David MacKay : Une vérification des données sur les énergies renouvelables

Quelle superficie serait-il nécessaire pour alimenter en énergie un pays comme le Royaume-Uni avec des énergies renouvelables ? L'équivalent d'un pays entier. Dans ce discours pragmatique, David MacKay fait le tour des notions de base de mathématiques qui démontrent les inquiétantes limites des options à notre disposition en matière d'énergies renouvelables et explique pourquoi nous devrions tout de même continuer à les explorer. (Filmé à TEDxWarwick.)

Lorsque la Révolution Industrielle a débuté,

en Grande-Bretagne, la quantité
de carbone sous-terrain

sous forme de charbon
était équivalente à la quantité

de carbone sous-terrain en Arabie Saoudite
sous forme de pétrole,

et ce carbone a été le carburant
de la Révolution Industrielle,

a donné tout son sens à l'adjectif
"grand" de Grande-Bretagne

et a conduit à la domination provisoire
du monde par la Grande-Bretagne.

Puis, en 1918 la production de charbon en
Grande-Bretagne a atteint un sommet,

puis elle n'a cessé de diminuer.

Alors, la Grande-Bretagne a commencé
à exploiter le pétrole et le gaz

de la Mer du Nord, et en 2000,

la production de pétrole et de gaz
en provenance de la Mer du Nord

a également atteint un sommet
et a commencé à diminuer.

Ces observations sur la limite des réserves

d'énergies fossiles situées à proximité, dans des zones sécurisées et faciles d'accès,

poussent à se demander, "Que faire ensuite ?

Comment sera le monde
après les énergies fossiles ?

Ne devrions-nous pas chercher sérieusement

à nous passer des énergies fossiles ?"

Le changement climatique, bien entendu,
est une autre raison.

Et quand j'entends parler de la vie
après les énergies fossiles

et des actions contre le changement climatique,
je pense qu'il y a beaucoup de

légèreté, beaucoup de propagande écolo,
beaucoup de publicité mensongère,

et je me sens le devoir,
en tant que physicien, d'essayer de

guider les gens hors
de ces mensonges et les aider

à comprendre les actions
qui font vraiment la différence

et à se concentrer sur les idées
qui font avancer les choses.

Laissez-moi illustrer ce que
les physiciens appellent

un calcul sur un coin de table.

Nous adorons calculer
sur les coins de table.

Vous posez une question,
vous notez des chiffres,

et vous trouvez vous-même la réponse.

Ça n'est pas forcément très précis,
mais ça vous fait dire,

"Hum."

Alors voici une question :
Imaginez qu'on dise,

"Oui, on peut se passer des énergies fossiles.

Utilisons les biocarburants. Le problème est résolu.

Nous n'avons plus besoin de pétrole
pour les transports."

Et si on faisait pousser
les biocarburants pour une route

sur la bande d'herbe au bord de la route ?

Quelle largeur devrait faire cette
bande d'herbe pour que cela fonctionne ?

D'accord, alors on va poser quelques chiffres.

Disons que les voitures vont à 100 kilomètres/heure.

Disons qu'elles consomment 4 litres
tous les 50 kilomètres.

C'est la moyenne européenne des voitures neuves.

Disons que la productivité
des plantations de biocarburants

est de 1 200 litres de biocarburant
par hectare et par an.

Ce sont les données réelles
des biocarburants européens.

Et imaginons qu'il y a un écart
de 80 mètres entre chaque voiture,

et qu'elles roulent sans jamais s'arrêter

sur cette route.

La longueur de la route n'a pas d'importance,
car plus elle est longue

et plus il y a de plantations de biocarburant.

Que faire de tous ces chiffres ?

Eh bien prenons le premier chiffre et divisons-le par

les trois autres, on obtient 8 kilomètres.

Et c'est la réponse.

C'est la largeur nécessaire des plantations,

d'après ces hypothèses.

Et peut-être que vous vous dîtes, "Hum.

Ça ne va peut-être pas être aussi simple que ça."

Et peut-être pensez-vous qu'il y a un problème

avec les espaces disponibles, et dans ce discours,

j'aimerais parler de la surface du territoire et demander

si ça pose un problème. La réponse sera

oui, mais ça dépend du pays où on est.

Alors, commençons avec le Royaume-Uni,

puisque c'est là que nous sommes aujourd'hui.

La consommation d'énergie du Royaume-Uni,

la consommation totale d'énergie, pas seulement pour les transports,

j'aime la quantifier en nombre d'ampoules.

