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L’erreur fondamentale de la transition énergétique

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Cet article reprend et prolonge une analyse des ambitions de la transition énergétique exposée au cours de la conférence intitulée « L’erreur fondamentale de la transition », qui s’est tenue à Lausanne en décembre 2022, lors de la journée annuelle des Shifters Switzerland. L’intervention questionnait la conceptualisation de la transition énergétique, au regard d’éventuelles imprécisions ou erreurs dans la catégorisation des éléments du réel. Il n’est en effet pas acquis que les formes d’énergie contenues dans le vent, le rayonnement solaire ou les atomes soient équivalentes à la forme d’énergie présente dans les hydrocarbures, pour les besoins des sociétés humaines. Bien que toutes les énergies soient théoriquement convertibles les unes en les autres, l’hypothèse qui estime que le remplacement de tout type d’énergie par tout autre serait toujours possible pour l’humanité est susceptible de s’avérer fausse. Une transition énergétique fondée sur la substitution des énergies ne serait alors pas envisageable.

1. L’humanité et l’énergie

Les sociétés humaines s’organisent grâce à l’énergie.

Il y a de l’énergie dans le vent, dans le rayonnement solaire, dans les atomes.

Donc les sociétés humaines peuvent s’organiser grâce au vent, au rayonnement solaire et aux atomes.

Tel est le raisonnement sur lequel s’appuie la conceptualisation de la transition énergétique, qui vise à affranchir les sociétés thermo-industrielles de leur dépendance au charbon, au pétrole et au gaz. Bien sûr, les différentes formes d’énergie que les éoliennes, les panneaux photovoltaïques et les centrales nucléaires convertissent en électricité rendent des services. Cependant, les formes d’énergie contenues dans le vent (cinétique), dans le rayonnement solaire (électromagnétique) ou les atomes (force de liaison des nucléons) sont différentes de celles présentes dans les hydrocarbures (énergie chimique). Les processus et techniques d’exploitation de ces énergies (extraction, conversion) ne sont pas identiques, et la possibilité de substituer les unes par les autres pour l’approvisionnement des sociétés thermo-industrielles ne relève pas de l’évidence.

Pour comparaison, les organismes photosynthétiques, dont la source d’énergie vitale est le rayonnement solaire, seraient condamnés à dépérir s’ils devaient manquer de lumière. Ils sont en effet incapables de substituer l’énergie provenant directement du Soleil par celle contenue, par exemple, dans le vent ou la force de l’eau. De même, la matière organique (la matière « fabriquée » par la vie) constitue la source d’énergie vitale de l’humanité : nous devons consommer des organismes vivants pour satisfaire les besoins de notre corps. Mais si la matière organique comestible venait à manquer, nous serions dans l’incapacité de nous alimenter de bois, de tourbe ou de charbon, alors que bois, tourbe ou charbon sont aussi faits de matière organique, et qu’ils contiennent de l’énergie. Bien que le rayonnement solaire, le vent, la force de l’eau, le bois, la tourbe ou le charbon contiennent de l’énergie, une relation particulière entre la qualité de l’énergie présente dans un milieu et les propriétés des systèmes conditionne la possibilité pour ces systèmes de profiter de ces énergies.

Afin d’évaluer les conditions à la réalisation d’une transition énergétique par substitution des énergies, il paraît nécessaire, dans un premier temps, de caractériser les qualités des différentes formes d’énergie. La distinction de ces caractéristiques favorisera ensuite la mise en regard de chacune de ces énergies avec les propriétés des systèmes physiques formés par les sociétés humaines, en général, et par les sociétés thermo-industrielles en particulier [1].

1.1. La source d’énergie de l’humanité

La matière organique permet au moins deux types de réaction pouvant engendrer des transformations utiles à l’humanité : réaction chimique et réaction exothermique (qui libère de l’énergie et dégage de la chaleur par combustion). C’est parce que l’humain consomme de la matière organique comestible (tout ce dont l’humain peut se nourrir), qu’il maintient ses fonctions métaboliques, par dégradation chimique des molécules complexes contenues en particulier dans les glucides, les lipides et les protides. La dépendance existentielle de l’humanité à l’alimentation est totale. Pour exister, l’humanité doit puiser dans la matière organique, qui constitue sa seule source d’énergie vitale.

1.2. Les sources d’énergie auxiliaire de l’humanité

En plus de son alimentation, l’humanité a développé des capacités à puiser de l’énergie directement dans la matière organique sous forme de biomasse combustible (bois, charbon de bois, tourbe, graisses ou huiles d’origine animale ou végétale, etc.) et/ou d’hydrocarbures combustibles (charbon, pétrole, gaz). Grâce à la réaction exothermique due à la combustion de la biomasse et des hydrocarbures, elle obtient des services complémentaires à ceux fournis par la seule alimentation : chaleur pour lutter contre le froid, pour cuire les aliments, pour fondre des métaux et fabriquer des outils ou des machines, etc. Toutefois, l’existence de l’humanité, en tant qu’espèce, n’est pas strictement dépendante de la combustion de la matière organique sous forme de biomasse ou d’hydrocarbures. L’humanité peut puiser ou ne pas puiser dans ces formes d’énergie, celles-ci constituent donc des sources d’énergie auxiliaire (auxiliaire = « qui apporte des services supplémentaires »).

