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Les besoins d'énergie

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Litres d’essence ou de gazole achetées dans une station service, kilowattheures affichés au compteur de son domicile : ces diverses consommations d’énergie sont familières. Mais à quoi servent-elles réellement ? Impossible de le dire sans comprendre ce que sont les besoins d’énergie.
 

1.Les besoins d'énergie : concepts et définitions

 
Parler de besoins d'énergie, comme on l'entend fréquemment, est commode, mais réducteur, sinon incorrect. En effet, ni les individus ni les entreprises n'expriment un besoin particulier de gaz, de pétrole ou d'électricité. Les premiers demandent de la mobilité ou du confort. Les secondes veulent faire tourner des machines. A un moment donné, vouloir de la mobilité se traduit évidemment  par le recours à une voiture qui elle-même consomme du gazole ou de l'essence, à tant de litres par kilomètre parcouru. D'où l'assimilation courante entre le besoin de mobilité et le "besoin" d'essence ou de gazole.
Dans un même environnement technique, cette assimilation ne porte pas à conséquence: il y a bien une forme de proportionnalité entre les besoins de mobilité ou de confort, et les quantités de produits énergétiques requises pour les satisfaire. En revanche, il en va tout autrement lorsque l'environnement technique change, comme tout un chacun a pu en faire l'expérience : si je remplace ma voiture par un scooter, si j'isole ma maison, si je produis de l'acier à partir de ferrailles recyclées plutôt que de minerai de fer, les quantités nécessaires de produits énergétiques seront moindres, alors que les besoins sous-jacents -mobilité, confort, production d'acier - resteront les mêmes. On peut alors fort bien avoir en même temps un accroissement des besoins réels (plus de kilomètres parcourus, une température intérieure plus élevée, une production plus grande) et une diminution de la demande de produits énergétiques.
 
Or, comme la technologie change continûment, l'assimilation des besoins que l'énergie permet de satisfaire à des "besoins" d'énergie, et a-fortiori à la demande énergétique, pose problème. Et ce d'autant plus si l'on se situe sur des horizons temporels longs (passés ou à venir), au cours desquels les changements techniques sont nécessairement importants. S'intéresser aux "besoins" d'énergie, au sens de la demande d'énergie observée, est certes nécessaire pour comprendre le fonctionnement et la dynamique du système énergétique, mais  il ne faut pas les confondre avec les besoins réels à satisfaire, et ne pas omettre de s'interroger sur les liens entre les deux.
 
Cette question est d'autant plus critique que les systèmes techniques ne sont pas neutres par rapport aux besoins réels. Lorsqu’une personne accède à la voiture, sa mobilité explose ; quand on construit une tour de verre, le besoin de climatisation explose. Et l'on observe un lien profond entre les énergies que l'on mobilise : le charbon, le pétrole, le gaz, l'électricité, et l'évolution des systèmes techniques. La voiture que l'on connait est intrinsèquement liée au pétrole (on parle même de système technique fermé, "lock-in" disent les anglo-saxons), comme la machine à vapeur l'a été au charbon à ses débuts. C'est en cela que l'on parle de "paradigme énergétique": le système que forment, à un moment donné, les énergies dominantes (les énergies fossiles aujourd'hui), les technologies qui en sont dérivées, les besoins qu'induisent ces technologies et le rapport entre ces besoins et la demande de produits énergétiques qui en résulte.
 
Lorsque le débat énergétique remet en cause la domination des énergies fossiles, pour des raisons de ressources et d'environnement, et défend des ambitions fortes sur les énergies renouvelables ou l'énergie nucléaire, il s'inscrit bien dans une remise en cause du "paradigme énergétique"  actuel, et il oblige donc à questionner tant les besoins à satisfaire, que la façon dont ils s'articulent avec la demande de produits énergétiques.

2.Besoins réels et besoins d'énergie

 
Il faut distinguer ici les besoins des personnes physiques et les besoins du système productif, car seuls les seconds sont directement induits par la création de richesse que représente le Produit Intérieur Brut (PIB).
 

