Ordres de grandeur

En décembre, alors que tout refroidit, ce sont les Calendriers de l'Avent qui fleurissent. Après le Calendrier de l'Avent du Greenwashing (CAGW) lancé par Pour un Réveil Écologique en décembre 2021, ce sont cette année plusieurs calendriers qui ont vu le jour.

Sur les réseaux de Pour un Réveil Écologique, démarre la saison 2 du CAGW. Et en parallèle, deux calendriers personnels, par des membres du collectif :

Puis, plein d'autres calendriers qui valent le détour, comme celui de PTI (Paye Ton Influence) sur l'Influence Responsable (à retrouver sur Instagram), Malheurs Actuels sur leurs meilleurs Memes, et bien d'autres encore.

Alors, sur ce blog de Pour un Réveil Écologique, parmi les articles écrits par nos membres et autres contenus que nous hébergeons, nous vous proposons de retrouver les calendriers de Loïc & Léa, qui chacun compilent des données et outils que l'on vous espérera utiles.

Ici, il s'agit donc de l'article de Loïc sur les ORDRES DE GRANDEURS. Plus particulièrement, des ordres de grandeurs autour de l'énergie, des transports, de l'hydrogène et des métaux.

Pour retrouver celui de Léa, c'est par là (article pas encore publié, le lien sera mis ici lorsque ce sera le cas).

[ En quelques lignes ] La production d'H2 est déjà un grand secteur industriel. 94 Mt produites en 2021, responsables de plus de 2% des émissions de CO2. Principaux secteurs consommateurs : raffineries et production d'ammoniac (pour les engrais azotés), puis méthanol, acier, etc. Et le tout, à partir (quasiment) exclusivement de ressources fossiles. Pour "verdir" tout cela (H2 vert : production par électrolyse de l'eau, avec utilisation d'électricité renouvelable), on part donc de loin.

[ En quelques lignes ] Si l'H2 est intéressant pour tout un ensemble de secteurs, la pertinence de certaines applications (comme la voiture hydrogène) est pour le coup clairement discutable. On parle souvent d'un "ratio de 3" au niveau du rendement global : un véhicule à hydrogène demande environ 3 fois plus d'énergie primaire qu'un véhicule à batteries. Une autre façon de le retrouver est de regarder ce qu'on peut faire avec 52 kWh : d'un côté, entièrement remplir la batterie d'une Renault Zoé (300 à 400 km), et de l'autre, produire 1 kg d'H2 par électrolyse (ce qui permet de faire environ 100 km).

[ En quelques lignes ] Pour appréhender les ordres de grandeurs à l'échelle de pays ou du monde, on se retrouve rapidement avec des TWh (1 TWh = 1000 GWh, ou 1 million de MWh), ce qui peut facilement devenir abstrait. Pour visualiser ce à quoi cela correspond, on peut retenir qu'un réacteur nucléaire (comme ceux qu'on a actuellement en France) produit de l'ordre de 6 à 7 TWh d'électricité par an. Si on veut visualiser en éoliennes (mais c'est à mon sens moins parlant, car on se retrouve à nouveau rapidement dans des chiffres très élevés), pour une terrestre, actuelle, on est autour de 5 GWh (donc pour l'image, on peut visualiser 1200 à 1400 éoliennes terrestres à la place d'un réacteur).

[ En quelques lignes ] Il existe pleins de trajectoires énergétiques. Ici, je donne l'ordre de grandeur d'un scénario de l'IEA (Agence Internationale de l'Énergie), nommé APC (Announced Pledge Case) et que je présente comme particulièrement ambitieux et pas forcément réaliste. L'intérêt est qu'il place ce que j'appellerais une "fourchette haute" sur ce qu'on pourrait atteindre. En l'occurence, une production d'électricité de 50 000 TWh/an en 2050, à échelle mondiale, avec un part de renouvelables de près de 70%.

[ En quelques lignes ] Une fois qu'on a évoqué la production actuelle d'H2 (Jour 1) et la quantité d'électricité nécessaire (actuellement) pour produire 1 kg d'H2 (Jour 2), on peut en déduire la quantité d'électricité nécessaire pour convertir toute la production d'H2 actuellement fossile à un H2 produit par électrolyse (qu'on pourra appeler "H2 vert" si l'électricité utilisée est renouvelable). On arrive alors à 4000 TWh, juste pour la production actuelle.

[ En quelques lignes ] Sortons de l'électricité et de l'hydrogène, pour inclure les autres énergies finales et ainsi considérer l'ensemble du mix énergétique. S'il est généralement assez connu qu'environ 80% de la production actuelle d'énergie (à échelle mondiale) est encore fossile, on oublie parfois que cela a peu changé depuis 30 ans. Vous avez ici l'évolution du pourcentage, tous les 5 ans depuis 1990, calculé à partir des données de l'IEA. La variation est faible, entre 80 et 82% (avec pour 2020 une baisse essentiellement liée au Covid).