1.3. Les énergies auxiliaires de l’humanité

Au cours de son évolution, l’humanité a également acquis la capacité à exploiter l’énergie contenue dans le vent, dans le rayonnement solaire, dans les atomes, dans l’énergie cinétique de l’eau, dans la chaleur souterraine (géothermie), etc. Elle n’est toutefois pas apte à puiser directement (par sa seule force de travail) dans ces formes d’énergie pour obtenir des services. Ces formes d’énergie doivent être, au préalable, extraites du milieu grâce à des infrastructures dédiées, puis converties en énergie utile (aujourd’hui le plus souvent en électricité), également grâce à des infrastructures dédiées : éoliennes, panneaux photovoltaïques, barrages hydroélectriques, centrales géothermiques, etc. Ces infrastructures ne peuvent pas être construites grâce à l’énergie qu’elles convertissent, elles ne le peuvent que grâce aux transformations autorisées par l’ensemble des sources d’énergie de l’humanité (alimentation, biomasse, hydrocarbures). Les formes d‘énergie contenues dans le vent, le rayonnement solaire, les atomes, la force de l’eau, le sous-sol, etc., dont l’exploitation implique des étapes et des infrastructures spécifiques d’extraction et de conversion, ne sont pas assimilables à des sources, bien qu’elles rendent des services. Elles constituent des énergies auxiliaires.

 

2. Sources d’énergie versus énergies auxiliaires

Dans la perspective d’une substitution des énergies, il semble nécessaire de différencier les caractéristiques des infrastructures technologiques qui permettent d’exploiter les sources d’énergie auxiliaire (Figure 1), de celles qui permettent d’exploiter les énergies auxiliaires. Les énergies dites de substitution (ENS) qualifient ici essentiellement les infrastructures d’extraction et de conversion indispensables à l’exploitation de l’énergie du vent, du rayonnement solaire et des atomes. La décarbonation du mix énergétique des sociétés thermo-industrielles est en effet principalement envisagée à partir des éoliennes, des panneaux photovoltaïques et des centrales nucléaires.

Les ENS autorisent des transferts d’énergie vers les sociétés humaines depuis leur milieu extérieur, et ces transferts d’énergie satisfont certains besoins de ces sociétés. Cependant, ces transferts sont qualitativement si différents des transferts opérés par les infrastructures exploitant les hydrocarbures, qu’ils pourraient ne jamais pouvoir s’y substituer.

Les sociétés qui exploitent les sources d’énergie auxiliaire sous forme d’hydrocarbures sont qualifiées de « sociétés thermo-industrielles », parce que l’ensemble des processus de transformation dont dépendent les services rendus à l’humanité par ce type de société sont amorcés et entretenus par une réaction exothermique autocatalytique : lorsque la combustion d’une partie d’un volume de matière organique combustible est enclenchée, la réaction exothermique engendrée entraîne la combustion de l’ensemble de ce volume (biomasse combustible, hydrocarbures), libérant la totalité de son énergie. Cet « effet d’entraînement » démultiplie l’effet initial, qui peut être minime (une étincelle), sans nouvel apport d’énergie.

 
Figure 1. L’organisation d’une société thermo-industrielle dépend d’une chaîne de transformations amorcées et entretenues à partir d’une source de chaleur : la matière organique. [© Schéma de l’auteur]

Le transfert d’énergie thermique qui amorce et entretient les processus industriels des sociétés thermo-industrielles est qualitativement différent d’autres types de transferts, par exemple mécanique, par rayonnement, nucléaire ou électrique. En particulier, aucun processus thermo-industriel ne peut être enclenché ou entretenu directement par transfert de l’énergie cinétique du vent, de l’énergie du rayonnement solaire ou de l’énergie des atomes. Les sociétés thermo-industrielles font de la « thermosynthèse » : elles procèdent à des transformations grâce à la chaleur. En l’état des connaissances et des expérimentations, elles ne disposent pas de la faculté à l’« éolosynthèse », à la photosynthèse ou à la « nucléosynthèse ». Les sociétés thermo-industrielles ne sont pas physiquement équivalentes à d’éventuelles sociétés « éolo-industrielles », « photo-industrielles », ou « nucléo-industrielles » (Figure 2).

 
Figure 2. Les sociétés thermo-industrielles sont capables d’extraire et convertir des énergies auxiliaires. [© Schéma de l’auteur]
Par exemple, si la force du vent propulse un bateau ou fait tourner un moulin à vent, cette force n’est d’aucun recours pour les construire. Bateaux et moulins sont façonnés grâce à la force de travail procurée par l’alimentation, au besoin soutenue par la chaleur issue de la biomasse combustible exploitée afin de fondre les pièces métalliques de ces bateaux et moulins. De même, la force de l’eau ne permet pas de construire de barrage hydroélectrique. Le rayonnement électromagnétique du Soleil n’amorce pas non plus directement de transformation aboutissant à la fondation d’infrastructures industrielles, quelles qu’elles soient. Le minerai d’uranium, indépendamment d’une centrale nucléaire, n’est d’aucune utilité. Ni le vent, ni le rayonnement électromagnétique, ni les atomes d’uranium ne sont combustibles, ne procurent de chaleur par un simple déclenchement de combustion (Figure 3).  
Figure 3. Comparaison des processus thermo-industriels et éolo/photo/nucléo-industriels. La chaîne de transformations thermo-industrielle n’est pas transposable dans les modèles d’industrie fondés sur les ENS. [© Schéma de l’auteur]

Si la science de l’énergie a déterminé que « tout est énergie », et que toutes les formes d’énergie sont potentiellement convertibles les unes en les autres, elle a également toujours confirmé, tant théoriquement qu’expérimentalement, que les conversions de chaque forme d’énergie impliquaient des processus distincts. Les processus de transformations générés par l’énergie mécanique, électromagnétique, nucléaire, chimique, thermique ou électrique sont qualitativement différents, et ne paraissent pas substituables pour approvisionner en énergie les sociétés thermo-industrielles, celles-ci dépendant intrinsèquement d’une source de chaleur (Figure 4).