2.1.Les besoins des personnes

 
La notion même de besoin "réel" que l'énergie permet de satisfaire est ambigüe, et demande à être clarifiée. A la base, on retrouve bien sûr une notion physiologique : manger, boire, dormir, être à l'abri, mais au fur et à mesure que les sociétés progressent, la notion de besoin change. Elle englobe de façon croissante des dimensions culturelles et sociales.
Les besoins associés au fait de "manger" ne signifient pas la même chose en France et en Afrique rurale au regard de l'énergie. Ici le congélateur et le micro-onde, là le foyer ouvert et quasi continu. Parler de besoin de mobilité ou d'accessibilité ne signifie pas la même chose dans le France du XXIe siècle ou celle du XIXe. Aujourd'hui l'horizon est plutôt celui des frontières européennes, hier c'était souvent celui du village. Même chose pour le confort: chacun aujourd'hui aspire à se chauffer à 20-22° dans toutes les pièces alors qu'il y a encore peu, une cheminée ou un poêle dans la pièce à vivre était la norme.
chauffage des maisons cuisinière traditionnelle encyclopédie de l'énergie
Quant on parle des besoins que l'énergie permet de satisfaire, il faut en fait dissocier deux notions essentielles: la "norme" sociale et la "distance" à cette norme. La "norme" sociale revêt deux caractéristiques majeures : un mode d'expression (du besoin) et une intensité. En France aujourd'hui, la "norme" sociale du chauffage est celle d’un chauffage généralisé de toutes les pièces du logement et une température de 20-22°C partout. La "norme" sociale pour la mobilité, est d'avoir à sa disposition en permanence un mode de déplacement rapide (le plus souvent une voiture) et d'avoir une pleine liberté pour décider et accomplir son programme d'activité de la journée où que l'on habite: aller au travail, amener les enfants à l'école, faire ses courses. La distance à la norme sociale est l'écart entre ce à quoi on aspire (la "norme") et ce que l'on peut réellement faire compte-tenu de ses ressources et du coût de satisfaction des différents besoins.
 
On constate que selon les besoins, la distance moyenne à la norme sociale est plus ou moins grande car elle varie avec le taux d'équipement plus ou moins élevé (possession d’un climatiseur ou d’une imprimante), ou la température de chauffage. Ce constat traduit deux phénomènes liés, sous-jacents à la dynamique des besoins : l'effet d'imitation et l'inégalité des revenus. L'effet d'imitation traduit le fait que la "norme" sociale est généralement tirée par les classes les plus aisées de la population, dont les surplus de revenu leur permettent d'acheter de la "nouveauté". L'inégalité des revenus, qui est précisément le facteur-clé d'évolution de la "norme" sociale, est aussi le facteur de distance moyenne à cette norme : plus l'évolution de la norme est récente, plus la distance moyenne à cette norme est grande.
 
Tableau 1 : Typologie des besoins que l'énergie permet de satisfaire
Fonction socio-économique
Besoins à satisfaire
Alimentation
- préparation des repas
- cuisson
- conservation des aliments
- nettoyage, séchage
"Tanière" (confort, santé, sécurité)
- chauffage/climatisation
- hygiène
- éclairage
- ventilation, humidification/dessiccation
- surveillance, sécurité
Loisirs, temps pour soi
- culture
- information
- communication
- jeux
Mobilité
- accession au travail
- accession aux aménités courantes: école, magasins, lieux de culture, de culte, ...
- lien social et familial
- escapades, vacances
 
 
Il existe aujourd'hui une controverse grandissante quant aux modalités d'expression de certains besoins (et donc des normes sociales attachées) et de leur légitimité. L’association Negawatt, par exemple, définit certains besoins, ou plus exactement l'expression de certains besoins, comme superflus, voire extravagants.
 
Cette controverse est pertinente en ce sens qu'elle questionne l'expression des besoins et l'évolution corrélative des normes sociales au regard de leurs conséquences sur les ressources et sur l'environnement. De ce point de vue, force est de constater que les limites physiques de la planète, telles que les ressources pétrolières ou  la capacité d'absorption du CO2, sont effectivement de plus en plus présentes. Derrière cette question se cache le concept de "sobriété". Celui-ci traduit une volonté consciente de contenir la dynamique des besoins à un niveau de compatibilité avec les limites physiques de la planète en tenant compte du fait que les distances aux normes sociales se réduiront nécessairement avec le temps ce qu i  impulsera irrémédiablement une croissance des besoins d'énergie, même sans apparition de nouvelles normes sociales.
ancien téléviseur encyclopédie de l'énergie
Avec la globalisation et le "village mondial", la question des normes sociales prend une nouvelle dimension. Dans le monde largement fragmenté et peu communiquant des siècles passés, la dimension culturelle spécifique aux pays l'emportait largement sur la fixation des normes sociales, le plus souvent dans le respect implicite des équilibres naturels locaux. Il n'en est plus rien dans une très large partie du monde actuel, en particulier le monde urbain.
Le tourisme, puis la télévision et finalement internet ont révélé à tout un chacun comment s'exprimaient les besoins de par le monde, mondialisant l'effet d'imitation et la frustration de l'inégalité des revenus. Le cadre chinois de Pékin d'aujourd'hui a fait siennes les normes sociales de besoins des Etats-Unis ou de l'Europe, et n'a de cesse d'y accéder. Ce phénomène amplifie considérablement le sujet de la controverse sur la pertinence des besoins : on montre ainsi facilement que si tous les chinois avaient le même standard de vie que l'américain moyen d'aujourd'hui, nous aurions besoin de ... quatre planètes!
 

