Résumé de Module 2 « Comprendre l'écologie, pour une économie innovante »

Au début de 2017, je me suis inscrit à Coursera pour le cours « Comprendre l'écologie, pour une économie innovante » qui consiste en cinq modules. 

Nous utilisons aujourd'hui majoritairement des énergies fossiles, qui sont source de gaz à effet de serre et de pollution. Au rythme actuel de consommation, il reste environ 79 ans de réserves disponibles d'énergies fossiles, 56 ans de pétrole et de gaz naturel, 110 ans environ de charbon et 81 ans pour l'uranium.

Voilà, le résumé du deuxième module.

Module 2 L’énergie, peut-elle être infinie ?

L'intensité énergétique, c’est la quantité d'énergie primaire consommée par point de PIB, s'est substantiellement améliorée dans le monde. Depuis 1990, elle s'est améliorée de 36 %. C'est un progrès, mais il est très insuffisant. Si nous voulons respecter les objectifs du GIEC, il faudra doubler ce rythme, 60 % d'ici 2040. L'efficacité énergétique, c'est la moindre perte d'énergie entre l'énergie produite et l'énergie consommée.

Consommation d'énergie par habitant et intensité énergitique

On estime que la croissance de la demande d'énergie sera de 30 à 40 % d'ici 2030. A court terme, c'est-à-dire d'ici 2040, il est peu probable que les énergies renouvelables remplacent les énergies fossiles. Des hydrocarbures non conventionnels sont, en effet, potentiellement présents dans un grand nombre de pays en Amérique du Nord, en Asie et même en Europe. Quelques arguments contre leur exploitation :

1. Environnementaux : les conséquences climatiques, des énergies fossiles émettent des gaz à effet de serre. De plus, chaque puits d'hydrocarbure perd 4 à 8 % de son méthane dans l'atmosphère.
2. Économiques. Le coût d'exploitation des réserves en Europe serait deux à trois fois plus cher qu'aux États-Unis.

Évolution du potentiel des énergies renoubelables entre 2005 et 2020

Pour respecter les objectifs fixés par les experts du climat, nous devons réduire l'énergie nécessaire par point de PIB et réduire substantiellement le recours aux énergies fossiles. Ce n'est donc pas la demande d'énergie qui est une menace pour la planète, ni l'accès universel à l'énergie, mais bien le gaspillage d'énergie et le choix des énergies fossiles.

Premier outil pour réduire la consommation, c’est la maîtrise de l'intensité énergétique finale, c'est-à-dire la consommation d'énergie nécessaire pour produire une unité de PIB. L'intensité en France a baissé de 45 % entre 1970 et 2011. Une maîtrise de la demande acceptable et efficace passe par le respect du trilemme énergétique. Ce trilemme consiste à maîtriser et concilier trois enjeux fondamentaux : la sécurité d'approvisionnement en énergie, l'équité énergétique, c'est-à-dire la lutte contre la précarité énergétique, et la soutenabilité environnementale.

Mieux produire, c'est aller vers la sobriété en carbone, c'est le deuxième outil pour réduire la consommation. La réduction des impacts écologiques de la consommation d'énergie repose d'abord sur la capacité à développer un mix énergétique plus soutenable, donc plus sobre en carbone. Mieux consommer, ensuite, c'est lutter contre le gaspillage.

Il existe deux notions qui sont primordiales dans le débat sur la transition énergétique. Il faudrait être plus efficace et plus sobre. Il est donc question de performance énergétique, d'optimisation, ce qui nécessite d'investir notamment dans la recherche d'éco-innovation. La sobriété énergétique se définit comme la réduction de la consommation de services énergétiques. C’est un concept plus controversé que l'efficacité énergétique.

Une énergie d'origine renouvelable est une source d'énergie qui se constitue plus rapidement qu'elle n'est utilisée. Les énergies renouvelables les plus développées dans le monde sont les énergies traditionnelles, la biomasse, l'hydroélectricité, et la géothermie. Les plus forts potentiels d'avenir sont dans des énergies, dites nouvelles, le soleil, le vent et les océans. Le potentiel est, théoriquement, infini, et il est disponible pour tous.

Cependant, aujourd’hui, les énergies renouvelables ne représentent que 14 % du mix énergétique mondial et elles représenteront que 19 % en 2040. L'Union européenne se fixe un objectif de 20 % de la consommation finale, brute, d'énergie en 2020. Les deux problèmes principaux sont le coût et l'intermittence. L'hydro-électricité, l'éolien, la géothermie profonde sont, sous certaines conditions, très compétitifs par rapport au nucléaire, la variable déterminante est le taux d'actualisation. On estime, par exemple, qu'avant 2020, le solaire photovoltaïque sera compétitif en France.

La deuxième difficulté, est celle de l'intermittence. Un réseau d'énergie doit être capable d'absorber, à certains moments, de grandes variations de la production d'énergie dans la journée. Il faudrait, idéalement, pouvoir stocker toute cette énergie. Cependant, la principale difficulté de notre réseau électrique est d'absorber les très fortes variations de la demande d'électricité, et non de l'offre. Il y a des solutions avec les nouvelles technologies, les smart grids, qui permettent de gérer très finement la demande. Cependant, à ce stade, nous n'avons pas le scénario du carburant 100 % renouvelable qui remplacerait l'essence.

