Le futur de l’énergie passe par davantage d’innovation

par Jean-Luc Dormoy - SPS n° 298, octobre 2011

L’énergie est au cœur de questions générales sur la crise, l’avenir de nos sociétés, l’avenir politique, le rôle de la science et de la technologie. Des affirmations plus ou moins étayées, mais relevant de la science ou de la technique et de son utilisation par les sociétés humaines, servent de pilier argumentatif. Outre apporter des rectificatifs point par point aux éventuelles inexactitudes, incompréhensions ou réelles impostures, il semble nécessaire d’éclairer les divers socles de conceptions en présence, et notamment sur leur attitude vis-à-vis du progrès technique et scientifique, et de son utilisation par les sociétés humaines. L’innovation technique en matière d’énergie est-elle à appeler de nos vœux, ou au contraire à redouter ? Y a-t-il un péché originel et irréductible au développement de la production et de la consommation énergétique, qu’il s’agirait donc de combattre ? Ou ce développement doit-il au contraire être amplifié, en analysant et corrigeant ses effets secondaires négatifs, notamment par l’emploi de la science et de la technologie ? Si l’innovation technologique est souhaitable, quels obstacles se dressent à sa mise en œuvre, et comment éclairer les choix politiques, économiques et financiers nécessaires ?

Une raréfaction inéluctable et souhaitable de l’énergie ?

Au centre des discussions actuelles autour de l’énergie, on trouve la question de la quantité d’énergie disponible pour l’humanité : est-il souhaitable, nécessaire, possible, légitime de l’augmenter significativement ?

Une des grandes tendances à la mode est de répondre par la négative. C’est le propos notamment des partisans de la décroissance.

Pour eux, chercher à accroître la quantité d’énergie disponible n’est pas souhaitable, car cela abrègerait immanquablement la disponibilité de ressources finies et non renouvelables ; en outre, cela aurait des effets contreproductifs massifs, notamment sur le réchauffement climatique. Ces futurs négatifs sont supposés se produire quoi que l’on fasse, ils ont la force d’une démonstration mathématique à travers un modèle prédictif : effondrements résultant du modèle du Club de Rome (voir encadré) et de ses descendants, inévitabilité, voire actualité immédiate, du peak oil (point à partir duquel la production de pétrole va inexorablement baisser par raréfaction et extinction des gisements). Ils prennent aussi la forme de la catastrophe inévitable1. Ivan Illitch constitue une des références pionnières reconnues2.

Accroître la quantité d’énergie disponible ne serait pas nécessaire car une alternative existerait, celle d’une société sobre en énergie. Ce que cela signifie est plus ou moins vaste, d’une amélioration de l’efficacité énergétique à une réorganisation complète de la société, avec une diminution drastique des transports, de la production, des loisirs, etc.

Les arguments démontrant l’impossibilité de cet accroissement s’appuient tous sur deux présupposés : (1) les ressources naturelles sont de toute façon finies, quel que soit le procédé de production énergétique utilisé ; (2) on n’a rien trouvé, et on ne peut rien trouver, comme substitut massif aux énergies fossiles (par exemple, l’essence des voitures est une source d’énergie dont le caractère stockable et transportable est présenté comme inégalable pour les transports3).

Le club de Rome

Le Club de Rome est un groupe de scientifiques, d’économistes, d’industriels et de fonctionnaires de plus de 50 pays fondé en 1968 par Aurelio Peccei, à l’époque un dirigeant de Fiat. Le document de référence du Club de Rome est Limits to Growth, publié en 1972, qui décrit les futurs possibles de l’Humanité au XXIe siècle à partir d’un modèle mathématique dynamique baptisé World3. Ce modèle regroupe quelques variables-clés dans un modèle à base d’équations différentielles, comme la population, la production agricole, industrielle, le niveau de pollution, et dans certaines versions le progrès technologique. Il a été élaboré au MIT par une équipe dont des membres les plus éminents furent le couple Dennis et Donella Meadows.

Tous les scénarios étudiés et simulés conduisent, à un horizon pratiquement invariable d’une centaine d’années, à un effondrement de la production agricole et industrielle et, de façon générale du développement humain, notamment de la population. La raison principale en est la prédominance in fine des effets contreproductifs, cristallisés dans la variable pollution, et la limite finie et indépassable des ressources naturelles.

