Énergie, choix de développement et futur climatique

L’unité officielle de l’énergie est le joule, mais on peut utiliser d’autres unités selon le type d’énergie.

• Pétrole : tonne d’équivalent pétrole (tep).
• Charbon : tonne d’équivalent charbon (tec).
• Électricité : kilowatt-heure (kWh).

Pour mesurer l'énergie produite à l'échelle mondiale, il est courant d’utiliser des préfixes pour indiquer les multiples.

Afin de comparer les unités de base (le joule, le Mtep ou le kWh), il existe des coefficients de conversion.

L’énergie consommée par l’utilisateur est produite à partir d’une énergie primaire.

Il est possible de convertir une énergie primaire (comme le gaz) en énergie secondaire (comme l’électricité).

Les énergies primaires utilisées dans le monde proviennent d’une diversité de sources d’énergie, de stock ou de flux.

• L’énergie de stock est stockée dans des gisements et elle est non renouvelable à l’échelle humaine (combustibles fossiles, uranium).
• L’énergie de flux est non stockable et elle est renouvelable : elle est formée grâce aux mouvements de matière comme l’air ou l’eau, grâce aux rayonnements solaires ou encore grâce à la géothermie.

La consommation d’énergie primaire est très inégalement répartie selon la richesse des pays et des individus.

Les pays dits développés (majoritairement dans l’hémisphère nord) sont les plus gros consommateurs d’énergie par habitant et les pays en voie d’émergence (majoritairement dans l’hémisphère sud) sont les moins consommateurs.

La consommation d’énergie primaire mondiale a plus que doublé depuis 1973. Cette croissance est directement liée au modèle industriel de production et de consommation des sociétés.

Les pays émergents, comme la Chine par exemple, consomment de plus en plus d’énergie et le charbon est souvent l’une des principales sources d’énergie de ces pays.

À l’échelle mondiale, l’utilisation des combustibles fossiles domine (85,2 % de l’énergie totale, soit 11 511 Mtep en 2017).

En moyenne mondiale, l’énergie primaire est utilisée de manière égale par le secteur industriel, les transports, le secteur de l’habitat et dans une moindre mesure par le secteur agricole.

À l’échelle d’un pays, la répartition de la consommation par type d’énergie peut varier en fonction des équipements du pays, de ses ressources, des besoins des populations, etc.

À l’échelle individuelle, on consomme principalement de l’énergie électrique, qui est une énergie dite secondaire.

La répartition de la consommation d’électricité varie fortement d’un foyer à un autre, car elle dépend des équipements électriques du logement, de leur entretien ainsi que des pratiques individuelles du foyer.

Répartition de la consommation d’électricité par les Français
selon le type d’utilisation en 2018

Les principales utilisations de l’électricité par les français dans leur foyer sont le chauffage, la cuisine et l’eau chaude.

La consommation mondiale d’énergie fait majoritairement appel aux combustibles fossiles, qui sont la principale cause du réchauffement climatique.

Cette réaction nécessite un apport d’énergie pour se produire : c’est l’énergie d’activation.

L’absence de l’un de ces trois éléments empêche la combustion de se réaliser.

Quand il y a assez de dioxygène (excès), on dit que la combustion est complète. Les éléments carbone C, hydrogène H et parfois oxygène O réagissent entièrement et la réaction de combustion produit du dioxyde de carbone CO₂ et de l’eau H₂O sous forme gazeuse.

Il est intéressant de comparer la masse de CO₂ produite par unité d’énergie dégagée pour différents combustibles, afin de comparer leur impact sur l’environnement.

En connaissant l’équation de la réaction de combustion du combustible, sa masse atomique et l’énergie massique qu’il dégage, on peut évaluer :

• la masse de CO₂ produite par kg de combustible brulé ;
• la masse de CO₂ produite par unité d’énergie dégagée (en joules) pour un combustible.

Il faut appliquer la formule suivante.

Grâce à l’étude de l’équation de la réaction chimique qui est fournie, on cherche le nombre N_CO2 de molécules de CO₂ produites pour une molécule de combustible brulé.