 
Figure 4. Les « énergies dites de substitution » (ENS) ne se substituent pas aux hydrocarbures : la fabrication de leurs convertisseurs dépend de la thermo-industrie. [© Schéma de l’auteur]

2.1. La chaleur des énergies de substitution

Si les sociétés thermo-industrielles ont intrinsèquement besoin d’une source de chaleur, elles ont progressivement acquis la capacité à générer, à partir de la conversion de l’énergie du vent, du rayonnement électromagnétique ou des atomes en électricité, une chaleur capable d’amorcer et entretenir des processus industriels (Figure 5). Cependant, si la chaleur est une forme d’énergie qui peut être obtenue immédiatement à partir des hydrocarbures, l’obtenir à partir des ENS implique plusieurs étapes irréductibles : dans un premier temps extraction de l’énergie du vent, du rayonnement solaire ou des atomes, puis conversion en électricité, enfin conversion de cette électricité en chaleur. Chacune de ces étapes est dépendante de l’existence préalable de différents systèmes qui sont intégrés à la société thermo-industrielle elle-même[2]. La chaleur générée à partir des ENS ne paraît donc pas être assimilable à une source de chaleur. Elle ne forme en effet qu’un sous-produit du processus global d’extraction et conversion de l’énergie du vent, du rayonnement électromagnétique ou des atomes.

 
Figure 5. Présupposé de synergie et d’autonomie énergétique des ENS : celles-ci produiraient elles-mêmes la chaleur nécessaire à leur réparation (ici, à partir de l’électricité qu’elles génèrent). [© Schéma de l’auteur]

James Clerk Maxwell indiquait, dès 1876, que « L’énergie d’un système matériel ne peut être estimée que de manière relative. »[3] Henri Poincaré reprenait, en 1902 : « Si l’état futur du système n’est pas entièrement déterminé par son état actuel, c’est qu’il dépend en outre de l’état des corps extérieurs au système. Mais alors est-il vraisemblable qu’il existe entre les paramètres x qui définissent l’état du système des équations indépendantes de cet état des corps extérieurs ; et si dans certains cas nous croyons pouvoir en trouver, n’est-ce pas uniquement par suite de notre ignorance et parce que l’influence de ces corps est trop faible pour que notre expérience puisse la déceler ?

Si le système n’est pas regardé comme complètement isolé, il est probable que l’expression rigoureusement exacte de son énergie interne devra dépendre de l’état des corps extérieurs. »[4]

Si la chaleur générée par les ENS ne constitue qu’un produit de différents processus industriels, elle n’est relative à rien d’autre qu’à cette industrie. Elle est une énergie interne des sociétés thermo-industrielles. En l’état des connaissances, si l’énergie dont souhaitent s’approvisionner les sociétés thermo-industrielles est une énergie interne au système physique qu’elles constituent, non un flux provenant de leur milieu, alors leur fonctionnement est condamné à se dégrader. Les conditions à l’organisation sont strictes, et limitantes.

En physique, l’entropie désigne une « fonction d’état, notée S, qui caractérise l’état de « désordre » d’un système »[5]. Un état de faible entropie caractérise un système relativement[6] plus « organisé », quand une entropie importante caractérise un système relativement moins organisé. Certains systèmes physiques sont dotés de propriétés particulières : ils sont capables de stabiliser leur propre organisation interne, dès lors qu’ils sont traversés par un flux d’énergie. Ces systèmes sont dits « auto-organisés ». Les sociétés thermo-industrielles comptent parmi les systèmes auto-organisés : leur activité interne pourvoie – en fonction des conditions – au maintien de leur organisation. Dans le cadre d’une réflexion sur la transition énergétique, il paraît primordial de prendre en considération les connaissances scientifiques sur ces conditions au maintien de l’auto-organisation (Lire : Thermodynamique : d’une simple question d’ingénieur à la compréhension de l’irréversibilité).

En 1971, Peter Glansdorff et Ilya Prigogine publient les résultats de leurs recherches sur les conditions à l’existence des systèmes auto-organisés. Les chercheurs indiquent, page 4 de leur ouvrage Thermodynamic Theory of Structure, Stability and Fluctuations[7] :

« L’entropie n’est pas une quantité qui se conserve, mais qui augmente à la suite de processus irréversibles. Ce n’est que pour les processus réversibles que la variation d’entropie est entièrement due à des échanges d’entropie avec le monde extérieur. »

Peter Glansdorff et Ilya Prigogine rappellent que, par défaut, l’entropie d’un système ne peut qu’augmenter (Lire : Thermodynamique : énergie et entropie). Page 12, les auteurs précisent :

« (a) L’entropie est une quantité extensive. Si un système est composé de plusieurs parties, l’entropie totale est égale à la somme des entropies de chaque partie. La variation d’entropie dS peut donc être divisée en deux parties : la production d’entropie diS due aux changements à l’intérieur du système, et le flux d’entropie deS dû à l’interaction avec le monde extérieur.

(…)

(b) La production d’entropie diS due aux changements à l’intérieur du système n’est jamais négative. »

Ensuite, page 13 :

« Pour un système isolé, le flux d’entropie est par définition égal à zéro et les équations (2.1), (2.2), se réduisent à la formulation classique de la seconde loi

diS ≥ 0   (système isolé)

Cette inégalité établit que l’entropie d’un système isolé ne peut jamais diminuer.

