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Réflexions sur l'énergie, le climat, et l'avenir de l'humanité ....

Dimanche 12 février 2012 7 12 /02 /Fév /2012 17:28

Tout d'abord je voudrais m'excuser pour une certaine jachère de ce blog dû à une activité professionnelle un peu prenante ces temps ci. J'aborde la présentation des scénarios proprement dit. Pour être honnête, j'avais déjà fait un travail similaire posté sur le forum Oleocène en 2007 (avec les chiffres de 2005), visible ici . Je vais donc reprendre les chiffres que j'avais pris à cette époque, réactualisés avec les données jusqu'en 2010, ce qui permettra une comparaison avec les 5 années qui se sont écoulées depuis.

Comme nous l'avons vu, le modèle de Hubbert est un modèle à 3 paramètres qui peuvent être pris comme la date du pic, la production au pic, et l'intégrale sous la courbe. Evidemment ces trois paramètres peuvent être ajustés sur les données existantes, mais ça ne les contraint pas completement (sinon on saurait dire combien il reste d'hydrocarbures ! ), sauf si la courbe est une courbe de Hubbert idéale (auquel cas la linéarisation de Hubbert permet de retrouver complètement la courbe).

Les chiffres que je prends ne sont donc pas des certitudes, mais des estimations que j'estime raisonnable d'après les réserves connues. Je ferai un commentaire sur chaque. Les données connues sont tirées des chiffres de BP Statistical Review (une des "bibles" pour l'énergie) et extrapolés dans le passé pour les quantités totales (choisir "Historical Data" pour avoir un tableur excel)

Voici les paramètres retenus dans mon scénario :

Pour le pétrole 

Quantité totale supposée Q0 = 3000 Gbl (milliards de barils) soit 408 Gtep (1 baril = 0,136 tep)

Pmax = 31 Gbl/an (4,2 Gtep/an) (production actuelle 4 Gtep/an )

Tpic = 2015

Commentaire : la production passée de pétrole est d'environ 190 tep soit 1300 milliards de baril. Les réserves prouvées publiées par BP en 2011 (BP Statistical Review) sont de 1500 Gbl, en incluant les sables bitumineux et les bruts lourds de l'Orénoque, soit un total de 2800 Gbl. Cette inclusion est la principale raison de l'augmentation des réserves prouvées par le passage de probables en prouvées, mais ne correspond pas vraiment à de nouvelles découvertes. Il est peu probable que de nouvelles découvertes dépassent 200 Gbl (presque les réserves déclarées de l'Arabie Saoudite). Le chiffre de 3000 Gbl est donc "confortable". Un pic en 2015 me parait également relativement plausible. 

Pour le gaz

Quantité totale supposée = 12 000 Tcf (1Tcf = 1000 milliards de pieds cubes = un "trillion" anglais, unité anglosaxonne couramment employée, desolé !) soit 310 Gtep environ (1Tcf = 0,64 tep)

Pmax = 3,3 Gtep/an  ( production actuelle 2,9 Gtep/an )

Tpic= 2030

Commentaire = la production passée de gaz est d'environ 100 Gtep. Les réserves prouvées sont de 190 Gtep . Récemment, une grande agitation s'est répandue à propos des gaz de schistes, qui ont connu un essor fulgurant aux Etats Unis. Le montant des réserves estimé est très variable selon les sources, on a parlé entre 1 et 4 fois les réserves conventionnelles. Cependant, la profitabilité économique est incertaine, et un gisement américain a vu baisser ses estimations de réserves divisées par 3. De plus, comme en France, de nombreuses oppositions s'expriment contre leur exploitation et le montant qui sera réellement extrait est incertain. Comme je n'en avais pas tenu compte en 2007, je ne les mets pas ici. On pourra voir par la suite quelle serait leur influence sur la consommation mondiale.

 

 le charbon

Quantité ultime supposée 1200 milliards de tonnes soit 800 Gtep (1 tonne C = 0,67 tep environ)

Pmax = 6,75 Gtep/an

Tpic = 2070 

Commentaire : le charbon est de loin, la ressource fossile la plus abondante. L'essentiel des incertitudes sur les réserves totales de carbone viennent du charbon - à l'inverse, les incertitude sur les quantités de pétrole et de gaz n'ont finalement pas tant d'importance que cela. La production passée cumulée est d'environ 170 Gtep (250 Gt environ ). Les réserves prouvées s'élèvent selon BP à 400 Gt de charbon de "bonne qualité" (anthracite et bitumineux) et environ 460 Gt de mauvaise qualité, sous-bitumineux et lignite (de moindre qualité énergétique mais pouvant être brulé pour faire de l'électricité). ce qui fait un total d'environ 1000 Gt. La encore, les 1200 Gt représentent une certaine marge, même si les ressources ultimes sont estimées entre 3000 et 4000 Gt.