On peut alors déterminer la masse m_CO2 (1 g) de CO₂ produite pour 1 g de combustible brulé, en appliquant la formule suivante.

avec : mCO2 (1 g) la masse de CO2 produite pour 1 g de combustible brulé, en grammes (g) NCO2 le nombre de molécules de CO2 pour 1 g de combustible brulé, sans unité MCO2 la masse atomique d’une molécule de CO2, en grammes (g)

Il faut appliquer la formule suivante. 

avec : mCO2 (unité) la masse de CO2 produite par unité d’énergie dégagée pour le combustible étudié, en grammes (g) mCO2 (1 g) la masse de CO2 produite pour 1 g de combustible brulé, en grammes (g) L l’énergie massique dégagée pour 1 g de combustible brulé, en joules (J)

90 % de la pollution atmosphérique est causée par les activités humaines (industries, transports, centrales thermiques, chauffage domestique, incinération des ordures ménagères, etc.).

La combustion de ressources fossiles et de biomasse libère du CO₂ et d’autres polluants atmosphériques, dits polluants primaires, comme :

• le monoxyde d’azote (NO) ;
• le dioxyde d’azote (NO₂) ;
• le dioxyde de soufre (SO₂) ;
• la suie ;
• des particules fines ;
• des aérosols.

Des polluants secondaires se forment à cause de réactions chimiques entre certains gaz dans l’atmosphère : l’ozone O₃ en est un exemple.

Une étude épidémiologique a permis de montrer que la présence de polluants atmosphériques est un réel danger sur notre santé, avec un risque de mortalité plus élevé.

Chaque jour, environ 12 000 L d’air transitent en effet par nos voies respiratoires et la pollution de cet air a un fort impact sur notre santé.

Les particules fines ou PM (particulate matter) peuvent être classées par taille :

• les particules grossières (un diamètre entre 2,5 μm et 10 μm), qui sont générées par l’agriculture, le trafic routier, etc. ;
• les particules plus petites (un diamètre inférieur à 2,5 μm), qui sont générées par combustion de ressources fossiles.

Le tableau suivant présente les effets des particules fines sur l’organisme.

Les autres polluants comme SO₂, NO et NO₂ altèrent aussi les fonctions respiratoires et les muqueuses.

En France, les particules grossières causent 48 000 décès par an.

Presque toutes nos activités sont responsables de l’émission dans l’atmosphère de gaz à effet de serre (GES), notamment le CO₂, et ce phénomène se nomme « l’empreinte carbone ».

On estime l’empreinte carbone moyenne d’un français à 12 tonnes de CO₂ par an.

L’empreinte carbone varie en fonction des secteurs d’activité.

Le transport est un secteur qui rejette une grosse quantité de gaz à effet de serre, dont le CO₂, dans l’atmosphère.

L’empreinte carbone varie énormément en fonction du mode de transport.

Le tableau ci-dessous présente les quantités d’émission de CO₂ par personne (en grammes par kilomètre parcouru) en fonction du mode de transport utilisé.

La voiture est responsable de plus de la moitié des émissions totales de CO₂ causées par les transports. Elle reste néanmoins le moyen privilégié de déplacement en France.

Le rejet de CO₂ est en grande partie lié à nos activités (se déplacer, s’alimenter, se chauffer, utiliser l’électricité pour les appareils électroménagers, etc.), il faut donc adopter certains comportements afin de minimiser ou de compenser notre empreinte carbone.

• Emprunter les transports en commun ou faire du covoiturage.
• Privilégier le train à l’avion pour les voyages de moins de 1000 km.
• Privilégier une alimentation végétale et acheter localement des fruits et légumes de saison (cela réduit les transports).
• Réduire sa consommation de viande.
• Réduire sa consommation électrique à la maison (baisser le thermostat de 1 °C, changer ses ampoules classiques pour des ampoules à basse consommation, éteindre complètement les appareils électroménagers quand on ne les utilise pas, etc.).
• Boire de l’eau du robinet (cela évite le conditionnement en plastique, le transport des bouteilles et leur recyclage).
• Planter un arbre.

