvent être établies entre le travail d’un moteur et le service de transport d’un véhicule, entre la lumière d’une ampoule et l’éclairage d’une pièce, entre la chaleur d’une résistance électrique et la cuisson d’un aliment, entre le froid d’un compresseur et la réfrigération d'une boisson. Constitué de toutes les techniques mobilisées pour rendre un service énergétique, ce dernier maillon est difficile à caractériser et plus encore à exprimer par une mesure d’efficacité. On ne saurait cependant le négliger car il est le lieu de nombreux choix à forte incidence sur la consommation d’énergie finale.

 

1.3. Efficacité énergétique et exergétique, constatée et potentielle. 

 

Quelle est la part de la consommation finale d’énergie qui est finalement incorporée dans les services énergétiques demandés par une économie nationale ? Jusqu’à quel point et à quelles conditions cette part pourrait-elle être accrue ?

 

A l’échelle d’un dispositif particulier de conversion (chaudière, automobile, ampoule, frigidaire), le rapport consommation utile/consommation finale résulte du rendement théorique de l’appareil et de ses conditions d’utilisation (durée, fréquences, entretien…). Il est d’une extrême diversité dans une économie industrielle qui convertit de nombreuses sources finales en de nombreuses formes d’énergie dans des usages très différenciés. La moyenne nationale que l’on peut tirer d’une observation de ces derniers ne peut donc qu’être une approximation. L’étude la plus récente et la plus complète du sujet2 avance une efficacité moyenne de conversion utile/finale à l’échelle mondiale de 53% (soit 37% pour la conversion utile/primaire). L’adjonction des conditions souvent médiocres d’incorporation de l’énergie utile aux services énergétiques (habitat mal isolé, par exemple) abaisse vraisemblablement cette efficacité autour de 40%. Des économies nationales très soucieuses de conservation de l’énergie font certainement mieux, mais bien d’autres (anciennes économies socialistes d’Europe ou pays producteurs de pétrole) ne dépassent certainement pas 20 à 30%.

 

Encore ne s’agit-il là que d’une notion d’efficacité énergétique qui s’appuie sur l’énergie utile et non sur l’énergie utilisable ou exergie. Toutes les estimations ci-dessus reposent en effet sur la convention comptable selon laquelle une calorie contient toujours la même énergie, quelle que soit sa température. Mais, depuis l’avènement de la thermodynamique comme science, on sait qu’une calorie à 2000° C vaut plus qu’une autre à 80° C puisqu’elle permettra d’actionner un moteur thermique et d’en tirer une énergie mécanique « noble ». Pour quantifier cette propriété, on a introduit l’exergie, grandeur apparentée à « l’énergie libre » des physiciens, qui  ne diffère de l’énergie que pour les sources thermiques et ce d’autant plus que la température de la source est plus faible. Sous la forme d’un coefficient d’utilité énergétique (e), l’énergie utile consommée par un pays est transformée en exergie utile, comme l’illustre le cas de la Suisse en 19753.


 

 

Tableau 2. Energie et exergie utiles. Suisse 1975.

 

 

 

Energie utile

 

 

Coef. e

Exergie utile

 

 

PJ

%

 

 

PJ

%

Chaleur

273,6

77,9

 

 

48,1

38,3

- dont 353 K(80°C)

191,5

 

 

0,115

22,0

 

- dont 573 K(300°C)

  82,1

 

 

0,318

26,1

 

Travail

  64,1

18,3

 

1

64,1

51,1

Chimie

  12,6

  3,6

 

1

12,6

10,0

Lumière

    0,7

  0,2

 

1

 0,7

  0,6

Total

351,0

100,0

 

 

125,5

100,0

 

Compte tenu de la part considérable qu’occupe la chaleur dans la consommation d’énergie utile de ce pays (notamment à moins de 80° C), l’efficacité utile/finale qui atteignait 68%, soit un niveau remarquable par comparaison à la moyenne mondiale de 53% un quart de siècle plus tard, tombe à 25% sur une base exergétique qui « fait ressortir les mauvaises conditions d’utilisation de la chaleur ». L’écart serait encore plus prononcé si l’on considérait que la chaleur de chauffage peut, dans une forte proportion, n’être délivrée qu’à 50° C environ (grands convecteurs) ou même au dessous (parois chauffantes). Au total en adaptant mieux la structure de la consommation finale à celle de la consommation utile (notamment par récupération de la chaleur perdue ou captation des sources diffuses), on pourrait accroître considérablement l’efficacité des utilisations de l’énergie.

 

Dans quelles proportions ? Nombre de débats sur la question souffrent d’une insuffisante définition du potentiel d’efficacité énergétique, c.à.d. de l’écart entre la consommation finale actuelle et celle qui permettrait de rendre le même service par la mise en œuvre de techniques d’utilisation différentes. Cet écart est en effet très variable selon l’horizon temporel et les conditions économiques de changement des techniques que l’on adopte. En allant des moins aux plus contraignantes, on distinguera4 :

-         le potentiel théorique qui inclut tous les progrès d’efficacité de conversion en énergie utile autorisés par les lois de la thermodynamique, la récupération de toutes les pertes et la réutilisation de tous les déchets, la mise en œuvre des conditions d’utilisation les plus performantes sous l’angle de la consommation d’énergie ;

-         le potentiel technique qui ne retient dans le potentiel théorique que les solutions relevant de technologies d’ores et déjà capables de remplacer celles qui sont en place, sans limitation tenant à des coûts éventuellement plus élevés ;

-         le potentiel économique qui sélectionne parmi ces dernières celles jugées compétitives sur la base des coûts sociaux des sources d’énergie finales c.à.d après internalisation des coûts externes qui peuvent leur être imputés (dommages provoqués par les pollutions, effets climatiques possibles) ;

-         le potentiel commercial, enfin, qui est inférieur au potentiel économique, non seulement parce que les prix du marché ne reflètent pas les coûts sociaux mais aussi parce que des imperfections (information imparfaite, aversion au risque, dissociation propriétaire/utilisateur) font que nombre d’utilisateurs ne choisissent pas les techniques d’utilisation économiquement les plus efficaces.

 

Dans ce qui suit, les évaluations se réfèreront toujours au potentiel commercial sur la base des prix de l’énergie prévalant au milieu de la décennie quatre-vingt-dix. Elles représentent donc des minima que pourraient relever des politiques de vérité des prix de l’énergie (surtout dans les pays qui en sont les plus éloignés) et d’aide à l’utilisation rationnelle de l’énergie.

 

2.     Les usages de l’énergie et la diversité de leur efficacité.

 

Jusqu’à l’invention, et surtout la diffusion, de la machine à vapeur convertissant l’énergie thermique en énergie mécanique, sources et usages de l’énergie étaient partagés en deux champs bien distincts :

-         d’un côté, le travail des hommes et des animaux, complété dans quelques régions par la force des cours d’eau et du vent, fournissait toute l’énergie mécanique utilisée à des fins fixes ou mobiles ;

-         de l’autre, la biomasse à laquelle s’ajoutaient d’infimes quantités de charbon minéral, alimentait tous les besoins en énergie thermique.

Sur la base des équivalences mentionnées plus haut, le premier sous-ensemble ne devait pas dépasser 5% de la consommation mondiale d’énergie en 1800. Dédiés à la cuisson des aliments, au chauffage des locaux dans les régions froides ou tempérées et à la fonte des métaux, les usages thermiques dominaient la scène énergétique.

 

Au cours des deux siècles écoulés depuis cette date, la part de ces derniers n’a cessé de reculer pour se fixer autour de 50% , dont 10% de chaleur haute température utilisée dans les process industriels. Les autres 50% regroupent toutes les formes d’usages mécaniques (moteurs) et d’usages spécifiques de l’électricité (éclairage, réfrigération, électrolyse).  Ils ont bouleversé la vie des hommes en substituant des chevaux-vapeur et des kWh à la force musculaire, en abolissant les distances par un essor sans précédent des


 

Tableau 3 ‑ Conversion des sources finales en énergie utile (France 1998)

 

 

chaleur BT

Chaleur HT

Force motrice

Force motrice

Eclairage et

 

 

 

 

mobile

fixe

autres

Total

 

 

 

 

 

usages

(Mtep)

 

 

 

 

 

spécifiques

 

 

 

 

 

 

.1

électricité

 

Résidentiel-

chauffage des

cuisson des

 

appareils

lampes, TV

 

tertiaire

locaux, eau

aliments

 

ménagers,

ordinateurs

 

 

chaude

 

 

ascenceurs

 

95,9

 

70%

4%

 

10%

16%

(46,0%)

Industrie-

chauffage

fours, HF,

 

moteurs

lampes,

 

agriculture

locaux, séchage

chaudières,

 

thermiques et

automatismes

 

 

 

 

échang. chal.

 

électriques

électrolyse

61,5

 

30%

40%

 

20%

10%

(29,2%)

Transport

 

 

véhicules

 

 

 

 

 

 

routiers,

 

 

 

 

 

 

chemin fer,

 

 

 

 

 

 

tram

 

 

52,1

 

 

 

avion

 

 

(24,8%)

 

 

 

100%

 

 

 

Total

41%

13,5%

25%

10,5%

10%

 

 

 

 

 

 

 

209,5


transports et en allongeant le temps d’activité par la généralisation de l’éclairage artificiel.