2.2.Les besoins du secteur productif

Dans le secteur productif, il n'y a pas à proprement parler de besoins que l'énergie permettrait de satisfaire, mais une demande de services énergétiques, assimilée ici aux besoins d'énergie,  qu’induit la production de biens et de service, et donc la création de richesse qui en résulte. Cette production requiert du capital technique (les machines), de la main d'œuvre, et des matières premières.  Chacun de ces facteurs de production implique à des degrés divers des besoins d'énergie spécifiques :
- besoins dits de "process" liés au capital technique : machines, fours, chaudières, camions ;
- besoins dits d'"environnement" liés aux conditions de travail de la main d'œuvre ;
- besoins dits de "matière première" quand cette dernière est un produit énergétique tel que le gaz pour la production d'azote ou le naphta pour la pétrochimie.
Selon le type d'activité productive, de l’industrie lourde aux services tertiaires, la part respective de ces trois composantes peut varier considérablement, et par là les besoins d'énergie associés.
 
Tableau 2 : Typologie des besoins du secteur productif
Facteurs de production
Besoins à satisfaire
Capital technique/process
- production de vapeur
- fours
- machines
- électrolyse
- conversions chimiques
- automatismes, régulations, ...
- levage et transport de marchandises
- terrassement
- transport de personnes
Main d'oeuvre/environnement
- chauffage/climatisation
- hygiène
- éclairage
- ventilation, humidification/dessiccation
- surveillance, sécurité
- information et communication
Matières premières
- production de bases pétrochimique
- production d'azote
- production d'électrodes
- production de bitume
- production de produits chimiques divers
La façon dont ces besoins d'énergie sont liés à la création de richesse varie selon la nature des besoins.
Les besoins "process" sont déterminés essentiellement par le volume physique de la  production. Mais leur lien avec la création de richesse dépend étroitement du lien entre volume physique et création de richesse, c'est-à-dire des conditions économiques de la production. On peut ainsi avoir simultanément moins de richesse créée et plus de besoins d'énergie - ou l'inverse- selon l'évolutions de ces conditions économiques.
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Les besoins "environnement" sont déterminés fondamentalement par le niveau d'emploi, mais également, par les normes sociales en vigueur relatives au confort et à la santé, et, de plus en plus, par les gains de productivité de l'emploi (notamment ceux liés à l'information et à la communication). Leur lien avec la création de richesse dépend d'abord de la structure de l'emploi entre les diverses activités économiques, du lien entre création de richesse et évolution des normes sociales, et enfin des gains de productivité sous-jacents à la création de richesse.
 
Les besoins "matières premières" sont très étroitement déterminés par les volumes physiques des activités de production ayant recours aux matières premières en question. Leur lien avec la création de richesse dépend étroitement du poids de ces activités dans l'économie et, comme pour les besoins "process", du lien entre volume physique et création de richesse, c'est-à-dire des conditions économiques de la production.
 

2.3.Besoins et  services énergétiques

 
Les modalités d'expression des besoins sont intrinsèquement liées à des systèmes techniques et aux services énergétiques qui en font partie. Prenons deux exemples.
Le besoin de confort thermique l'hiver en France s'exprime, dans la norme sociale actuelle,  par le chauffage central (ou généralisé à toutes pièces). Dans le cas le plus fréquent, c'est un système technique couplant  une alimentation en gaz, et donc un réseau gazier, ou une cuve de fioul, donc un système de distribution de fioul, une chaudière, un circulateur d'eau chaude, des radiateurs et un régulateur, auquel est associé un service énergétique particulier, la distribution de chaleur par pièce.
 
Le besoin d'accès au travail ou aux aménités de la vie quotidienne, pour quelqu'un habitant une maison en banlieue, s'exprime, dans la norme sociale actuelle, par la disposition d'une ou de plusieurs voiture(s). Celle-ci est une composante d'un système technique dans lequel on retrouve l'infrastructure routière, l'infrastructure de stationnement et la distribution de carburant. Le service énergétique associé est le déplacement individualisé d'une ou plusieurs personnes à une certaine vitesse, dans certaines conditions de confort et de sécurité.
 