La gouvernance 

L'Union européenne est un acteur indispensable de la transition énergétique, bien que les choix de mix énergétique restent largement du ressort des États membres. Son objectif central est de fournir une énergie sûre, abordable et respectueuse du climat. L'Union exerce trois fonctions principales en matière de politique énergétique et d'enjeu écologique ; 1) fixer des objectifs chiffrés ; 2) développer des instruments communs et 3) soutenir financièrement les États membres en matière de recherche et d'investissement.

La stratégie de l'Union européenne

La stratégie de l'Union européenne, adoptée en 2010, fixe des cibles chiffrées pour 2020 :

1. réduire les émissions de gaz à effet de serre d'au moins 20 % (40% en 2030) par rapport au niveau de 1990, 
2. de faire passer à 20 % (27 % en 20130) la part de l'énergie issue de sources renouvelables, 
3. d'améliorer de 20 % (27 à 30 % en 2030) l'efficacité énergétique, 

et, de plus,

1. d'atteindre 15 % d'interconnexion électrique en 2030 et 
2. à réduire de 80 à 95 % les émissions de gaz à effet de serre en 2050 par rapport au niveau de 1990 .

L'Union a été pionnière dans la mise en place d'instruments communs pour inciter les entreprises à réduire leurs émissions, comme l'étiquette énergie et le marché supranational d'émissions de CO2. L'étiquette énergie, créée en 1992 pour l'électroménager, s'est depuis étendue à de nombreux secteurs, dont l'automobile ou l'immobilier. Le marché supranational d'émissions de CO2, un mécanisme d'offre et de demande, reste largement controversé quant à son efficacité.

Le modèle énergétique français est assez spécifique en Europe, de par son caractère fortement centralisé, qui a émergé dans les années 50. Ce modèle reposant sur le contrôle central de la production d'électricité nucléaire a de limites quant à la transition énergétique. Il a été un frein puissant à la recherche et l'investissement dans des technologies plus locales, comme les énergies renouvelables et le stockage de l'énergie, et il a sous-estimé les échelles régionales et locales. L'enjeu en France sera de trouver le meilleur équilibre entre les forces du modèle centralisé et l'appropriation par les citoyens de leur consommation d'énergie, ce qu'encourage une vision locale et décentralisée.

L'Europe compte aujourd'hui plus de 2 400 coopératives d'énergies renouvelables. Ce système coopératif pousse les habitants à prendre en main la production d'énergie. Les citoyens renversent le système classique. Ce n'est plus la production qui détermine la consommation, mais la consommation qui détermine la production.

Le réseau intelligent ou le « smart grid » 

Et en 2050, les urbains seront 6,4 milliards, soit les deux tiers de l'humanité. Or la concentration de population sur un espace restreint pose de nombreux problèmes. Les plus importants dans le monde sont les problèmes d'eau et de déchets qu'il faut traiter. Les grandes agglomérations sont un défi pour les transports car les embouteillages sont une puissante source de pollution atmosphérique et de gaz à effet de serre.

Il faut densifier les villes pour réduire la demande de l’énergie, car, plus une ville est dense (Hong Kong) plus elle est économe en énergie, et plus elle est étalée (Houston), plus elle est énergivore. Il y a trois avantages et trois inconvénients à la densification par rapport à l'étalement urbain. L'urbanisation est coûteuse pour le particulier. Elle entraîne un surcoût du terrain au mètre carré de 15 à 30%. Elle augmente également le coût des services publics locaux. Et elle est un facteur de congestion, donc de pollution de l'air. Cependant, les réseaux urbains sont moins chers, la pression sur les espaces agricoles et la consommation d'énergie, donc les émissions de gaz à effet de serre, sont moindres.

Alors, on devrait construire des villes intelligentes dans leur conception et dotée de réseaux intelligents (des réseaux de transports, des réseaux d'eau, des réseaux d'énergie, ou encore des réseaux de déchets). Ce sont des villes

1. où les lieux d'habitation et d'emploi sont regroupés pour éviter les déplacements, 
2. où les espaces verts sont implantés afin de capter la pollution, 
3. où des quartiers pourraient partager des toits solaires et des voitures électriques et 
4. dont les logements seraient économes en énergie, et même producteurs d'énergie renouvelable. 

La grande difficulté, pour les réseaux électriques, est la pointe de consommation qui est souvent couverte par la mise en marche de centrales au charbon, c'est-à-dire l'énergie la plus polluante.

Les smarts grids sont une solution à la gestion de la pointe d'énergie, et une solution écologique pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Le smart grid est un réseau qui permet de faire circuler l'information, non seulement du producteur au consommateur, mais du consommateur au producteur. L'interconnexion totale des réseaux et des objets, que ce soit votre voiture, votre chauffage, votre réfrigérateur, posera des questions éthiques quant à la protection de la vie privée.