 

Pour détailler la liste de ces usages de façon plus précise, on peut se reporter à la consommation finale d’énergie de la France, telle que reconstituée sur le tableau 3. Les statistiques disponibles font état d’une consommation de 210 Mtep répartie entre 3 secteurs : le résidentiel-tertiaire (46,0%), l’agriculture et l’industrie (29,2%) et les transports (24,8%). Dans quels usages est-elle employée et sous quelles formes ? A la satisfaction de quels services est-elle destinée ? Son étude conduit aux estimations suivantes :

-         70% de la consommation du résidentiel-tertiaire et 30% de celle de l’agriculture-industrie sont transformés en chaleur basse température, principalement pour apporter un confort thermique aux logements, bureaux, commerces et locaux industriels, soit 41% de la consommation finale totale ;

-         100% de la consommation du transport sont destinés à la traction de véhicules routiers, navires ou aéronefs qui assurent la mobilité des personnes et des marchandises, soit 25% du total ;

-         26% de la consommation du résidentiel-tertiaire et 30% de celle de l’agriculture-industrie servent à fournir de l’énergie mécanique fixe, principalement par le biais de moteurs électriques, de l’éclairage et d’autres usages spécifiques de l’électricité  (électrolyse, réfrigération) en vue de rendre une multitude de services industriels et ménagers, soit 22% du total ;

-         restent 40% de la consommation de l’industrie absorbée par les process sous forme de chaleur moyenne et haute température (300 à 1500° C et plus), indispensable à la production des matériaux tels qu’acier, ciment, verre, métaux non ferreux, soit 12% du total.

 

Cette structure des usages varie bien évidemment d’un pays à l’autre, en fonction de la rigueur du climat (plus d’usages thermiques basse température), de l’étendue géographique et du relief (plus de force motrice mobile), du degré d’industrialisation (plus d’usages mécaniques fixes et de chaleur de process). Partout, cependant, les quatre familles d’usages énergétiques se caractérisent par des potentiels inégaux d’élévation de leur efficacité.

 

2.1.         Le confort thermique.

 

 Bien qu’elle comporte une part de subjectivité, la notion de confort thermique renvoie à quelques indicateurs tels que la température et le degré d’humidification de l’air qui caractérisent le service à satisfaire soit par chauffage soit par réfrigération d’un local. Dans le premier cas, le plus fréquent pour les pays industrialisés de l’hémisphère nord, une température intérieure, supérieure à celle de l’extérieur, ne peut être atteinte que par la fourniture d’une certaine quantité d’énergie thermique qui élèvera la température de l’air et des parois à travers lesquelles s’écoule la chaleur. De très nombreux paramètres interviennent dans le calcul des besoins de chaleur à fournir au cours d’une année pour atteindre un confort thermique donné5.

 

Les moyens de chauffage sont les premiers auxquels l’on pense. Depuis le premier feu de bois de l’homme des cavernes, ils ont beaucoup évolué : cheminée ouverte (open fire) dont le rendement ne dépasse pas 5 ou 6% en moyenne ; cuisinières, poêles à bois ou à charbon dont les modèles les plus performants ont atteint 30 à 40% ; chauffage central alimenté par des chaudières perfectionnées (à condensation, en particulier), qui, régulés électroniquement et bien entretenues, approchent les 95%. En France, l’évolution des rendements moyens de ce dernier type d’installation est passé de 65% (avant 1975) à 70% (1975-84), 80% (1984-88) et 90% (après 1988). A ce seul niveau, les gains d’efficacité considérables sont dus au progrès des techniques (matériaux et surtout électronique), à la disponibilité de nouveaux combustibles (gaz naturel, notamment), à la forte hausse des prix de l’énergie après les chocs pétroliers et à la vive concurrence entre constructeurs d’installations de chauffage.

 

Beaucoup plus efficaces, ces dernières ont en outre été de plus en plus souvent installées dans des bâtiments modernes ou réhabilités, d’où une réduction des besoins en énergie utile obtenue de deux façons. L’une a consisté à diminuer les déperditions à travers les parois et la circulation de l’air. Le retour de la thermique de l’habitat au premier rang des préoccupations des architectes et des constructeurs d’immeubles s’est traduit par un véritable saut dans les techniques d’isolation et de contrôle des circuits d’air. Les progrès des matériaux (béton cellulaire, laine de verre, mousse isolante) y ont joué un grand rôle, mais la sévérisation des normes de construction a été déterminante.

 

 En France, le coefficient G (mesure de la quantité de chaleur moyenne qui s’échappe du logement et qui s’exprime en unité de puissance par unité de volume et par degré d’écart entre l’extérieur et l’intérieur, soit en W/m3°C) a été réduit de 25% par trois fois (1974, 1982, 1988) ; ont suivi en 2000 la généralisation à tous les bâtiments neufs des normes « chauffage électrique » et la programmation d’une réduction de 10% tous les cinq ans à partir de 2005. Les résultats obtenus et attendus sont réunis sur le tableau suivant.

 

 

 

 

 

 

Tableau 4. Evolution des consommations unitaires des logements en France (kWh/m2).

 

 

 

Consommations observées parc ancien

 

Consommations attendues parc neuf

1968

    338

1988

      95,0

1973

    330

2000

      81,8

1978

  260 à 280

2010

      66,3

1983

    230

2020

      53,7

1993

    190

2030

      43,5

1998

    180

2050

      31,7

Source : CLIP n°13

 

 

La deuxième façon de réduire les besoins en énergie utile pour un même service énergétique a consisté à récupérer de façon plus efficace le rayonnement solaire et parfois même la chaleur du sous-sol. Exploité depuis toujours comme source de chaleur domestique, le premier a bénéficié des progrès des techniques solaires

-         actives, via des capteurs solaires-plan absorbant le rayonnement pour le convertir en chaleur évacuée par un fluide caloporteur à destination d’une habitation, d’un chauffe-eau ou d’une piscine ; après une période d’improvisation, de rapides progrès ont été réalisés en matière d’étanchéité, de liaison thermique entre la tôle noire de l’absorbeur et les tubes d’eau, de qualité optique des matériaux transparents ou absorbants6 ;

-          passives, sous forme d’architecture bioclimatique consistant par appel à l’orientation des façades, l’utilisation de vérandas, l’emploi de matériaux massifs, la ventilation naturelle, à protéger le bâtiment du froid, à récupérer le maximum d’apports solaires en saison froide et à se protéger des surchauffes en saison chaude.

 

 

La récupération de la chaleur du sous-sol est elle aussi réalisée par des moyens passifs (préchauffage de l’air extérieur par circulation dans des conduites enterrées à 3-4 mètres de profondeur) ou actifs (pompes à chaleur - PAC). Ces dernières sont des machines thermodynamiques capables de déplacer des calories d’un bas niveau de température où elles sont inutilisables, voire gênantes, à un niveau plus élevé où elles sont utiles. L’énergie électrique dépensée au compresseur est d’autant plus grande qu’est grand l’écart de température entre sources froide et chaude. Le coefficient de performance (COP) mesure le rapport entre l’énergie thermique fournie à la source chaude et celle dépensée au compresseur. Dans des gammes de quelques kW, les PAC contribuent au chauffage et à la climatisation des locaux. Au dessus (jusqu’à plusieurs dizaines de MW), elles apportent chaleur et froid (thermofrigopompes) à tous types d’industries, agroalimentaires notamment.

 

La combinaison de systèmes de chauffage plus efficaces, de moindres déperditions de chaleur et d’apports supplémentaires prélevés sur l’environnement naturel de l’habitat a stabilisé en France, depuis 1973, la consommation d’énergie destinée au chauffage des locaux. Est-ce à dire que le confort thermique est aujourd’hui un service satisfait de façon très efficace et que toute nouvelle amélioration sera limitée et coûteuse ? Certainement pas, pour deux raisons, dont la première est que les logements performants ne représentent qu’une fraction du parc actuel (18% en France) et que de nouveaux gains suivront la démolition, ou mieux la réhabilitation, des 80% restant. Cet effet s’applique aussi aux régions à climat chaud qui adoptent de plus en plus de sévères normes thermiques pour climatiser leurs immeubles autrement que par la production souvent peu efficace de froid à l’aide de climatiseurs dans les différentes pièces.

 

L’autre raison est la poursuite des progrès visant à satisfaire le besoin de confort thermique, poursuite qu’exprime le renouvellement désormais plus fréquent des normes dans tous les pays industrialisés. De nouvelles avancées sont en cours en matière d’isolation, notamment par la pause de superfenêtres dotées de films transparents qui laissent passer les ¾ de la lumière visible et la moitié de l’énergie solaire sans laisser repartir la chaleur, grâce au réfléchissement des infrarouges vers l’intérieur (ou inversement dans les pays chauds). Alors qu’une maison moyenne en Allemagne perd 200 kWh/m2/an, une maison comparable en Suède ne dépasse pas 50 à 60 aujourd’hui et ne devrait pas dépasser 30-40 à l’avenir. D’autres avancées, surtout intéressantes pour l’industrie et le tertiaire, sont attendues de nouvelles techniques de récupération de la chaleur émise par les machines, les canalisations de fluides, les ascenseurs ou les ordinateurs. Estimée à 32 W/m2 dans un bureau, 84 dans un immeuble ou 100 dans l’atelier d’une école d’ingénieur, cette chaleur peut être récupérée par recyclage de l’air vicié. Appliquée sans augmentation de coût au nouveau siège de la banque Ing (Pays Bas), cette technique limite les déperditions de chaleur interne à 0,4 GJ/m2/an, contre 4,8 dans l’ancien siège7.

