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Ressources et consommation énergétiques mondiales

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Les réserves mondiales prouvées d'énergie fossile pouvaient être estimées en 2020, selon l'Agence fédérale allemande pour les sciences de la Terre et les matières premières, à 40 517 exajoules, dont 55 % de charbon, 25 % de pétrole et 19 % de gaz naturel. Ces réserves assurent 83 ans de production au rythme actuel ; cette durée est très variable selon le type d'énergie : 56 ans pour le pétrole, 54 ans pour le gaz naturel, 139 ans pour le charbon. Pour l'uranium, avec les techniques actuelles, elle serait de 90 à 130 ans selon les estimations, et sa durée d'utilisation pourrait se compter en siècles en ayant recours à la surgénération. À plus long terme, la fusion nucléaire pourrait apporter des ressources encore plus élevées. Le potentiel de l'énergie solaire est également quasi illimité.

La production mondiale d'énergie commercialisée était en 2022, selon l'Energy Institute, de 604 EJ, en progression de 14,4 % depuis 2012. Elle se répartissait en 31,6 % de pétrole, 26,7 % de charbon, 23,5 % de gaz naturel, 4,0 % de nucléaire et 14,2 % d'énergies renouvelables (EnR) (dont hydroélectricité : 6,7 % ; éolien, solaire, biomasse, géothermie, biocarburants : 7,5 %). Dans la production électrique mondiale, le charbon reste largement dominant.

Depuis la révolution industrielle, la consommation d'énergie ne cesse d'augmenter. La consommation finale énergétique mondiale progresse de 118 % entre 1973 et 2021 ; elle s'élève en 2021, selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), à 422 EJ, dont 20,6 % sous forme d'électricité ; depuis 1990, elle progresse un peu plus vite que la population, mais sa répartition par source d'énergie n'a guère évolué : la part des énergies fossiles recule de 1,9 points, mais leur domination reste massive : 80,7 % ; la part des EnR passe de 15,0 % en 1990 à 17,0 % en 2021, car le recul de la part de la biomasse compense en partie la progression des autres EnR. La répartition par secteur de cette consommation est : industrie 30 %, transports 27 %, résidentiel 22 %, tertiaire 8 %, agriculture et pêche 2 %, usages non énergétiques (chimie, etc.) 10 %. La part de l'électricité dans la consommation finale d'énergie progresse rapidement : 13,3 % en 1990, passée à 20,6 % en 2021 ; cette progression est la plus rapide dans les pays émergents.

Au niveau mondial, les émissions de dioxyde de carbone (CO2) dues à l'énergie en 2021 sont estimées par l'AIE à 34,2 Gt, en progression de 139 % depuis 1973, dont 44,4 % produites par le charbon, 32 % par le pétrole et 22 % par le gaz naturel ; par secteur en 2021, 38 % sont issues de l'industrie, 23 % du transport, 17 % du secteur résidentiel et 9 % du secteur tertiaire. Les émissions de CO2 par habitant en 2021 sont estimées à 4,26 t dans le monde, 13,76 t aux États-Unis, 7,50 t en Allemagne, 4,28 t en France, 7,52 t en Chine, 1,62 t en Inde et 0,88 t en Afrique. Selon l'Energy Institute, les émissions mondiales de CO2 liées à l'énergie ont progressé de 1 % de 2019 à 2022.

Dans le cadre de la convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques, tous les pays se sont engagés à maintenir la hausse des températures en deçà de +°C par rapport à l'ère préindustrielle. Pour aboutir à ce résultat, il faut globalement s'abstenir d'extraire un tiers des réserves de pétrole, la moitié des réserves de gaz et plus de 80 % du charbon disponibles dans le sous-sol mondial, d'ici à 2050. Selon l'AIE, les engagements individuels des pays à la conférence de Paris de 2015 sur les changements climatiques (COP21) sont largement insuffisants : ils ne feraient que ralentir la progression des émissions de CO2 et mèneraient à une hausse des températures de +2,7 °C en 2100.

Notes de méthode[modifier | modifier le code]

Unités de mesure[modifier | modifier le code]

L'unité de mesure de l'énergie est le joule ; dérivée du Système international d'unités (SI), cette unité correspond au travail d'une force d'un Newton sur un mètre.

