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énergie CO2 climat combustion

Les chiffres de l'énergie : émissions de CO2

Graphes, cartes, interprétations et sources fossiles responsables des émissions

Delphine Chareyron

ENS Lyon / DGESCO

Hélène Horsin-Molinaro

ENS Paris-Saclay / DGESCO

Bernard Multon

ENS Rennes

Delphine Chareyron

ENS Lyon / DGESCO

14/09/2020


Introduction

Le dossier « Les chiffres de l'énergie » est co-rédigé et co-publié avec le site Culture Sciences de l'ingénieur. Les données sont tirées de nombreuses références (rapports de groupes de recherche, publications dans des revues spécialisées, rapports d'instituts nationaux...)

Dans cet article, nous proposons au lecteur des chiffres [1] , graphes et cartes [2,3,4] correspondant aux émissions mondiales de gaz à effet de serre. Chaque document est sourcé afin de pouvoir retrouver les données ou les comparer à d'autres pays, périodes, unités...

1. Émissions de gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre sont des gaz qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre et contribuent à l'effet de serre. Un gaz ne peut absorber les rayonnements infrarouges qu'à partir de trois atomes par molécule, ou à partir de deux si ce sont deux atomes différents (ainsi l'oxygène O2 et le diazote N2, qui constituent la majeur partie de l'atmosphère terrestre, ne sont pas des gaz à effet de serre).

Les principaux gaz à effet de serre sont :

  • La vapeur d'eau (H2O)
  • Le dioxyde de carbone (CO2)
  • Le méthane (CH4)
  • Le protoxyde d'azote (N2O)
  • L'ozone (O3)
  • Les gaz fluorés (CFC, HCFC…)

L'effet de serre naturel est principalement (72%) dû à la vapeur d'eau et aux nuages. Les contributions restantes sont au trois-quarts dues au CO2, figure 1. La vapeur d'eau (dont la durée de vie dans l'atmosphère est très courte) n'est pas directement influencée par les émissions humaines. Notons que c’est l’effet de serre naturel qui nous permet de bénéficier d’une température clémente dans la troposphère, mais que son accroissement récent lié aux activités humaines est à l’origine d’un puissant dérèglement climatique qui ne fait que commencer.

Figure 1 : Parts respectives des différents gaz à effet de serre anthropiques dans les émissions totales de l’année 2010 sur deux périodes de référence : 20 ans et 100 ans.

(Source : Ministère de la transition écologique et solidaire & Institute for climate economics, Data Lab, chiffres clés du climat, 2019, [6] )

Le CO2 est le gaz à effet de serre anthropique ayant l'impact le plus important sur le climat [5] .

Pour comparer, et surtout pondérer, l'impact de ces gaz sur le climat, les émissions des différents gaz à effet de serre peuvent être exprimées en eqCO2 (équivalent CO2). Le PRG (Potentiel de Réchauffement Global) a été défini pour convertir les émissions d’un gaz à effet de serre en eqCO2. Il s'agit de l'indicateur classique retenu dans la plupart des rapports/traités internationaux [5] . Le PRG est le rapport entre l’énergie renvoyée vers le sol en 100 ans par 1 kg de gaz et celle que renverrait 1 kg de CO2. Il dépend des concentrations et des durées de vie des gaz. Par exemple, sur une durée de référence de 100 ans, 1 kg de méthane réchauffera autant l’atmosphère que 28 à 30 kg de CO2 au cours du siècle qui suit leur émission. Mais, sur 20 ans, ce facteur monte à 62, conférant au méthane une contribution beaucoup plus significative comme le montre la figure 1.

Si le CO2 est le gaz qui a le plus petit potentiel de réchauffement global, il est celui qui a contribué le plus au réchauffement climatique depuis 1750, du fait des importantes quantités émises [6] par la combustion des matières organiques fossiles (charbons, pétrole et gaz naturel), mais également par celle du bois non entretenu durablement (déforestation). Dans cet article, nous nous limiterons ainsi à l'étude des émissions de CO2.

1.1 Émissions de CO2 par pays

Le site Global Carbon Atlas [4] permet de retrouver depuis 1960 jusqu'à aujourd'hui les émissions de CO2 mondiales selon différentes entrées.

Dans un premier temps, on présente le classement des émissions intérieures de CO2 par pays. C’est notamment l’approche adoptée par la Convention-cadre des Nations-Unies sur le changement climatique et le Protocole de Kyoto.