Autrement dit, l'émergence de nouvelles modalités d'expression des besoins résulte généralement d'un processus d'innovation technique, lequel conduit aussi simultanément à l'imposition d'un système technique particulier et aux besoins de services énergétiques qui y sont associés. Dans de nombreux cas, ce processus d'innovation s'inscrit dans un processus plus large de développement et de domination de telle ou telle forme d'énergie: avant-hier le charbon (et la machine à vapeur, le chauffage central), hier le pétrole (et la voiture), demain les énergies renouvelables (?).
 
Cette observation est capitale pour comprendre la dynamique des besoins d'énergie : sous-tendus par la dynamique des besoins réels et des services énergétiques associés, ils sont en partie déterminés par l'évolution de l'offre d'énergie et ne sont nullement "exogènes" à cette offre. Sur le long terme, il est donc incorrect de raisonner de façon purement séquentielle : a) quels seront les besoins?  b) quelle sera la demande d'énergie?  c) comment l'offre répondra à cette demande? Seule la considération de l'ensemble "besoins - demande - offre" dans une vision systémique est réellement pertinente.
 

3.Comment mesure-t-on les besoins d'énergie ?

 
Communément, on mesure les besoins d'énergie à partir des consommations d'énergie, telles que les révèlent les statistiques et les bilans énergétiques. Cette façon de procéder soulève deux questions : l'assimilation des besoins à la consommation énergétique, la façon de mesurer la consommation énergétique.
 

3.1.Besoins et consommation énergétique

 
La consommation énergétique, telle que saisie par l'appareil statistique, reflète d'une part la comptabilisation des achats d'énergie par les consommateurs, d'autre part une estimation des prélèvements directs effectués par les consommateurs dans la nature (le bois, l'énergie solaire,..).
 
Les achats d'énergie résultent de la rencontre d'une demande (fonction d'un prix) et d'une offre (également fonction d'un prix). En théorie, la demande traduit les quantités souhaitées en fonction du prix. En théorie donc, en l'absence de contrainte sur l'offre, les achats expriment l'intensité des besoins pour un régime de prix donné. En pratique, cette assimilation des achats aux besoins (pour un régime de prix donné) souffre d'un double biais : la réalité des contraintes d'offre dans de nombreux pays; la distorsion introduite par les rendements d'utilisation des énergies.
consommation d'énergie statistiques bilan énergétique
Les contraintes d'offre sont principalement de deux natures: les défaillances dans la mise à disposition de l'énergie (coupures d'approvisionnement) et l'absence de desserte de certaines sources d’énergie dans certaines zones. Ces contraintes sont généralement inversement proportionnelles au niveau de développement économique. Les biais qui en résultent quant à l'assimilation de la consommation aux besoins sont d'autant plus importants que le PIB par tête est faible, tout au moins pour la partie de la consommation correspondant à des achats.
 
Pour ce qui est de la composante "prélèvement direct" de la consommation, la principale contrainte d'offre susceptible de distordre la relation  besoins-consommation est due à la déforestation, particulièrement sensible dans les pays les plus pauvres.
 
On a insisté plus haut sur la distinction à établir entre besoins d'énergie, besoins réels que l'énergie permet de satisfaire et besoins de services énergétiques. Si l'on s'en tient ici aux seuls besoins d'énergie, ceux-ci s'expriment fondamentalement par ce que l'on appelle des besoins d'"énergie utile": l'énergie thermique, mécanique ou électrique, dont on a besoin dans un paradigme technique donné. Or les statistiques de consommation ne traitent que des quantités de produits énergétiques : bois, gaz, pétrole, charbon, électricité que l'on a achetées ou prélevées. Certes ces produits énergétiques délivrent l'énergie utile dont on a besoin, mais dans des proportions différentes selon les énergies et leurs rendements d'utilisation. Des besoins identiques d'énergie utile peuvent ainsi se traduire par des consommations d'énergie différentes selon le mix des énergies consommées. Il y a là une autre source de biais dans l'assimilation des besoins à la consommation, d'autant plus forte que le recours aux énergies et technologies à faible rendement (bois, charbon de bois, tourbe) est important.
 
Compte-tenu de ces distorsions possibles entre consommation et besoins, en quoi les statistiques et bilans énergétiques nous renseignent-ils sur le niveau des besoins? On distinguera ici deux niveaux de réponse : celui des besoins des consommateurs finals et celui des besoins d'un pays.
 
