Par Gail Tverberg
26 juillet 2012
Dans cet article, nous allons parler de la possibilité de réduire de 80% la consommation de combustibles fossiles d’ici 2050, et de développer dans le même temps les énergies renouvelables, pour limiter le changement climatique. Avec de tels changements, qu’est-ce que cela signifierait pour le PIB, si l’on se base sur les relations que l’on peut observer entre énergie et PIB depuis 1820 ?
Dans mon article récent intitulé La consommation mondiale d’énergie depuis 1820 en graphiques, je vous montrais le graphique suivant :
Figure 1. Consommation mondiale d’énergie par source, d’après les estimations de Vaclav Smil dans Energy Transitions: History, Requirements and Prospects, combinées aux données statistiques de BP pour les années 1965 et suivantes. La catégorie des agrocarburants inclut aussi l’éolien, le solaire et les autres « nouvelles » énergies renouvelables.
Graphiquement, ce qu’implique une réduction de 80% de la consommation de combustibles fossiles est montré dans la figure 2 ci-dessous. J’ai également fait l’hypothèse que l’on pourrait augmenter les combustibles non fossiles (combinaison d’éolien, de solaire, de géothermie, d’agrocarburants, nucléaires et hydroélectriques) de 72%, de sorte que la consommation d’énergie totale ne baisse « que » de 50%.
Figure 2. Prévision de la consommation mondiale d’énergie, en supposant que la consommation de combustibles fossiles diminue de 80% d’ici 2050, et celle des combustibles non fossiles augmente pour la consommation totale d’énergie ne baisse « que » de 50%. Les quantités avant la ligne noire sont des quantités réelles ; celles au-delà sont des prévisions dans le cadre de ce scénario.
On peut utiliser les chiffres historiques de population et les prévisions de croissance démographique jusqu’en 2050 des Nations Unies, pour convertir ces quantités en équivalents d’énergie par personne, que montre la figure 3 ci-dessous.
Figure 3. Prévision de la consommation mondiale d’énergie par personne, en utilisant les quantités d’énergie estimées pour la figure 2, divisées par les estimations de population mondiale fournies par les Nations Unies. Les quantités avant la ligne noire sont des quantités réelles ; celles au-delà sont des prévisions.
Dans la figure 3, on voit qu’historiquement, la consommation d’énergie par personne a augmenté ou, du moins, n’a jamais baissé. Peut-être avez-vous entendu parler d’une baisse récente de la consommation d’énergie en Europe et aux États-Unis, mais ces baisses ont été plus que compensées par la hausse de la consommation d’énergie en Chine, en Inde et dans le reste des pays en développement.
Selon les hypothèses que nous avons choisies ici, la consommation mondiale d’énergie par personne en 2050 correspond à peu près à celle de 1905.
J’ai fait une régression linéaire pour trouver ce que je pourrais considérer comme l’estimation la plus pertinente du PIB futur s’il devait se produire une baisse de l’approvisionnement en énergie de cette ampleur. Si je considère ce scénario comme le plus optimiste, c’est parce qu’il suppose que les schémas socio-économiques que nous avons connus dans les périodes de croissance se prolongeront alors que la consommation d’énergie diminue. Par exemple, il suppose que les systèmes financiers continueront à fonctionner comme aujourd’hui, ainsi que le commerce international, et qu’il n’y aura pas de problème majeur de gouvernements renversés ou d’interruption de l’approvisionnement électrique. Il suppose aussi que l’économie continuera à se transformer toujours plus en une économie de services, et que l’efficacité énergétique ne cessera jamais de progresser.
Sur la base de cette analyse par régression linéaire :
À mon avis, une réduction volontaire de la consommation de combustibles fossiles à l’échelle mondiale est très improbable, d’une part parce que des changements volontaires de ce type sont pratiquement impossibles à réaliser, et d’autre part parce qu’à mon avis, nous nous dirigeons tout droit vers un crash financier à court terme, en grande partie dû aux prix du pétrole élevés qui provoquent une récession dans les pays importateurs de pétrole (comme les GIIPS).
J’étudie un tel scénario pour deux raisons :
Des estimations en série longue de consommation d’énergie, démographiques et de PIB sont disponibles depuis de nombreuses années. Elles ne sont pas toujours disponibles pour chaque année, mais on dispose d’estimations pour toute une série de dates dans l’histoire. Je me reposerai principalement ici sur les estimations démographiques et de PIB d’Angus Maddison et les estimations de consommation d’énergie de Vaclav Smil, complétées par des données plus récentes (principalement pour la période 2008–2010) publiées par BP, l’EIA et le Service de recherche économique de l’USDA.
