Après l’accord de Paris, la nouvelle géopolitique des innovations énergétiques / Par Patrick Criqui

On peut souhaiter que l’accord de Paris marque un changement radical dans la géopolitique de l’énergie et ce, à trois niveaux. D’abord, s’il entre en vigueur, cet accord va modifier en profondeur les dynamiques des énergies et des technologies associées, dans toutes les régions du monde : les technologies intensives en carbone seront à terme disqualifiées, tandis que les solutions à faibles émissions seront au contraire stimulées. Ensuite, l’accord de Paris consacre le retour d’une approche de la lutte contre le changement climatique fondée sur les politiques des États-nations davantage que sur la mise en œuvre d’institutions multilatérales et de dispositifs supranationaux d’incitation économique. Enfin, il conduit à identifier des solutions techniques diversifiées qui rendent compte des atouts et des contraintes spécifiques à chaque pays pour le développement des innovations énergétiques. Au total, tous les enjeux du développement des nouvelles technologies de l’énergie doivent être reconsidérés.

Par ailleurs, la nature même des nouvelles solutions énergétiques fait qu’une fraction importante des réductions d’émissions devra résulter de politiques et d’actions mises en œuvre au niveau strictement national et local. C’est notamment le cas des actions de maîtrise de la demande et d’efficacité énergétique dans les politiques de décarbonation. Dans bien des cas, le développement des énergies renouvelables (EnR) signifiera plus d’autonomie énergétique locale et moins de flux d’échange inter ou même intranationaux. Pour autant, cela ne signifie pas que le développement des systèmes énergétiques décarbonés fera disparaître la compétition internationale pour les technologies : celle-ci est par exemple déjà féroce dans le domaine de l’éolien, du photovoltaïque, du nucléaire et bientôt des véhicules électriques et des batteries. Même les innovations systémiques de type smart grids [1] ou « villes durables » sont souvent portées par des firmes internationales, maîtrisant à la fois les métiers de l’énergie et du numérique.

Nous tracerons ici les grandes lignes de ce que pourrait être le nouveau cours de la géopolitique des innovations énergétiques. Différents travaux de prospective permettent de dégager des éléments structurels des scénarios globaux de décarbonation. Puis, en changeant de paradigme, il s’agira d’analyser les futurs décarbonés, à partir de leur conception actuelle dans les grands pays acteurs de la scène énergétique. Enfin, nous caractériserons l’état actuel de la concurrence industrielle pour le développement des technologies énergétiques bas carbone.

Une géopolitique globale de la contrainte carbone

Depuis maintenant près d’un quart de siècle, la communauté des modélisateurs énergétiques s’est mobilisée autour de la question des politiques climatiques en construisant des scénarios énergétiques bas carbone, respectant des profils d’émissions de gaz à effet de serre compatibles avec les objectifs issus de la négociation internationale, dans le cadre de la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (CCNUCC). Structurée dans différents programmes comme l’Energy Modeling Forum [2] ou l’International Energy Workshop [3], cette communauté a développé au fil du temps plusieurs types de modèles. Les enseignements tirés de ceux-ci ont été largement mobilisés dans les travaux du groupe de travail n° 3, « Réduction des émissions », du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) [4] et dans ses différents rapports. Les modèles eux-mêmes sont souvent utilisés par des organisations internationales pour construire leurs politiques énergie-climat [5]. À l’exception de quelques travaux menés en analyse coût-avantage [6], l’approche qui s’est progressivement imposée comme dominante est celle de l’analyse coût-efficacité, qui considère l’objectif climatique comme donné par une décision politique, par exemple le choix de ne pas dépasser le seuil de 2 °C d’augmentation des températures.

L’évaluation du rôle du changement technique induit par les contraintes climatiques est largement au cœur des scénarios énergétiques bas carbone. Que nous apprennent-ils sur les perspectives futures des technologies énergétiques ? D’un modèle et d’un exercice à l’autre, certains éléments de prospective globale ressortent clairement [7]. À l’horizon 2050, les traits structurants et ordres de grandeur suivants peuvent être retenus :

Ces anticipations doivent être maniées avec prudence, mais trois conclusions robustes peuvent en être tirées. La première est sans doute que le monde n’est pas menacé par la pénurie énergétique, du moins pas à l’horizon 2050. Pour reprendre les termes de Pierre-Noël Giraud, « pour l’énergie, nous n’avons pas un problème de ressources, mais un problème de poubelle [pour stocker le déchet que constitue le CO2] » [8]. La deuxième est qu’entre les scénarios sans contrainte et les scénarios de lutte contre le changement climatique, l’éventail des futurs possibles est largement ouvert : ce futur dépendra donc des politiques qui seront mises en œuvre. La troisième est, enfin, que des mondes si contrastés correspondront à des géopolitiques de l’énergie également contrastées du point de vue des technologies, mais aussi des flux d’échange, matériels et financiers. D’un monde à l’autre, les prix des énergies et les relations entre pays producteurs-exportateurs d’énergie et pays importateurs n’auront évidemment rien à voir.