Pour ce qui est des consommateurs finals, un constat s'impose. Le plus souvent, les statistiques de consommation d'énergie finale (au niveau des consommateurs finals) ne détaillent que (i) les grands secteurs consommateurs: industrie (éventuellement par branche), ménages, services, transport, agriculture, usages non énergétiques, et (ii) les grandes formes d'énergie: produits pétroliers, gaz, charbon, électricité, biomasse, biocarburants, chaleur de réseau, solaire. Cette segmentation statistique de la consommation ne nous renseigne donc, au mieux, que sur le niveau d'ensemble des besoins d'énergie d'un secteur de consommation, mais nullement sur les besoins réels sous-jacents ni sur les besoins de services énergétiques associés. Par exemple, les statistiques sur les consommations de gazole ou d'essence des transports ne nous renseignent nullement sur les besoins d'énergie-transport des ménages, a-fortiori sur leurs besoins de mobilité et les besoins de services énergétiques associés. Affiner structurellement les statistiques de consommation en vue de mieux connaître la réalité des besoins d'énergie (et des besoins réels sous-jacents) pour mieux les satisfaire est un enjeu crucial pour les politiques énergétiques, à la fois dans leur dimension "efficacité énergétique" et dans leur dimension "approvisionnement".
 
Au niveau d'un pays pris dans son ensemble, c'est la consommation primaire d'énergie que l'on utilise habituellement pour apprécier les besoins. La consommation primaire d'énergie, recouvre celle des sources d’énergie dites primaires (pétrole brut, gaz naturel, nucléaire, hydraulique, autres renouvelables) plus le solde import-export de produits énergétiques dérivés (produits pétroliers, électricité). Il va de soi que cette consommation primaire ne peut donner qu'une vision globale des besoins Mais force est aussi de constater que cette vision est très polarisée par le mix des énergies entrant dans cette consommation primaire, et leur destination. Par exemple, selon que l'on produit l'électricité à partir principalement d'hydraulique comme en Norvège, de gaz  comme aux Pays Bas ou de nucléaire comme en France, un même besoin d'électricité se traduira par une consommation primaire d'énergie très différente, dans un rapport de 1 à 2 ou à 3.
 

3.2.Comment "lire"  les consommations énergétiques ?

 
Intéressons nous d'abord à la composante des consommations correspondant aux achats de produits énergétiques, de loin la plus fiable. Chaque produit énergétique "commercial" fait l'objet d'un comptage, sur la base duquel est établie  la facture d'achat. Les instruments de comptage sont bien sûr adaptés aux différentes formes d’énergie : gaz, solide, liquide, électricité, chaleur. Le comptage se fait en unités physiques spécifiques : m3, tonne ou kWh.  La comptabilité énergétique consiste alors à récolter et compiler ces données, puis à les restituer dans des formats et des unités standards, selon des règles précises et universelles.
Pour les formats, ces règles visent à harmoniser le contenu des postes de consommation selon les secteurs de consommation et les catégories de produits énergétiques. Il est par exemple convenu de comptabiliser l'essence achetée par les ménages pour leurs voitures dans le secteur "transport" et non dans le secteur "résidentiel" (ou "ménages").
Pour les unités, ces règles visent à ramener toutes les unités spécifiques des produits énergétiques à une seule et même unité énergétique : unités de la physique, Joule ou Kwh, ou unités d'énergéticien, tonne équivalent pétrole (tep) ou tonne équivalent charbon (tec).  Ces unités sont basées fondamentalement sur la notion de contenu calorifique : l'énergie qu' une réaction de combustion est susceptible de fournir selon les lois de la physique, l'enthalpie de l'eau chaude ou de la vapeur (en fonction de la différence de température avec la température ambiante), la chaleur produite par 1 kWh par effet joule sans perte.
Pour l'énergie finale, ces règles ne soulèvent aucune difficulté hormis le fait qu'elles ne prennent pas en compte les rendements d'usage de ces énergies et ne permettent donc pas de rendre compte de la réalité de l'énergie utile sous-jacente.
 