Si l’on calcule les taux de croissance annuels moyens pour différentes périodes historiques, on trouve les indications suivantes :
Figure 4. Taux de croissance annuelle moyenne de la population, la consommation d’énergie et le PIB réel sur des périodes de temps sélectionnées en fonction de la disponibilité des données.
On peut voir dans la figure 4 que la croissance de la consommation d’énergie et celle du PIB semblent évoluer dans la même direction en même temps. Une analyse par régression linéaire (figure 5, ci-dessous) montre qu’elles sont fortement corrélées, avec un coefficient R2 de 0,74.
Figure 5. Analyse par régression linéaire des taux de variation annuelle moyenne de la consommation mondiale d’énergie en fonction du PIB mondial. La variable indépendante est la variation annuelle moyenne de la consommation mondiale d’énergie.
Il faut de l’énergie sous une forme ou une autre pour pouvoir déplacer des objets ou chauffer des produits. Puisque ce genre d’actions est un préalable à tout type d’activité qui donne lieu à de la croissance économique, il semblerait que le sens de la causalité soit principalement :
La croissance de l’énergie entraîne une croissance économique.
et non l’inverse.
J’ai utilisé l’équation de régression de la figure 5 pour calculer quel pourrait être le taux de croissance économique annuelle prévu entre 2010 et 2050 si la consommation d’énergie diminuait de 50%1. Il n’y a jamais eu de point de données aussi bas sur toute la période 1820–2010. Il n’est donc pas sûr que la droite de régression ait réellement un sens lorsqu’on tente d’appliquer de cette sorte une baisse de la consommation d’énergie.
En un sens, la différence entre −1,72% et −0,59% par an (ce qui fait 1,13%), c’est le gain de PIB auquel on peut s’attendre grâce à une efficacité énergétique accrue et à un passage continu à une économie de services. Même si l’on peut légitimement débattre de savoir si l’humanité redoublera effectivement d’efforts pour améliorer son efficacité énergétique face à un manque de combustibles, il est un fait que la moindre transition vers des véhicules plus économes en carburant ou vers une production électrique plus efficace coûte cher et exige de consommer des combustibles. Ce type de transitions pourrait donc, à l’avenir, s’avérer moins fréquent et non plus fréquent.
La question de savoir s’il est réellement possible d’accroître la part des services dans une économie lorsque la quantité totale de combustibles à sa disposition est beaucoup moins grande, est elle aussi discutable. Si les gens sont plus pauvres, ils réduiront leurs achats discrétionnaires. De nombreux biens sont des produits de base : alimentation, habillement, transport de base. Les services ont, eux, tendance à être moins indispensables : se faire couper les cheveux plus souvent, passer plus d’années à l’université ou envoyer un grand-parent dans une maison de retraite. Il est donc possible que le sens de l’histoire future soit celui d’une diminution, et non d’une hausse de la consommation de services qui serait plus gourmande en énergie. Ce qui signifie qu’il est possible que le « gain » de PIB de 1,13%, obtenu grâce à une plus grande efficacité et une consommation accrue de « services » au détriment de la consommation de « biens », diminue, voire disparaisse complètement.
Les périodes de temps utilisées dans l’analyse par régression linéaire de la figure 5 diffèrent par leur longueur, les premières périodes étant beaucoup plus longues que les dernières. Cela a pour effet d’accorder beaucoup plus de poids aux périodes récentes dans le graphe. De plus, les plus grosses économies d’énergie en proportion du PIB semblent être intervenues au cours des périodes 1980–1990 et 1990–2000, à un moment où que nous étions en train de transformer nos économies en économies de services, et où nous faisions de gros efforts pour réduire notre consommation de pétrole. Si l’on exclut ces 2 périodes (figure 6, ci-dessous), la régression linéaire semble bien meilleure (avec un coefficient R2 égal à 0,82).
Figure 6. Analyse par régression linéaire du taux de variation annuelle moyenne de la consommation mondiale d’énergie par rapport au PIB mondial, en excluant les périodes 1980–1990 et 1990–2000. La variable indépendante est la variation annuelle moyenne de la consommation mondiale d’énergie.