Les plans nationaux de « décarbonation profonde »

À ce stade, néanmoins, le plus difficile reste à faire : il s’agit d’inscrire la décarbonation de l’énergie dans les systèmes réels. L’accord de Paris marque de manière nette l’entrée dans cette nouvelle phase. Les grands États se sont engagés, ils ont ou vont bientôt ratifier cet accord, qui a toutes les chances d’entrer en vigueur d’ici la fin 2016.

Le temps de la mise en œuvre commence donc. Cependant, la construction des politiques nationales ne peut pas exclusivement s’appuyer sur une approche économique globale. En effet, les voies de la décarbonation dépendent des contraintes et des opportunités présentes à l’échelle nationale, c’est-à-dire telles quelles sont perçues par les populations et les gouvernements, et non telles qu’elles sont décrites dans les modèles. Pour s’en convaincre, il suffit de comparer les divergences de plans de transition énergétique entre la France et l’Allemagne, deux pays qui avaient encore dans les années 1990 des systèmes énergétiques assez proches.

En amont de la conférence de Paris, plusieurs réseaux de recherche avaient préparé le terrain de la construction de scénarios nationaux. Le Deep Decarbonization Pathways Project (DDPP) avait notamment permis la production, par des équipes locales, de scénarios de décarbonation profonde pour les 16 pays les plus émetteurs, représentant les trois quarts des émissions énergétiques mondiales. Au-delà des différences nationales, un triptyque central s’en dégage et il apparaît que la décarbonation profonde impose : i. d’améliorer significativement le niveau d’efficacité énergétique dans les grands secteurs du bâtiment, des transports, et de l’industrie ; ii. de décarboner le système électrique en mobilisant les énergies renouvelables et, si nécessaire et possible, l’énergie nucléaire et la capture et stockage du CO2 dans les centrales thermiques ; iii. d’assurer une forte pénétration, dans tous les secteurs, des vecteurs énergétiques décarbonés, et notamment celle de l’électricité dans les transports.

Une étude complémentaire développée par l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (ANCRE) sur la base des scénarios nationaux DDPP permet de mesurer le poids des différentes options de demande et des différentes technologies de production d’énergie décarbonée [9]. Elle montre que les options de demande (efficacité et décarbonation des vecteurs énergétiques au consommateur final, dans le bâtiment, les transports et l’industrie) contribuent pour environ la moitié de l’effort de réduction des émissions, 11 options de production d’électricité bas carbone – de l’éolien au solaire en passant par le nucléaire et la capture et le stockage du CO2 (CCS) – contribuant pour l’autre moitié.

Au-delà de la vision globale, les trajectoires nationales sont cependant contrastées, car elles reflètent des dynamiques de demande très différentes selon que le pays est, d’une part, émergent ou industrialisé [10] et, d’autre part, à forte ou faible intensité carbone – avec dans la première catégorie les grands pays charbonniers. Dans les quatre catégories de pays, les EnR représentent en 2050 entre 52 et 56 % de la production totale d’électricité : la transition serait alors bien avancée. De plus, et au-delà de fortes différences nationales, l’énergie nucléaire représente dans les quatre ensembles un montant très comparable, entre 21 et 22 % de la production totale, soit une part modeste mais non négligeable. Avec les effets supplémentaires du développement de la CCS, on parvient à une chute vertigineuse du contenu en carbone du kilowatt-heure (kWh) : de 550 gCO2/ kWh en moyenne aujourd’hui à 50 gCO2/kWh en 2050.

Les grands pays émetteurs disposent donc aujourd’hui d’images cohérentes de ce que pourrait être un futur décarboné. Souvent élaborées dans l’interaction des équipes académiques et des administrations ou instances politiques, ces images du futur constituent une base fiable pour analyser l’avenir de l’innovation en matière de technologies énergétiques bas carbone.