Par la force de l'habitude, nombre de statisticiens continuent à utiliser la tonne d'équivalent pétrole (tep) et plus souvent son multiple, le million de tonnes d'équivalent pétrole (Mtep), le pétrole étant la source d'énergie la plus utilisée dans le monde. Cependant beaucoup (surtout dans les pays d'Europe du Nord) prennent l'habitude d'utiliser des multiples de l'unité officielle et il n'est pas rare de trouver des péta voire des exa-joules (péta et exa sont des préfixes du Système international d'unités) pour mesurer l'énergie produite à l'échelle de pays ou du monde[n 1]. L'Agence internationale de l'énergie a basculé ses statistiques des tep aux joules en 2021. Les tep ne sont dès lors presque plus utilisées.

Chaque type d'énergie possède son unité de mesure privilégiée et l'on utilise pour les agréger ou les comparer les unités de base que sont le joule et la mégatonne équivalent pétrole (Mtep), parfois le kilowatt-heure (kWh), toute énergie primaire étant assez souvent convertie en électricité. Les unités particulières à chaque énergie sont :

La calorie (cal), qui ne fait pas partie du SI, est encore utilisée dans le domaine de la thermique du bâtiment comme unité de chaleur.

Conversions entre unités[modifier | modifier le code]

Dans le domaine des ressources et consommation énergétiques mondiales, les unités énergétiques sont souvent préfixées pour indiquer des multiples :

Quelques coefficients de conversion entre familles d'unités :

  • 1 tonne d'équivalent pétrole (tep) = 41,868 GJ, certaines organisations utilisant la valeur arrondie (par convention) à 42 GJ ;
  • 1 tonne équivalent charbon (tec) = 29,307 GJ ;
  • 1 kilowatt-heure (kWh) = 3,6 MJ ;
  • 1 British thermal unit (btu) = 1 054 à 1 060 J ;
  • 1 calorie (cal) = 4,185 5 J ;
  • 1 tep = 11 628 kWh ;
  • 1 tep = 1,428 6 tec ;
  • 1 tep = 1 000 m3 de gaz (équivalence conventionnelle du point de vue énergétique) ;
  • 1 tep = 7,33 barils de pétrole (équivalence conventionnelle du point de vue énergétique) ;
  • 1 mégawatt-heure (MWh) = 0,086 tep.

De l'énergie primaire à l'énergie finale[modifier | modifier le code]

Les flux d'énergie, depuis l'extraction minière de combustibles fossiles ou la production d'énergie nucléaire ou renouvelable (énergie primaire), jusqu'à la consommation par l'utilisateur final (énergie finale), sont retracés par les bilans énergétiques. Les opérations de conversion et transport de l'énergie donnant toujours lieu à des pertes diverses, l'énergie finale est toujours plus faible que l'énergie primaire.

La différence peut être faible pour l'industrie pétrolière par exemple, dont le rendement est dans certains cas proche de 1 (par exemple, pour une tonne brûlée dans un moteur à combustion, on n'a eu besoin d'extraire qu'à peine plus d'une tonne d'un puits de pétrole saoudien ; ce n'est néanmoins pas le cas pour les gisements offshore profonds, les pétroles lourds, le gaz de schiste voire les bitumes canadiens dont le rendement de production peut être le facteur limitant leur exploitabilité, indépendamment du prix).

En revanche, la différence est très importante si ce carburant est converti en énergie mécanique (puis éventuellement électrique), puisque le rendement de ce processus est au maximum de l'ordre de 40 % (ex. : pour 1 tep sous forme d'électricité consommée chez soi, le producteur a brûlé 2,5 tep dans sa centrale à charbon, type de centrale actuellement le plus répandu dans le monde). Dans le cas d'une électricité produite directement (hydroélectricité, photovoltaïque, géothermique…), la conversion en énergie primaire pertinente est fonction du contexte et le coefficient de conversion utilisé doit être indiqué (voir ci-dessous) : pour comptabiliser la production d'une centrale hydroélectrique, on peut convertir directement les kilowatts-heures en tep selon l'équivalence physique en énergie 11 630 kWh = 1 tep ; mais si l'on se pose la question « combien de centrales à charbon cette centrale hydroélectrique peut-elle remplacer ? », alors il faut multiplier par 2,5.