 

2.2.         La fabrication des matériaux.

 

Particularité de l’industrie par rapport aux autres secteurs de consommation : elle doit satisfaire des services énergétiques par de la chaleur à moyenne et surtout  haute température pour,

-         la cuisson de la pâte à papier produite par voie chimique, mécanique ou mi-chimique,

-         la réduction du minerai de fer par procédés endothermiques dans les hauts fourneaux,

-         la transformation de la fonte en acier par procédés exothermiques dans des fours ouverts (Thomas ou Martin), des convertisseurs à oxygène ou des fours électriques,

-         la fusion d’éléments vitrifiants dans des fours à bassin destinés à produire le verre,

-         la cuisson en fours rotatifs du calcaire et de l’argile à partir desquels sont fabriqués le clinker puis le ciment,

-         le traitement de la bauxite en autoclaves chauffés à la vapeur afin de produire une alumine calcinée en fours tournants puis de l’aluminium par électrolyse,

-         l’alimentation de tous les process de l’industrie chimique, du vapocraquage des oléfines au reformage des aromatiques et aux multiples réactions endo ou exothermiques mises en œuvre plus en aval.

 

La consommation d’énergie finale qui satisfait tous ces usages, à l’exclusion de celle qui sert de matière première à la chimie organique, croît peu ou même décroît dans les pays industrialisés depuis le milieu des années soixante-dix. En France, par exemple, elle est passée de 58,27 Mtep en 1973 à 57,61 en 1998, les hausses de la chimie de base (9%), de l’industrie agro-alimentaire (54%), du papier-carton (54%) et des industries diverses (51%) étant plus que compensées par les baisses de la sidérurgie (-43%), de la métallurgie et des métaux non ferreux (-36%), des matériaux de construction (-49%) et de la construction mécanique et électrique (-21%)8. Strictement économiques, certains facteurs expliquant ces baisses de consommation (délocalisations industrielles et dématérialisation de l’activité économique) seront examinées plus loin. D’autres tiennent à l’efficacité énergétique croissante des procédés de fabrication des matériaux. A preuve, l’évolution entre 1950 et 1995 des consommations moyennes d’énergie incorporées en Europe occidentale, dans une tonne d’acier (de 0,8 à 0,5 tep), d’aluminium (de 4,9 à 3,4), de plastiques (de 2,6 à 1,8).

 

 

La tendance à la baisse est presque aussi ancienne que le sont les industries pour la simple raison que la réduction du coût des achats d’énergie a toujours été un impératif pour des entreprises en concurrence, dont les achats de combustibles et d’électricité dépassent souvent 10% de leurs coûts totaux, contre 2 à 5% dans le reste de l’industrie. Cette tendance a été accentuée au cours du dernier quart de siècle par la hausse des prix de l’énergie, après les chocs pétroliers, et les politiques publiques de maîtrise de la demande, désormais inspirées par les préoccupations environnementales des gouvernements. Elle a été facilitée par la substitution du gaz naturel et de l’électricité au charbon et aux produits pétroliers.

 

Comment les diverses industries ont-elles accrû l’efficacité énergétique de leurs process ? Changements technologiques et changements organisationnels y ont concouru de plusieurs façons :

-         l’élévation de l’efficacité des divers types d’autoclaves, dispositifs de distillation ou d’électrolyse, chaudières et fours a été recherchée et rendue possible par les progrès de la thermique industrielle, le super-calorifugeage et surtout une régulation électronique de plus en plus fine des opérations de fusion ou de combustion ;

-         fréquemment, les procédés les moins performants en termes de consommation d’énergie ont été remplacés par d’autres : voie humide par la semi-humide, la semi-sèche ou la sèche dans les cimenteries ; diffusion des fours dopés à l’électricité ou entièrement électriques dans les verreries ; substitution des fours ouverts (open hearth furnaces) par des convertisseurs à l’oxygène ou des fours électriques dans les aciéries ; coulée continue supprimant le refroidissement et le réchauffage des lingots dans le laminage ; intégration du processus de production pâte à papier-papier éliminant le séchage de la pâte ;

-         le long de tous ces procédés, les calories ont, de plus en plus, été récupérées et valorisées en haute, moyenne ou basse température (recyclage des gaz de haut fourneau, récupération de chaleur des aciéries, verrerie, papeteries, industries chimiques), tandis que la conjonction de besoins d’électricité et de chaleur a favorisé le développement de la cogénération dont l’efficacité globale (chaleur-force) est particulièrement élevée et dont les combustibles peuvent être des déchets de l’entreprise (bois, papier, pneus…) ;

-         très souvent le recyclage de matériaux récupérés a abaissé les consommations unitaires d’énergie de l’industrie : ferraille dans les fours électriques, aluminium dont le recyclage n’exige que 5% de l’énergie absorbée par la production primaire, verre dont la réintroduction sous forme de calcin économise 15 à 25% de l’énergie de fusion, vieux papier économisant de l’énergie sous certaines conditions (de désencrage, notamment).

 

Tous les progrès énumérés ci-dessus ne signifient cependant pas que la fabrication de matériaux a atteint un degré d’efficacité énergétique tel qu’aucun gain supplémentaire soit attendu au cours des prochaines décennies. D’abord parce les changements technologiques énumérés ci-dessus ne se sont pas encore diffusés dans toutes les entreprises des pays industrialisés et, plus encore, des économies en transition (ex pays socialistes d’Europe) qui n’attachaient aucun intérêt à l’efficacité énergétique, et des économies en développement dont les installations industrielles sont souvent obsolètes.

 

Ensuite parce que des procédés plus performants continuent d’être mis sur le marché ou sont l’objet de nouveaux développements. La pétrochimie et la chimie adoptent de nouveaux catalyseurs et des procédés de séparation par membrane remplaçant les distillations grosses consommatrices d’énergie. L’utilisation des micro-ondes dans la cimenterie permettrait d’abaisser à 1000° C la température de clinkerisation. En sidérurgie, la pré-réduction du minerai au gaz rend possible la suppression du haut fourneau et la conversion directe à l’hydrogène. Parallèlement, les entreprises modifient en profondeur leurs modes de gestion en traitant leurs déchets comme des ressources, d’où le progrès des techniques de tri des ferrailles et des plastiques, le démontage automatique des machines usées et la récupération de leurs pièces, la réalisation de parcs éco-industriels dans lesquels les déchets des uns deviennent des ressources des autres, à l'image de ce qui se passe dans un écosystème biologique9.

 

Pour toutes ces raisons, la synthèse que vient de terminer le World Energy Assessment sur le sujet conclut à des potentiels économiques d’efficacité énergétique, sur l’horizon 2010, de l’ordre de 4 à 8% aux Etats-Unis, 10 à 20% en Europe occidentale, 20 à 40% dans le reste du monde.

 

2.3.         Le transport des hommes et des marchandises.

 

Contrairement à celle de l’industrie, la consommation d’énergie du secteur des transports ne diminue pas, mais croît fortement dans tous les pays du monde. En France, par exemple, elle a augmenté de 46% entre 1980 et 2000, passant de 22% à 25% de la consommation finale totale. Urbanisation et élévation des revenus nourrissent un besoin de mobilité locale, régionale et mondiale des hommes, tandis que les spécialisations de l’activité économique supposent des déplacements de marchandises de plus en plus longs et fréquents. Ces services sont rendus par le secteur des transports (terrestres, maritimes et aériens) où se concentre la quasi-totalité de la consommation d’énergie sous la forme de force motrice mobile. A quelques exceptions près (oléoducs, gazoducs, aqueducs), cette dernière sert à la traction de moyens de locomotions mus soit par des moteurs électriques (véhicules sur rail), soit, le plus souvent, par des moteurs thermiques qui convertissent l’énergie chimique des carburants.

 

Quel que soit leur moyen de traction, les véhicules ont besoin d’énergie utile pour vaincre deux types de force qui s’opposent au déplacement10:

-         les forces d’inertie qu’il faut vaincre pour imprimer une accélération à la masse par de l’énergie qui sera restituée sous forme de chaleur (air, route, frein) encore difficilement récupérable ;

-         les forces de frottement (aérodynamiques) et les forces de roulement, les premières croissant beaucoup plus vite que les secondes avec la vitesse du véhicule.

Les paramètres accessibles pour réduire la consommation d’énergie finale sont d’une part la masse et l’accélération, d’autre part la vitesse et les qualités techniques des véhicules. Les possibilités d’agir sur chacun d’eux varient avec chaque moyen de transport (routier ou ferroviaire, maritime, fluvial ou aérien), d’où l’importance de la structure modale des transports pour expliquer l’efficacité des usages énergétiques du secteur dans un pays donné, et son évolution dans le temps. Au sein de chaque mode, interviennent ensuite les qualités techniques des véhicules et la façon de les utiliser (entretien, conduite…).