(…)

À ce stade, le système qui nous intéresse peut être ouvert ou fermé. Un système fermé peut échanger de l’énergie mais pas de matière avec le monde extérieur. » (Figure 6)

Chapitre III de leur recherche, les auteurs explorent les conditions d’existence des systèmes auto-organisés, dotés de processus estimés « réversibles ». Certains systèmes, dans certaines conditions, sont susceptibles de ne pas subir l’entropie. Ils sont alors dans un état qualifié d’« éloigné de leur équilibre thermodynamique ». Les expériences décrites montrent que « Dans de nombreuses situations, les conditions limites imposées au système l’empêchent d’atteindre l’équilibre ». Les auteurs envisagent également que, dans certaines conditions d’interaction avec le milieu, non seulement certains systèmes voient leur état être maintenu stable mais que « des propriétés entièrement nouvelles » apparaissent dans ces systèmes. C’est le cas des sociétés thermo-industrielles, qui sont dotées de la capacité à entretenir activement des processus industriels de transformation de ressources.

Chapitre V, les auteurs précisent encore que pour tout système non isolé (établissant des interactions avec son milieu) estimé stable, toute augmentation de son entropie doit être « compensée par un flux d’entropie [négative] provenant de l’extérieur du système considéré ». Ils complètent ensuite leur développement dans le chapitre VII, en résumant l’ensemble des conditions estimées nécessaires à l’existence de systèmes stables dotés de propriétés nouvelles, qu’ils nomment « systèmes dissipatifs » : le système doit « échanger de la matière et de l’énergie avec le monde extérieur » pour être maintenu « loin de son état d’équilibre thermodynamique », pour stabiliser son organisation interne.

 
Figure 6. Évolution de l’entropie des systèmes ouverts et isolés. Un système ouvert peut bénéficier d’un flux d’entropie négative entrant, et ainsi maintenir son organisation interne. Un système isolé est voué à produire de l’entropie, il tend vers un plus grand désordre. Formalisme de notation mathématique : I. Prigogine et P. Glansdorff (deS : flux d’entropie, diS : production d’entropie). [© Schéma de l’auteur]

Les travaux de Peter Glansdorff et Ilya Prigogine établissent des distinctions conceptuelles qui prémunissent d’une confusion : le fait que les sociétés thermo-industrielles convertissent des énergies auxiliaires en chaleur ne se substitue pas à l’irréductible nécessité que le flux d’entropie dont ces sociétés ont besoin pour s’organiser provienne de leur milieu extérieur. Nous l’avons vu, les systèmes thermo-industriels constituent des systèmes physiques aux propriétés différentes d’éventuels systèmes « éolo/photo/nucléo-industriels ». Si des systèmes « éolo/photo/nucléo-industriels », capables d’amorcer et entretenir des processus de transformation directement à partir de l’énergie du vent, du rayonnement solaire ou nucléaire devaient exister un jour, ils pourraient être considérés comme ouverts sur ces énergies. Ils en bénéficieraient pour maintenir leur organisation, ces énergies seraient de véritables flux d’entropie, de véritables flux organisateurs. Les sociétés thermo-industrielles, en l’état des connaissances et des expérimentations, ne sont pas dotées de la capacité à amorcer et entretenir des processus de transformation à partir de l’énergie du vent, du rayonnement solaire ou des atomes. Elles constituent des systèmes physiques qualitativement différents.

Les sociétés thermo-industrielles, historiquement, n’ont eu accès aux différentes formes d’énergie de leur milieu extérieur que grâce à l’exploitation de leur seule source d’énergie, la matière organique, en particulier grâce à l’exploitation des sources d’énergie auxiliaire que sont la biomasse combustible et les hydrocarbures. Sans ces sources d’énergie auxiliaire, les sociétés thermo-industrielles n’ont pas la faculté de construire des ENS. Sur le critère de l’accès à un flux organisateur, elles restent alors des systèmes isolés des énergies provenant du vent, du rayonnement solaire et des atomes (Figure 7).  
Figure 7. Sur le critère de l’accessibilité à un flux d’entropie négative (flux organisateur), les systèmes physiques constitués par les éolo/photo/nucléo-industries constituent des systèmes isolés, qui tendent vers un plus grand désordre (voir Figure 6). [© Schéma de l’auteur]

Selon les conditions à l’auto-organisation précisées par Peter Glansdorff et Ilya Prigogine, les sociétés thermo-industrielles n’ont pas non plus la latitude de construire et entretenir des ENS, c’est-à-dire de maintenir une ouverture sur les énergies auxiliaires que sont le vent, le rayonnement solaire ou les atomes, à partir de leur seule énergie interne. Sans chaleur obtenue depuis une ressource externe (biomasse, hydrocarbures, voir Figure 8), la consommation de la seule chaleur produite par une société thermo-industrielle elle-même, revient à une augmentation de son entropie, c’est-à-dire à la dégradation de son organisation.