Conversion des productions électriques[modifier | modifier le code]

Lorsqu'il s'agit de convertir une énergie électrique exprimée en kilowatts-heures (ou ses multiples) en énergie primaire exprimée en tep, on rencontre couramment deux méthodes :

  • la méthode théorique ou « énergie finale » : on calcule simplement le nombre de tep selon l'équivalence physique en énergie ci-dessus ;
  • la méthode de « l'équivalent à la production » ou « méthode de substitution », qui indique le nombre de tep nécessaires à la production de ces kilowatts-heures. Pour cela, on introduit un coefficient de rendement par lequel on doit multiplier le nombre de tep pour obtenir le nombre de kilowatts-heures. Par exemple, considérant un rendement de 38 %, on a 1 TWh = 106 MWh = 0,086 / 0,38 × 106 tep = 0,226 Mtep. Ainsi, on considère que 1 TWh est équivalent à 0,226 Mtep (et non 0,086 Mtep), car on considère qu'il est nécessaire de produire ou qu'il a fallu produire 0,226 Mtep pour obtenir 1 TWh.

La méthode retenue par les institutions internationales (Agence internationale de l'énergie, Eurostat…) et utilisée en France depuis 2002, est assez complexe en ce qu'elle utilise deux méthodes différentes et deux coefficients différents selon le type d'énergie primaire ayant produit l'électricité :

  • électricité produite par une centrale nucléaire : coefficient de 33 % ;
  • électricité produite par une centrale géothermique : coefficient de 10 % ;
  • toutes les autres formes d’électricité : méthode théorique, ou méthode du contenu énergétique qui revient à utiliser un coefficient de conversion de 100 %.

Par contre, l'Agence d'information sur l'énergie américaine et les statistiques de l'Energy Institute adoptent la méthode de substitution.

Le présent article utilise également cette méthode de substitution ou méthode de l'équivalent à la production avec un coefficient de 38 % pour toutes les sources d'énergie électriques. En effet nous considérons l'énergie qu'il aurait fallu dépenser dans une centrale thermique d'un rendement de 38 % pour produire cette énergie électrique. Ceci est la meilleure méthode pour comparer les différentes énergies entre elles.

Classement des énergies primaires et secondaires[modifier | modifier le code]

Au niveau de la production et de la consommation, les différentes formes d'énergie primaire peuvent se classer de la façon suivante :

Les énergies secondaires issues de transformations des énergies primaires constituent la majorité des formes d'énergies utilisées par les consommateurs :

Ressources énergétiques mondiales[modifier | modifier le code]

Le tableau suivant montre :