Géopolitique mondiale des technologies bas carbone

Comme évoqué précédemment, la géopolitique des hydrocarbures sera d’autant plus bouleversée que la transition sera profonde et rapide. Cela sera également le cas du secteur des solutions énergétiques bas carbone. Potentiellement, leur essor va déclencher une nouvelle vague d’innovations et de développement industriel, susceptible d’ailleurs de s’articuler avec la « quatrième révolution industrielle », qui permettra d’appliquer les technologies de l’information à la transformation du monde matériel [11]. À ce stade, il est nécessaire d’identifier les différentes composantes de cette nouvelle vague de technologies de l’énergie en distinguant :

Le secteur qui a le plus attiré l’attention des observateurs dans les dernières années a bien sûr été celui des équipements nécessaires à la captation des énergies renouvelables. L’énergie éolienne a été la première à bénéficier de politiques publiques très favorables, aux États-Unis et en Europe, à partir des années 1990. Selon les pays, les enchères concurrentielles pour la construction de parcs de production ou les tarifs de rachat garantis par l’État ont permis un décollage rapide de l’industrie, avec l’émergence de nouveaux géants comme le danois Vestas, qui a dominé le marché durant de nombreuses années. Aujourd’hui, la première place lui a été ravie par l’entreprise chinoise Goldwind, tandis que General Electric (États-Unis) et Siemens (Allemagne) figurent en troisième et quatrième place. Dix constructeurs, dont cinq chinois, contrôlent près de 70 % du marché, renforçant de ce fait la puissance industrielle chinoise.

Les premiers pas de l’industrie photovoltaïque sont antérieurs à ceux de l’industrie de l’éolien, puisqu’ils remontent au début des années 1970. Il faudra cependant attendre l’accumulation des progrès techniques et des effets d’expérience avant que cette industrie ne connaisse un véritable essor, vers le milieu des années 2000. L’Allemagne, avec une politique de tarifs de rachat très favorables, sera l’un des lieux de déploiement privilégié de la production photovoltaïque. Elle représente aujourd’hui près de 20 % des capacités installées dans le monde. Toutefois, alors que l’Allemagne était jusqu’en 2014 le premier exportateur mondial de produits industriels, son industrie photovoltaïque n’a pas su résister à la concurrence chinoise. Dans les dix premiers producteurs mondiaux de panneaux actuels, seule une entreprise (First Solar) est une joint-venture américano-malaisienne, sans intérêts chinois. Ces dix premiers producteurs contrôlent plus de 50 % des ventes mondiales. Celles-ci sont, avec 51 gigawatts crête par an (GWc/an) en 2015, légèrement inférieures aux puissances éoliennes annuelles (63 GWc/an).

Parmi les marchés en forte croissance dans le domaine de la transition énergétique, celui du véhicule basses émissions sera sûrement le plus important. Tous les constructeurs proposent aujourd’hui des véhicules électriques ou des hybrides rechargeables, voire des véhicules à pile à combustible hydrogène. Mais de nouveaux venus comme Tesla tentent de révolutionner le marché en positionnant d’abord le véhicule électrique comme un bien de prestige, avant de redescendre vers des véhicules milieu de gamme. Dans ce secteur aussi, la concurrence chinoise s’annonce, avec les objectifs gouvernementaux d’atteindre 5 millions de NEVs (New Energy Vehicles) en 2020. Alors que Tesla construit sa « gigafactory » à 5 milliards de dollars pour la production des batteries, le groupe technologique chinois LeEco lance un investissement de 3 milliards de dollars pour développer un nouveau véhicule électrique connecté, déjà présenté comme le « Tesla killer ». La bataille des véhicules électriques et des batteries a déjà commencé, elle engage donc constructeurs traditionnels et nouveaux venus des industries de la haute technologie.

L’industrie nucléaire, enfin, a connu de multiples vicissitudes. Aujourd’hui, neuf groupes sont en mesure de développer des centrales nucléaires : EDF – dans le contexte de la restructuration d’Areva –, China National Nuclear Company, KEPCO (Corée du Sud), Mitsubishi-Toshiba (Japon), Atomic Energy Canada Limited, Westinghouse (États-Unis), Hitachi-General Electric (États-Unis et Japon), Atomstroyexport (Russie). 64 réacteurs sont en construction dans le monde, représentant une puissance de l’ordre de 70 gigawatts électriques. Ce chiffre ne peut être directement comparé à ceux de l’éolien ou du solaire. En effet, la durée de construction – de huit à dix ans – fait que les mises en service annuelles d’équipements seront probablement inférieures, alors qu’inversement, du point de vue de la production d’énergie, le facteur de charge d’une centrale nucléaire est environ trois fois plus élevé que celui d’une centrale éolienne ou solaire. Aujourd’hui, la Chine concentre sur son territoire près d’un tiers des réacteurs en construction dans le monde et ses acteurs industriels sont aussi présents à l’étranger, comme en témoigne leur investissement aux côtés d’EDF dans le projet d’Hinkley Point au Royaume-Uni.