[ En quelques lignes ] Avant d'enchaîner ensuite sur différents aspects des transports, commençons par reposer la global picture. Il y a plusieurs façons de calculer le pourcentage (ce que vous retrouvez sur l'image : CO2 seul ou tous GES, énergie & industrie seules ou considération aussi du changement d'usage des sols, etc). Ce qu'il faut retenir, c'est que les transports sont un très gros poste d'émissions : autant que toute l'industrie (et ce malgré le fait que la construction des véhicules, ou des infrastructures de mobilité, rentre justement dans la catégorie "industrie").

[ En quelques lignes ] On parle beaucoup de l'impact de l'aérien sur le climat, mais on oublie souvent son voisin le maritime. Sur le plan de CO2, les 2 secteurs sont assez proches. C'est sur l'usage que l'écart se creuse : plus visible pour l'aérien, comme l'essentiel de la population voit plus souvent passer un avion de ligne qu'un porte-conteneur, mais pourtant bien plus utile pour le maritime. En effet, celui-ci étant au coeur du commerce internationale, la quasi-totalité des échanges en dépendent actuellement.

[ En quelques lignes ] À l'inverse du maritime, l'aviation est par excellence le mode de transport le moins démocratique qui soit. L'inégalité sociale y est très forte, avec l'essentiel de la population mondiale qui n'a jamais bénéficié de ses services. Les graphiques sont ici repris de Stay Grounded : 80% de la population mondiale qui n'a jamais pris l'avion, et 1% de la population responsable de la moitié des émissions du secteur.

[ En quelques lignes ] Il est malheureusement très incomplet de limiter l'impact de l'aviation au seul rejet de CO2. D'autres gaz, tels que de la vapeur d'eau et des NOx, étant émis à haute altitude, viennent contribuer au bilan. Puis, surtout, la formation de traînées de condensation et de cirrus induits, sur certains des vols, alourdit fortement l'addition. Alors, il reste encore beaucoup de recherche et de mesures sur ces phénomènes, encore relativement peu maîtrisés, mais l'ordre de grandeur est un impact total environ 3 fois supérieur au seul impact du CO2.

[ En quelques lignes ] Pour réduire ses émissions, le secteur aéronautique dispose de plusieurs pistes technologiques. Parmi celles-ci : l'avion hydrogène, qui présente 2 avantages majeurs. 1/ Permettre une meilleure réduction des impacts hors-CO2 (que les 2 autres carburants bas-carbones actuellement envisagés : les biocarburants et carburants de synthèse). Et 2/ Avoir un meilleur (ou moins mauvais) rendement global que les carburants de synthèse (qui sont justement produits à partir d'H2). Oui mais voilà, il y a 2 inconvénients majeurs. 1/ La temporalité (commercialisation annoncée par Airbus pour 2035). Et 2/ L'autonomie... très limitée.

[ En quelques lignes ] Continuons sur l'avion hydrogène pour aborder LE point sensible de l'aérien : la consommation d'énergie. Plus que ses émissions de GES (CO2 et hors-CO2), c'est certainement là le talon d'Achille de ce mode de transport : il est énergivore. Ainsi, même avec toutes les technologies assemblées pour permettre qu'il soit bas-carbone, il restera le fait qu'il requiert bien plus de ressources qu'un autre mode (en l'occurence, le ferroviaire). Alors, cela ne réduit pas à zéro l'intérêt de l'avion H2, mais le positionne comme solution B, pour les cas où le train n'est pas possible ou trop compliqué.

[ En quelques lignes ] Continuons sur le report modal, pour parler de celui de la voiture vers le rail. Alors, je repasse ici sur le CO2, mais l'analyse précédente (sur la consommation d'énergie) peut aussi s'appliquer (une voiture avec son conducteur seul étant encore pire qu'un avion, ramené par km et par passager). En parlant donc uniquement du CO2, on divise actuellement par 8 ses émissions en passant d'un usage de sa voiture seul au fait de prendre le TER. Et ce, actuellement, donc en prenant en compte le fait que l'essentiel des TER sont encore diesel.

[ En quelques lignes ] En considérant l'ensemble du cycle de vie, la voiture électrique permet déjà un meilleur bilan carbone qu'une équivalente thermique (essence ou diesel), pour la plupart des pays du monde (voire la totalité, selon les études), et typiquement en France. De par le mix électrique bas-carbone, c'est environ par 3 qu'on divise les émissions (-65%, au milieu de la fourchette -50 / -80%). Néanmoins, en lien avec le point précédent, on remarque qu'on baisse davantage ses émissions en passant de la voiture thermique au TER, que de la voiture thermique à l'électrique. Conclusion : d'abord le report modal, puis l'électrification. Et on peut ensuite optimiser cette électrification, avec de plus petits véhicules électriques, et à la durée de vie plus longue.