C'est comme si on avait tous en permanence 125 ampoules allumées,

125 kilowatt-heures par jour et par personne,

voilà la consommation énergétique
du Royaume-Uni.

Il y a 40 ampoules pour les transports,

40 ampoules pour le chauffage,

et 40 ampoules pour la fabrication d'électricité,

et le reste est insignifiant

comparé à ces trois gros grandes catégories.

L'empreinte énergétique est encore
plus grande quand on considère

l'énergie nécessaire à ce que nous importons

dans notre pays, et aujourd'hui
90% de cette énergie

provient encore des énergies fossiles,
et seulement 10%

provient d'autres sources plus propres --
potentiellement plus propres --

telles que l'énergie atomique
et les énergies renouvelables.

Donc,

voilà pour le Royaume-Uni
dont la densité de population

est de 250 personnes par kilomètre carré,

et je vais vous montrer d'autres pays

à l'aide de ces deux mesures.

Sur l'axe vertical, je vais vous montrer

la quantité d'ampoules -- c'est-à-dire
la consommation d'énergie

par personne, et nous avons donc
125 ampoules par personne,

et ce petit point bleu représente la superficie

du Royaume-Uni,

et l'axe horizontal représente
la densité de population,

et on a 250 personnes
par kilomètre carré.

Ajoutons les pays européens en bleu,

et vous voyez que c'est très varié.

Il faut ajouter que ces deux axes

sont logarithmiques.
Quand on passe d'une barre grise

à l'autre, on multiplie les données par 10.

Maintenant, ajoutons l'Asie en rouge,

le Moyen-Orient et l'Afrique du Nord en vert,

l'Afrique subsaharienne en bleu,

l'Amérique du Sud en noir,

l'Amérique Centrale en violet,

Et en vert clair nous avons l'Amérique du Nord,

l'Australie et la Nouvelle-Zélande.

Vous pouvez observer la grande variété
en matière de densité de population

et de niveau de consommation individuelle.

Chaque pays est différent.

En haut à gauche, on trouve le Canada
et l'Australie, avec d'immenses

superficies, un très haut
niveau de consommation,

200 ou 300 ampoules par personne,

et de très basses densités de population.

En haut à droite, le Bahreïn a, en gros,
la même consommation d'énergie

par personne que le Canada,

plus de 300 ampoules par personne,

mais sa densité de population
est 300 fois supérieure,

1 000 personnes par kilomètre carré.

En bas à droite, le Bangladesh a
la même densité de population

que le Bahreïn, mais consomme
100 fois moins par personne.

En bas à gauche, eh bien il n'y a personne.

Mais, il y avait autrefois beaucoup de monde.

Voici un autre message
que ce diagramme fait passer.

J'ai ajouté des petites lignes
derrière le Soudan, la Libye,

la Chine, l'Inde et le Bangladesh.

Elles représentent leur progression en 15 ans.

Où étaient-elles il y a 15 ans
et où sont-elles maintenant ?

La réponse est que la plupart des pays
se dirige vers la droite,

et vers le haut,

en haut à droite : une plus grande
densité de population

et une consommation individuelle en hausse.

Donc, nous sommes situés en haut à droite,

ce qui n'est pas si commun,
le Royaume-Uni ainsi que

l'Allemagne, le Japon,
la Corée du Sud, les Pays-Bas

et quelques autres pays singuliers,

mais beaucoup d'autres pays
se dirigent vers le haut

et vers la droite dans notre direction,

donc, en quelque sorte, nous représentons
ce qui pourrait bien être

la consommation d'énergie du futur
dans les autres pays.

J'ai également ajouté à ce diagramme
des lignes roses

qui descendent vers la droite.

Elles représentent la consommation d'électricité

par unité de surface, que je mesure
en watts par mètre carré.

Alors par exemple, cette ligne du milieu,

0,1 watts par mètre carré,
c'est la consommation d'énergie

par unité de surface de l'Arabie Saoudite,
de la Norvège, du Mexique en violet,

et du Bangladesh il y a 15 ans,

et la moitié de la population
mondiale vit dans des pays

qui sont déjà au-dessus de cette ligne.

Le Royaume-Uni consomme 1,25

watts par mètre carré.

Idem pour l'Allemagne, et le Japon
en consomme un peu plus.

A présent, analysons

la pertinence de ces données.
Pourquoi sont-elles pertinentes ?

Eh bien, on peut mesurer les énergies
renouvelables avec les mêmes unités

ainsi que d'autres formes de production d'énergie,

et les énergies renouvelables sont considérées
comme l'une des meilleures solutions

pour se passer des énergies fossiles qui représentent 90% de notre consommation.