Pour les énergies primaires, les choses sont plus compliquées dès lors que notion de contenu calorifique de certaines énergies primaires pose problème : c'est le cas de l'énergie nucléaire et de certaines énergies renouvelables. Pour le nucléaire, faut-il considérer le potentiel calorifique de l'uranium enrichi, la chaleur captée par les fluides caloporteurs des réacteurs nucléaires (eau légère, eau lourde, sodium, gaz) ou le contenu calorifique de l'électricité produite? Pour le solaire, faut-il considérer la chaleur solaire reçue par la surface de captage, la chaleur captée par les fluides caloporteurs des panneaux solaires ou le contenu calorifique de l'électricité produite? Pour l'hydraulique, le vent, l'énergie des mers, comment faire? Les règles internationales imposées par l'Agence Internationale de l'Energie (AIE) donnent des réponses précises à ces questions, mais toujours sujettes à discussion, et susceptibles d'évoluer dans le temps. En 2014, l'énergie nucléaire primaire est ainsi comptabilisée conventionnellement à partir de l'électricité produite, en considérant un rendement conventionnel de transformation électricité/chaleur de 30%. L'électricité primaire produite à partir de la géothermie est comptabilisée de la même façon, mais avec un rendement conventionnel électricité/chaleur de 10%. L'électricité primaire produite à partir de l'eau, du soleil ou du vent est comptabilisée avec un rendement conventionnel de 100%. Comme on l'a montré plus haut, ces règles peuvent fausser significativement l'appréciation que l'on peut avoir du niveau de besoin énergétique d'un pays, et demandent donc une grande vigilance dans l'interprétation des chiffres.
 
L'autre composante des consommations énergétiques, celle liée aux prélèvements directs dans la nature, pose des problèmes différents. Le premier, de loin le plus important, tient aux méthodes d'estimation de ces prélèvements. Faute de système de mesure et d'enregistrement, force est de s'appuyer sur d'autres sources d'information et d'autres méthodes d'accès à l'information. Le plus souvent, les autres sources d'information ont trait aux équipements utilisés, et l'accès à l'information se fait par le biais d'enquêtes. La méthode consiste ainsi à estimer le nombre de consommateurs équipés en foyer ouvert, en chauffe-eau solaire ou en photovoltaïque et les consommations unitaires telles que le volume de bois par ménage et par semaine ou la surface des panneaux solaires puis à   multiplier l'un par l'autre pour estimer les consommations. La qualité de l'estimation est donc étroitement liée à la qualité des enquêtes et à leur actualité. Force est de reconnaître que la fréquence des enquêtes, et donc la qualité des estimations, sont souvent proportionnelles au niveau de développement économique des pays, alors que c'est l'inverse pour l'importance des prélèvements directs. D'où ce paradoxe qu'il faut bien garder à l'esprit : plus les prélèvements directs sont importants (en termes relatifs), plus leur estimation est sujette à caution, et moins ils renseignent sur la réalité des besoins.
 
L'autre problème tient aux règles comptables appliquées aux énergies faisant l'objet de prélèvements directs. Pour la biomasse, de loin l'énergie la plus concernée, la règle comptable du contenu calorifique se heurte à la grande diversité des produits entrant dans la dénomination générique « biomasse » composée de  diverses essences de bois et de nombreux déchets agricoles.  La connaissance des volumes prélevés peut être relativement fiable sans que leur traduction en unités énergétiques standard le soit. Sans compter le fait que les rendements d'utilisation de cette biomasse sont généralement très faibles, ce qui éloigne d'autant les consommations d'énergie estimées des besoins d'énergie utile et des besoins réels. Pour le solaire thermique ou photovoltaïque, plus embryonnaire mais promis à un grand développement, la règle comptable consiste à stipuler de façon conventionnelle une certaine quantité d'énergie par m2 de capteur. Cette règle a certes le mérite de la simplicité, mais elle se heurte à deux obstacles: la méconnaissance des m2 solaires en état réel de fonctionnement, le rendement réel moyen des capteurs. D'où de grandes divergences d'estimation de la consommation d'énergie solaire selon les sources.
 

4.Les besoins d'énergie dans le temps et dans l'espace

 
Si on ne peut approcher la réalité des besoins d'énergie dans le temps et dans l'espace que par les consommations énergétiques, finales et primaires, il faut rester attentif aux possibles distorsions induites par le système statistique. Ces réserves étant formulées, que nous apprennent les statistiques de consommation?
 

4.1.Economie et climat, les deux grandes causes de différence spatiale des besoins d'énergie par habitant

 
 L’économie, on l’a vu,  détermine les besoins réels sous-jacents aux besoins énergétiques, soit du fait des normes sociales et de la distance moyenne à ces normes pour les personnes, soit du fait de l'activité de production. Parmi ces besoins réels, ceux ayant trait au confort (dans les logements ou dans les lieux de production) induisent des besoins d'énergie d'autant plus importants (en termes absolus et relatifs) que les conditions climatiques (températures externes) sont rigoureuses.  L'analyse, pour une année donnée, des consommations énergétiques de différents pays du monde situés dans des zones climatiques différentes, et ayant des niveaux de développement économique semblables ou différents, permet de mieux comprendre et mesurer l'influence respective de ces deux influences majeures.
 