Une solution souvent citée pour limiter notre empreinte carbone est de se tourner vers l’achat d’une voiture électrique.

Est-ce vraiment une solution écologique ?

Pour le savoir, il est important de comparer l’impact d’une voiture à moteur à essence (voiture thermique) ou à moteur électrique sur le rejet de CO₂ dans l’atmosphère, en prenant en compte l’ensemble de leur cycle de vie.

Les voitures électriques et thermiques contribuent au rejet de CO₂ dans l’atmosphère de manière différente en fonction de leur cycle de vie.

• Durant la phase de fabrication, le rejet de CO₂ est plus fort dans le cas des voitures électriques car la production de la batterie nécessite une forte consommation d’énergie fossile. L’extraction de métaux rares comme le lithium implique le rejet de substances polluantes.
• Si la voiture parcourt durant son cycle de vie plus de 50 000 km, la voiture électrique présente un réel gain environnemental car il y a moins de rejet de CO₂ dans l’atmosphère.

Voici un tableau qui compare l'émission en tonnes d’équivalent CO₂ pour le cycle de vie d’une voiture thermique ou électrique parcourant 100 000 km, en France.

En faisant le bilan sur son cycle de vie, même si la voiture électrique semble plus écologique, il faut également prendre en compte l’origine de l’électricité qui est utilisée pour la recharger.

Si cette électricité est décarbonée (c’est le cas en France car la majorité de l'électricité ne provient pas de combustibles fossiles mais de centrales nucléaires), le gain environnemental est important.

Mais si ce n’est pas le cas (exemple de l’Allemagne qui produit la majeure partie de son électricité grâce à des centrales thermiques alimentées au charbon), le gain environnemental sera plus limité.

Les rejets de GES, notamment le CO₂, ne cessent de croitre et cela impacte notre climat : la température de la Terre augmente.

Tous les modèles climatiques s’accordent à dire que la température moyenne augmentera d’ici 2100. Les valeurs chiffrées de chaque modèle diffèrent juste légèrement.

Les scénarios de changement climatique prévoient une augmentation de la température sur Terre d'entre +2 °C et +7 °C pour 2100.

Le dernier rapport du GIEC, en 2019, nous en donne quelques exemples.

Des espèces pourraient s’éteindre. Le dernier rapport du GIEC estime qu’en cas de forte augmentation de température, jusqu'à 50 % des espèces marines dans certaines zones pourraient disparaitre, ainsi que 8 % des vertébrés si la température augmente de 2 °C.

Évaluée entre 45 cm et 110 cm, cette élévation du niveau de la mer provoquera la disparition des récifs coralliens et de leur écosystème, la submersion de certaines iles, la perte d’une partie du littoral (les millions de personnes qui y vivent vont devoir se déplacer), etc.

Tempêtes, ouragans, inondations et sécheresses seront des événements météorologiques violents encore plus fréquents.

La photosynthèse devrait théoriquement être plus importante si le taux de CO₂ atmosphérique augmente (car le CO₂ est un gaz indispensable à sa réalisation). Les végétaux permettraient donc d’absorber le surplus de CO₂ émis par les activités humaines.

Des scientifiques ont cependant récemment mis en évidence que les bouleversements climatiques importants (sécheresses, vagues de chaleur, etc.) stressent les végétaux, perturbent la photosynthèse et ralentissent leur croissance.

La montée des eaux entrainera une hausse de la salinisation des terres, ce qui est néfaste pour leur fertilité.

Les projections fournies par les modèles permettent de définir les aléas et peuvent orienter les prises de décision.

L’objectif de l’accord de Paris signé par 195 pays, suite à la COP21 de 2015, est de limiter le réchauffement à un maximum de 2 °C et si possible à 1,5 °C.

Nous ne sommes actuellement pas sur la bonne voie puisque les engagements actuels de réduction des émissions pris conduiraient plutôt à un réchauffement de 3 à 4 °C d’ici la fin de ce siècle.

La transition écologique passe donc par des décisions politiques qui permettront des changements indispensables.