Voici à présent quelques formes
d'énergie renouvelable.

L'énergie issue des produits agricoles a un rendement d'un demi-watt par mètre carré

sous les climats européens.

Qu'est-ce que ça veut dire ?
Vous l'avez peut-être deviné,

sachant ce que je vous ai dit à propos
des plantations de biocarburants

il y a un instant.

Eh bien, nous consommons
1,25 watt par mètre carré.

Cela veut dire que même si on couvrait

toute la surface du Royaume-Uni
avec des champs de culture énergétique,

ça ne couvrirait pas la
consommation d'énergie actuelle.

L'énergie éolienne produit un peu plus,

2,5 watts par mètre carré,
mais ce n'est que le double

de 1,25 watt par mètre carré,

ce qui revient à dire que si vous vouliez produire

la consommation totale d'énergie

grâce à des champs d'éoliennes, il faudrait
y consacrer la moitié de la superficie
du Royaume-Uni.

Ah au fait, j'ai les données qui appuient
toutes ces affirmations

Intéressons-nous maintenant à l'énergie solaire.

Placés sur les toits, les panneaux solaires

produisent environ 20 watts
par mètre carré en Angleterre.

Si on voulait vraiment générer beaucoup
d'énergie des panneaux solaires,

il faudrait adopter la méthode bavaroise
traditionnelle de génération

en couvrant non seulement les toits
mais aussi toute la campagne environnante

de panneaux solaires.

Les parcs solaires produisent moins, en raison

des espaces entre les panneaux.
Ils produisent environ 5 watts

par mètre carré.

Et voici les données d'un parc solaire
dans le Vermont

qui produit 4,2 watts par mètre carré.

Souvenez-vous des données,
1,25 watts par mètre carré,

2,5 pour les champs d'éoliennes,
environ 5 pour les parcs solaires.

Donc, quelques soient les énergies
renouvelables que vous choisissez,

le message c'est que quelque soit répartition
de ces énergies renouvelables

si vous voulez qu'elles subviennent
aux besoins en énergie du Royaume-Uni,

il faudra qu'environ

20% ou 25% du territoire

soit occupé par ces sources d'énergie.

Et je ne dis pas que c'est une mauvaise idée.

Il nous faut juste comprendre les chiffres.

Je ne suis pas du tout contre
les énergies renouvelables.
J'adore les énergies renouvelables.

Mais j'adore aussi l'arithmétique. (Rires)

Les panneaux solaires installés
dans des déserts produisent

plus d'énergie par unité de surface,
car il n'y a pas le problème

des nuages,

et cette installation produit donc
14 watts par mètre carré,

celle-ci 10 watts par mètre carré,

et celle-là en Espagne 5 watts par mètre carré.

En étant optimiste sur la concentration
de l'énergie solaire,

je pense qu'il est tout-à-fait possible
de produire 20 watts

par mètre carré. C'est plutôt pas mal.

Bien sûr, il n'y a pas de déserts
en Grande-Bretagne.

Pas encore. (Rires)

Donc voici un résumé de ce que j'ai dit.

Toutes les énergies renouvelables,
bien que je les adore, sont diffuses.

Elles produisent peu d'énergie par unité de surface,

et il nous faut accepter ce fait.

Cela signifie que si on veut utiliser les énergies renouvelables

pour faire vraiment la différence
dans un pays comme

le Royaume-Uni à l'échelle
de la consommation actuelle,

il faut imaginer des installations
d'énergies renouvelables

à grande échelle, pas de la taille du pays

mais une partie du pays,
une partie importante.

Il y a également d'autres sources d'énergie

qui n'impliquent pas les énergies fossiles.

Alors, il y a l'énergie atomique,
et sur cette carte de

l'Ordnance Survey [service cartographique de l'État], on peut voir la centrale Sizewell B

dans un kilomètre carré en bleu.

Cela représente un gigawatt
dans un kilomètre carré,

soit 1 000 watts par mètre carré.

Donc si on considère cette mesure
en particulier, l'énergie nucléaire

ne nécessite pas autant d'espace
que les énergies renouvelables.

Bien sûr, d'autres mesures sont importantes,
et l'énergie nucléaire

a toutes sortes de problèmes de popularité.

Mais il en va de même
pour les énergies renouvelables.

Voici une photo d'une réunion consultative
battant son plein

dans la petite ville de Penicuik,
non loin d'Edimbourg,

et on veut voir les enfants de Penicuik célébrer

la mise à feu de l'effigie d'une éolienne.

Les gens sont contre tout,
il nous faut donc garder

toutes les options sur la table.

