Par Gail Tverberg
2 août 2018
L’énergie est un sujet très mal compris. Elle joue dans nos vies un rôle réellement incroyable. Nous, les humains, pouvons vivre et bouger grâce à l’énergie que nous apporte la nourriture. Et cette énergie, nous la comptons en calories.
Les plantes reposent elles aussi sur l’énergie pour vivre. Via la photosynthèse, elles utilisent l’énergie du soleil pour transformer le dioxyde de carbone et l’eau en glucose dont elles ont besoin pour croître.
Les écosystèmes reposent eux aussi sur l’énergie. Dans Environment, Power and Society, l’écologiste Howard T. Odum explique que les écosystèmes s’auto-organisent de manière à maximiser l’énergie utile obtenue par l’ensemble des plantes et animaux qui les composent.
Les économies créées par les hommes sont à certains égards très semblables aux écosystèmes. Elles aussi s’auto-organisent et semblent reposer sur l’énergie. La grande différence, c’est qu’il y a plus d’un million d’années, les préhumains ont acquis la maîtrise du feu. De ce fait, ils sont devenus capables de brûler de la biomasse et, indirectement, d’ajouter l’énergie ainsi obtenue à l’énergie alimentaire dont ils disposaient par ailleurs. L’énergie issue de la combustion de la biomasse était une forme précoce de surplus d’énergie. À quel point ce changement fut-il important ?
Dans Against the Grain, James C. Scott explique que pouvoir brûler de la biomasse a suffi pour changer ce qui dominait le monde environnant, des gros animaux aux préhumains. James C. Scott indique que dans une des cavernes d’Afrique du Sud, les restes trouvés dans l’une des couches géologiques inférieures ne montrait aucun dépôt de carbone, ce qui signifie qu’elle date d’avant que les préhumains occupant la caverne maîtrisent le feu. Dans cette couche, on a retrouvé des squelettes de grands félins, ainsi que des os de préhumains rongés et dispersés.
Dans une des couches supérieures, on a retrouvé des dépôts de carbone. À l’époque où cette couche s’est formée, les préhumains étaient clairement devenus dominants : leurs squelettes étaient bien plus intacts, et ce sont les os de grands félins qui ont été éparpillés et qui montraient des signes de rongement. La domination avait changé de camp.
Il existe d’autres éléments qui démontrent que la maîtrise du feu a rendu la domination des hommes possible. Certaines études montrent une chute spectaculaire du nombre de grands mammifères peu de temps après l’installation d’humains dans plusieurs régions hors d’Afrique (cf. Jeremy Lent, The Patterning Instinct, d’après Paul S. Martin, « Prehistoric overkill: A global model » dans Quaternary Extinctions: A Prehistoric Revolution).
Ces derniers temps, les humains ont ajouté l’énergie des combustibles fossiles, celle de l’hydroélectricité et celle de l’atome à leur « boîte à outils ». Toutes ces sources d’énergie ont permis aux humains de rester dominants.
Quant à savoir si le contrôle de l’énergie par les humains soit une bonne ou une mauvaise chose, cela dépend du point de vue de chacun. Si les humains n’étaient pas dominants, la population humaine serait probablement une taille similaire à celle des chimpanzés ou des gorilles – en d’autres termes, minuscule par rapport à la taille de la population humaine actuelle. De plus, on ne trouverait des humains que dans les régions les plus chaudes du monde. Comme nous le verrons dans la section qui suit, les humains n’auraient pas évolué dans la même direction, et auraient continué à exister avec juste les capacités que leur offrait leur situation de préhumains. Ils auraient continué à vivre dans la nature sauvage, mangeant de la nourriture crue et passant la moitié de la journée à la mâcher.
Les préhumains ont appris à contrôler la combustion des branches et autres formes de biomasse il y a plus d’un million d’années. Cette nouvelle capacité a aidé nos ancêtres de plusieurs manières :
Nous sommes tous familiers de la manière dont l’énergie des aliments permet aux humains de se développer. Nous le sommes aussi de la manière dont l’énergie solaire permet aux plantes vertes de pousser. La plupart des cursus de formation en physique se concentrent sur les systèmes thermodynamiquement fermés – c’est-à-dire les systèmes auxquels aucune quantité supplémentaire d’énergie n’est ajoutée. Les systèmes isolés sont parfois étudiés – là encore, une situation où aucune énergie supplémentaire n’est disponible. Dans ces situations, il n’y a pas de croissance – seulement une disparition progressive de l’approvisionnement disponible en énergie, qui finit par conduire à une « mort thermique ».