On observe, pour 2018, que la Chine se place première, loin devant les État-Unis, l'Europe des 28, l'Inde et la Russie, figure 2.

À titre informatif, la France se place au 20ème rang avec 338 MtCO2 émises.

Figure 2 : Émissions de CO2 par pays (Territorial emission) en 2018.

(Source : http://www.globalcarbonatlas.org/fr/content/welcome-carbon-atlas, [4] )

Les chiffres sont donnés en mégatonne de dioxyde de carbone.

Dans ce classement les chiffres tiennent compte des émissions émises par territoire correspondant aux sources suivantes : pétrole, gaz, charbon et ciment.

Cette visualisation, bien qu’intéressante, apporte uniquement un éclairage selon le point de vue du pays. Une autre vision des choses se dessine si l’on se penche sur les émissions par habitant de ces mêmes états.

1.2 Émissions de CO2 par habitant

Reprenons les mêmes données mais cette fois affichons les émissions de CO2 par pays rapporté au nombre d'habitants, figure 3. Cette approche permet de mieux mesurer les efforts à fournir par les habitants de chaque nation, même si au sein de chacune, il y a également de fortes dispersions liées aux inégalités sociales.

Figure 3 : Émissions de CO2 par habitant (per capita) en 2018.

(Source : http://www.globalcarbonatlas.org/fr/content/welcome-carbon-atlas, [4] )

On constate que la tête du classement n'est plus du tout la même !

La Russie, la Chine, l'Union Européenne et l'Inde ne se retrouvent plus dans les premiers pays émetteurs. L'Inde se retrouve même très loin. La France se place 69ème avec 5,2 tCO2 émises par habitant en 2018.

1.3 Évolution des émissions de CO2

Maintenant, regardons avec une perspective qui rend compte des décisions politiques et des développements économiques des pays. Cette fois, avec les mêmes données, on peut regarder les émissions sur les dernières décennies.

Reprenons les principaux pays pour afficher les émissions de CO2 depuis 1960.

Figure 4 : Évolution des émissions de CO2 entre 1960 et 2018.

(Source : http://folk.uio.no/roberan/learnmore/more_slow_policies.shtml, [2] )

De la même manière que nous l'avons fait plus haut, nous pouvons comparer les évolutions temporelles des émissions de CO2 par continent (figure 5) et par habitant par continent (figure 6).

Figure 5 : Évolution des émissions de CO2 par continent.

(Source : Rapport 2019 du Global Carbon Budget, [8] )

Figure 6 : Évolution des émissions de CO2 par habitant par continent.

(Source : Rapport 2019 du Global Carbon Budget, [8] )

On retrouve des valeurs et des tendances très différentes selon que l'on regarde globalement par continent ou que l’on ramène ces émissions aux nombres d'habitants de chaque continent. Ce biais est particulièrement marqué pour l'Océanie et l'Asie. La place de l'Amérique du nord n'est pas modifiée.

1.4 Production et consommation - quid du bilan des émissions de CO2

Encore une fois, pour interpréter les données, il faut aussi savoir prendre en compte les contributions « réelles » par pays (ou continents) aux émissions de CO2.

En effet, 28% des émissions de CO2 circulent autour de la planète via les échanges commerciaux. C’est l’un des effets induits du commerce international actuel [7] .

La fabrication de produits intermédiaires et finaux, consommés dans les pays industrialisés largement importateurs, entraîne des émissions de gaz à effet de serre. Une partie de ces émissions sont générées en dehors du territoire de consommation et échappe aujourd’hui à sa comptabilisation nationale. En effet, les chiffres que nous avons vus précédemment comptabilisent les émissions sur la base du territoire où elles sont générées, et non pas sur le territoire de consommation des produits dont la fabrication a entraîné ces émissions.

La carte, figure 7, présente les flux de CO2 des pays émetteurs (producteurs de bien ou services) vers les pays consommateurs.

Figure 7 : Représentation des flux de marchandises à travers le monde, convertis en mégatonnes de dioxyde de carbone. (Source : Rapport 2019 du Global Carbon Budget, [8] )

Les exportateurs nets d’émissions sont représentés en bleu et les importateurs nets d’émissions, en rouge. Les flux sont représentés par des flèches dont l’épaisseur correspond à l’ampleur des transferts d’émissions. La Chine et les Etats-Unis concentrent les flux d’émissions les plus importants.