 
Figure 8. L’entropie des systèmes éolo/photo/nucléo-industriels ne peut diminuer qu’à la condition de bénéficier de l’ouverture des systèmes thermo-industriels sur le flux organisateur provenant des hydrocarbures. [© Schéma de l’auteur]

Si l’approche « flux d’entropie », étayée par les travaux de Peter Glansdorff et Ilya Prigogine précise les contours des possibles pour la transition, une approche simplement « énergie » pointerait également le risque d’écueil à la substitution des énergies. Y. V. C. Rao, ingénieur, rappelle dans son ouvrage Chemical Engineering Thermodynamics que « la première loi de la thermodynamique stipule que le changement net d’énergie d’un système est égal au transfert net d’énergie à travers les limites du système. »[8] Les ENS sont une voie de transfert d’énergie dite bas carbone à travers les limites des systèmes que forment les sociétés thermo-industrielles. Ces sociétés envisagent d’utiliser la chaleur issue des processus de conversion de l’énergie du vent, du rayonnement solaire ou des atomes, afin d’entretenir d’autres processus industriels, indispensables à la maintenance et à l’entretien des ENS. Mais si cette chaleur générée par les ENS n’est qu’une énergie interne au système constitué par l’industrie des sociétés thermo-industrielles, et que les principes de la thermodynamique montrent que la consommation de cette chaleur ne compense pas l’augmentation de l’entropie interne de ce système, alors la capacité des sociétés thermo-industrielles à entretenir et remplacer leurs ENS ne peut que décroître avec le temps. Dans ce cas, le « transfert net d’énergie à travers les limites du système » ne peut lui aussi que tendanciellement se réduire, ainsi que le « changement net d’énergie » de ce système, c’est-à-dire la quantité d’énergie dont il dispose, en interne, pour maintenir sa propre organisation.

Quoi qu’il en soit, l’ambition de transition énergétique par substitution des énergies est susceptible de se confronter à un effet ciseaux. En fonction de sa provenance, interne ou externe, une énergie n’est pas toujours équivalente à un flux organisateur. Sans source d’énergie provenant de leur milieu, ou en consommant de moins en moins de cette source, par choix ou par contrainte, les sociétés thermo-industrielles se confronteraient à la réduction progressive de la disponibilité d’une énergie interne pour contrer l’entropie. Leur « désorganisation » augmenterait, au fil du temps.

Selon les connaissances théoriques et expérimentales rappelées ici, le présupposé de la substituabilité des énergies se confronte à des limites, intrinsèques aux propriétés des sociétés thermo-industrielles et aux qualités des énergies présentes dans leur milieu. Il est envisageable que la conviction de la substituabilité de toutes les énergies les unes par les autres, pour les besoins des sociétés humaines, trouve son origine dans l’occultation de certains paramètres qualitatifs, à la faveur de paramètres quantitatifs, parfois trompeurs.  

3. L’erreur fondamentale de la transition

3.1. Beaucoup ne veut pas dire possible

Dans Principes d’économie moderne, Jean-Dominique Lafay, Joseph E. Stiglitz et Carl E. Walsh s’inquiètent de l’augmentation du taux de concentration de CO2, ainsi que des conséquences du réchauffement climatique[9]. Ils estiment que « D’un point de vue économique, le principe de substitution est au centre du problème posé. Ralentir les émissions implique de consommer moins d’énergie et de remplacer des sources d’énergie qui produisent en grandes quantités [du CO2] – comme le charbon – par des sources d’énergie moins polluantes (gaz naturel) ou qui ne le sont pas du tout (énergie hydroélectrique). Pour ce faire, on peut envisager d’augmenter les coûts des sources d’énergie productrices de gaz à effet de serre, en instaurant par exemple un impôt sur les différents carburants en fonction de leur contribution à l’accroissement de CO2. Cela constituerait une incitation pour les entreprises à utiliser des sources d’énergie moins dommageables pour le réchauffement de la planète. » (Lire : )

De leur côté, les théoriciens et ingénieurs de la transition estiment que la substitution repose sur l’augmentation des performances des éoliennes (plus grandes), des panneaux photovoltaïques (rendements plus élevés), sur l’accès à une quantité plus importante ou plus concentrée d’énergie (fission, fusion nucléaire). Dans l’ensemble, la recherche porte sur l’obtention du meilleur taux de retour énergétique possible (TRE : rapport entre la quantité d’énergie investie pour obtenir de l’énergie et la quantité d’énergie obtenue en retour)[10].

Le paradigme de la transition énergétique semble profondément imprégné des théories économiques dominantes. Ces théories présupposent que la production de richesse relève de l’ajustement de quelques paramètres quantitatifs, par exemple les prix, et qu’il n’existe pas de contrainte matérielle au développement puisque les ressources, tout comme le capital et le travail, sont toujours substituables. Dans la conceptualisation actuelle de la transition, il n’existe pas non plus a priori de contrainte physique : il suffit de créer des machines plus efficaces pour que des énergies décarbonées se substituent aux énergies carbonées. Il n’existe cependant aucune théorie, ni aucun constat empirique qui attesterait que des ENS performantes fassent que le vent, le rayonnement solaire ou les atomes puissent amorcer et entretenir des processus industriels.

Envisager que les sociétés thermo-industrielles puissent passer de l’exploitation de sources d’énergie à celle d’énergies auxiliaires implique la résolution de questions qualitatives, ce qui engage à la compréhension des liens causaux et logiques qu’entretiennent les sociétés thermo-industrielles avec les différentes formes d’énergie présentes dans leur milieu extérieur[11].

3.2. Le biais de substitution

Il existe différentes façons de catégoriser les entités du réel, de les rassembler dans des familles définies par des caractéristiques précises. Par exemple, si l’on se demande à quelle catégorie appartiennent les animaux « lapins », au-delà de la catégorie des « animaux » il est soit possible de les classer parmi les « mammifères », soit parmi les « herbivores ».

Une des deux catégorisations est établie à partir de caractéristiques internes aux lapins (locus interne) : les lapins sont des « vertébrés dont les femelles allaitent leurs petits ». La seconde catégorisation est établie à partir des caractéristiques externes aux lapins (locus externe) : pour se nourrir, les lapins doivent entretenir des interactions avec d’autres choses qu’eux-mêmes, des végétaux[12].