  • l'immensité des réserves potentielles de l'énergie solaire : selon le Conseil mondial de l'énergie, 1,08 × 1014 kW d'énergie solaire atteignent la surface terrestre. Même si seulement 0,1 % de cette énergie pouvait être convertie à un rendement de 10 %, cela représenterait déjà quatre fois la puissance installée mondiale de 3 000 GW en 2010[1] ;
  • la relative faiblesse des réserves d'uranium (énergie nucléaire) telles qu'estimées par l'Association nucléaire mondiale (ANM). Selon le cinquième rapport d'évaluation du GIEC, les ressources déjà identifiées et exploitables à des coûts inférieurs à 260 $/kgU suffisent à couvrir la demande actuelle d'uranium pour 130 ans, soit un peu plus que l'estimation de l'ANM (voir tableau infra), qui repose sur un plafond de coût d'exploitation inférieur. Les autres ressources conventionnelles, à découvrir mais dont l'existence est probable, exploitables à des coûts éventuellement supérieurs, permettraient de répondre à cette demande pour plus de 250 ans. Le retraitement et le recyclage de l'uranium et du plutonium des combustibles usés permettrait de doubler ces ressources et la technologie des réacteurs à neutrons rapides peut théoriquement multiplier par 50 ou plus le taux d'utilisation de l'uranium[2]. Le thorium est trois à quatre fois plus abondant que l'uranium dans la croûte terrestre mais les quantités exploitables sont mal connues car cette ressource n'est pas utilisée à grande échelle actuellement[2].
Réserves mondiales d'énergies 2020 et production annuelle 2022 par sources d’énergie
Type d'énergie Réserves mondiales
(en unité physique)
Réserves mondiales
(en exajoules)
Réserves mondiales
(en %)
Production annuelle
(en EJ)
Nombre d'années
de production
à ce rythme
Pétrole 245 Gt[r 1] 10 249[r 2] 25 % 191[s 1] 54
Gaz naturel 206 Tm3[r 3] 7 832[r 2] 19 % 146[s 2] 54
Charbon 1 076 Gt[N 1],[r 4],[r 5] 22 436[r 2] 55 % 161[s 1] 139
Total fossiles 40 517 100 % 489 83
Uranium[N 2],[3] 6,15 Mt 2 133[N 3],[4] 5 % 24[s 3],[N 4] 89
Thorium[N 5] 6,4 Mt[5] nd nd ns ns
Hydroélectrique[6] 21 PWh/an 75 (par an) 41[s 4] ns
Énergie éolienne[7],[N 6] 39 PWh/an 140 (par an) 7,6[s 5] ns
Solaire[N 7] 1 070 000 PWh/an 3 849 000 (par an) 4,8[s 5] ns
Biomasse[N 8],[8] 3 000 EJ/an 3000 (par an) 57,9[9] ns

Les potentiels énergétiques présentés ci-dessus ne sont pas directement comparables : pour les énergies fossiles et nucléaires, il s'agit de ressources techniquement récupérables et économiquement exploitables, alors que pour les énergies renouvelables (sauf l'hydroélectricité et une part de la biomasse), il n'existe encore aucune estimation globale des ressources économiquement exploitables : les parcs éoliens de nouvelle génération et les centrale solaires photovoltaïques de grande taille s'approchent de la compétitivité en coût d'investissement par rapport aux centrales à gaz ou au charbon mais ne peuvent encore, dans la plupart des cas, être produites que si elles sont subventionnées : selon l'ADEME (en 2017), « les soutiens publics restent nécessaires pour prolonger les baisses de coût, faciliter les investissements ou compenser les défaillances de marché »[10] ; les potentiels indiqués ici sont des potentiels théoriques basés sur des considérations uniquement techniques.

Les productions indiquées ci-dessus sont en fait des consommations estimées par l'Energy Institute ; on néglige ainsi les variations de stocks.

Pour le solaire et la biomasse, les réserves indiquées correspondent aux potentiels annuels disponibles sur toute la surface terrestre, alors que pour les autres énergies, seules les réserves prouvées et économiquement exploitables sont prises en compte. Seule une très petite part du potentiel solaire théorique peut être exploitée, car les terres cultivables resteront réservées à l'agriculture, les océans seraient difficilement exploitables, et les zones proches des pôles ne sont pas économiquement exploitables.

À plus long terme, la fusion nucléaire, actuellement au stade expérimental, pourrait théoriquement apporter des ressources beaucoup plus importantes : la quantité d'énergie produite par la réaction de fusion est environ quatre millions de fois supérieure à celle que génèrent des réactions chimiques telles que la combustion du charbon, du pétrole ou du gaz naturel ; une centrale de fusion comme celles qui pourraient être opérationnelles dans la deuxième partie du XXIe siècle ne consommerait que 250 kg de combustible chaque année, répartis à parts égales entre le deutérium et le tritium[11].

Conventions de conversion : pour les énergies qui sont transformées en électricité (uranium, hydraulique, éolien, solaire), la conversion en unité de base (EJ) est réalisée en termes équivalents à la production. Cela correspond à la quantité de pétrole qui serait nécessaire pour produire cette énergie électrique dans une centrale thermique dont le rendement est pris, ici et dans la référence à l'Energy Institute, comme égal à 40,7 %[s 6]. Pour l'uranium, la conversion des réserves en exajoules a été réalisée sur la base d'une consommation annuelle de 67,5 kt d'uranium[4] pour produire 24,1 EJ d'électricité[s 3].