Le Club de Rome est toujours actif, et de nouveaux rapports ont repris, en l’actualisant, le rapport Limits to Growth et le modèle World3 sous-jacent. De nombreuses critiques méthodologiques et de fondement ont été émises sur ce travail, notamment sur les hypothèses de croissance exponentielle de la population, du capital disponible et de la pollution, alors que le progrès technologique ne croît que par incréments discrets et linéaires.

http://www.clubofrome.org/

Enfin, il y aurait une légitimité supérieure de l’environnement, de la nature, de la planète, ou a minima des générations futures. Au cœur de cette affirmation, il y a le présupposé que toute industrie humaine dégrade de façon irréversible le milieu naturel, supposé intrinsèquement bon.

Un certain nombre d’éléments viennent en appui de ces points de vue : les ressources fossiles sont effectivement finies, et l’horizon de leur épuisement, s’il est discutable, n’en est pas moins visible à l’échelle de quelques décennies ou siècles. Le réchauffement climatique, dont il est avéré qu’il est causé par le rejet de gaz carbonique issu de la combustion de produits carbonés fossiles – même si son ampleur, son horizon temporel et ses conséquences sont incertains – est gros de conséquences néfastes. Les accidents – marées noires, accidents nucléaires – mettent en cause le passage à une échelle supérieure de l’exploitation de certaines filières énergétiques dans des conditions de sûreté acceptables.

Ceux qui répondent de façon opposée à toutes ces questions se font rares de nos jours, au moins en Europe, donnant le sentiment que les tenants d’une poursuite des progrès dans la maîtrise par l’homme de l’énergie sont contraints à une attitude défensive. Cela n’est pas vrai sur d’autres continents, par exemple aux États-Unis, les créateurs de l’industrie des technologies de l’information et de l’Internet investissent le domaine de l’énergie, avec un point de vue, naturel pour eux, qu’il s’agit de mettre à disposition de l’Humanité des ressources d’une magnitude supérieure à aujourd’hui. Ce n’est bien sûr pas le cas non plus des pays émergents qui, loin des débats théoriques ou de salon, répondent tout simplement avec les moyens existants aux besoins immenses des populations et des pays.

Un point de vue humaniste sur les questions énergétiques

Bob Metcalfe, le créateur d’Ethernet et de la société 3Com, et un des financeurs de Cisco (entreprise leader des équipements de réseau de l’Internet), pose ainsi la question : que ferions-nous de 10 fois plus d’énergie qu’aujourd’hui ? Pour montrer comment la réponse à cette question peut dépendre du type de société où l’on vit, il suggère, d’une façon que l’on pourrait qualifier de futile, que cela permettrait d’envoyer 500 millions de personnes chaque année passer un week-end sur la Lune. Mais il apporte aussi une réponse qui l’est moins : cela permettrait de fournir à tout être humain de l’eau pure et saine en quantité correspondant au standard américain d’aujourd’hui, soit 400 litres par jour. Bien sûr, on peut discuter pour savoir si 400 litres ce n’est pas un peu trop ; on peut aussi sans doute améliorer le procédé retenu pour ce calcul de coin de table – en l’occurrence faire bouillir l’eau ! Cela souligne en passant que le problème de l’eau, mentionné comme un des grands problèmes à venir, revient en réalité à un problème d’énergie. Mais cela montre aussi et surtout qu’une augmentation massive de la quantité d’énergie disponible peut être éminemment souhaitable afin de ne pas condamner la majeure partie de l’Humanité à des conditions de misère matérielle et de sous-hygiène.

Entre la Lune et la simple disponibilité d’eau pure, il y a évidemment l’ensemble du développement humain : la culture, la communication, la connaissance, l’échange. Ainsi, la pyramide de 4Maslo4, qui prétend qu’il faut d’abord satisfaire les besoins humains basiques avant de penser à ceux qui sont plus « élaborés », doit être inversée : un être humain est pensant, qu’il ait ou non l’électricité – mais il l’est plus facilement lorsqu’il l’a. Souhaiter aller sur la Lune fait aussi partie de l’être humain !

