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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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