 Considérons d'abord le lien entre consommation énergétique et niveau de développement de l'économie, tel que reflété par le PIB par habitant (PIB/cap), pour des zones climatiques homogènes (degrés-jours similaires pour les zones tempérées ou froides, zone tropicale) (figure 1 a b et c).

Energie finale par habitant en zones tempérées Enerdata encyclopédie de l'énergie

 Energie finale par habitant en zones tropicales  Enerdata encyclopédie de l'énergie

 

 
Première observation : les écarts de consommation d’énergie par habitant, et donc de besoins énergétiques, même au sein d'une même zone climatique, sont considérables. A fortiori si l'on considère l'ensemble du monde. Ainsi, la consommation  finale par habitant en 2012 s'échelonne, selon les pays, entre 0,1 tep/cap (République Centre-africaine) et 6 tep/cap (Canada), soit un facteur 60 entre les deux. Pour fixer les idées, 0,1tep c'est l'énergie consommée en un an par trois ampoules de 60 W allumées en permanence, ou l'énergie consommée par une voiture moyenne pour faire 2500 km, ou encore l'énergie nécessaire pour produire 250 kg d'acier brut dans un haut-fourneau et une aciérie électrique. Par opposition, 6 tep c'est l'énergie consommée en une année par 180 ampoules de 60 W allumées en permanence, ou celle d'une voiture parcourant 150 000 km, ou celle nécessaire pour produire 15 tonnes d'acier brut.
 
Deuxième observation : il y a bien, dans toutes les zones climatiques, une certaine corrélation entre la consommation énergétique finale par habitant et le PIB par habitant, laquelle permet de saisir comment les besoins énergétiques sont quantitativement liés au niveau de développement économique. Mais ces corrélations sont assez différentes selon les zones : fortes dans les zones tropicales, relativement faibles dans les zones les plus froides, modérées dans les zones tempérées, du moins au delà d'un certain niveau de PIB/hab.
 
Une autre observation, plus paradoxale, est que sur certaines tranches de PIB/cap où coexistent des pays en zone tempérée et d'autres en zone tropicale, les consommations d'énergie per capita peuvent être voisines et l'influence du climat sur la consommation d'énergie peut ne plus apparaître clairement.
 
 
C'est en fait dans les différences de structures de consommation d'énergie finale par grands secteurs d'utilisation que se manifeste le plus clairement l'influence du climat, et par conséquent le lien spécifique entre développement économique et besoins énergétiques.
 

Structure des consommations d'énergie finale dans le monde Enerdata encyclopédie de l'énergie

 Ainsi, la consommation liée aux usages de l'énergie dans les bâtiments (résidentiel et tertiaire)  révèle clairement l'impact du climat sur les besoins énergétiques. Dans les pays aux hivers froids (Etats-Unis, Norvège, Russie, Allemagne), cette consommation avoisine ou dépasse 1,5tep/cap, alors qu'elle descend à moins d'une tep/cap dans les pays de même PIB/cap mais situés en zones plus tempérées. Dans les pays tropicaux, elle avoisine 0,5 tep/cap, voire moins, y compris dans les pays les plus riches (Brésil, Malaisie).

 
Les consommations d'énergie des transports et de l'industrie montrent comment se noue la relation entre développement économique et besoins énergétiques.
 
Dans le cas des transports, la consommation, expression des besoins d'énergie associés à la mobilité,  est très fortement corrélée au PIB/cap, même si les différences géographiques, telles que la taille des pays, peuvent accentuer le phénomène (Etats-Unis versus Allemagne par exemple).
 
A l'inverse, dans le cas de l’industrie, à partir d'un certain niveau de PIB/habitant, la consommation d'énergie devient fortement décorrélée du PIB: la consommation par habitant de l'industrie de la Malaisie, du Brésil ou de la Thaïlande sont voisines de celles de la France ou de l'Allemagne avec des PIB/cap de quatre à dix fois moins élevés (PIB exprimés en US dollars aux taux de change courants).
 
Au total, si on exprime la relation entre la croissance de la consommation d’énergie par l’industrie et  celle du PIB par un coefficient d’élasticité (une valeur de 1,2, par exemple, signifie que la consommation d'énergie croit de 1,2% par an quand le PIB augment de 1%), on peut distinguer trois grandes phases dans le processus d'industrialisation :
-d'abord une phase de forte croissance de l'élasticité de la consommation d'énergie de l'industrie au début du processus d'industrialisation, due en particulier au développement des industries de base ;
- puis l'élasticité passe par un maximum lorsque cette première phase s'achève ;
- enfin cette élasticité ne cesse de décroître dans la phase de consolidation industrielle, pour devenir nulle, voire négative dans la phase postindustrielle.
 
