Essor et déclin des civilisations – une approche énergétique

Quand on pense au financement de la transition écologique la thématique de l’énergie est très certainement celle qui capte le plus notre attention. L’énergie est définie en physique comme la capacité d’un système à changer d’état. Les sociétés humaines ont recours à différentes sources d’énergies primaires, accessibles gratuitement dans la nature : fossiles, uranium, vent, soleil, etc., afin de les transformer en énergies finales qui sont ensuite valorisées dans notre système économique. La corrélation entre croissance économique et consommation d’énergie est presque parfaite comme le montre le tableau 1. Le futur de notre économie est donc intrinsèquement lié à celui de l’énergie.

Va-t-on manquer de pétrole ?

Quelle panique alors quand une multitude d’acteurs nous annoncent la fin programmée des énergies fossiles qui représentent aujourd’hui 80% de notre consommation énergétique. En 2010, le « World Energy Outlook » de l’IEA admet même que le pic de pétrole conventionnel aurait déjà été dépassé… en 2006. Pourtant ces informations semblent contradictoires avec certains faits observés depuis. La production de pétrole est restée constante depuis 2006 voire a légèrement augmentée si on fait abstraction de la période covid-19 selon l’IEA. D’après le site internet connaissance des Énergies, on observe même que les réserves prouvées de pétrole ont augmentées de 25% entre 2004 et 2014.

La sémantique est ici très importante. Quand on parle de pic pétrolier, on parle en réalité d’un pic de production dont l’origine est économique et non pas géologique. En moyenne le taux de récupération d’un puit de pétrole se situe entre 35% et 45% ce qui signifie que que le moteur économique d’exploitation d’un puit n’est pas la présence ou non de la précieuse matière mais le niveau de rentabilité de celle-ci.

Donc pas d’inquiétude, nous ne risquons pas de manquer de pétrole. Il existe de nombreuses réserves de pétrole encore inexplorées et on peut compter sur des alternatives aux source conventionnelles afin d’obtenir du pétrole : pétrole et gaz de schiste, gaz de mine, pétrole d’eaux profondes, pétrole arctique, pétrole lourd, sables bitumineux. Et quand bien même on venait à manquer de ses ressources il est possible de créer du pétrole à partir de n’importe quelle matière carbonée par un processus d’hydrogénation connu depuis le début du 20^ème siècle. Quelle aubaine !

Un pic pétrolier amorcé par une hausse des investissements et une baisse des rendements énergétiques

Mais le pic pétrolier est bien réel car à mesure que les puits ou sources de pétrole les plus rentables sont exploités, les investissements nécessaires à maintenir un niveau de production équivalent ne cessent d’augmenter. Quand on dit que le pétrole vient à manquer, il s’agit d’un abus de langage. Il faut dire que la rentabilité du pétrole diminue.

La rentabilité d’une énergie peut être abordée selon deux approches :

• une rentabilité économique que l’on mesure par une unité de compte, généralement en dollar à ROI (Return on Investment) ;
• une rentabilité physique qui est le rapport entre l’énergie totale nécessaire afin de faire fonctionner l’exploitation de la source d’énergie et l’énergie totale produite disponible à l’usageà EROI (Energy Return on Investment).

Pour les raisons évoquées plus haut on peut raisonnablement s’attendre à ce que le EROI du pétrole conventionnel baisse avec le temps. Une analyse de (Guilford, 2011) montre que le EROI mondial au niveau de la production de pétrole et de gaz est passé de 20 en 1919 à 11 à la fin des années 2000 et que le EROI pour la découverte de nouveaux gisements est quant à lui passé de 1200 à 5 de 1919 à 2010. Autrement dit on trouve plus difficilement des gisements, et les gisements exploités demandent plus d’énergie et d’investissements.

Le tableau 3 présente le EROI de différentes sources d’énergies sur leur cycle de vie en prenant en compte le coût de stockage pour les énergies intermittentes solaires et éoliennes. On peut voir que le EROI en fonction des sources énergétiques est très inégal avec un clair avantage pour les énergies nucléaires, hydrauliques, et fossiles comparés aux énergies renouvelables qui sont amenées à les remplacer dans le cadre de la transition écologique actuelle.

Type d’énergie d’une centrale type :	EROI
Nucléaire	75
Hydro	35
Charbon	30
Gaz naturel	28
Bio-carburant	3.5
Eolienne	3.9
Solaire	1.6

Quel lien entre EROI et civilisation ?

Maintenant que nous avons vu que la rentabilité physique des énergies fossiles baissait avec le temps et que celui de ses potentiels substituts était de fait très inégaux on peut se demander quel est l’impact d’une telle découverte sur nos sociétés.  « Une société doit avoir un excédent énergétique afin qu’il y ait une division du travail, la création de spécialistes, le développement urbain, ainsi qu’un surplus d’énergie substantiellement plus important afin de permettre une large répartition des richesses, des arts, de la culture et d’autres avantages sociaux. » (Hall, 2014). Pour schématiser l’idée exprimée ici on peut dire que plus le surplus d’énergie est élevé plus il sera possible de produire des biens et services et, potentiellement, une production qui augmentera le bien-être des populations.