Si l’on utilise la droite de régression de la figure 6 pour estimer le taux moyen de croissance annuelle avec une consommation d’énergie qui se contracte de −1,72% par an (en moyenne) entre 2010 et 2050, on trouve une variation moyenne correspondante du PIB (ajusté de l’inflation) de −1,07% par an, plutôt que le −0,59% par an obtenu à partir de l’analyse par régression que donnait la figure 5. Entre maintenant et 2050, l’économie mondiale serait donc encore plus franchement en récession.
Dans mon calcul d’introduction, j’ai utilisé la taille de population mondiale que prévoient les Nations Unies d’ici 2050, à savoir 9,3 milliards de personnes, ce qui correspond à une hausse de 36,2% de la population mondiale entre 2010 et 2050, pour atteindre, d’ici 2050, une baisse de 42% du PIB mondial par habitant2.
Dans la figure 4, la croissance démographique ne semble pas être vigoureuse, car il s’agit de moyennes annuelles. Mais on peut voir à partir de la figure 7 (ci-dessous) à quel point la différence que fait cette croissance démographique peut être énorme. Aujourd’hui, la population mondiale est devenue presque sept fois plus nombreuse qu’en 1820.
Figure 7. Population mondiale, d’après les estimations d’Angus Maddison, interpolées lorsque cela était nécessaire.
Puisqu’on dispose de données en série longue, on peut utiliser notre analyse par régression linéaire pour estimer la variation de la taille de la population à laquelle on peut s’attendre entre 2010 et 2050. Si l’on considère la croissance démographique par rapport à la croissance de la consommation d’énergie pour chaque période (figure 8), on trouve une corrélation modérée de la croissance démographique avec celle de la consommation d’énergie, avec un coefficient R2 de 0,55.
Figure 8. Analyse par régression linéaire de la croissance démographique par rapport à la croissance de la consommation d’énergie, en utilisant des moyennes annuelles. La variable indépendante est la croissance de la consommation mondiale d’énergie.
L’un des problèmes que pose notre prévision démographique par régression linéaire, c’est le fait que, depuis 1820, on n’ait pas le moindre exemple de croissance négative de la consommation d’énergie sur une période suffisamment longue pour qu’elle apparaisse dans les valeurs moyennes utilisées par l’analyse. Même si ce modèle révélait une excellente corrélation (ce qui n’est pas le cas), il n’offrirait pas pour autant de bon pouvoir prédictif pour les périodes de contraction de la consommation d’énergie. En utilisant l’équation de régression que donne la figure 8, la croissance démographique resterait encore très légèrement positive avec une contraction de la consommation d’énergie de −1,72% par an. Le taux de croissance démographique indiqué ralentirait à 0,09% par an, soit une croissance totale de 3,8% sur les 40 ans, ce qui porterait la population mondiale à 7,1 milliards en 2050.
Même si, dans cette prévision, je n’ai pas utilisé la quantité d’énergie par personne, on peut mettre face à face les taux de croissance historiques de la consommation d’énergie par personne et les taux de croissance de la consommation totale d’énergie de la société. On obtient alors une relation étonnamment stable :
Figure 9. Comparaison de la croissance moyenne de la consommation totale d’énergie pour le monde, avec la quantité moyenne consommée par personne, pour diverses périodes depuis 1820.
La figure 10 montre cette analyse par régression linéaire. C’est la meilleure corrélation que nous ayons obtenue jusqu’à présent, avec un coefficient R2 égal à 0,87.
Figure 10. Analyse par régression linéaire de la hausse moyenne cumulée de la consommation mondiale d’énergie avec la hausse moyenne de la consommation d’énergie par personne. La variable indépendante est la croissance de la consommation mondiale d’énergie.
Il est intéressant de noter que cette droite de régression semble indiquer qu’avec une croissance zéro de la consommation totale d’énergie, la quantité d’énergie par personne diminuerait de −0,59% par an. Cela semble s’expliquer par un écart de plus en plus grand entre la croissance démographique et la croissance de l’efficacité, les femmes continuant à donner vie à plus de bébés que nécessaire pour assurer le seul renouvellement des générations.