[ En quelques lignes ] Il est clair que la voiture électrique est, déjà actuellement, meilleure pour le climat qu'une voiture thermique. Alors, s'il faut privilégier les transports en commun, il faut surtout réduire au plus vite l'achat de nouveaux véhicules thermiques. Or ceux-ci sont encore majoritaires dans les ventes en France. À fin 2022, 1,65% du parc automobile était électrique à batteries. Cela augmente (1,00% en septembre 2021) mais trop lentement, car la part des ventes reste faible (8,5% en 2021, autrement dit : plus de 90% des voitures vendues en 2021 l'étaient avec une motorisation thermique).

[ En quelques lignes ] Restons dans les pourcentages, mais en revenant à l'aérien. Comme on l'a évoqué plus haut, il y a 3 types de carburants potentiellement bas-carbone : l'hydrogène, les biocarburants et les carburants de synthèse. Ces 2 derniers rentrent dans la catégorie des SAF : Sustainable Aviation Fuels, pour lesquels la Commission Européenne a présenté une feuille de route en juillet 2021 (initiative RefuelEU) : une obligation d'avoir au minium 2% de SAF dans les vols au départ d'Europe pour 2025, puis 5% pour 2030, etc. Une part très faible, d'autant plus que les SAF ont une efficacité limitée pour réduire les effets hors-CO2.

[ En quelques lignes ] Après l'hydrogène et les biocarburants, on arrive donc aux carburants de synthèse. Ceux-ci sont réalisés à partir d'H2 (produit par électrolyse) et de CO2 (capté dans l'air), à chaque fois en consommant de l'électricité. Beaucoup d'électricité. Au point que selon l'intensité carbone de celle-ci, le bilan carbone du carburant de synthèse peut rapidement devenir pire que celui du kérosène. Alors, ce sont encore des données à affiner, comme ces carburants en sont globalement au début de leur développement, mais en ordre de grandeur, le seuil est actuellement autour de 80 gCO2/kWh.

[ En quelques lignes ] Pour revenir sur l'H2, on a exprimé les problématiques de sa production (jours 1 et 5), la mauvaise idée de son recours pour des voitures (jour 2), puis les avantages et limites de son usage dans l'aviation (jours 11, 12, 16 et 17). Maintenant, parlons des secteurs pour lesquels l'H2 présente un réel intérêt prioritaire. Ces secteurs en consomment déjà, comme les raffineries, la production d'ammoniac, de méthanol, ou... d'acier. En effet, l'acier pourrait devenir le 3e plus gros marché de l'hydrogène, avec donc en 1/ Les raffineries et tous les autres carburants dérivés, et 2/ La production d'ammoniac pour les engrais azotés. L'intérêt ici est qu'il y a peu d'autres possibilités (on a absolument besoin de l'atome H) et que le pouvoir de décarbonation est très élevé (de l'ordre de 24 t de CO2 évitées par t d'H2 consommée, soit environ le triple de la valeur pour la voiture H2 si on la compare à une voiture thermique).

[ En quelques lignes ] Reste un petit soucis à prendre en compte avec l'hydrogène : c'est un gaz à effet de serre. Ou plutôt non, pas vraiment, mais cela revient au même. En fait, l'H2 n'est pas en tant que tel un GES, mais sa présence dans l'atmosphère vient augmenter la durée de vie d'autres gaz, donc le CH4 (méthane) qui, pour le coup, est un puissant GES. On parle alors de PRG100, soit le Pouvoir de Réchauffement Global sur une base de 100 ans, pour comparer entre eux l'impact des différents gaz. On arrive donc à environ 30 pour le PRG100 du CH4, et 11 pour celui de l'H2. Cela ne concerne donc que les fuites d'H2 (sinon c'est de l'H2O qui est relâché à la combustion, vu que l'H2 réagit avec l'O2) et ne devrait pas alourdir suffisamment le bilan pour que cela remette en question l'intérêt de l'hydrogène pour la décarbonation. Néanmoins, il s'agit d'un point important à étudier, mesurer et intégrer aux bilans.