Que peut faire un pays comme le Royaume-Uni
au niveau de l'offre ?

Eh bien, je dirais qu'il y a ces trois options :

les énergies renouvelables,
sachant qu'elles requièrent

d'immenses superficies ;
les énergies renouvelables des autres pays,

c'est-à-dire que nous pourrions
poliment dire aux habitants

des pays en haut à gauche du diagramme :

"Euh, nous ne voulons pas d'énergies
renouvelables dans notre jardin,

mais, heu..., est-ce qu'on pourrait
les mettre dans le vôtre ?"

Et c'est une option sérieuse.

C'est un moyen pour la planète
de gérer le problème.

Ainsi, des pays tels que l'Australie, la Russie,
la Lybie, le Kazakhstan,

pourraient devenir nos meilleurs amis pour
la production d'énergie renouvelable.

Et la troisième option, c'est l’énergie atomique.

Donc voilà quelques options au niveau de l'offre.

En complément des leviers sur lesquels
nous pouvons nous appuyer au niveau de l'offre

et souvenez-vous, il faut beaucoup [d'énergie]

car actuellement,

90% de notre énergie provient
des énergies fossiles.

Outre ces leviers, on pourrait
parler d'autres moyens

de résoudre ce problème, c’est-à-dire
en réduisant la demande,

ce qui implique une réduction de la population

— Je ne sais pas trop comment faire ça —

ou une réduction de la consommation par tête.

Alors voyons trois autres leviers importants

qui peuvent vraiment aider pour la consommation.

D'abord, les transports. Voici les principes
de physique indiquant

comment réduire la consommation
d'énergie des transports,

et les gens disent souvent,
"Oh oui, la technologie peut tout résoudre.

On peut faire des véhicules
cent fois plus efficaces."

Et c'est presque vrai.
Je vais vous montrer.

Une voiture moyenne, comme celle-ci, consomme

80 kilowatt-heures pour cent personnes-kilomètres.

C'est la moyenne des voitures en Europe.

80 kilowatt-heures.
Peut-on améliorer ceci de cent fois

en mettant en pratique les principes
de physique que je viens d'énumérer ?

Oui. Et voilà la solution.
Le vélo. Sa consommation d’énergie

est 80 fois plus faible et ça marche
au biocarburant, le Weetabix.

(Rires)

On trouve d’autres options
entre les deux, car

la femme dans sa voiture risque
de dire « Non, non, non,

C'est un changement de style de vie. S'il vous plaît, ne changez pas mon style de vie.»

Bon alors, on pourrait
la convaincre de prendre le train,

ce qui reste bien plus efficace que la voiture,

mais ça risque de changer son style de vie,

ou bien, il y a la voiture écologique,
en haut à gauche.

Elle peut accueillir confortablement un adolescent,

c'est plus petit qu’un cône de signalisation,

et c'est presque aussi efficace qu’un vélo

tant qu'on roule à 25 kilomètre-heure.

Ou sinon, des options peut-être plus réalistes

dans ce levier, celui des transports,
sont les véhicules électriques,

les vélos et les voitures électriques au centre,

environ quatre fois moins gourmands en énergie

que la voiture classique propulsée au pétrole.

Vient ensuite le levier du chauffage.

Le chauffage représente un tiers de notre consommation d’énergie en Grande-Bretagne,

l'essentiel pour le chauffage domestique

et autres bâtiments, en chauffant l'air ou l'eau.

Voici donc une saleté de maison anglaise typique.

C'est ma maison, avec la Ferrari garée devant.

Que peut-on y modifier ?

Eh bien, les lois physiques sont écrites là-haut,

décrivant comment la consommation
d’énergie pour le chauffage

dépend de ce que l’on peut contrôler.

Vous pouvez contrôler la différence de température

entre l’intérieur et l’extérieur, et il y a cette

technologie remarquable
qu'on appelle le thermostat.

Vous le prenez en mains,
vous le tournez vers la gauche,

et la consommation d’énergie
de votre maison va diminuer.

J’ai essayé, ça marche. Certaines personnes
appellent ça un changement de style de vie.

Vous pouvez aussi faire isoler
votre maison pour réduire les pertes

de chaleur : isolez les murs, isolez le toit,

changez la porte d’entrée, etc.

La triste vérité, c'est que vous
allez faire des économies.

Ça n'est pas triste, c'est bien,
mais la triste vérité c'est que

ça ne réduira que de
25% les pertes de votre maison,

si vous faîtes ça, ce qui est une bonne idée.