Chaque pays est évidemment un cas particulier du fait de ses ressources minières ou agricoles, ou de sa stratégie en matière de spécialisation industrielle, mais tous obéissent peu ou prou à ce mouvement général de corrélation/décorrélation entre la consommation d'énergie de l'industrie et la croissance économique.
 

4.2.L'évolution des consommations énergétiques sur longue période

 
Les comparaisons spatiales ont donné un premier éclairage sur les liens entre consommations énergétiques et développement économique. C'était  nécessaire pour appréhender quantitativement les ressorts des besoins énergétiques, mais insuffisant du fait de l'absence de dimension temporelle. Et ce pour deux raisons : (i) le lien entre besoins de services énergétiques et consommations d'énergie change avec le temps, notamment du fait de la technologie, comme indiqué plus haut ; (ii) le contenu en activités productrices et en biens et services de consommation d'un pays avec un PIB de 1000€ / habitant aujourd'hui est radicalement différent de ce qu'il était dans un pays de même PIB/cap (hors inflation) il y a plusieurs décennies.
 
Pour bien saisir cette dimension temporelle, il faut se placer sur une période de temps suffisamment longue, si possible de l'ordre du siècle. Seules les statistiques relatives à la consommation primaire d'énergie dans certains grands pays industriels permettent d’adopter une telle perspective.
 

Fig. 7 : L'intensité énergétique primaire des grands pays industriels au XX° siècle Enerdata encyclopédie de l'énergie

L'évolution historique de l'intensité énergétique primaire (la consommation énergétique primaire divisée par le PIB) des Etats-Unis, de la France et du Japon mais aussi d’autres pays révèle qu'assez rapidement, dans le processus de développement économique, la consommation d'énergie primaire croît structurellement moins vite que la création de richesses. Rien n'indique toutefois que ce constat reste vrai pour les besoins de services énergétiques, et a-fortiori pour les besoins de mobilité ou de confort que l'énergie permet de satisfaire.

 

 Tant en Amérique du Nord qu'en Europe de l'Ouest, ce "découplage" de la consommation d'énergie primaire par rapport au PIB se produit de façon concommitante avec des transformations structurelles  dans les consommations d'énergie, d'abord au profit du pétrole, puis au profit du gaz et de l'électricité primaire. Or ces énergies, qui se substituent partiellement au charbon (puis partiellement au pétrole pour le gaz) ont des rendements d'utilisation qui vont croissant, et permettent de répondre à des besoins de services énergétiques entièrement nouveaux, comme la mobilité individuelle ou la climatisation.

L'évolution de la structure de la consommation d'énergie primaire au XXe siècle en Amérique du Nord Enerdata encyclopédie de l'énergie

 

 L'évolution de la structure de la consommation d'énergie primaire au XX° siècle en Europe de l'Ouest Enerdata encyclopédie de l'énergie

 
 

Bibliographie complémentaire

- Agence Internationale de l'Energie (AIE), [2011], Manuel sur les statistiques de l'énergie. AIE, Paris
- Chateau (B.) et Lapillonne (B.),  [1977], la prévision à long terme de la d'énergie: propositions méthodologiques. CNRS, Energie et Société, Paris.
- Chateau (B.) et Lapillonne (B.), [1982], Energy Demand: Facts and Trends. A comparative analysis of industrialized countries. Springer Verlag, Wien, New York.
- Chateau (B.) & alii, [2002],  Modelling the dynamics of the needs of energy services in VLEEM, in www.vleem.org, VLEEM1 Final report , Annex 1
- Chen (X.), [1992], Information et Energie. Rôle de la maîtrise de l'information dans le rapport entre la croissance économique et la consommation d'énergie. Thèse d'Economie, Université de Grenoble.
- Darmstadter (J.), Dunkerley (J) et Alterman (J), [1977], How industrialized Societies use energy: a comparative analysis. The John Hopkins University Press, Baltimore and London
- Goldemberg (J.), Johannson (T.B.), Reddy (A.K.N.) and Williams (R.H.), [1985], Energy for a sustainable world. Center for Energy and Environment Studies, Princeton University
- Martin (J.M.), [1988], L'intensité énergétique de l'activité économique dans les pays industriels: les évolutions de très longue période livrent-elles des enseignements utiles? in Economie et Société, cahiers de l'ISMEA, Avril