A ces ressources fossiles, j'ai ajouté des sources nucléaires et hydrauliques, un peu au pif (là encore comme j'estime "raisonnable") : 

Pour le nucléaire 

Réserves de U235 = 90 Gtep

Pmax = 1 Gtep/an (le double de l'actuel environ)

Tpic = 2040

ce scénario table donc sur une croissance du nucléaire "modérée", doublant le nombre de réacteurs d'ici 2040, mais stagnant et décroissant ensuite - sans développement massif des surgénérateurs; on peut bien sûr prendre d'autres hypothèses, mais ça ne changera pas bien sûr le bilan fossile.

Pour l'hydraulique, qui n'est pas une ressource épuisable, mais est limitée en application, j'ai supposé une croissance (pas en courbe de Hubbert mais en courbe intégrale logistique tendant vers une asymptote) vers 1,5 Gtep/an (3 fois l'actuelle). Là encore on peut discuter les chiffres mais cela ne changera pas vraiment le problème des fossiles et du CO2.

Avec ces chiffres, on peut tracer les courbes de Hubbert correspondantes, qui vont représenter donc des courbes, disons "raisonnables", de la production énergétique. 

La "tartiflette énergétique " se présenterait comme cela (échelle en Gtep/an)  :

 

tartiflette2011-copie-1

 

avec un maximum d'un peu plus de 12 Gtep/an autour de 2030

Comme je l'ai dit, j'avais choisi des valeurs en 2007, sur des chiffres de 2005. Il est donc intéressant de regarder l'évolution depuis 5 ans comparée au modèle, combustible par combustible :

Logistique2011-copie-1.jpg

On voit que 

* le pétrole n'a pas tout a fait augmenté comme la courbe, en fait il a pratiquement stagné. L'effer de la récession de 2008 est visible

* le charbon, lui , a augmenté beaucoup plus vite, bien sûr à cause de la croissance accélérée de la Chine. Il est possible qu'il faille ajuster les paramètres pour un pic plus élevé et plus proche (mais on aurait ensuite une décroissance plus rapide si on garde la même quantité ultime). Notons quand même que le pétrole a eu le même genre d'écart dans les années 70 avec une croissance plus rapide que la courbe globale de Hubbert ne le prédit - mais cette croissance s'est ensuite ralentie et même inversée lors du contre choc pétrolier des années 80. Il paraît hasardeux de savoir comme la consommation de charbon va augmenter dans le futur, étant évident que la croissance de la consommation chinoise va finir par saturer.

Le gaz a augmenté à peu près comme prévu, l'hydraulique un peu plus, et le nucléaire a stagné - on connaît là aussi l'incertitude actuelle sur le développement du nucléaire après Fukushima.

Pour avoir la consommation moyenne par habitant, il faut un modèle démographique. Si les démographes sont sûrs que la population va encore augmenter dans les décennies qui viennent (les parents des enfants à naître sont déjà nés ..), ça devient beaucoup plus flou pour après 2050. J'ai adopté une hypothèse "optimiste " de stagnation puis décroissance de la population après 2050 (enfin pas forcément optimiste, ça dépend de ce qui la fait décroitre ! ), en l'ajustant elle aussi par une courbe de Hubbert (pas vraiment de raison pour ça puisque ce n'est pas une ressource épuisable mais le fit est bon sur les données passées ! )

Populationenergie-copie-1.jpg

On voit que la courbe d'énergie consommée a grimpé un peu plus vite que ce que prévoit le modèle à cause du charbon. Néanmoins, si les ultimes recouvrables sont corrects, cela n'implique nullement que cette croissance puisse encore être extrapolée pendant longtemps ....

Voilà ce que donne la consommation d'énergie par habitant :

 

Eparhab

Avec ce modèle, on peut s'amuser à tracer aussi la production de CO2 annuelle et l'évolution de la concentration. Pour calculer la concentration à un moment donné, il faut tenir compte des émissions de chaque année mais aussi de l'absorption par différents composants (végétation, océans, etc..). J'ai pris une formule simplifiée reproduisant les résultats d'un modèle d'absorption, le "modèle de Bern", qui consiste à partager l'absorption en différents compartiments de constante d'absorption caractéristique. Je ne m'étends pas sur le détail (un peu plus d'explications sont données sur le fil d'Oleocène), mais voila le résultat, pour les émissions de CO2 et la concentration prévue/ observée ( source NOAA )

 

CO2.jpg

Là encore, on voit que les émissions de CO2 ont été supérieures aux prévisions du modèles , toujours à cause du charbon, mais qu'il serait sans doute illicite de prolonger cette croissance vers la futur, sauf si le modèle était totalement faux ...

Alors, quel image du futur donne ce modèle ?