Si vous voulez vraiment vous rapprocher

des normes de construction
suédoises avec cette saleté de maison,

il vous faudra installer des isolants
extérieurs sur le bâtiment

comme sur cet immeuble londonien.

Vous pouvez aussi avoir un système de chauffage plus efficace en utilisant des pompes à chaleur

qui consomment moins d'énergie
de haute qualité, comme l'électricité,

pour transférer la chaleur
depuis votre jardin à votre maison.

La troisième option au niveau de
la demande dont je voudrais parler,

le troisième moyen de réduire
la consommation d’énergie,

c'est de lire vos compteurs.

On parle beaucoup de compteurs intelligents,

mais vous pouvez le faire vous-mêmes.

Utilisez vos yeux, soyez intelligents,
lisez vos compteurs,

et ça changera votre vie
comme ça a changé la mienne.

Voici un graphique que j'ai fait.

J'écrivais un livre sur
les énergies renouvelables,

et un ami m’a demandé : «Quelle est
la quantité d’énergie que tu utilises

chez toi ? » Et j’ai été gêné
car je ne le savais pas.

Alors j'ai commencé à lire
le compteur chaque semaine,

et les anciennes données de
mon compteur sont représentées

dans la moitié supérieure du graphique, puis 2007

est représenté en vert en bas,
c'est-à-dire au moment où

je me suis mis à lire le compteur
chaque semaine, et cela a changé ma vie,

car j'ai commencé à faire
des expériences et j'ai pu observer

ce qui faisait la différence,
et ma consommation de gaz

a chuté car j'ai commencé
à tripoter le thermostat et

le minuteur du système de chauffage,

ce qui a réduit ma facture
de chauffage de plus de la moitié.

J'ai une histoire similaire
pour ma consommation d'électricité,

en éteignant les lecteurs DVD,
les chaînes hi-fi,

les périphériques de l'ordinateur
qui étaient constamment allumés,

et en ne les allumant
que lorsque j'en avais besoin,

j'ai également diminué d'un tiers
ma facture d'électricité.

Il nous faut donc un projet avec
plusieurs volets, et je vous ai décris

six grands leviers, et il nous faut agir
massivement car

90% de notre énergie provient
de énergies fossiles,

il va donc falloir pousser fort sur la plupart,
voire sur tous ces leviers.

La plupart d'entre eux ne sont pas très populaires,

et s'il y a un levier que vous n'aimez pas,

n'oubliez pas que
ça veut dire que vous devrez

faire encore plus d'efforts sur les autres leviers.

Je suis un ardent défenseur
des conversations d'adultes

qui sont basées sur des chiffres et des faits,
et je souhaiterais conclure

avec cette carte qui vous montre

l'espace nécessaire pour obtenir

seulement 16 ampoules par personne

à partir de quatre des grandes sources possibles.

Donc, si vous voulez 16 ampoules,
souvenez-vous

que notre consommation totale d'énergie correspond actuellement à 125 ampoules.

Si vous en voulez 16 issues de l'énergie éolienne, cette carte montre la solution

pour le Royaume-Uni. Il faudrait 160 champs éoliens,

de 100 kilomètres carrés chacun,

soit 20 fois plus

que la quantité actuelle d'[énergie éolienne].

Avec l'énergie nucléaire, pour obtenir
16 ampoules par personne, il faudrait

2 gigawatts pour chaque point violet
représenté sur la carte.

Soit 4 fois plus

que le niveau actuel d'énergie nucléaire.

Avec la biomasse, pour avoir 16 ampoules
par personne il faudrait

une superficie équivalente
à 3 fois et demie celle du Pays de Galles,

soit dans notre pays, soit dans un autre pays,

peut-être en Irlande, ou peut-être pas.
(Rires)

Et une quatrième option au niveau de l'offre,
concentrer l'énergie solaire

dans des déserts à l'étranger,

si vous voulez l'équivalent de 16 ampoules,

alors il nous faut ces huit hexagones

en bas à droite.

La superficie totale de ces hexagones correspond à

2 fois le Grand Londres dans
le Sahara de quelqu'un d'autre,

et il faudrait que des lignes
à haute tension traversent l'Espagne

et la France pour transporter l'énergie
depuis le Sahara vers le Surrey.

Il nous faut un plan à plusieurs volets.

Il nous faut arrêter de crier
et amorcer une discussion,

et si on peut avoir une discussion d'adultes,

créer un plan à plusieurs volets
et le mettre en œuvre,

alors peut-être que cette révolution
réduisant notre utilisation du carbone

sera sympa au bout du compte.
Merci beaucoup de m'avoir écouté.

(Applaudissements)