Des analyses plus récentes ont montré que les systèmes thermodynamiquement ouverts, qui se caractérisent par des flux entrants d’énergie, sont très différents. Ils peuvent évoluer et croître – ce qu’ils font. Les cyclones croissent lorsque des eaux chaudes océaniques sont disponibles. Les étoiles croissent du fait des réactions nucléaires qui s’y déroulent. Toutes ces structures (appelées « structures dissipatives ») sont temporaires, car elles ne peuvent pas prolonger leur existence lorsque les bons flux d’énergie cessent d’être disponibles. Elles peuvent même être détruites par d’autres biais, comme une trop grande pollution ou d’autres formes « d’entropie ».
Sur Terre, le système énergétique que nous connaissons est un système ouvert. De l’énergie du soleil nous est fourni en permanence. De l’énergie, rendue disponible par la combustion de biomasse et de combustibles fossiles, est également fournie, tout comme l’énergie nucléaire, sous la forme d’électricité. En fait, l’énergie obtenue à partir de combustibles fossiles brûlés reflète la réémission d’une énergie solaire passée qui, autrefois, était stockée dans les corps de petites plantes et animaux. Dans les bonnes conditions de température et de pression, cette énergie stockée a été lentement transformée en combustibles fossiles.
Aujourd’hui, le fait de brûler des combustibles fossiles permet aux humains accès d’utiliser cette énergie stockée. Certains chercheurs ont parlé de la capacité d’utiliser l’énergie des combustibles fossiles comme étant celle de disposer « d’esclaves énergétiques ». Quand on fait cette analogie, on observe qu’un humain adulte produit à la même quantité d’énergie qu’une ampoule de 100 watts allumée en permanence. Même lorsque les humains étaient encore des chasseurs-cueilleurs, ils utilisaient des esclaves énergétiques, ce qui permettait de multiplier par à peu près trois la quantité d’énergie disponible pour l’économie de cette époque. Lorsque l’ère industrielle est arrivée, le nombre de watts par personne actifs en permanence étaient montés à 8 000, ce qui indique que l’énergie disponible pour les humains industrialisés était 80 fois plus élevée (8000/100 = 80) que la quantité à laquelle on peut s’attendre en ne se reposant que sur l’approvisionnement énergétique des aliments. Pour l’essentiel, cette formidable hausse est venue de l’utilisation de combustibles fossiles.
Dans Against the Grain, Scott relève que les premières civilisations avaient très largement recours au travail des esclaves. On utilisait souvent les esclaves mâles pour des tâches qui exigeaient une main-d’œuvre abondante, comme l’exploitation minière ou la construction de routes. Toutes ces tâches, et bien plus encore, les esclaves énergétiques d’aujourd’hui qui consomment des combustibles fossiles peuvent les réaliser. Par exemple, un camion fait pour rouler sur une route fait grand usage d’esclaves énergétiques fossiles, en partie pour construire la route, en partie pour construire le camion, et en partie comme combustible pour faire rouler le camion.
Tout processus productif requiert de l’énergie sous une ou plusieurs formes. Une partie de cette énergie peut être de l’énergie humaine. Cette énergie humaine peut être utilisée de très nombreuses façons, comme par exemple en tapant sur un clavier d’ordinateur, en écoutant, en réfléchissant, en commandant des machines, parler, en creusant dans le sol ou en marchant. En général, le reste de l’énergie est constitué pour partie d’électricité et pour partie de combustibles fossiles brûlés pour obtenir de la chaleur. (Une partie de cette énergie thermique est convertie en mouvement rotatif pour alimenter les véhicules.) Construire un bâtiment requiert une énorme quantité d’énergie ; fabriquer une voiture en requiert aussi beaucoup. Chauffer et éclairer un bâtiment en exigent également. Même obtenir un verre d’eau potable froide exige de l’énergie.