 

Toutes choses égales par ailleurs, il faut une plus grande quantité d’énergie finale (en grammes d’équivalent pétrole - gep) pour assurer le transport d’une tonne de marchandise sur un kilomètre (t/km) ou d’un voyageur sur la même distance (v/km) par camion, voiture individuelle ou avion que par oléoduc, train ou tramways.

 

Initialement variable d’un pays à l’autre, la structure modale a généralement évolué au cours des dernières décennies dans un sens peu favorable à l’efficacité énergétique du transport. A peu près partout, l’avion et le véhicule routier ont accru leur part de marché au détriment du chemin de fer, du transport fluvial et parfois maritime (cabotage, notamment). Les gagnants ont mieux répondu que les autres au besoin de rapidité, de souplesse et de confort recherchés par les voyageurs et les donneurs d’ordre, mais ils ont aussi bénéficié, dans certains pays, d’une concurrence biaisée par des tarifications reflétant mal les coûts sociaux engendrés par chacun d’eux. En France, par exemple, les péages et taxes diverses payées par les poids lourds représentent moins de 60% de ce que coûte ce transport à la collectivité  A l’avenir, l’internalisation de tous les coûts dans les prix du transport routier et aérien pourrait stopper l’évolution, à défaut de la renverser. Le développement du transport combiné va dans cette direction.

 

La croissance de la consommation finale d’énergie aurait été beaucoup plus élevée si les consommations unitaires d’énergie des divers moyens de transport n’avaient pas diminué. Dans le transport aérien, elles ont été réduites de 40% en moyenne entre 1970 et 1995. L’amélioration des performances des réacteurs (passage au double flux à taux de dilution élevé), l’allègement des structures grâce aux fibres de carbone et aux nouveaux alliages d’aluminium, l’optimisation des vols permise par les ordinateurs embarqués y ont contribué.

 

Dans le transport routier, la réduction des consommations unitaires a été spectaculaire aux Etats-Unis jusqu’en 1986 (de 17,8 à 8,7 litres aux 100 km, en moyenne) sous l’effet des nouvelles normes de 1979, mais elle a aussi été significative en Europe occidentale et au Japon (de l’ordre de 2 à 4 litres). Ont joué dans ce sens,

-         l’amélioration des coefficients d’aérodynamisme,

-         l’allègement des véhicules (chaque gain de 100 kg économise 0,5 litre de carburant) facilitée par l’introduction des matières plastiques dans la carrosserie,

-         l’élévation du rendement des moteurs, grâce au contrôle électronique de la carburation.

En combinant de nouveaux allègements des véhicules et la poursuite du perfectionnement des moteurs (en attendant les motorisations, hybride et par pile à combustible), la réduction des consommations unitaires pourrait repartir. Le poids de modèles expérimentaux a été divisé par trois (de 1500 à 500 kg) en remplaçant l’acier par des fibres de carbone et en supprimant nombre de pièces inutiles. La diffusion de l’injection directe et les recherches en cours sur les frottements ou la chimie de la combustion permettent d’envisager des rendements de 40% et plus alors que le rendement moyen des moteurs thermiques ne dépasse toujours pas 25%. Des consommations unitaires inférieures à 3 litres/100 km sont à la portée de la plupart des constructeurs.

 

Trains à grande vitesse exceptés, l’efficacité énergétique de la plupart des moyens de transport terrestres et surtout aériens, en conditions réelles d’utilisation (moyennant donc des hypothèses de taux d’occupation), devrait continuer à croître au cours des prochaines décennies11.

 

Tableau 5. Comparaison des efficacités énergétiques entre modes de transport 1994-2030 (en grammes d’équivalent pétrole).

 

Automobile interurbaine

Gep/voy.km

     30

     22

Bus et cars

        id

     13 

     11

Trains grande vitesse

        id

     10

     12

Trains express régionaux

        id

     21

     18

Aérien

        id

     86

     25

Véhicules utilitaires légers

 Gep/véh.km

     63

     48

Poids lourds

 Gep/t.km

     30

     22

Trains entiers

        id

      6

       5

Transport combiné

        id

      9

       8

 

Ces gains d’efficacité seront-ils contrebalancés ou amplifiés par l’évolution de la structure modale du transport et celle des conditions d’utilisation des moyens de transport (les petits déplacements urbains et le non respect des limitations de vitesse) ? Des forces jouent dans les deux sens.

 

D’un côté, la volonté d’améliorer la qualité de l’air en zone urbaine s’est déjà traduite par une sévérisation des normes d’émission (NOx, COV, particules) conduisant par étapes d’ici 2015 à la mise sur le marché de véhicules de plus en plus propres. En outre, la congestion urbaine, l’insécurité routière et les émissions de CO2 poussent au développement des transports sur rail, urbains (tramways) et interurbains (trains à grande vitesse pour les voyageurs, transport combiné accompagné et non accompagné pour les marchandises) que les Etats peuvent soutenir par une large panoplie de moyens fiscaux et réglementaires. D’un autre côté, la poursuite de la périurbanisation et des pratiques de « juste à temps » favorisent le recours aux véhicules routiers, tandis que l’aspiration à une plus grande mobilité internationale assure la forte croissance du trafic aérien. La structure modale n’évoluera vraisemblablement pas de façon identique dans tous les pays.

 

2.4.         Force motrice fixe, éclairage, réfrigération et traitement de l’information.

 

Répartis dans tous les secteurs d’activité, ces usages énergétiques ont en commun d’être captifs pour l’électricité dont ils représentent 60 à 70% des ventes dans les pays industrialisés.

 

Viennent en tête les moteurs employés dans l’industrie qui transforment de l’énergie électrique en énergie mécanique de rotation pour l’entraînement de divers organes. En France, ils absorbent environ 70% de la consommation d’électricité de l’industrie et se répartissent entre la compression (30%), le pompage (20%), la ventilation (13%), la mise en mouvement d’appareillages divers (27%). Selon les puissances, les vitesses et autres services demandés, les caractéristiques des moteurs varient considérablement (universel ; asynchrone monophasé, triphasé, à rotor bobiné ; pas à pas ; à courant continu). Déjà élevés au début du siècle (85% en moyenne), leurs rendements moyens ont crû lentement puis ont décrû à partir de 1955 jusqu’à ce que soient lancés les moteurs à haute efficacité au début des années 90 dont les plus puissants ( > 125 kW) atteignent 95,1% en moyenne et que soient développés les moteurs à aimants permanents qui dépassent 97% dans les mêmes gammes de puissance. Les gains d’efficacité à attendre découlent désormais de la diffusion de ce type de moteurs et de leur couplage avec des variateurs électroniques de vitesse qui permettent de maximiser leurs performances par rapport au service qui leur est demandé12

 

Les consommations d’énergie destinées à l’éclairage représentent entre 10 et 20% du volume des ventes d’électricité, réparties de façon moyenne entre le tertiaire et l’éclairage public (58%), le résidentiel (25%) et l’industrie (17%). Le convertisseur le plus répandue de l’énergie électrique en lumière est la lampe à incandescence  dont l’efficacité lumineuse (rapport entre le flux lumineux produit et la puissance électrique absorbée) n’a que peu augmenté depuis sa mise au point par Thomas Edison, soit 10 lm/W (1910), 12,5 (1917), 15 (1936) et à peine plus aujourd’hui13. D’autres types de lampes beaucoup plus efficaces existent pourtant14 :

-         les tungstène-halogènes qui sont des lampes à incandescence dont le filament fonctionne à plus haute température sans accélération de l’évaporation et dont le rendement lumineux se situe entre 20 et 25 lm/W ;

-         les tubes fluorescents dont le rayonnement provient de la décharge dans une vapeur de mercure traversée par un courant électrique et dont le rendement atteint de 50 à 90 lm/W, suivis par les fluorescentes compactes (LFC) ou basses consommations qui fonctionnent selon les mêmes principes mais avec starter et ballast incorporés dans le culot de la lampe ;

-         la famille des décharge à haute pression (HID) à laquelle appartiennent les lampes à vapeur de mercure, les lampes aux hallogènes métalliques, les lampes au sodium haute-pression, toutes dans la gamme des rendements de 50 à 200 lm/W.

Ces lampes sont fréquemment utilisées dans l’industrie et le tertiaire, mais encore peu dans le résidentiel (moins de 20% en France) parce que le consommateur individuel est à la fois mal informé et peu attiré par un produit qui s’apparente à un investissement, compte tenu de son prix et de sa durée de vie. Le potentiel d’efficacité économique à exploiter reste donc considérable.