Tout d'abord, reprécisons bien les choses. Il ne s'agit pas tant ici de faire une prédiction absolue,  que de définir une "ligne de base" : voilà les courbes moyennes attendues si on consomme en gros les réserves fossiles actuellement prouvées comme économiquement rentables. Tout écart significatif en plus ou en moins devrait être dû soit à ce qu'on en consomme beaucoup moins, soit beaucoup plus. Dans les deux cas, il faudrait expliquer pourquoi.

Si ces courbes sont proches de ce qu'on va réellement consommer, alors on voit qu'on est dans un scénario difficile, mais pas catastrophique. La production énergétique devrait croitre jusqu'en 2030 environ (essentiellement grâce au gaz et au charbon), mais à faible rythme, la production par habitant devant passer par un maximum à peu près en ce moment (autour de 2010), puis lentement décroître. Il n'y a pas d'écroulement - on peut prévoir cependant des situations économiques difficiles à partir de 2015. La concentration en CO2 devrait croître régulièrement jusqu'en 2100, mais avec un point d'inflexion au moment du maximum de production fossile, et atteindre asymptotiquement autour de 500 ppm. C'est plus que les 450 ppm fixé comme "but" (probablement illusoire), mais ça reste modéré (plutot inférieur aux scénarios les plus modérés du SRES, nous en reparlerons dans un prochain post). Le réchauffement attendu avec ces valeurs serait autour de 2°C, peut être un peu plus , avec la sensibilité climatique affichée par le GIEC, et moins si elle est plus faible, comme certains le pensent. Il n'y a donc dans ce scénario ni grosse catastrophe climatique, ni énergétique, mais probablement une stagnation générale de la société. Evidemment dans quelques siècles, la consommation de fossiles devrait tendre vers zéro, mais ce terme est encore assez lointain. 

Dans un prochain post, je ferai la comparaison de ce scénario avec ceux retenus par le GIEC. 

Par climatenergie - Publié dans : Energie
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Commentaires

Hello

Très intéressant. Si ton modèle est bon, c'est plutôt rassurant de voir qu'il reste 25 ans avant le pic total des non-renouvelables, et que derrière il faut en gros remplacer 1 Gtep tous les 20 ans pour se maintenir au maximum. Donc cela fait 42 EJ, c'est-à-dire en gros l'équivalent de 8% de la production annuelle actuelle. Ou pour le dire autrement, il faudrait augmenter chaque année de 2 EJ les ER installées, à partir de 2035. Aujourd'hui, ces ER représentent environ 1 EJ sur 492 de production primaire annuelle (je parle des "nouvelles" ER donc pas de l'hydro ni de la biomasse). Cela ne me paraît pas une courbe de croissance insensée... en supposant qu'elles ont une courbe d'apprentissage et des rendements d'échelle dans les 20 ans à venir. Ou qu'il y a une innovation de rupture dans le stockage. Ou que la génération IV du nucléaire met les bouchées doubles à partir de 2030.

 

Une autre manière de voir cela est qu'en 2100 et sur les principales énergies installées (celles que tu envisages dans tes courbes), on est encore au niveau de production de 1980, ce qui n'est pas tout à fait le Moyen-Age... Même s'il y a évidemment plus de monde en 2100 et que selon messieurs les économistes, ce monde est censé être 5 à 10 fois plus riche qu'aujourd'hui :-)

 

Sinon, ce sera en effet intéressant de voir les courbes de production fossile des scénarios GIEC, si possible les 4 nouveaux RCP qui sont désormais employés. Certains dépassent joyeusement le triplement CO2 avant 2100, donc on pourrait analyser la base fossile qui permet ces émissions, comparer avec les consommations réelles et voir quels sont les projections fossiles les plus optimistes. 

 

 

Commentaire n°1 posté par skept le 16/02/2012 à 22h34

Synthétique et dépassionné, réaliste comme d'hab, mais tu as exclu du modèle tout developpement des energies renouvables autre que l'hydraulique, est-ce vraiment si désespéré, selon toi ?

Commentaire n°2 posté par hema le 17/02/2012 à 22h12

Bonjour Hema

effectivement je n'ai pas inclus les autres renouvelables - d'abord parce qu'il est difficile de contraindre ses paramètres. Ca rajoute surement une couche supplémentaire. Dû aux contraintes d'intermittence, il me semble peu probable que ça puisse représenter plus de 20 % de la production électrique, ce qui ferait 8 % si l'électrique correspond à 40 % des besoins comme actuellement. Cependant il est peu probable que ce pourcentage soit atteint partout dans le monde, 5 % me semble une estimation raisonnable maximale (pour le moment on est à peu près à 1 %). On peut rajouter cette couche au total, mais ça ne va pas changer grand chose ....