Un tel point de vue humaniste, quelles que soient les nuances préférées de chacun, répond donc par la positive à la nécessité d’augmenter la quantité d’énergie disponible. En premier doivent être mis les besoins humains. D’ailleurs, il ne s’agit pas de décider à la place des personnes, des peuples,

quelles que soient leurs cultures : plutôt que d’imposer des réponses aboutissant au maintien dans la misère d’une large partie de l’Humanité à partir de son confortable appartement parisien ou de sa maison ancienne, non moins confortablement restaurée, demandons-leur leur avis. En fait, ils ont commencé à le donner, sans attendre l’autorisation.

Cela a des conséquences sur les développements énergétiques qui doivent être entrepris : les solutions proposées doivent passer à l’échelle d’une humanité de 8 à 10 milliards d’êtres humains, et pas seulement à sa fraction des pays dits riches.

Et les effets négatifs ?

L’hypothèse implicite des opposants à l’augmentation de l’énergie disponible est que les conséquences négatives sont en définitive dominantes, et ne peuvent pas être évitées. Disons-le, il s’agit d’idéologie. Il y a tout d’abord tromperie à affirmer qu’un procédé, s’il peut générer des effets négatifs, mêmes s’ils sont très peu probables, et même si ces conséquences pourront être évitées à l’avenir, doit être interdit : c’est le principe de précaution. La civilisation humaine ne s’est pas construite de cette façon, chaque innovation a créé des conditions négatives d’utilisation, potentielles ou intrinsèques, mais qui ont pu être surmontées. Soulignons qu’il n’y a pas non plus, à notre sens, de principe opposé au principe de précaution, qui garantisse que l’on s’en sorte toujours : c’est une des raisons de fond de la nécessité de l’exposé clair et, si nécessaire, public des éléments de choix.

C’est, par exemple, le cas de la non renouvelabilité des énergies fossiles. Il n’y a probablement pas de raison de principe interdisant la substitution d’énergies renouvelables à celles qui ne le sont pas – on croirait parfois être revenu au débat sur l’impossibilité du vol pour les plus lourds que l’air. Pour autant, l’utilisation du charbon puis du pétrole, a constitué historiquement, et constitue toujours, un vecteur et une étape essentiels du développement humain et de la civilisation. Si l’utilisation de ces énergies devient illégitime, quelles qu’en soient les raisons, elle l’a néanmoins été, et a permis d’atteindre un seuil où l’on peut poser et résoudre les conditions permettant de s’en passer. Et elle le restera pour en instrumenter l’effort.

Il est probable qu’il faille aujourd’hui investir massivement dans la mise au point et le déploiement de technologies renouvelables. Cela ne concerne d’ailleurs pas que l’énergie, mais l’ensemble des cycles d’utilisation de ressources naturelles. Par exemple, on l’a déjà souligné, l’eau devra être fabriquée. C’est déjà le cas dans une certaine mesure dans les pays développés, car il est rare que l’eau arrivant sur notre évier ne soit pas passée par un traitement, ou un retraitement. Le développement de technologies de désalinisation, accompagné d’une baisse massive des prix, est probablement la meilleure solution. Au regard des volumes prévisibles, le prélèvement sur les océans sera infinitésimal, et ne posera pas de problème, la renouvelabilité n’est donc pas une question absolue, mais de viabilité des cycles économiques humains, intégrés aux cycles naturels ainsi modifiés. On en viendra aussi, probablement, à fabriquer la plupart des matériaux. C’est déjà le cas pour les plastiques ou des matériaux plus complexes, mais ceux-ci sont aujourd’hui à base de pétrole. Les promesses des nanotechnologies et de la biologie synthétique balbutiante, si elles se réalisent, pourraient à la fois apporter des solutions bien plus vastes que celles existantes, et repousser les limites des ressources naturelles fossiles. Permettons-nous un pronostic que nous sommes probablement trop vieux pour voir se réaliser : la prochaine « grande limite naturelle » sera de manquer de carbone – y compris sous forme CO2, que l’on saura utiliser comme matière première.

En résumé, si le doute sur la légitimité d’un accroissement de l’énergie disponible vient de l’opposition entre les besoins souhaitables et les conséquences néfastes inévitables, on y répond en construisant de façon pratique des solutions satisfaisant les uns en écartant les autres.