 

Depuis leur diffusion dans la quasi-totalité des ménages (les taux d’équipement s’approchent de 100% dans les pays industrialisés), les appareils ménagers constituent le troisième poste de consommation d’électricité  hors usages thermiques. A leur tête, les appareils frigorifiques (que l’on trouve aussi dans l’industrie) : ils conservent la nourriture à basse température par absorption de la chaleur du compartiment intérieur qu’un compresseur évacue à l’aide d’un fluide frigorigène vers un condensateur extérieur. Toutes choses égales par ailleurs (importance de la charge thermique à absorber, température extérieure ambiante, fréquence  des ouvertures), l’efficacité des machines frigorifiques dépend de leur plus ou moins bonne isolation et de la performance du compresseur. L’une et l’autre avaient été sacrifiées sur l’autel de la fabrication de masse à bas prix des années 50 et 60 : isolation minimum pour gagner de la place et réduire les coûts ; compresseur médiocre placé sous le réfrigérateur dans lequel il renvoyait de la chaleur ; condensateur de si petite taille qu’il devait être ventilé pour éviter une surchauffe ; portes peu étanches ; adjonction de résistances électriques pour éliminer la buée extérieure et le givre intérieur15. Depuis, sous la pression des politiques de maîtrise de l’énergie, l’efficacité des réfrigérateurs a considérablement augmenté. Aux Etats-Unis, la consommation moyenne de 3,36 kWh par litre (y compris le compartiment de réfrigération) en 1972 est tombée à 1,87 en 1987, soit un niveau encore élevé au regard des normes de consommation maximale de 1,52 en 1990 puis 1,16 en 1993 et 0,86 en 1998 par accord entre les fabricants. De nouveaux progrès dans ce sens sont attendus d’une isolation plus poussée (panneaux isolants sous vide), compresseurs linéaires ou à vitesse variable, échangeurs accumulateurs, régulation électronique se substituant à la thermomécanique16. Outre celles des réfrigérateurs et congélateurs, les efficacités de tous les autres appareils ménagers pourraient aussi être accrues comme on peut le lire sur le tableau suivant.

 

Tableau 6. Consommations électriques des appareils ménagers (kWh/an).

 

 

Moyenne 1988

Meilleur disponible.

Objectif possible

Réfrigérateur Danemark 200 litres sans congélateur

   350

     90

 

Congélateur Danemark 250 litres

   500

    180   

     100

Lave-linge Danemark, 4kg, 200 heures/an

   400

    240

     115

Lave-vaisselle

   500

    310

     165

Sèche-linge, 130 séchages/an de 3,5 kg

   440

    350

     180

Cuisinière électrique

   700

    400

     280

Source : Facteur 4, p. 57 et suivantes.

 

Restent les appareils de réception (télévision) et traitement (ordinateurs) de l’information dont le nombre ne cesse de grandir aussi bien dans l’industrie que dans le résidentiel-tertiaire. Leur efficacité s’est aussi accrue et continuera de s’accroître.

 

3.     De l’efficacité à la productivité de l’énergie.

 

La croissance de l’efficacité globale des chaînes énergétiques n’est pas une nouveauté. A des rythmes variables selon les pays et les époques, sans exclure des phases de régression, le rapport énergie utile/énergie primaire s’est élevé  depuis le 19ème siècle : en moyenne de 10,5% à 22% entre 1860 et 1950, selon Palmer Putnam, beaucoup plus aux Etats-Unis (de 8 à 30%) mais beaucoup moins en Inde (de 5 à 6%)17. Cette évolution a donc freiné la croissance de la consommation d’énergie que tiraient celles de la population et de l’activité économique. Dans quelle proportion ? On ne peut pas répondre en systématisant les mesures d’efficacité telles que mentionnées ci-dessus tant sont grandes les difficultés de quantification de la consommation d’énergie utile et plus encore du contenu des services énergétiques à l’échelle d’une économie nationale (cf. première partie). On se réfère donc à un indicateur de productivité, au sens traditionnel que lui donnent les économistes lorsqu’ils mesurent la productivité du travail ou du capital. Il s’agit ici du volume de biens et de services (mesuré en valeur) qu’une économie nationale peut produire à l’aide d’une quantité donnée de sources d’énergie (PIB/ENE) que l’on a pris l’habitude de lire en l’inversant (ENE/PIB) sous la dénomination d’intensité énergétique de l’activité économique.

 

3.1. La signification de l’intensité énergétique.

 

En rapportant la consommation d’énergie primaire ou finale de la France ou des Etats-Unis, en tep ou TJ, au volume de la production de ces pays la même année, exprimé par le Produit Intérieur Brut (PIB) en milliards de dollars ou d’euros, on obtient l’intensité énergétique de l’activité économique. En 2000, par exemple, cette intensité en tep par 1000 euros, est estimée à 0,273 (Union Européenne), 0,288 (Etats-Unis), 0,172 (Japon), 1,238 (Ex-URSS), 0,899 (Chine) ou 0,375 (monde).

 

Indicateur apparemment très simple, l’intensité énergétique d’un pays doit être interprétée avec une grande prudence, surtout si on l’utilise pour retracer des évolutions temporelles ou effectuer des comparaisons internationales. Si les numérateurs (aux différences près de coefficients d’équivalence entre sources d’énergie) ne posent pas trop de problèmes, les dénominateurs ne sont comparables qu’à certaines conditions :

-         d’une année à l’autre, il faut s’assurer qu’il s’agit bien de valeurs constantes c.à.d. de PIB déflattés à l’aide d’un indice des prix qui efface les effets d’éventuelles inflations ;

-         d’un pays à l’autre, il faut recourir à une même unité monétaire obtenue à l’aide soit de  taux de change, soit d’un indice de parité de pouvoir d’achat (ppa).

 

Qui plus est, ENE/PIB, n’est pas un indicateur d’efficacité mais de productivité. Son niveau exprime donc une double réalité, énergétique (l’efficacité de conversion des sources primaires en énergie utile, comme exposé ci-dessus (Cf. 1), mais aussi économique (la composition du PIB). Un ENE/PIB élevé peut signifier soit un système énergétique peu efficace pour des raisons technologiques ou organisationnelles, soit un PIB reposant majoritairement sur des activités économiques fortes consommatrices d’énergie (sidérurgie, métallurgie, chimie lourde), soit les deux à la fois. Une diminution de l’intensité peut indiquer soit une élévation de l’efficacité de la chaîne des conversions énergétiques, soit une dématérialisation du PIB (croissance plus rapide de l’informatique que de la production d’acier), soit les deux à la fois. Cette ambivalence peut être en partie levée en décomposant une variation de ENE/PIB entre composantes, structurelle et technologique, cette dernière étant alors assimilable à une variation d’efficacité du système énergétique (volume d’énergie utile/volume d’énergie primaire).

 

Pour un pays donné, la consommation totale d’énergie ENE peut ainsi  être décomposée en une somme de produits de facteurs18

 

ENE = S  ENEi, l’indice i étant relatif aux divers secteurs de l’économie

 i=1

ENEi = S  (ENEi/VAi) x (VAi/PIB) x PIB

 i=1

 

où ENE représente la consommation totale d’énergie

Ei et VAi la consommation d’énergie et la valeur ajoutée du secteur i

PIB l’activité économique d’ensemble

ENEi/VAi un indicateur d’intensité énergétique du secteur

VAi/PIB un indicateur de structure économique.

 

L’expression signifie donc que ENE dépend de la valeur globale du PIB (toutes choses égales par ailleurs, ENE sera plus élevé en France qu’au Portugal) ; de la structure du PIB (% des diverses productions allant de l’aluminium gros consommateur d’énergie aux logiciels informatiques qui le sont beaucoup moins) ; de l’intensité énergétique de chaque production entrant dans le PIB (un même Euro d’aluminium exigera la consommation de plus ou moins d’électricité selon l’efficacité des procédés industriels). En faisant apparaître explicitement les variations D ( ) de chacun des termes de la relation précédente, on obtient :

 

D ENE = S D (ENEi/VAi) x VAi/PIB x PIB         effet de contenu

       + S ENEi/VAi x D (VAi/PIB) x PIB         effet de structure

       + S ENEi/VAi x VAi/PIB x D (PIB)         effet d’activité

       + termes de second et troisième ordre, en général négligeables sur une courte période.

 

Lorsque l’on dispose de toutes les données statistiques pour l’appliquer à une économie nationale, la méthode permet de dissocier les variations d’activité, de structure ou de contenu qui sont à l’origine d’une variation de ENE/PIB. En figeant l’effet de structure, on peut évaluer l’effet technologique ou de contenu qui correspond à une variation d’efficacité du système d’approvisionnement. La principale difficulté méthodologique vient de l’incidence du degré de désagrégation du PIB sur le partage entre effets de structure et de contenu : plus ce degré est grand, plus l’effet de structure devient prépondérant et inversement.

 

3.2. L’évolution passée de l’intensité énergétique.

 

Pour comprendre l’incidence de l’évolution de ENE/PIB sur la croissance de la consommation mondiale d’énergie, il faut essayer de reconstituer cette évolution sur une période de temps aussi longue que le permettent les statistiques disponibles19.

 

Tableau 7. Taux de croissance ou décroissance de ENE/PIB (%).