Notes

  1. 756 Gt de charbon et 320 Gt de lignite.
  2. Réserves minières d'uranium prouvées. Ne tient pas compte des réserves secondaires (stocks civils et militaires, uranium appauvri…) qui comptent pour plus d'1/3 de la consommation actuelle.
  3. 67,5 kt d'uranium pour produire 24 EJ d'électricité
  4. Équivalences : 1 Twh = 3,6 PJ.
  5. Le thorium est utilisé à la place de l'uranium dans certaines centrales en Inde et est envisagé en Chine.
  6. Production éolienne annuelle sur la base d'un facteur de capacité de 22 % pour 237 GW installés en 2011.
  7. Potentiel solaire annuel théorique (Irradiation solaire totale de la Terre).
  8. Total de l'énergie solaire utilisée par photosynthèse par les plantes et autres organismes.

Réserves de pétrole[modifier | modifier le code]

Réserves prouvées de pétrole : 10 principaux pays
Pays Fin 2010[12]
(Gt)
Fin 2020[r 1]
(Gt)
% en 2020 Production
2020 (Mt)[r 6]
R/P
Drapeau du Venezuela Venezuela 31,8 47,4 19,3 % 33,6[s 7] 1449
Drapeau de l'Arabie saoudite Arabie saoudite 34,0 39,6 16,2 % 500,7 74
Drapeau du Canada Canada 27,4 26,6 10,8 % 253,3 105
Drapeau de l'Iran Iran 20,4 21,7 8,8 % 142,7 152
Drapeau de l'Irak Irak 19,5 19,7 8,0 % 202,0 98
Drapeau de la Russie Russie 10,5 14,8 6,0 % 512,8 29
Drapeau du Koweït Koweït 13,8 13,8 5,6 % 130,1 106
Drapeau des Émirats arabes unis Émirats arabes unis 12,5 13,3 5,4 % 165,6 80
Drapeau des États-Unis États-Unis 4,2 8,5 3,5 % 744,7 11
Drapeau de la Libye Libye 6,3 6,6 2,7 % 20,0[s 7] 329
Total mondial 216,9 245,2 100,0 % 4 163 59
Gt = milliards de tonnes ; Mt = millions de tonnes
R/P = Réserves /Production 2020 (années restantes au rythme actuel)

Les quatre premiers pays concentrent 55,1 % des réserves.

NB : la forte augmentation des réserves du Canada, du Venezuela et des États-Unis résulte de l'intégration des réserves non conventionnelles de sable bitumineux pour les deux premiers (25,9 Gt au Canada et 41,9 Gt au Venezuela), de pétrole de schiste (3,2 Gt) pour le troisième.

Réserves de gaz naturel[modifier | modifier le code]

Réserves prouvées de gaz naturel : dix principaux pays
Rang Pays fin 2010[12]
(Tm3)
fin 2020[r 3]
(Tm3)
% en 2020 Production
2020 (Gm3)[r 7]
R/P
1 Drapeau de la Russie Russie 47,58 47,80 23,2 % 693,4 69
2 Drapeau de l'Iran Iran 30,06 34,08 16,5 % 253,8 134
3 Drapeau du Qatar Qatar 25,32 23,86 11,6 % 184,9 129
4 Drapeau du Turkménistan Turkménistan 8,03 13,60 6,6 % 81,7 166
5 Drapeau des États-Unis États-Unis 7,72 13,00 6,3 % 947,7 14
6 Drapeau de l'Arabie saoudite Arabie saoudite 7,79 9,23 4,5 % 103,2 89
7 Drapeau de la République populaire de Chine Chine 2,81 6,65 3,2 % 204,8 32
8 Drapeau des Émirats arabes unis Émirats arabes unis 6,03 6,09 3,0 % 52,2 117
9 Drapeau du Nigeria Nigeria 5,29 5,85 2,8 % 50,0 117
10 Drapeau du Venezuela Venezuela 5,20 5,67 2,8 % 21,6[s 8] 334
Total mondial 192,1 206,1 100,0 % 3 994 51,6
Tm3 = 101012 mètres cubes ; Gm3 = milliards de mètres cubes
R/P = Réserves /Production 2020 (années restantes au rythme actuel)

Les quatre premiers pays concentrent 57,9 % des réserves.