Une société hypothétique dont le EROI au niveau national (« EROI of a society » dans la littérature scientifique) serait de 100 verrait 99% de son énergie générée distribuée à la société. Avec un EROI de 2, la moitié de l’énergie générée par la société serait utilisée pour alimenter la machine énergétique, et avec un EROI de 1… il ne reste plus rien à distribuer. (Tableau 4)

Dans l’étude de Lambert intitulée « Energy, EROI and quality of life », une étude approfondie des relations entre EROI pour la société et un index comprenant différents indicateurs de développement humain (Lambert Energy Index) précise la relation que le EROI peut entretenir avec ces fameux surplus classés selon une hiérarchie des besoins énergétiques inspirée de la fameuse pyramide des besoins de Maslow (Tableau 5). Il est mis en avant dans l’étude que les « économies développées » ont généralement un EROI supérieur à 20, et qu’un surplus d’EROI au-delà de ce seuil n’a pas d’effet significatif pouvant entrainer une hausse des indicateurs de développement humain. En revanche une étude complémentaire effectuée par des chercheurs français met en évidence qu’une économie comme les États-Unis ne serait probablement plus structurellement capable de maintenir son développement avec un EROI inférieur à 11 (Fizaine, 2016). D’autres théories encore spéculent sur l’essor de notre civilisation industrielle résultant de la hausse du EROI permis par l’exploitation des énergies fossiles comme le charbon, ou au contraire la chute de civilisation comme Rome pourrait être analysé sous l’angle du rendement énergétique (Homer-Dixon).

Quoi qu’il en soit, la mesure de la rentabilité physique nous permet de mesurer le lien que nos sociétés entretiennent avec sa consommation énergétique. Le faible EROI des énergies renouvelables interpelle sur le modèle de société qui pourrait advenir dans un scénario où notre mix énergétique serait composé à 100% de celles-ci. Évidemment le EROI est un indicateur controversé car les méthodes de calculs utilisés pour comparer les différentes énergies sont disparates, avec souvent des échantillons trop faibles ou non représentatifs du mix énergétique mondial ou bien d’une société donnée. Il n’est également pas impossible que le EROI des énergies renouvelables augmente vers des niveaux plus acceptables du fait de l’engouement (et investissements) dont elles font l’objet. Plus encore, le EROI ne se confond pas avec la rentabilité économique d’une énergie bien qu’elle lui soit évidemment lié. Le EROI est encore moins une mesure de la désirabilité d’une énergie. Les énergies fossiles malgré leur EROI très élevé, et cela malgré leur déclin, ne sont plus acceptable socialement du fait de leurs rejets de gaz à effet de serre élevés qui font peser aux sociétés des risques et dommages probablement plus élevés qu’elles ne peuvent fournir de solutions. Le nucléaire n’est également pas une solution miracle non plus car certaines études critiques estiment que son EROI ne pourrait pas dépasser 14 et les délais de construction et planification nécessaires à la mise en exploitation d’une centrale ne permet pas de réduire les émissions à un niveau acceptable d’ici 2030, sans compter les problèmes de sécurité ou de stockage des déchets radioactifs les plus dangereux, dont les solutions comme le projet d’enfouissement Cigéo n’a toujours pas été adopté par les autorités françaises.

Bibliographie :

Connaissance des Énergies. (2016, 15 décembre). Réserves de pétrole dans le monde. Consulté le 4 avril 2022, à l’adresse https://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/reserves-de-petrole-dans-le-monde

Fizaine, F., & Court, V. (2016). Energy expenditure, economic growth, and the minimum EROI of society. Energy Policy, 95, 172‑186. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2016.04.039

Guilford, M. C., Hall, C. A., O’Connor, P., & Cleveland, C. J. (2011). A New Long Term Assessment of Energy Return on Investment (EROI) for U.S. Oil and Gas Discovery and Production. Sustainability, 3(10), 1866‑1887. https://doi.org/10.3390/su3101866

Hall, C. A., Lambert, J. G., & Balogh, S. B. (2014). EROI of different fuels and the implications for society. Energy Policy, 64, 141‑152. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2013.05.049

Lambert, J. G., Hall, C. A., Balogh, S., Gupta, A., & Arnold, M. (2014). Energy, EROI and quality of life. Energy Policy, 64, 153‑167. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2013.07.001

Weißbach, D., Ruprecht, G., Huke, A., Czerski, K., Gottlieb, S., & Hussein, A. (2013). Energy intensities, EROIs (energy returned on invested), and energy payback times of electricity generating power plants. Energy, 52, 210‑221. https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.01.029