 

 

 

Amérique latine

Amérique du nord

Asie

Europe de l’ouest

 Europe de     l’est

  Monde

1820-1870

 

   -0,3

 

   0,3

 

    0,2

1870-1913

    -1,2 

   -0,8

   -0,3

   0,3

   -0,2

    0,0

1913-1950

    -0,9

   -1,0

   -0,3

  -1,3

   -1,6

   -0,9

1950-1973

    -1,3

   -0,6

   -0,8

  -0,3

    1,3

   -0,4

1973-1990

     0,2

   -2,5

   -0,8

  -1,9

    0,7

   -1,3

1990-2000

     0,6

   -1,7

   -1,5

  -1,3

    0,8

   -1,2

Source : évaluations de l’auteur à partir des PIB d’Angus Maddison.

 

Quelques grandes tendances se dégagent des évaluations ci-dessus :

-         à l’échelle mondiale, l’intensité énergétique n’a crû qu’au 19ème siècle, lorsque l’Europe s’est industrialisée en recourrant massivement à un charbon minéral utilisé de façon très peu efficace (le rendement initial de la machine à vapeur était inférieur à 1%) ; au cours du 20ème siècle, l’intensité n’a crû que dans quelques régions, dont l’Europe de l’Est qui a donné priorité au développement des industries lourdes sans aucun souci de productivité, et plus récemment l’Amérique latine pour des raisons tenant surtout à ses crises économiques ;

-         en général, la baisse s’est accentuée d’une période à l’autre, sauf lorsque la diminution du prix relatif de l’énergie a découragé la recherche d’une plus grande efficacité énergétique, ce qui a été le cas entre 1950 et 1973, avec la construction d’immeubles qualifiés de « véritables passoires thermiques » ou celle d’automobiles consommant de 20 à 30 litres d’essence au km, notamment aux Etats-Unis ;

-         la nouvelle baisse des prix de l’énergie à partir de 1986 a de nouveau ralenti les efforts vers plus d’efficacité énergétique (construction automobile, notamment), mais elle n’a pas empêché des diminutions significative de l’intensité : ces dernières, avec des taux de croissance démographique et économique moins vigoureux, sont à l’origine d’ une croissance mondiale de la consommation d’énergie qui ne dépasse pas 0,9% par an sur la décennie 1990-2000.

 

Pour bien comprendre ces évolutions récentes et l’influence qu’elles pourraient avoir sur celles des prochaines décennies, un examen plus attentif des grandes régions du monde s’impose.

 

Les économies en transition.

 

Pour des raisons structurelles (priorité aux industries lourdes) et technologiques (système économique incitant peu à la croissance de l’efficacité), l’intensité énergétique de l’activité économique des pays socialistes d’Europe dépassait de 2 à 3 fois celle des pays capitalistes à la fin des années 70. En éliminant les gaspillages les plus criants, les premières réformes des années 80 ont réduit sensiblement sa croissance (ou même amorcé sa décroissance, selon les sources d’information), mais tout a changé avec le passage à l’économie de marché au début des années 90. Globalement, l’évolution de ENE/PIB depuis cette date résulte de deux évolutions contradictoires : la baisse rapide de l’intensité énergétique dans les pays d’Europe centrale qui modernisent leur appareil de production ; sa hausse en Russie et dans les autres anciennes républiques de l’URSS où le passage à l’économie de marché a provoqué une chute du PIB plus forte que celle de la consommation d’énergie. Cette évolution semble cependant s’inverser depuis 1997.

 

Les pays de l’OCDE.

 

Dans l’ensemble, les pays industrialisés ont infléchi leur trajectoire en abandonnant la forte baisse des années 80 (entre –2 et –2,5%) pour une baisse beaucoup plus modérée (autour de –1,5%) au cours des années 90. La diminution des prix de l’énergie et le relâchement des politiques de maîtrise de la demande y sont certainement pour quelque chose, mais ces facteurs ne suffisent pas à expliquer les différences entre pays de la région :

-         au Japon, l’intensité énergétique qui est déjà la plus basse du monde (0,16 kep/$95 ppa), ne progresse plus depuis que la crise économique a ralenti les investissements de productivité dans l’industrie ;

-         à l’opposé, les Etats-Unis, qui se situent sur une trajectoire plus élevée (0,36 kep au début des années 80, soit en moyenne 50% de plus que l’Europe occidentale et 80% de plus que le Japon), ont continué à réduire leur intensité énergétique mais à un rythme moins rapide qu’au cours des années 80 (de –2,5% à –1,6% par an) ;

-         les évolutions européennes occupent une place intermédiaire : globalement, la baisse d’intensité a aussi perdu de sa vigueur entre les années 80 (-1,9%) et 90 (-1,3%) dans la mesure où des évolutions structurelles adverses dans l’industrie de quelques pays et dans les transports de tous ont atténué  la croissance soutenue de l’efficacité énergétique de l’industrie et du résidentiel-tertiaire.

 

Les pays en développement.

 

C’est de leur côté qu’est venue la principale surprise des années 90 : la baisse de ENE/PIB de 1,2% par an à l’échelle mondiale est en effet imputable pour partie à celle de certains pays en développement.

 

Bien que la mesure de l’intensité énergétique soit plus difficile dans les pays où l’économie informelle occupe encore une place importante20 et où les sources d’énergie dites non commerciales entrent pour une large part dans les bilans énergétiques, il est vraisemblable qu’ENE/PIB a peu diminué dans la plupart. En Inde (autour de 0,12 kep/$95 ppa) comme au Brésil (0,10), l’efficacité accrue des procédés industriels, des moyens de transport ou des appareils ménagers a été largement contrebalancée par les évolutions structurelles inhérentes à l’industrialisation et à l’urbanisation.

 

Reste le cas d’un pays, et non des moindres, puisqu’il s’agit de la Chine. Si l’on en croit les données disponibles, l’intensité énergétique de son activité économique serait tombée de 0,57 kep/$95 ppa en 1980 à 0,37 en 1990 et 0,17 en 2000, soit une baisse de 4,3% par an au cours de la première décennie et de 7,5% au cours de la seconde. Cette évolution de fond serait à l’origine des résultats extraordinaires des dernières années du siècle (1996-99) au cours desquelles la consommation d’énergie primaire est tombée de 12% pendant que le PIB croissait de 25%. Après étude attentive du cas, Jeffrey Logan21 nuance ces résultats, mais confirme la forte baisse de l’intensité, provoquée par une rapide modernisation industrielle : fermeture de nombreuses petites entreprises au profit de grandes qui ont adopté des technologies modernes et amélioration de la qualité des charbons (lavage, pouvoir calorifique plus élevé) qui a fortement accru les rendements de conversion.

 

Les évolutions de l’intensité énergétique observées dans les diverses régions du monde au cours de la décennie 90 sont-elles appelées à durer ? Des changements technologiques, économiques ou sociaux sont-ils susceptibles de les stopper ou d’accentuer leur tendance à la baisse ?

 

4.     L’influence de l’intensité énergétique sur l’évolution de la consommation mondiale d’énergie au cours des prochaines décennies.

 

Depuis la première révolution industrielle, la consommation mondiale d’énergie a été multipliée par 30, soit 1,8% de croissance annuelle moyenne, mais par grandes périodes aux rythmes très inégaux, comme on peut le lire sur le tableau suivant.

 

Tableau 8. Consommation, population et PIB mondiaux 1800-2000.

De nombreux facteurs entrent dans l’explication de cette évolution, mais par simplification, on peut n’en retenir que trois : la croissance de la population, celle de l’économie et l’intensité énergétique de l’activité économique, soit ENE = POP x (PIB/POP) x (E/PIB), dont les valeurs pour chaque sous-périodes (plus celle d’un facteur résiduel) mettent en lumière l’incidence de la faible baisse de l’intensité sur la très forte croissance de la consommation d'énergie après 1950 et inversement celle de sa forte baisse sur la croissance plus modérée après 1973, comme on peut le lire dans la cinquième colonne du tableau suivant.

 

Périodes

Population

Mh

PIB G$90

ENE Mtep

Relation entre taux de croissance annuels moyens

1820

 1041

   694

    350

 

1870

 1270

  1101

    603

1,10=0,40+0,53+0,20+(-0,03)

1913

 1791

  2705

  1495

2,13=0,80+1,30+0,00+0,03

1950

 2525

  5336

  2160

1,00=0,93+0,91+(-0,90)+0,06

1973

 3913

16059

  5945

4,50=1,92+2,93+(-0,40)+0,05

1998

 5908

33726

  9007

1,67=1,66+1,33+(-1,30)+(-0,02)

Source : les consommations d’énergie ENE sont tirées du tableau fourni en annexe ; les populations et les produits intérieurs bruts sont tirés de Maddison (Angus), L’économie mondiale, Paris : OCDE, 2001, 400 p.

 

Ces relations entre taux de croissance présentent-elles un intérêt pour construire des scénarios à 2050 ?