Le débat se concentre donc in fine sur la possibilité d’augmenter la quantité d’énergie disponible, tout en résolvant les problèmes posés par les technologies existantes. En outre, personne ne peut contester, à moins d’avouer des conceptions cachées, que si cela est possible, alors c’est souhaitable – à condition bien sûr d’écarter la tromperie du principe de précaution.

Et l’efficacité énergétique ?

Améliorer l’efficacité énergétique, c’est-à-dire faire la même chose avec moins d’énergie, est souvent opposé aux besoins de plus d’énergie, ou est présenté comme la solution à l’avenir énergétique.

Il est évident que l’efficacité énergétique fait partie des outils à disposition ou à construire. Cela n’est pas nouveau, certains ont ainsi essayé d’estimer l’amélioration de cette efficacité depuis la machine à vapeur, et ont trouvé5 des gains d’un facteur 7.

Mais il y a une autre tromperie derrière cette référence exclusive à l’efficacité énergétique, que l’on peut expliquer à partir de l’effet rebond. L’effet rebond est une notion imaginée par Jevons, un économiste anglais du XIXe siècle, successeur intellectuel de Malthus face à la révolution industrielle, et s’appelle donc paradoxe de Jevons. L’idée de base est que l’amélioration de l’efficacité de consommation d’une ressource ne diminue pas la consommation de cette ressource, mais au contraire l’augmente. Pour l’énergie, cela signifie que l’amélioration de l’efficacité énergétique entraîne une augmentation de la consommation de celle-ci. Comme cela n’est pas considéré comme souhaitable par les tenants d’une baisse absolue de la consommation énergétique, ils parlent de sobriété énergétique plutôt que d’efficacité.

Jevons avait en effet constaté dans son livre de 1865, Sur la question du charbon, que la consommation anglaise de charbon avait fortement augmenté après l’introduction par James Watt de sa machine à vapeur, bien plus efficace que celle de Newcomen.

Jevons a largement développé sa théorie, et projeté cet accroissement – exponentiel – de la consommation de charbon dans l’avenir, jusqu’en 1961, pour constater que les ressources de toute l’Angleterre, et même du monde, ne suffiraient pas à la couvrir. Avec le vocabulaire d’aujourd’hui, on parlerait de peak coal. Il imaginait même de mobiliser l’ensemble des ressources charbonnières de la planète pour alimenter la soif inextinguible de l’Angleterre, dont l’exploitation serait in fine limitée par des rendements décroissants, notamment de leur transport. Jevons s’est bien sûr trompé, pour deux raisons :

  1. Il faut distinguer ressource et usages de cette ressource ; on peut aussi parler d’infrastructure et de services rendus par cette infrastructure dans d’autres domaines ; cela est particulièrement vrai pour les ressources génériques, aux multiples applications, comme l’énergie, ou l’information.
  2. C’est ignorer l’innovation technologique, qui a rendu possible, sur la base de la création de richesse permise par l’économie du charbon et de ses applications, le développement de nouvelles formes d’énergie, notamment basées sur le pétrole.

En réalité, ce qui est présenté comme un paradoxe n’est qu’un sophisme, et l’effet rebond n’est pas à rejeter mais au contraire à souhaiter : l’amélioration de l’accès à une ressource – et notamment son prix – permet un développement de ses usages. C’est la révolution industrielle qui a fourni les ressources techniques permettant d’améliorer les déplacements, l’hygiène de vie – il faisait 12°C l’hiver dans un appartement londonien au XIXe siècle – le retraitement des déchets, les conditions sanitaires, une nourriture saine et abondante, etc. Le passage au pétrole a permis de mettre des « nations entières sur des roues » avec la révolution automobile, et pas seulement les quelques dizaines de millions d’habitants du Royaume-Uni – qui ne profitaient pas tous de la révolution industrielle au XIXe siècle d’ailleurs, loin de là.

Et, point clé, c’est la richesse acquise grâce à la technologie du charbon qui a fourni les ressources pour développer celle du pétrole. Le développement appelle le développement – et la préservation des ressources naturelles à travers le passage à d’autres technologies. La décroissance n’appelle que la misère malthusienne.