C’est l’une des questions fondamentales. C’est en partie pour des raisons de marketing que « l’énergie renouvelable » a s’appelle ainsi. Quasiment toutes les énergies renouvelables dépendent du système d’alimentation fossile. Par exemple, les éoliennes et les panneaux photovoltaïques exigent de consommer des combustibles fossiles pour être fabriqués, acheminés jusqu’à leur site d’installation et entretenus. Même l’énergie nucléaire nécessite des combustibles fossiles pour son entretien, et pour démanteler les anciennes centrales électriques, tout comme pour extraire, transporter et préparer l’uranium. Les voitures électriques exigent elles aussi des intrants fossiles.
Si les combustibles fossiles ne sont pas disponibles en quantité suffisante, les énergies renouvelables qui ne dépendent pas des combustibles fossiles (pour l’essentiel, le bois et les autres biomasses combustibles) risquent d’être utilisées à un rythme plus soutenu que celui qui serait soutenable. Il existe quelques possibilités énergétiques moins dépendantes des combustibles fossiles, comme l’énergie solaire thermique (les ballons d’eau chaude laissés au soleil pour être chauffés) et les agrocarburants fabriqués en petite quantité pour un usage local. Une meilleure isolation est également une possibilité. Mais il y a peu de chances que ces solutions permettent à elles seuls de compenser l’énorme perte des combustibles fossiles.
On pourrait parler de rationner les combustibles fossiles. Mais en pratique, rationner devient extrêmement difficile une fois que la quantité disponible devient très faible. Comment fait-on pour rationner les huiles de lubrification ? Pour rationner les intrants nécessaires à la fabrication de médicaments ? Pour que les processus métier continuent à fonctionner, chaque élément de chaque chaîne d’approvisionnement doit recevoir la quantité de combustible dont elle a besoin. Même les réparateurs ont besoin d’une certaine quantité de combustible, pour aller au travail, par exemple. Tenter de mettre en place un système de rationnement capable de gérer toutes ces questions serait presque mission impossible.
Angus Maddison, dans le même jeu de données que celui que j’ai utilisé pour remonter jusqu’en 1820, donne également une estimation de la population et du PIB pour l’an 1. Si l’on considère l’historique des taux de croissance annuels moyens du PIB mondial (ajusté de l’inflation) et de la croissance démographique, le motif qui apparaît est le suivant :
Figure 11. Croissance annuelle moyenne du PIB dans la consommation d’énergie et de la population, pour certaines périodes remontant jusqu’à l’an 1 de notre ère.
La figure 11 montre qu’à peu près pour la première fois, la consommation de combustibles fossiles depuis 1820 a permis de faire croître le PIB plus rapidement que la population. Avant 1820, la grande majorité de la croissance du PIB mondial était absorbée par la croissance démographique.
Si l’on compare les périodes avant et après 1820, la figure 11 montre des taux de croissance qui augmentent à la fois pour la population et le PIB. Les historiens ont montré qu’au cours des périodes 1000–1500 et 1500–1820, le recours aux premières sources d’énergie (combustion de la tourbe, puissance hydraulique, moulins à vent, travail animal) est devenu de plus en plus répandu. Ces évolutions ont sans aucun doute contribué à la hausse des taux de croissance. Le plus grand changement, cependant, est survenu lorsque les combustibles fossiles se sont ajoutés à cette liste, après 1820.
En regardant dans le passé, la question semble devenir la suivante : combien d’individus le monde peut-il soutenir, avec quel niveau de vie, et avec une quantité donnée de combustibles ? Si notre consommation d’énergie par personne baisse au niveau qu’elle avait en 1905, peut-on réellement espérer disposer d’un commerce international solide, et nos autres systèmes subsisteront-ils en tant que tels et continueront-ils à fonctionner comme aujourd’hui ? Il est aisé de faire des estimations faisant croire qu’une transition sera facile. Mais quand on regarde concrètement les données historiques, la transition vers une moindre consommation de combustibles semble vraiment difficile, même dans un scénario idéal. Une chose est claire cependant : il sera très difficile de suivre le rythme de la croissance démographique mondiale.
↑1 Détail du calcul : En moyenne, le déclin devrait être de = −1,72%. Inclure cette valeur dans la formule de régression montrée donne −0,59% par an, ce qui se situe dans la fourchette de régression.
↑2 Détail du calcul : Quarante ans avec en moyenne −0,59% de « croissance » annuelle du PIB, cela produirait, en 2050, un PIB mondial total égal à 79,0% de celui de 2010. Le PIB par habitant serait alors de = 0,580 fois celui de 2010. Je décris cela comme une baisse de 42% du PIB par habitant, puisque multiplier par 0,580 correspond à une baisse de 42%.