Réponse de climatenergie le 18/02/2012 à 12h16

hema : je me suis posé la question mais tel que je l'ai interprété, le renouvelable n'entre pas dans la catégorie "déplétionniste" (objet de l'article) puisque sa caractéristique (hors hydraulique) est de ne pas dépendre d'un stock fini, du moins aux échelles géologiques des sociétés humaines. 

Commentaire n°3 posté par skept le 18/02/2012 à 09h45

Vous êtes bien gentils, avec vos projections plus ou moins optimistes ( ou pessimistes, ça dépend de la tendance de chacun à voir la bouteille à demi-pleine ou à demi-vide) mais si c'est au charbon qu'on doit de maintenir notre niveau de production énergétique, d'un point de vue santé publique, ça va pas être marrant côté maladies respiratoires! Sans compter les pluies acides et la pollution de l'eau...Y a qu'à voir en Chine...

 

Commentaire n°4 posté par reglisse le 18/02/2012 à 17h04

Cet article contient une éutde sur la consommation globale d'énergie du monde qui pourrait éventuellement compléter la tienne : http://www.theoildrum.com/node/8936

D'autre part, j'aurai été très intéressé par la courbe "per capita" ... tu n'en fait qu'une petite mention en fin d'article pour indiquer que le pic serait en 2010. Mais il me semble que c'est la courbe la plus importante, non ?

Et quid de l'intensité énergétique ? peut-on moduler la déplétion par une meilleure intensité énergétique ? du moins jusqu'a quel point, quelle marge avons nous ?

 

Commentaire n°5 posté par yoananda le 22/02/2012 à 10h44

oui je suis globalement d'accord.

je trouvais quelque chose de très proche ici

on avait aussi un pic de 12Gt/an vers 2020/2030 et on brûlait 1500GtC y compris depuis l'ère préindustrielle.

la température maximale était proche de 2°C mais ne baissait pas en dessous de 1.5°C sur le très long terme.

Rappelons toutefois que 1.5°C de moyenne c'est pas loin de 4/5°C sur l'Arctique (de mémoire).

On notera que ce scénario est très proche du B1 du GIEC.

Il ne faut donc pas dire que le GIEC ne fait que des scénarios irréalistes.

La température maxi obtenue, pour B1, est de 2.3°C au-dessus du préindus (du aux autres GES et aérosols) en 2100.

Commentaire n°6 posté par meteor le 22/02/2012 à 19h19

la partie III sera consacrée à une comparaison avec les scénarios du GIEC ... 

Réponse de climatenergie le 23/02/2012 à 08h58

Gilles : dans le commentaire à Hema (que je ne copie-colle pas car cela bousille un peu la mise en page depuis que l'on peut enrichir en html), tu parles d'une sorte de plafond de 5% pour les ER. Mais tu ne précies pas s'il c'est un plafond absolu, ou alors un plafond probable à une certaine date dans ton modèle (par exemple à la fin en 2100). Je trouve pour ma part ce chiffre assez "conservateur" compte-tenu de ce qui est observé ces quinze dernièrs années. A savoir que chez la plupart des décideurs, il est acquis qu'il faudra d'une manière ou d'une autre passer aux ER (ce qui n'était pas le cas dans les années 1980 ou avant) et que des somes de plus en plus importantes leur sont allouées, soit en R&D soit en subventions et investissements opérationnels. 

Commentaire n°7 posté par skept le 23/02/2012 à 12h25

Sinon, la convergence du modèle de meteor (#6) et du modèle de Gilles est plutôt intéressante! Comme les deux font des calculs assez sérieux, qui ne consistent pas juste à recopier ce qui se dit, faut-il y voir un embryon de consolidation de 1500 GtC ± X (200, 300?) comme valeur centrale la plus probable pour le total des émissions d'ici la fin de siècle?

 

Il faut cependant noter que le carbone total atmosphérique dépend également de la déforestation (et d'autres aspects physiques-biologiques du cycle du carbone). Par exemple, une crise de l'énergie aurait toute probabilité de se traduire par une ruée vers la biomasse (mieux vaut une bonne vieille bûche que rien du tout pour se chauffer en plein hiver, ou pour cuire un aliment) ce qui, avec la démographie attendue, pourrait avoir des conséquences assez notables.

Commentaire n°8 posté par skept le 23/02/2012 à 12h34

La sensibilté de le température moyenne à l'augmentation du CO2 est une chose, mais ce sont surtout les conséquences du réchauffement qui comptent. Or, l'étude de Schmittner et al. parue en novembre 2011 dans Science qui tendait à montrer que la sensibilité au doublement de la concentration en CO2 était plus faible que prévue par le GIEC, montrait également que cette faible augmentation de température suffisait pour passer d'un age glaciaire à une période interglaciaire. Ce qui n'est pas rassurant.

Commentaire n°9 posté par olivier GUY / overcast.fr le 26/03/2012 à 23h59

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