La figure 2 est un graphe qui montre la répartition de la consommation d’énergie, hors transports, aux États-Unis, d’après des données de l’US Energy Information Administration.
La part du résidentiel dans la consommation d’énergie des États-Unis, hors transports, est passée de 23% en 1949 à 29% en 2017. Nous ne disposons d’aucune estimation de la répartition de la consommation d’énergie pour les usages résidentiels à l’échelle mondiale, mais avec 29 %, il est probable que la part du résidentiel aux États-Unis soit inhabituellement élevée. D’après une étude du National Renewable Energy Laboratory, la part du résidentiel dans la consommation d’énergie de la Chine n’était que de 11% en 2014.
Tant que l’on ne comprend pas pourquoi l’essentiel de notre consommation d’énergie est cachée, on peut facilement surestimer les avantages qu’apportent les économies d’énergie réalisées par la population. Une part importante du surplus d’énergie (c’est-à-dire l’énergie en plus de celle apportée par la consommation de nourriture) sert à obtenir des produits finis de toutes sortes, comme des voitures, des logements, des lignes électriques et des routes. Consommer ces surplus d’énergie offre aussi du temps libre. Sans équipement agricole moderne, beaucoup d’entre nous travailleraient encore de longues heures dans les champs, ce qui laisserait peu de temps aux formations supérieures et aux autres activités modernes. Un autre bénéfice de la consommation des surplus d’énergie est celui d’une espérance de vie beaucoup plus grande, grâce à des services comme une eau propre et des antibiotiques. De manière indirecte, la consommation de surplus d’énergie apporte aussi des emplois bien payés. Sans surplus d’énergie à consommer, il y aurait peu d’emplois autres que celui de creuser dans le sol avec un bâton pour y faire pousser de la nourriture.
De manière très concrète, la disponibilité de sources d’énergie bon marché qui permettent d’alimenter nos machines et nos équipements actuels est ce qui permet à l’économie d’aujourd’hui de fonctionner.
Si l’on parle de primates comme les chimpanzés, les babouins ou les gorilles, il est assez facile de savoir à quel moment la capacité des environnements dans lesquels ils vivent à soutenir leurs populations est atteinte. Ces primates dépendent d’un approvisionnement local en nourriture et en eau. S’il n’y a pas assez de nourriture, les plus faibles et ceux en bas de la hiérarchie sociale se retrouveront avec une quantité insuffisante de nourriture de qualité, ce qui ramènera la population en dessous de la capacité à soutenir la population. Dans certains cas, à mesure que la densité de la population augmente, il peut apparaître une agressivité envers les immigrants qui arrivent sur le territoire. Des femelles ont même été observées à tuer les nouveau-nés des membres du groupe.
En plus des approvisionnements en nourriture, les humains contrôlent divers types d’approvisionnement en énergie. Ceux-ci facilitent la production d’une quantité de nourriture suffisante pour l’ensemble de la population. Aujourd’hui, les gens ont l’habitude de posséder des choses dont les animaux sauvages ne disposent pas, comme des vêtements, une formation, des logements climatisés, du transport, des soins médicaux et des pensions de retraite. Il ne faut pas s’étonner que dans notre cas, le premier signe du fait d’atteindre la capacité à soutenir soit autre chose que le fait de manquer de nourriture. En fait, les lois de la physique suggèrent qu’atteindre la capacité à soutenir la population humaine a bien peu de chances de se signaler par le fait de manquer du moindre produit énergétique, comme le pétrole.
À la place, la question qui a tendance à émerger à mesure que les humains atteignent la capacité à les soutenir est un accroissement des disparités de revenus. Cette question est apparue dans les années 1930, et elle semble apparaître à nouveau aujourd’hui. Des disparités de revenus croissantes sont un moyen, au sein de notre économie, d’évincer certains membres s’il n’y a plus assez d’énergie pour continuer. Fournir des logements climatisés, des voitures, des routes bitumées et des lignes électriques pour les populations du monde entier exigerait un approvisionnement en énergie en quantité énorme – beaucoup plus que celui dont nous disposons aujourd’hui. Des disparités de revenus garantit que certains groupes ne puissent pas se permettre d’acheter ces biens et services, ce qui en réduit la demande.