 
Figure 9. Deux façons de catégoriser les lapins : en fonction de leurs capacités propres (allaiter leur progéniture) ou de ce dont ils dépendent pour exister (les végétaux). Selon les critères choisis, les lapins ont, ou n’ont pas, de propriétés en commun avec l’ensemble de la classe des mammifères. [© Schéma de l’auteur]

Les catégorisations en locus interne, définies à partir d’un nombre restreint de caractères intrinsèques, peuvent induire des erreurs de raisonnement, dès qu’il s’agit de comprendre la place ou le rôle de ce qu’on étudie au cœur d’un système[13]. Pour comprendre les besoins vitaux des lapins, et en prendre soin correctement, il est plus sûr de savoir de quoi ils se nourrissent, plutôt que de les réduire à la catégorie « mammifère », qui comprend des animaux aux alimentations très différentes (Figure 9). De la même façon, afin de déterminer si une substitution des énergies est envisageable grâce à des ENS, se contenter de leur appartenance à la catégorie « convertisseurs d’énergie » paraît insuffisant. Afin de garantir qu’une décarbonation est possible, il est nécessaire de considérer les interactions qui doivent être entretenues entre les ENS et autre chose qu’elles-mêmes pour qu’elles puissent être déployées, entretenues et remplacées. Nous l’avons vu, si l’industrie dont dépendent les ENS ne devait s’approvisionner que depuis l’énergie que cette industrie produit elle-même, sans source extérieure, le projet de décarbonation serait compromis, voire disqualifié.

 
Figure 10. Deux façons de catégoriser les centrales thermiques : en fonction de leur usage (générer de l’électricité) ou en fonction du type d’énergie convertie (sources d’énergie). Selon leur usage, les centrales thermiques et les ENS peuvent être considérées comme équivalentes, mais pas selon le type d’énergie convertie. [Schéma de l’auteur]
Les caractéristiques sélectionnées afin de définir les systèmes étudiés, dans le cadre d’une transition, définissent différents types d’interaction entre ces systèmes et leur milieu. Un système thermo-industriel, par exemple, caractérise un système ouvert sur l’énergie provenant des hydrocarbures, parce que cette énergie est un flux d’entropie autorisant l’organisation de ces systèmes. En revanche, d’éventuelles sociétés éolo/photo/nucléo-industrielles, indépendantes des sociétés thermo-industrielles ne seraient pas, par elles-mêmes, des sociétés ouvertes sur les énergies que les ENS convertissent. Ces énergies ne contribueraient pas, en l’état des connaissances, par leur seule présence associée à la force de travail et à l’intelligence humaines, à l’organisation de ces sociétés. Les ENS ne peuvent générer de l’énergie utilisable par les sociétés thermo-industrielles qu’à la condition que ces sociétés disposent d’authentiques sources d’énergie, dont l’exploitation autorise l’amorce et l’entretien de différents processus industriels, dont ceux indispensables aux ENS. En résumé, ça n’est pas parce que les centrales thermiques, les éoliennes, les panneaux photovoltaïques et les centrales nucléaires sont de la catégorie des infrastructures qui génèrent de l’électricité, que l’électrification des sociétés suffira pour atteindre la décarbonation.

La confusion provient sans doute du fait que les systèmes physiques constitués par les ENS sont enchâssés dans le système physique thermo-industriel. Par défaut, nous considérerions que les propriétés des ENS seraient identiques aux propriétés des centrales thermiques, parce que toutes ces infrastructures fonctionnent concrètement, au cœur des sociétés thermo-industrielles[14]. Mais le fonctionnement des ENS au cœur des sociétés thermo-industrielles ne dit pas qu’elles en acquerront un jour les propriétés, en particulier de s’ouvrir sur d’authentiques sources d’énergie, définissant ainsi une nouvelle classe de systèmes auto-organisés, affranchie des sociétés thermo-industrielles.

Dans l’ambition d’une transition énergétique, la focalisation sur les caractéristiques internes des convertisseurs d’énergie, au détriment de la prise en compte des conditions externes à leur existence (Figure 10) relèverait de ce que la psychologie et les sciences de la cognition qualifient d’erreur fondamentale d’attribution. La méprise sur la détermination des causes, des conditions nécessaires (disposer de sources d’énergie) à l’effet recherché (la décarbonation) risque de ne procurer que l’illusion de la possibilité de la décarbonation, sans qu’elle ne se réalise jamais concrètement.

3.3. Une transition circulaire

Détecter la fragilité des modèles de transition énergétique s’avèrerait d’autant plus délicat que ces modèles auraient tendance à se justifier par eux-mêmes. Un raisonnement circulaire est un raisonnement qui aboutit à l’hypothèse même sur laquelle il se fonde[15]. Par exemple, dans l’objectif d’une substitution des énergies, il faut entretenir et remplacer, en fin de vie, les ENS. L’entretien et le remplacement des ENS nécessitent de l’énergie. Selon les modèles actuels de substitution des énergies, puisque les ENS fournissent de l’énergie, cette énergie peut servir pour entretenir et remplacer des ENS.

Nous avons vu, précédemment, que tous les flux d’énergies ne favorisent pas l’organisation. La crainte que la substitution des énergies se révèle infaisable, pour des raisons qualitatives, est susceptible de motiver à la subdivision du raisonnement circulaire initial, à son déploiement en lui-même, afin d’éloigner autant que possible de la raison et des émotions le risque d’échec concret. Parvenir à entretenir et remplacer les ENS – tout en garantissant l’approvisionnement des sociétés en énergie – n’impliquerait alors que d’étudier comment accélérer l’électrification des usages, favoriser la sobriété, produire de l’hydrogène, développer le stockage d’énergie, le « power-to-x », flexibiliser la production[16] et la consommation, gérer les transferts d’énergie grâce à l’intelligence artificielle, concevoir un « développement résilient »[17], etc.