Or, Jevons se limitait aussi bien à la technologie de base du charbon et de la machine à vapeur qu’aux usages qu’il connaissait. La « sobriété énergétique » d’aujourd’hui se limite aux usages énergétiques connus, qui sont insuffisants pour l’ensemble de l’humanité, alors qu’il s’agit de donner la possibilité de les étendre.

Quelle innovation technologique, et comment ?

L’innovation technologique est donc nécessaire à la résolution des problèmes énergétiques. En réalité, on devrait l’inclure par principe dans les modèles d’affaires, les modèles économiques (business models) et les projections qui sont faites à moyen et long terme, ce qui est très peu pratiqué aujourd’hui.

Un autre domaine industriel s’est développé sur un tel cycle d’innovation systématique et en a fait la base de ses circuits financiers et de décision : les technologies de l’information. Avec la loi de Moore qui, pour simplifier, fournit deux fois plus de puissance de calcul tous les 18 mois, un « effet rebond » ou « paradoxe de Jevons » est sciemment recherché. L’industrie détruit systématiquement les conditions d’installation d’une rente avant qu’elles ne soient réunies, et ouvre en permanence la place pour de nouvelles applications, de nouveaux marchés, etc. Un public de plus en plus large – deux êtres humains sur trois ont aujourd’hui un téléphone cellulaire – a appris les bases et adopté ces nouvelles technologies : le progrès technologique n’est pas le fait d’un petit groupe d’ingénieurs s’imposant au monde, il est massivement compris et adopté par des millions d’utilisateurs humains, ayant acquis la connaissance nécessaire. Savoir quelles applications sont souhaitables relève aujourd’hui essentiellement du marché, on peut estimer que des choix de société sont également nécessaires. Mais ces développements technologiques ouvrent massivement les choix possibles.

On devrait donc avoir dans l’énergie des projections semblables, avec la formation progressive d’une feuille de route, à l’instar de celle de l’ITRS6 pour l’électronique silicium, qui rythmerait les objectifs d’amélioration technologique de la production, du transport, du stockage et de la consommation d’énergie. Si elle est équilibrée entre ambition et réalisme, une telle feuille de route fournit un cadre de promesse technologique qui permet d’engager les financements et les décisions à la fois de recherche et développement des technologies de base, des applications et des déploiements.

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Car un autre type de barrière s’élève face à la résolution de nos problèmes énergétiques, qui est ce qu’on pourrait appeler l’allocation des ressources. Un pur financier ne peut pas faire plus que d’élaborer des plans à technologie constante. Notre expérience professionnelle autour des systèmes électriques intelligents, qui mêlent électricité et technologies de l’information, est que les acteurs demandent des plans à trente ans à technologie constante. Pour des technologies de l’information, voilà un véritable paradoxe. La concentration de la décision d’allocation des capitaux chez un petit nombre d’acteurs purement informationnels et financiers ne permet pas de juger de la pertinence de plans de développement technologique – et n’associe pas non plus le citoyen aux choix.

Quelles technologies ?

Les lecteurs de l’article attendent sans doute que l’on en vienne aux technologies. Nous ne le ferons pas dans le détail, c’est une question complexe, mais nous évoquerons deux sujets.

Tout d’abord, le nucléaire. Le nucléaire tel qu’il a été développé à ce jour a représenté une réponse adéquate à l’échelle de son utilisation : environ 16 % de la production d’électricité dans le monde, par un peu moins de 500 réacteurs. L’utilisation est à une échelle suffisante pour profiter de coûts bas. La technologie présente un risque – comme toute technologie – mais calibré par rapport à son utilisation : le bilan humain des trois accidents majeurs à ce jour a été effectivement très en dessous de celui d’autres technologies dans d’autres domaines.

Si on va vers deux, trois, dix fois plus d’énergie qu’aujourd’hui, est-ce que la technologie actuelle tient le passage à l’échelle ? Probablement pas, car les risques et les conséquences seraient alors inacceptables et non acceptés. On peut donc comprendre de ce point de vue les réactions du public et d’un certain nombre de pays, qui souhaitent s’orienter vers de nouvelles technologies, nucléaires ou non. Il est donc temps de changer de technologie, et d’ailleurs le programme nucléaire français, par exemple, avait à l’origine prévu des financements pour développer et déployer ces technologies à venir – le parc était construit pour trente ans.