 

4.1.         Trois scénarios de consommation à l’horizon 2050.

 

Parmi tous les exercices de prospective énergétique à long terme, ceux du Conseil Mondial de l’Energie (CME) servent fréquemment de référence. Rappelons en brièvement les principales caractéristiques22. Calés sur l’année 1990 [population mondiale de 5,26 milliards d’habitants ; PIB mondial de 25,7 mille milliards (1012) de dollars 1990, base pouvoir d’achat de chaque pays (ppa) ; consommation d’énergie primaire de 8,98 milliards de tonnes d’équivalent pétrole (Gtep)], trois scénarios alternatifs décrivent trois futurs concevables :

-         autour d’une voie moyenne (B) qui exprime une croissance mondiale « au fil de l’eau », sans inflexion notable des évolutions économiques et technologiques observables,

-         une branche (A) de l’alternative représente une accélération de la croissance sous la poussée d’un puissant changement technologique favorisé par la mondialisation et la libéralisation,

-         tandis qu’une branche (C) incarne un monde « ecologically driven » parce que la technologie et l’économie y sont orientées par la volonté de protéger l’environnement et d’élever le degré d’équité entre les régions.

 

Les trois scénarios ont en commun une même croissance de la population mondiale (10,1 milliards d’habitants en 2050, soit un taux annuel moyen de 1,1%), mais diffèrent par un taux de croissance du PIB mondial sensiblement plus fort dans A (2,7%) que dans B et C (2,2%) ainsi que par une décroissance annuelle de ENE/PIB plus prononcée dans C (-1,3%) que dans A et B (-0,8%). Leurs résultats sont synthétisés sur le tableau 1.

 

Tableau 9. Résultats 2050 des trois scénarios.

 

 

 

        A

        B

        C

PIB (1012 $90 ppa)

      100

       75

       75

  Taux annuel moyen (%)

         2,7

         2,2

         2,2

ENE/PIB (kep/$90)

         0,22

         0,22         

         0,16

  Taux annuel moyen (%)

        -0,8

        -0,8

        -1,3

Consommation primaire (Gtep)

        25

        20

        14

  Taux annuel moyen (%)

         1,7

         1,3          

          0,7

 

Premier constat : les trois scénarios sont cohérents dans la mesure où leurs résultats satisfont bien la relation simplifiée

ENE = POP x PIB/POP x ENE/PIB

qui met en lumière l’incidence sur le taux de croissance de la demande d’énergie de celui du PIB (écart entre A et B) et de celui de l’intensité énergétique de l’activité économique (écart entre B et C).

 

Second constat : l’éventail des futurs possibles en 2050 est extrêmement ouvert. Les 11 Gtep qui séparent A de C dépassent de 20% la consommation mondiale de l’année de départ. L’écart est si grand que la plupart des questions critiques dans le scénario A (épuisement des ressources pétrolières conventionnelles, émissions de gaz à effet de serre, taux élevés de pénétration du nucléaire ou des renouvelables…) le sont peu dans le scénario C. Ce dernier, en revanche, est le seul à satisfaire les conditions posées par l’International Panel on Climate Change (IPCC) pour qui la stabilisation de l’émission annuelle de carbone anthropogénique à 6 Gt implique non seulement  une politique très volontariste de décarbonisation de l’approvisionnement (part des non fossiles portée de 12 à 46%), mais une consommation mondiale ne dépassant pas 13,6 Gtep (572 EJ) en 2050. Quelles sont les évolutions qui poussent plutôt vers A ou vers C ?

 

4.2.         Croissances démographique et économique.

 

Depuis la construction des scénarios du CME, les démographes n’ont cessé de revoir à la baisse leurs projections de population mondiale. Alors que les trajectoires énergétiques s’appuient toutes sur une hypothèse haute à 10,1 milliards d’habitants en 2050, l’hypothèse basse à 7,7 est envisagée avec une attention croissante, au vu des données les plus récentes sur l’évolution de la fécondité. Elle est en effet à l’origine de la baisse du taux de croissance de la population mondiale : 2% (et même 2,5% dans les régions les moins développées) à la fin des années soixante, 1,5 à la fin des années quatre-vingt-dix, peut-être 0,50 en 2050. La rapidité de la baisse du taux de fécondité est en proportion directe avec l’éducation et le niveau de formation, des filles notamment. Il est vraisemblablement aussi influencé par un large accès aux médias occidentaux. Ce qui fait dire à l’Unesco, qu’au delà de l’inévitable croissance démographique des prochaines décennies, la population mondiale, loin d’être menacée « d’explosion », pourrait bien « imploser », le phénomène s’amorçant déjà dans les pays touchés par la dépopulation23. Dans cette perspective, le taux moyen de croissance démographique sur toute la période serait plus proche de 0,6% que du 1,1% retenu.

 

Sur une période de temps aussi longue et un ensemble de régions aussi hétérogène, aucun scénario de croissance économique cohérent ne peut être construit. Il est donc raisonnable de conserver les deux taux (2,2 et 2,7%) adoptés par le CME, sachant que le premier, considéré comme le plus réaliste, correspond au taux de progression de la productivité des pays industrialisés et au taux minimum nécessaire au développement économique des autres.

 

4.3. L’élévation de l’efficacité énergétique.

 

Composante principale de la baisse de l’intensité énergétique jusqu’à présent, l’efficacité énergétique dispose d’un potentiel considérable de croissance dans tous les secteurs d’utilisation (Cf. 2ème partie). L’expérience historique prouve cependant que ce potentiel n’est exploité complètement que lorsque sont réunies un certain nombre de conditions.

 

Dans les pays industrialisés, y compris les anciens pays socialistes dès qu’ils seront passés à une véritable économie de marché, les choix de technologies efficaces dépendent d’un signal prix sans équivoque et de normes techniques faisant office de cliquet. Attendre le premier d’une manifestation de rareté des sources fossiles serait très aléatoire car le progrès technologique compense les rendements décroissants dans l’activité minière. En revanche, tout porte à croire que la prise de conscience environnementale continuera à pousser les pouvoirs publics sur la voie d’une internalisation des coûts externes des consommations d’énergie. Même si elle tarde à être mise en place à l’échelle internationale, la « taxe CO2 » fait tâche d’huile en Europe et, mondialisation oblige, en franchira un jour les frontières.

 

Les pays en voie d’industrialisation ont, le plus souvent, d’autres priorités que l’élévation de l’efficacité. A partir du moment, cependant, où elle devient indissociable de la modernisation des appareils de production et de la compétitivité internationale, l’efficacité énergétique progresse. L’expérience récente de la Chine en apporte une remarquable illustration. Ailleurs, les transferts de technologies par des firmes multinationales permettent des leap frogging dont bénéficient tous les utilisateurs d’énergie24. Un tel résultat suppose évidemment des régulations nationales soucieuses d’utilisation rationnelle de l’énergie et des Etats capables de les faire respecter.

 

4.3.         Vers une dématérialisation du PIB ?

 

Au cours des prochaines décennies, la composante structurelle de la baisse de l’intensité pourrait prendre le pas sur la composante efficacité. La révolution scientifique et technologique en cours permet en effet d’obtenir toujours plus de biens et de services à partir d’une même quantité de matière première. Les implications sur les besoins en services énergétiques en sont considérables. Dans les télécommunications, par exemple, 25 kg de fibres de verre rendent un service équivalent à 1000 kg de cuivre, alors qu’1 kg de fibre de verre n’exige que 5% de l’énergie incorporée dans 1 kg de cuivre !

 

Certains facteurs expliquant la dématérialisation du PIB à l’échelle d’une économie nationale, sont propres aux pays très industrialisés (moindre rythme de construction des infrastructures grosses consommatrices de matières premières, importation accrue de produits semi finis, préférences des consommateurs pour des services à moindre contenu en matériaux), mais d’autres ont une portée plus universelle :

-         substitution dans l’industrie de matériaux traditionnels par des matériaux plus léger, le béton par de l’acier et l’acier par des plastiques ;

-         dans tous les cas, utilisation de matériaux plus résistants donc en moindre épaisseur et poids ;

-         recyclage de plus en plus fréquent des matériaux usagés (acier, aluminium, verre, papier, plastiques) qui exige moins d’énergie que la première fabrication ;

-         moindre besoin de matériaux par unité de produits finis grâce à une plus grande longévité (appareils domestiques), à des réutilisations (bouteilles) ou à des rénovations remplaçant les démolitions (bâtiments).

Résultat, la baisse de l’intensité des PIB en acier ou en aluminium ou sa stagnation en polymères, dans tous les pays industrialisés, y compris l’ex-URSS pour l’acier25. Evolution qui, à plus long terme, pourraient être infléchie de façon plus radicale par des nanotechnologies capables de fournir, sans déchets, des matériaux d’une résistance et d’une légèreté inimaginables aujourd’hui.

 

La substitution de l’information à l’énergie est un autre effet de la révolution scientifique et technique qui peut contribuer à la dématérialisation du PIB. Des percées nouvelles pourraient même avoir lieu dans plusieurs directions :

-         outre la périodisation désormais quinquennale de la sévérisation des normes de construction des immeubles et l’imposition de performances minimales pour les appareils ménagers, la diffusion de la domotique (smart building) devrait réduire encore les pertes d’énergie ;

-          l’organisation de la production et des échanges fondée sur l’utilisation systématique des possibilités offertes par Internet  est porteuse de changements susceptibles d’affecter les consommations d’énergie de diverses façons : déplacements des personnes (travail ou achats) ; stockage, transport et commercialisation des marchandises ; aux Etats-Unis, selon Joseph Romm, tous ces changements vont réduire l’intensité énergétique de 1,5 voire 2% par an sur la période 1997-200526 ; en France, Jean-Marc Jancovici estime que la conversion au télétravail de 50% des actifs du tertiaire pourrait équivaloir à 5% de la consommation nationale d’énergie27.