Pour analyser les émissions mondiales de gaz à effet de serre, il est donc utile de regarder où sont consommés les produits et où se trouve l’origine des émissions afin de pouvoir réaliser un bilan « au plus juste » [7] .

1.5 Indicateur de consommation énergétique - le CO2 : un indicateur parmi d'autres

Nous tenons ici à rappeler que la mesure des émissions de CO2 n'est pas le seul indicateur de consommation énergétique d'un pays. Outre les énergies renouvelables, le nucléaire émet aussi très peu de CO2 mais pose d'autres questions pour l'homme et l'environnement. Les émissions radioactives, y compris de faible activité, sont nocives.

Par exemple, en France, fin 2018, le volume de déchets nucléaires stockés ou destinés à être pris en charge par l'Agence nationale de gestion des déchets radioactifs (ANDRA) était de 1,64 million de m3 [9] .

La France se place au second rang parmi les 10 pays produisant le plus d'énergie nucléaire [10] dans le monde, figure 8. Et si l’on ramène au nombre d’habitants, elle occupe, de très loin, la première place.

a

b

Figure 8 : a) Production d'énergie nucléaire en Europe en 2018. (Source : Eurostat - Statistics Explained, [10] )

b) Classement des 10 premiers pays producteurs d'énergie nucléaire. (Source : Rapport 2018 de l' International Atomic Energy Agency , [11] )

L'unité utilisée ici ktoe ( kilo tonnes of oil equivalent ) représente des milliers de tonnes équivalent pétrole (ktep, en français). On rappelle que 1 tep = 4,18.1010 J.

On peut retrouver les définitions des unités d'énergie et de puissance dans l'article Mémento sur l'énergie (partie 1) : Les unités d'énergie et de puissance.

L’unité « tep » correspond à l’énergie de produite par combustion d’une tonne de pétrole brut standard. Un baril de pétrole (159 litres) fournit environ 0,14 tep. La relation entre la quantité de combustible et l’énergie produite dépend des caractéristiques du carburant. Par exemple, la combustion d’une tonne de bois de chauffage fournit une quantité d’énergie comprise entre 0,3 et 0,5 tep.

2. Émissions de CO2 par type d'énergies fossiles

2.1 Bilan mondial

Il est maintenant intéressant de regarder les types d'énergies fossiles responsables des émissions de CO2, d'abord au niveau mondial, figure 9.

Figure 9 : Émission de CO2 par source d'énergie fossile.

(Source : Rapport 2019 du Global Carbon Budget, [8] )

Un premier constat est la croissance continue de l'utilisation de chacune des énergies fossiles depuis les années 60.

Le charbon et le pétrole sont clairement en tête.

2.2 Émissions de CO2 par type d'énergies fossiles par pays

Il est aussi intéressant de regarder les types d'énergies fossiles responsables des émissions de CO2 par pays, figure 10. Les calculs sont effectués sur la base de la seule phase de combustion, en omettant les fuites de méthane (autre gaz à effet de serre, beaucoup plus « puissant » que le CO2) qui se produisent lors des phases d’extraction, voire au-delà et, dans le cas du gaz naturel, durant le transport et la distribution.

Attention, les échelles sont différentes sur les graphiques suivants.

a) Chine

b) États-Unis

c) Union Européenne

d) Inde

Figure 10 : Émissions de CO2 par type d'énergies fossiles par pays.

(Source : Rapport 2019 du Global Carbon Budget, [8] )

À l'aide de la figure 10a et de la figure 4, on comprend que les fortes émissions de CO2 de la Chine sont amplement liées à la consommation de charbon et plus particulièrement à sa production d’électricité aux deux tiers à partir de charbon.

Pour les États-Unis (figure 10b), si l'on regarde la courbe d'émissions liées au pétrole, on retrouve les baisses dues au premier choc pétrolier (1973), au deuxième choc pétrolier (1978-1981) puis à la crise financière (2007-2008). Depuis 2007, les émissions dues au charbon baissent, remplacées par le gaz (essentiellement de schistes), les énergies solaires et éoliennes.

Les émissions européennes déclinent lentement depuis 2008 mais les émissions dues au pétrole et au gaz connaissent un rebond dans les 3 dernières années.

L'Inde montre des émissions dont la croissance est impressionnante pour le charbon. Les niveaux de CO2 émis se rapprochent fortement de ceux de l'Europe à 28 en 2018.

3. Références, sources des illustrations et rapports

Dossier : Les chiffres de l'énergie

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