Il ne s’agit pas ici d’analyser et juger des technologies susceptibles d’émerger : troisième génération (dont un prototype est le réacteur EPR), qui constitue une amélioration de la seconde, c’est-à-dire l’actuelle ? Quatrième génération (qui peut être à base de surgénérateurs, mais d’autres technologies sont également étudiées dans le monde), dans un délai plus lointain, visant à dépasser l’horizon des ressources naturelles en uranium ? Ou technologies de rupture, comme celles développées par un certain nombre de société innovantes aux États-Unis, par exemple ?

Nous ne l’analysons pas ici, mais ces développements technologiques seront indispensables. La question de leur financement est néanmoins posée dans un contexte difficile, où on a le sentiment de ne pas avoir fait preuve ces dernières années de toute la prévoyance d’une loi de Moore, nous conduisant à une situation ou nous sommes confrontés à des défis pour lesquels nous ne sommes pas prêts. Mais l’énergie nucléaire comme énergie primaire, sous une forme ou une autre, représente certainement une partie de l’avenir énergétique.

Un autre exemple est celui des renouvelables. Là aussi, il faut penser des solutions à l’échelle des besoins et des aspirations humains. Par ailleurs, les renouvelables sont... renouvelables, et permettent donc à la fois d’attaquer la question de la limitation in fine de ressources fossiles, et des effets négatifs de la prolongation excessive de leur utilisation. Les renouvelables sont aujourd’hui chers. Bien sûr ! Il faut les améliorer, et établir un cycle vertueux d’amélioration et de déploiement. Cela ne se fera pas sans le public et les utilisateurs. Entendons-nous : pas seulement en Europe, aux États-Unis et au Japon, mais sur tous les continents. D’ailleurs, la question de l’équité des échanges et de l’accès aux ressources – quelle contrepartie pour le soleil du Sahara alimentant l’Europe, par exemple ? – se posera également de façon... renouvelée. Soulignons que les technologies renouvelables nécessiteront le développement conjoint de deux vecteurs technologiques : le stockage d’énergie, et notamment d’électricité, et l’intelligence à l’échelle de milliards de composants et d’acteurs du système énergétique.

Conclusion

Il n’est pas possible d’aborder les questions de l’avenir énergétique sans évoquer celles des objectifs souhaitables, et des ressources technologiques nouvelles qu’il va falloir développer pour y parvenir. Dans ce cadre, il est nécessaire d’éclairer le public et les décideurs sur ce que la science et la technologie peuvent éventuellement faire ou ne peuvent pas faire, sciences humaines comme l’économie et l’histoire incluses.

1 Jean-Pierre Dupuy, Pour un catastrophisme éclairé, éditions du Seuil, 2004.

2 Ivan Illitch qui considérait également l’École et le système de santé comme des systèmes finalement plus contreproductifs que bénéfiques, et qui appelait à leur suppression, voir par exemple Une société sans école, Seuil 1971, ou Némésis médicale, Seuil 1975.

3 Yves Cochet, Entropia, n° 3, Tout ce qui croît décroîtra. (Entropia se présente comme la « revue d’étude politique et théorique de la décroissance »).

4 Pyramide de Maslow (Maslow’s hierarchy of needs), http://en.wikipedia.org/wiki/Maslow....

5 Par exemple Angus Maddison. Contours of the World Economy 1-2030 AD : Essays in Macro-Economic History, OUP Oxford, September 2007.

6 L’International Technology Roadmap for Semiconductors est une organisation regroupant la communauté industrielle et scientifique internationale de la microélectronique créée en 1999 et qui publie un document de référence du même nom et remis à jour régulièrement. Ce document met en lumière les principales barrières au développement de nouvelles générations de composants de manière à respecter un cycle d’évolution suivant la loi de Moore et planifie à échéance d’une dizaine d’années les progrès technologiques attendus et espérés en micro et nanoélectronique. Il est à la base des décisions de financement de la R&D pour y parvenir, des investissements productifs (« fabs », ou usines fabriquant des puces, extrêmement coûteuses), et en avance de phase des nouveaux domaines applicatifs susceptibles d’être ouverts. http://www.itrs.net

Mis en ligne le 31 mars 2012
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