Réserves de charbon[modifier | modifier le code]

Réserves prouvées de charbon : 10 principaux pays
Rang Pays Réserves
de charbon
fin 2020 (Gt)[r 4]
Réserves
de lignite
fin 2020 (Gt)[r 5]
Réserves*
totales (EJ)
Part en 2020 Production
charbon+lignite
2022 (EJ)[s 9]
Ratio R/P
1 Drapeau des États-Unis États-Unis 218,5 29,9 5 779 25,8 % 12,07 479
2 Drapeau de la République populaire de Chine Chine 135,5 8,2 3 467 15,5 % 92,22 38
3 Drapeau de la Russie Russie 71,7 90,4 2 807 12,5 % 9,35 300
4 Drapeau de l'Australie Australie 75,4 73,9 2 712 12,1 % 11,46 237
5 Drapeau de l'Inde Inde 106,0 5,0 2 695 12,0 % 15,02 179
6 Drapeau de l'Ukraine Ukraine 32,0 2,3 823 3,7 % 0,36 2286
7 Drapeau de l'Indonésie Indonésie 24,1 14,7 766 3,4 % 13,95 55
8 Drapeau du Kazakhstan Kazakhstan 25,6 nd 637 2,8 % 1,81 352
9 Drapeau de la Pologne Pologne 22,5 5,8 626 2,8 % 1,70 368
10 Drapeau de l'Allemagne Allemagne - 35,7 403 1,8 % 1,21 333
Total monde 756,2 320,5 22 436[r 2] 100,0 % 174,56 129
Gt = milliards de tonnes ; Mt = millions de tonnes ; EJ = exajoules
* Conversion : charbon 24,9 EJ/Gt ; lignite 11,3 EJ/Gt
R/P = Réserves /Production 2022 (années restantes au rythme actuel)

Les cinq premiers pays concentrent 77,9 % des réserves de charbon.

Réserves d'uranium et de thorium[modifier | modifier le code]

Réserves mondiales prouvées récupérables d'uranium par pays en milliers de tonnes[3]
Rang Pays Réserves 2007 % Réserves 2019 %
1 Drapeau de l'Australie Australie 725 22,0 % 1 693 28 %
2 Drapeau du Kazakhstan Kazakhstan 378 11,5 % 907 15 %
3 Drapeau du Canada Canada 329 10,0 % 565 9 %
4 Drapeau de la Russie Russie 172 5,2 % 486 8 %
5 Drapeau de la Namibie Namibie 176 5,3 % 448 7 %
6 Drapeau d'Afrique du Sud Afrique du Sud 284 8,6 % 321 5 %
7 Drapeau du Brésil Brésil 157 4,8 % 277 5 %
8 Drapeau du Niger Niger 243 7,4 % 276 5 %
9 Drapeau de la République populaire de Chine Chine nd nd 249 4 %
10 Drapeau de la Mongolie Mongolie nd nd 143 2 %
Total 10 premiers 2 213 67,1 % 5 365 87 %
Total monde 3 300 100 % 6 148 100 %

L'institut allemand des sciences de la Terre et des matières premières (BGR) classe en 2022 les réserves mondiales en quatre catégories[r 8] :

  • réserves prouvées, techniquement et économiquement récupérables (coût : 80 à 260 $/kg) : 3 491 kt ;
  • réserves supposées (coût < 260 $/kg) : 3 347 kt ;
  • réserves pronostiquées : 1 636 kt ;
  • réserves spéculatives : 3 786 kt.

Les deux premières catégories forment les réserves découvertes : 6 838 kt. Les deux dernières forment les réserves à découvrir. Au total, les réserves ultimes (ressources) atteindraient 12 260 kt.

Réserves mondiales estimées de thorium par pays en milliers de tonnes[5]
Rang Pays Réserves 2014 %
1 Drapeau de l'Inde Inde 846 16 %
2 Drapeau du Brésil Brésil 632 11 %
3 Drapeau de l'Australie Australie<