 
Figure 11. Circularité de la réflexion actuelle sur les ENS et débats secondaires fondés sur l’axiome que les systèmes éolo/photo/nucléo-industriels ont accès à l’auto-organisation. [© Schéma de l’auteur]

Alors qu’il ne manquerait pas de complexité, et qu’il se fonderait sur du matériel mathématique solide, le déploiement interne du raisonnement sur la substitution (Figure 11) ferait prendre le risque de ne jamais répondre à la question de la substituabilité. Stéphane Mallat, professeur du Collège de France sur la chaire Sciences des données, rappelait en janvier 2023 : « D’une façon générale, quand vous avez un modèle, vous pouvez faire un peu n’importe quoi : de l’inférence de variables, enlever du bruit, résoudre des problèmes inverses, vous attaquer à des problèmes de classification ou de régression. »[18]. Sous l’apparence de l’évidence, même si elle adopte des formes élégantes et détaillées, et aussi enrichie soit-elle de questionnements subsidiaires, une modélisation fondée sur un raisonnement circulaire s’éloigne de la question initialement posée. Les ENS ne peuvent pas exister simplement parce que les ENS existent, quand bien même on étudierait avec d’importants moyens et des calculs raffinées les processus et interactions que l’on envisagerait entre les ENS et elles-mêmes, afin de garantir leur existence.

La justification à l’engagement d’une transition énergétique, exclusivement à partir de modèles quantitatifs, ne s’appuyant que sur des hypothèses délestées des contraintes qualitatives embarrassantes rejoindrait l’interrogation de Bernard D’Espagnat sur l’évolution du rapport de l’humanité à la réalité : « Ainsi en arrive-t-on progressivement à une vision du monde dans laquelle la matérialité des choses semble se dissoudre en équations. Une vision dans laquelle le matérialisme est de plus en plus contraint d’évoluer vers le mathématisme et où, si l’on peut dire, Démocrite doit en définitive se réfugier chez Pythagore. »[19]

Ce « mathématisme », qui occulte ce qu’énonce la matérialité sur ce qui est possible et sur ce qui n’est pas possible, risque d’engager les ambitions de décarbonation dans une voie sans issue. Les efforts déployés pour optimiser l’efficacité des ENS, ou pour faire évoluer la société qui souhaite s’approvisionner avec leur énergie ne résoudront pas l’écueil de la substituabilité. Aucun système physique n’entretient son organisation à partir de sa propre énergie interne, aucun système physique ne constitue sa propre condition nécessaire[20]. Le biais du raisonnement circulaire dans la transition – qui procure sans doute le sentiment sincère que l’existence des ENS ne dépend d’aucune variable extérieure – masque une réelle contrariété : les ENS ne pourront jamais stabiliser seules leur propre apport d’énergie.

S’extraire du raisonnement circulaire de la substitution « par elle-même » implique de poser différemment la question de la transition. Il ne s’agit pas de savoir s’il est possible de construire des ENS avec l’énergie générée par des ENS, mais d’estimer s’il est possible de fabriquer des ENS avec l’énergie du vent, du rayonnement solaire ou des atomes (Figure 12).  
Figure 12. En vert : focale envisageable afin d’explorer le rôle des ENS dans l’évolution future du mix énergétique, en tenant compte des qualités des énergies qu’elles convertissent (flux organisateur ou non). [© Schéma de l’auteur]

4. La transition : un palimpseste épistémologique ?

La conceptualisation actuelle de la transition énergétique repose sur des modèles, des scénarios et des simulations dont les hypothèses de départ correspondent aux conditions de réalisation idéales d’une substitution des énergies : toutes les formes d’énergie présentes dans le milieu sont équivalentes pour les sociétés humaines ; les sociétés thermo-industrielles sont capables d’acquérir les capacités à s’approvisionner en énergie à partir de l’énergie du vent, du rayonnement solaire et des atomes ; les écueils à la substituabilité peuvent être levés par l’innovation, par l’efficacité et par l’optimisation de divers paramètres quantitatifs inhérents à l’exploitation de l’énergie.

Ces hypothèses paraissent toutefois ne pas s’appuyer sur ce qu’a énoncé la science de l’énergie jusqu’à aujourd’hui. L’équivalence des énergies, l’acquisition de propriétés inédites pour les sociétés thermo-industrielles, simplement parce qu’elles en auraient besoin, la capacité de l’innovation à surmonter tous les défis, ainsi que la suffisance des analyses quantitatives pour répondre à des questions qualitatives ne relèvent pas des connaissances scientifiques. La conviction que le déploiement d’un parc suffisamment important et performant d’éoliennes, de panneaux photovoltaïques et/ou de centrales nucléaire suffirait en soi à garantir la décarbonation s’énonce en dépit des acquis théoriques et expérimentaux, comme si ceux-ci n’avaient plus cours, comme s’il était concevable de ne pas en tenir compte et de simplement écrire une science de l’énergie par-dessus les connaissances préexistantes[21].