Beaucoup de gens croient qu’en cas de pénurie de pétrole, les prix du pétrole vont beaucoup augmenter. Cependant, si les disparités de revenus augmentent suffisamment, toute flambée des prix risque d’être de courte durée. À la place, la limite énergétique que nous atteignons pourrait bien être le fait que les prix n’augmentent pas suffisamment pour encourager une production suffisante de produits énergétiques. Et si la production de ces produits énergétiques est insuffisante, on se retrouvera face à une pénurie de produits finis et de services.
Dans Thermodynamique de l’évolution : Un essai de thermo-bio-sociologie, le physicien François Roddier explique que lorsque la quantité d’énergie dont dispose une économie est insuffisante, la situation revient à « tenir à l’écart » certains membres de l’économie par de bas salaires. Les mêmes forces permettent à une partie croissante des revenus (et des autres richesses) d’aller dans les mains des très riches. Tout se passe comme si de la vapeur montait. Ces derniers n’utilisent qu’une petite part de leurs revenus pour acheter des biens et des services fabriqués avec des matières premières. À la place, ils ont tendance à utiliser leurs salaires pour se payer des services (comme de l’évasion fiscale) qui ne consomment pas beaucoup d’énergie. Ils ont aussi tendance à utiliser leurs richesses de sorte que les prix des actifs augmentent sans ajouter de véritable valeur. Par exemple, racheter des actions qui ont préalablement été émises peut avoir ce genre d’effet.
Les pauvres finissent par se retrouver totalement à l’écart de l’économie. En fait, dans les cas de disparités extrêmes de revenus, les problèmes peuvent se propager encore davantage dans le système, avec des gouvernements se retrouvant dans l’impossibilité de percevoir assez de recettes fiscales pour financer leurs dépenses.
Sauf à vouloir abandonner notre domination sur les autres espèces, y compris les microbes, les humains ont besoin de s’assurer un approvisionnement en produits énergétiques qui croisse avec la population humaine. Ces produits énergétiques doivent précisément correspondre aux besoins de l’infrastructure économique du moment. Ces approvisionnements doivent également être peu coûteux et non polluants. Ils ne doivent pas créer de nouveaux problèmes – de nouveaux types d’entropie.
À ce stade, nous faisons face à des difficultés. Les combustibles fossiles deviennent de plus en plus chers à extraire. Ils génèrent aussi du dioxyde de carbone, et d’autres problèmes de pollution. L’énergie nucléaire, quant à elle, semble être très dangereuse, vus les problèmes d’élimination de ses déchets et les multiples accidents qui se sont produits, y compris celui de Fukushima.
Les énergies éoliennes et solaires, et même l’hydroélectricité, ne sont pas vraiment non plus des solutions. D’une part, ils ne sont guère contrôlables. Si les humains s’attendent à contrôler leur environnement, ils doivent pouvoir contrôler leurs ressources énergétiques. Même la puissance hydraulique peut varier énormément, d’un mois à l’autre et d’une année sur l’autre.
L’hydroélectricité, l’éolien et le solaire peuvent être utilisés en quantité limitée, au sein d’un portefeuille de produits énergétiques, mais ils ne peuvent pas être utilisés seuls, sauf à être construits en surcapacité excessive. Dans ce cas, seule une très petite partie (qui peut ensuite être contrôlée) est utilisée. Beaucoup de gens croient que l’on peut utiliser le stockage comme alternative aux approvisionnements énergétiques de backup, mais le coût d’un stockage adapté semble être extraordinairement élevé du fait du caractère de long terme du stockage requis. (Notez également le besoin manifeste d’un stockage sur plusieurs années dans le modèle de production hydroélectrique que montre la figure 3.) Si les humains s’attendent à dominer d’autres espèces, ils doivent déjà arriver à dominer leur approvisionnement en ressources énergétiques.
Bien sûr, choisir de ne pas être dominant est une autre possibilité. Dans un tel cas, on peut s’attendre à ce que les taux de mortalité humaine augmentent rapidement, et les femmes seront de nouveau appréciées pour leur capacité à produire un grand nombre d’enfants. Les hommes seront appréciés pour la puissance de leurs muscles. Le monde deviendra très différent.