[ En quelques lignes ] Différentes problématiques entourent les terres rares, comme l'impact environnemental de leur extraction, ou la dépendance géopolitique à la Chine (qui en produit encore la majorité à échelle mondiale). Aussi, on pense souvent à la question de rareté, et donc de disponibilité géologique, mais pour le coup, ça, on s'en moque un peu. Comme on le verra avec le jour 23, les terres rares ne sont pas rares... Par contre, au-delà de leur impact désastreux sur les lieux d'extraction, il y a une autre problématique environnemental : la très forte consommation d'eau. Ainsi, dans certains pays arides (comme l'Australie), cette consommation pourrait devenir en 2050 supérieure à tous les autres secteurs industriels du pays en question. Ceci, dans un contexte où le changement climatique vient justement intensifier les problématiques d'accès à l'eau.

[ En quelques lignes ] Une autre problématique liée aux métaux, est le bilan carbone de leur extraction et raffinage. Bilan qui pour certains métaux précieux devient très élevé. Comme par exemple le platine, avec un impact de 20 000 kg de CO2 par kg de platine vierge. Alors ce bilan peut être réduit (divisé par environ 10) en ayant recourt à du platine recyclé, mais cela laisse un bilan non-négligeable. Le platine est actuellement utilisé comme catalyseur pour la dépollution des véhicules thermiques, ou les piles à combustible des véhicules hydrogène. Il y a donc un important enjeu (pour des raisons économiques et de bilan carbone) à réduire au maximum son usage.

[ En quelques lignes ] Parlons maintenant de criticité géologique, à savoir le fait qu'il n'y ait probablement pas assez du métal en question dans nos sous-sols. On définit la criticité comme le ratio entre ce qu'on prévoit de consommer et la quantité de ressources. Ressources qui correspondent à la quantité découverte, contrairement aux réserves, qui ne comptent que ce qui est possible à extraire et rentable. Alors, dans la modélisation du projet GENERATE, de l'IRIS et l'IFPEN, la criticité atteint 4% pour les terres rares en 2050 (autrement dit : "les terres rares ne sont pas rares, juste sales à extraire et demandeuses de beaucoup d'eau"), mais pour le cuivre... 96%.

[ En quelques lignes ] Pour réduire la consommation de cuivre, il y a des réponses technologiques, comme la substitution par l'aluminium, ou l'optimisation des composants pour diminuer légèrement la quantité qu'ils requièrent, mais le levier le plus important est certainement la sobriété. Par exemple, en se passant de voiture, que ce soit en ayant recours aux transports en commun (cf. le jour 13 sur le TER) ou en optant pour un véhicule plus petit, comme... un vélo. La taille de la batterie est alors sensiblement plus petite (de l'ordre de 100, voire 200 fois plus petite), ainsi que la quantité de cuivre (globalement proportionnelle à la taille de la batterie).

[ En quelques lignes ] Reste donc à arriver de sortir - le plus possible - de la voiture, a minima de la voiture thermique. Et ici, on part de loin. En France, en 2017, pour les déplacements domicile-travail, selon l'INSEE, la voiture représentait 50 à 80% des déplacements. Une part plus forte que la marche à pied, même pour les trajets de moins de 1 km. Et une écrasante domination face aux transports en commun.

[ En quelques lignes ] Pour conclure sur tous ces ordres de grandeurs sur l'énergie et les transports, et les nombreux leviers de décarbonation / baisse de notre consommation (d'énergie et ressources) qu'on peut en déduire, prenons peut-être un temps de recul pour revenir sur ce qui nous a amené ici : les crises environnementales, et notamment celle du changement climatique. Rappelons alors ce graphique, issu du dernier rapport du GIEC : les émissions annuelles de GES n'ont encore jamais baissé (à pars en 2020, avec le Covid). Alors, apprenons des erreurs du passé pour avancer et redoubler d'efforts, dans 1/ La sobriété et le choix des usages, 2/ L'électrification, le recours à l'hydrogène et la décarbonation des mix de production, et 3/ La réduction des impacts environnementaux, géopolitiques et sociaux.

Vous êtes arrivés au bout de ce calendrier. J'espère que vous avez pu y apprendre des choses et qu'il vous sera utile. Si de nombreux chiffres peuvent donner le vertige et faciliter la dépression, ce n'en est évidemment pas le but. La façon dont je vois les choses est plutôt de commencer par repeindre le tableau global, tel un plateau géant, puis de poser cartes sur table l'essentiel de nos options. Enfin, à nous de jouer. L'avenir est entre nos mains, et il y a peu de choses plus motivantes que de se dire qu'on peut, à son échelle, participer à reconstruire le monde.

Merci d'avoir suivi ce calendrier. Vous pouvez le retrouver dans ce thread de compilation des 25 images ainsi que me suivre sur LinkedIn, Instagram et Twitter.

En vous souhaitant d'excellentes fêtes et mes meilleurs voeux pour 2023.

Loïc Bonifacio

Membre de Pour un réveil écologique