Pour autant, si la sélection d’hypothèses ad hoc fait prendre le risque aux modèles de transition de ne donner que l’illusion de pouvoir se réaliser, les ENS fournissent de l’énergie à nos sociétés, elles rendent des services. Le matériel scientifique qui sous-tend l’ambition de transition trouverait avantageusement son utilité au-delà de l’ambition de substitution. Nous devons réduire l’exploitation des hydrocarbures, toutes choses égales par ailleurs. Quel rôle les ENS joueront-elles dans un avenir où l’humanité ferait tout pour laisser les hydrocarbures sous terre ? Si les ENS ne se substituent pas aux hydrocarbures, continueront-elles, malgré tout, à rendre des services ? Si elles ne sont pas éternelles, rendront-elles un temps nos sociétés plus résilientes ? Telles sont les questions à traiter désormais, pour qui entend vraiment relever le défi énergétique[22]. Il s’agit d’éviter, en particulier, que des imprécisions ou confusions conceptuelles soient instrumentalisées au profit de l’industrie des énergies carbonées, ce que l’enquête « Le joker « ENR » », menée par l’Association Bloom[23], a dénoncé récemment.

 

Remerciements

Je tiens à remercier Corentin Grillet pour les illustrations, les apports conceptuels et critiques, ainsi que Lucile Hertzog et Jean Latreille pour leurs relectures et corrections.

Pour aller plus loin, conférence « L’erreur fondamentale de la transition », Lausanne, décembre
2022, lors de la journée annuelle des Shifters Switzerland :  

 

Notes et Références

[1] Système physique, : « Un système physique est une partie de l’Univers physique, choisie pour son analyse. Les systèmes physiques n’existent pas dans la nature, ce sont des constructions de l’esprit humain pour la modélisation et l’analyse des phénomènes physiques. Comme tout système en général, un système physique se caractérise par sa frontière qui distingue ses constituants internes de son environnement externe ; s’il n’est pas isolé, le système physique peut interagir avec son environnement. »

[2] Les contraintes d’approvisionnement ou de disponibilité pour toutes ces formes d’énergie s’ajoutent à ces étapes.

[3] Maxwell, J. (2010). Matter and Motion (Cambridge Library Collection – Physical Sciences). Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9780511709326. Page 93.

[4] Henri Poincaré, La Science et l’hypothèse, Flammarion, 2014.

[5] Entropie, définition . Voir également l’article Thermodynamique : énergie et entropie, sur le site de l’Encyclopédie de l’énergie, par Dominique Grand, 2015.

[6] En fonction des systèmes observés et de leurs interactions.

[7] Peter Glansdorff, Ilya Prigogine. Thermodynamic Theory of Structure, Stability and Fluctuations. Wiley-Interscience. 1971. Dans l’ordre des citations : pages 4, 12, 13, 34, 35, 43, 55, 73.

[8] Y. V. C. Rao, Chemical Engineering Thermodynamics, Universities Press, 1997.

[9] Jean-Dominique Lafay, Joseph E Stiglitz, Carl E Walsh, Principes d’économie moderne, De Boeck, 2014.

[10] Murphy DJ, Carbajales-Dale M, Moeller D. Comparing Apples to Apples: Why the Net Energy Analysis Community Needs to Adopt the Life-Cycle Analysis Framework. Energies. 2016; 9(11):917.

[11] Mignerot, V. (2022). La transition énergétique résiliente. Cités, 92, 57-68.

[12] Albert Moukheiber, Votre cerveau vous joue des tours, Allary Editions, 2019. ; Beauvois, J.E.-L. and Dubois, N. (1988), The norm of internality in the explanation of psychological events. Eur. J. Soc. Psychol., 18: 299-316. ; Dompnier, Benoît, et Pascal Pansu. « Norme d’internalité et unités d’analyse: pour une redéfinition du statut de la mesure dans l’étude des normes sociales de jugement », Revue internationale de psychologie sociale, vol. 23, no. 4, 2010, pp. 63-89.

[13] Ruslan Salakhutdinov, Josh Tenenbaum, and Antonio Torralba. 2011. One-shot learning with a hierarchical nonparametric Bayesian model. In Proceedings of the 2011 International Conference on Unsupervised and Transfer Learning workshop – Volume 27 (UTLW’11). JMLR.org, 195–207.

[14] « Considérer que l’action est une propriété d’objet revient à considérer que les actions peuvent servir à construire des catégories et de la sorte, des relations entre l’action et les autres propriétés. » Zibetti Maria Elisabetta, Tijus Charles, Poitrenaud Sébastien. La Construction de la Représentation de l’Action Perçue. In: Intellectica. Revue de l’Association pour la Recherche Cognitive, n°32, 2001/1. Conscience et Spatialité. pp. 123-153. DOI :

[15] Raisonnement circulaire,  : « Raisonnement circulaire. Raisonnement qui aboutit à l’hypothèse même sur laquelle il se fondait. Synon. cercle vicieux. Les aphorismes circulaires de La Rochefoucauld (É. Faure, L’Esprit des formes,1927, p. 101). La régression à l’infini se recourbe en pétition de principe ou étiologie circulaire (Jankélévitch, Le Je-ne-sais-quoi et le presque-rien, 1957, p. 237). »

[16] L’énergie ne peut pas être produite, générée, créée, « production » ou « génération » sont utilisés par commodité.

[17] Laurent Fonbaustier : , Conférence au Collège de France, 2023.

[18] Stéphane Mallat, , Collège de France, introduction au cours de l’année 2022-2023 : Modèles, information et physique statistique.

[19] Bernard D’Espagnat, À La recherche du réel. Le regard d’un physicien, Dunod, 1988.

[20] Hormis, en l’état des connaissances, l’univers.

[21] Palimpseste, : « Manuscrit sur parchemin d’auteurs anciens que les copistes du Moyen Âge ont effacé pour le recouvrir d’un second texte ».

[22] Le site invite à la réflexion collective sur les enjeux énergétiques de demain.

[23] Enquête Association Bloom : , 24 mai 2023.

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