 

Les techniques agricoles, enfin, pourraient entrer dans une période de mutation tournée plus vers les biotechnologies que vers la chimisation intensive dont les limites sont aujourd’hui évidentes28.

 

 

Conclusion.

 

Aucune des évolutions mentionnées ci-dessus n’est certaine, mais aucune n’est improbable. L’émergence des nanotechnologies dans la production des matériaux n’est pas moins futuriste que celle de la fusion dans la production d’électricité. Dès lors, la conjonction d’une croissance démographique vraisemblablement moins forte que prévue (8 milliards d’habitants au lieu de 10 en 2050) et de la poursuite de la décroissance de ENE/PIB sur une trajectoire peut-être pas très éloignée de celle du scénario C du CME pourrait modifier sensiblement la problématique énergétique 2050. Les choix effectués entre les modes d’utilisation des sources d’énergie, on le constate, sont aussi déterminants que ceux relatifs à leur production.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Annexe 1. Evolution de la consommation mondiale 1800-2000 des sources d’énergie.

 

 

Charbon

Pétrole

Gaz naturel

Electricité

Biomasse

Total

1800

      7,1   

 

 

 

  297,7

   304,8

1810

      9,1

 

 

 

  314,8

   325,9

1820

    12,0

 

 

 

  337,7

   349,7

1830

    16,5

 

 

 

  364,9

   381,4

1840

    28,0

 

 

 

  396,0

   424,0

1850

    44,7

 

 

 

  434,7

   479,4

1860

    81,6

       0,08

 

 

  456,3

   538,0

1870

  131,0

       0,51

 

 

  471,3

   602,8

1880

  207,1

       3,5

 

 

  515,4

   726,0

1990

  308,8

      10,2

     5,2

      0,02            

  552,8

   877,1

1900

  479,6

      25,0

     5,2

      0,3

  578,8

 1088,9

1910

  730,9

      53,0

    11,0

      0,9

  595,0

 1390,8

1920

  711,9

      91,1

    19,0

      3,5

  584,6

 1410,1

1930

  816,2

    206,7

    45,6

      9,8

  571,1

 1649,4

1940

  898,3

    292,0

    66,5

    17,3

  555,8

 1830,9

1950

  925,3

    505,3

  153,3

    29,4

  546,6

 2160,0

1960

1252,0

  1029,9

  374,0

    59,1

  608,1

 3323,1

1970

1387,1

  2236,7

  814,5

   107,2

  643,0

 5188,5

1980

1748,0

  3009,8

1158,5

   210,8

  789,0

 6916,1

1990

2145,8

  3134,9

1617,8

   363,5

  937,6

 8199,6

2000

2043,7

  3414,5

1993,4

   461,4

1092,0

 9006,0

 

Notes. Les données sur les sources d’énergie commerciales proviennent de compilations diverses dont les  Nations Unies pour la période postérieure à 1950 ; Annuaires historiques de B.R. Mitchell et autres pour la période antérieure. Les données sur la biomasse (bois de feu) sont des estimations basées sur la consommation par tête dans les diverses régions du monde et l’évolution démographique. Les écarts entre ces séries et celles d’autres auteurs ont pour origine, outre l’intégration de la consommation de biomasse, le choix de coefficients d’équivalence légèrement différents, notamment pour les charbons dont les consommations ont été converties en tonnes équivalent pétrole (tep) sur la base de leur qualité dans chaque pays. Toutes les données sont donc homogénéisées en :

-          tep = 107 kcal pci ou 42 GJ (pci = pouvoir calorifique inférieur ; G = 109 ;J = Joule)

-          Mtep = 106 tep

-          1 tonne de pétrole ou produits pétroliers  = 1 tep par convention

-          1 tonne de charbon = en moyenne 0,66 tep (et non à 0,7 comme dans d’autres sources)

-          1 tonne de lignite = en moyenne 0,23 tep

-          106 m3 de gaz naturel = 0,855 tep

-          1 m3 de bois = 0,245 tep

-          11 MWh = 0,086 tep et non 0,215 tep ce qui minimise la part de l’électricité primaire (hydraulique, nucléaire, géothermie) dans la consommation primaire mais assure la constance du coefficient dans le temps ce que ne permet pas l’équivalence à la production. Ce choix explique la plus grande partie des différences avec d’autres sources d’information surtout sur la période récente.

 

 

 

 

 

-          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



1. Rousseaux (Patrick) et Apostol (Tiberiu). Valeur environnementale de l’énergie. Lausanne : Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 1999, 186 p (p. 2).

2 United Nations Development Programme, World Energy Council. World energy assessment, New York : UNDP, 2000, 508 p (p. 175).

3 Gardel (André). Energie : économie et prospective. Pergamon Press, 1979, 506 p (p. 171). Un grand merci à Bernard Dreyfus pour ses fructueux commentaires sur ce sujet.

4 United Nations, op.cit. p. 183.

5 CFDT. Le dossier de l’énergie. Collection Sciences. Paris : Editions du Seuil, 1984, 412 p (p. 96).

6 Dessus (Benjamin) et Pharabod (François). L’énergie solaire. Que sais-je ? Paris : PUF, 1996, 128 p (p. 31).

7 Weizäcker (Ernst von), Lovins (B.Amory), Lovins (L. Hunter).Facteur 4. Deux fois plus de bien-être en consommant deux fois moins. Rapport au Club de Rome. Mens : Edition Terre Vivante, 1997, 320 p. (p. 55).

8 Commissariat à l’Energie Atomique. Memento sur l’énergie. Edition 2001. 78 p (p. 18).

9 Erkman (Suren). Vers une écologie industrielle. Editions Charles Léopold Mayer, 1998, 147 p (p. 25 et 83).

10 CFDT, op.cit. p. 193.

11 Cahiers du Club d’Ingénierie Prospective Energie et Environnement (CLIP). Transports à l’horizon 2030, octobre 2001, n° 14, 107 p (p. 57).

12 Almeida (Edmar Luiz ). La motorisation électrique : la rénovation de la dynamique d’innovation (p. 249-272), in Bourgeois (Bernard), Finon (Dominique), Martin (Jean-Marie). Energie et changement technologique, une approche évolutioniste. Paris : Economica, 2000, 490 p.

13 Menanteau (Philippe) et Lefebvre (Hervé). Les modalités de contournement d’un monopole technologique : le cas de l’éclairage résidentiel (p. 161-183), in Bourgeois (Bernard), op.cit.

14 Cahiers du CLIP. MDE. L’éclairage en France, janvier 1997, n° 7, 80 p.

15 Weisäcker (Ersnt von), op.cit. p. 60.

16 Cahiers du CLIP. Le froid domestique, décembre 1999, n° 11, 92 p. (p. 25).

17 Putnam (Palmer). Energy in the future. Princeton : D. Van Nostrand, 1953, 556 p. On doit à André Gardel (op.cit, p. 167-68) des estimations plus récentes mais plus ponctuelles : Etats-Unis 1970 (44%), Europe de l’Ouest  1972 (33%), Europe de l’Est (32%), Suisse 1910 – 1970 (38%-52%).

18 Criqui (Patrick) et Kousnetzoff (Nina). Energie : après les chocs. Paris : Economica, 1987, 253 p (p. 29).

19 Martin (Jean-Marie). L’intensité énergétique de l’activité économique dans les pays industrialisés : les évolutions de très longue période livrent-elles des enseignements utiles ? Economies et Sociétés, série EN, n°4, 1988, p. 9-27 ; Martin (Jean-Marie). Prospective énergétique mondiale 2050 : les enjeux de la demande. Medenergie, n°2, 2002 (à paraître).

20 Et ce, même si le recours aux parités de pouvoir d’achat (ppa) corrige une partie du biais. Voir Mielnik (Otavio) and Goldemberg (José). Converging to a common pattern of energy use in developing and industrialized countries. Energy Policy 28, 2000, p. 503-508.

21 Logan (Jeffrey)..Diverging energy and economic growth in China : where has all the coal gone ? Pacific and Asian Journal of Energy 11 (1), p. 1-13.

22 Nakicenovic (Nebojsa), Grübler (Arnulf) and McDonald (Alan). Global energy perspectives. Cambridge University Press, 1998, 299 p.

23 Mayor (Federico). Un monde nouveau. Paris : Odile Jacob, 1999, 526 p (p. 42).

24 Goldemberg (José). Leapfrog energy technologies. Energy Policy, vol. 26, n° 10, 1998, p. 729-741.

25 WEA, op.cit, p. 178.

26 Romm (Joseph) with Rosenfeld (Arthur) and Hermann (Susan). The internet economy and global warming. The global environment and technology foundation, dec 1999, 79 p.

27 Jancovici (Jean-Marc). Télétravail et développement durable. Document du Secrétariat d’Etat à l’Industrie, 2001, 32 p.

28 De nombreux exemples de toutes ces évolutions en gestation sont donnés dans Weizäcker (Ernst U) op.cit.