Contrainte climatique, innovations et compétition internationale

La confrontation des prospectives énergétiques sous contrainte carbone et des développements actuels des industries de l’énergie permet de tirer plusieurs conclusions robustes, sans évidemment résoudre toutes les incertitudes pesant sur le rôle des technologies et de l’innovation dans la transition énergétique. Rappelons au préalable qu’une part importante de la transition devra découler d’une plus grande efficacité et sobriété énergétiques, appuyées sur une planification urbaine appropriée et sur des systèmes techniques locaux intelligents. La dimension géopolitique de la transition énergétique n’en demeurera pas moins fondamentale.

Tout d’abord, l’accord de Paris et la mise en œuvre des politiques de décarbonation font passer la problématique énergétique d’une géopolitique des ressources à une géopolitique de l’innovation et de la compétition industrielle. Le mouvement est déjà clairement en marche et la bataille des nouvelles technologies de l’énergie se prépare dès aujourd’hui à coups d’investissements massifs, que ce soit du côté des anciens acteurs de l’énergie ou de l’automobile, ou de celui des nouveaux acteurs de la haute technologie. Si la problématique des ressources resurgit un jour, ce ne sera pas autour des ressources énergétiques elles-mêmes, mais plutôt des besoins en matériaux – stratégiques (métaux rares) ou structurels (ciment, acier, cuivre) – nécessaires aux technologies de la transition.

Ensuite, les données prospectives quantifiées à long terme font distinctement apparaître les besoins en développement des nouvelles technologies et le déploiement des stratégies industrielles se réaliser selon les lignes de force indiquées dans ces travaux, à l’exception des technologies de la capture et stockage du CO2, qui apparaissent dans toutes les prospectives comme un élément-clé de la solution, en particulier dans les pays s’appuyant aujourd’hui sur le charbon. Pour l’instant, les engagements des industriels demeurent extraordinairement timides au regard de l’importance du sujet. Par ailleurs, le domaine des innovations systémiques pour les « villes bas carbone » semble plus difficile à prendre en compte dans les travaux de prospective nationaux ou internationaux, alors même que les engagements des industriels y sont significatifs.

Enfin, force est de constater que la Chine est très présente, si ce n’est dominante, dans tous les domaines. Elle s’appuie en effet sur une gouvernance étatique forte, des capacités industrielles intrinsèques et un large marché intérieur qui devrait croître d’autant plus rapidement que la transition y sera rapide. Le cas du photovoltaïque dans les dix dernières années a déjà illustré comment des politiques volontaires de développement des nouvelles énergies en Europe ont finalement pu profiter, sur le plan industriel, à un seul acteur – qui n’était pourtant pas le « first-mover ». Dans un tel contexte de compétition pour les innovations de la transition énergétique, ce cas de figure sera probablement amené à se reproduire. Alors que les voies de la transition sont largement tracées, l’Europe n’est pas aussi bien placée aujourd’hui que la Chine ou les États-Unis dans la compétition pour la « quatrième révolution industrielle ». Il est certainement plus que temps d’élaborer une politique européenne volontariste dans le domaine des innovations énergétiques. Cette politique devra, à l’évidence, combiner trois éléments : une meilleure coordination des politiques nationales de transition pour consolider le marché européen des équipements bas carbone, un effort soutenu de recherche et développement (R&D) et, enfin, une canalisation des investissements de relance vers les infrastructures et les équipements pour la transition énergétique [12].

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• [1] Les « réseaux intelligents » ou « smart grids » permettent de mobiliser les technologies de l’information pour optimiser le fonctionnement des réseaux électriques au niveau local.
• [2] Forum de modélisation hébergé par Stanford et visant à mobiliser différents modèles énergie-économie, pour l’exploration de thématiques et de scénarios précis (33 à ce jour).
• [3] Conférence annuelle (36e en 2016) de la communauté de recherche en modélisation énergétique.
• [4] GIEC, Climate Change 2014, Mitigation of Climate Change, Genève, 2014.
• [5] MARKAL/TIMES par l’Agence internationale de l’énergie (AIE), POLES par le Joint Research Center de l’Union européenne (UE), PRIMES par la direction générale Énergie de l’UE.
• [6] Il s’agit alors de définir une « politique optimale » en comparant les coûts des dommages et les coûts de réduction des émissions. Voir William D. Nordhaus, « Strategies for the Control of Carbon Dioxide », Cowles Foundation Discussion Papers, n° 443, Yale University, 1977.
• [7] Voir par exemple une prospective récente du Joint Research Center de la Commission européenne, Global Energy and Climate Outlook, 2015 et 2016.
• [8] Chapitre « L’adieu à Malthus », in Pierre-Noël Giraud, L’homme inutile, Paris, Odile Jacob, 2015.
• [9] ANCRE, Decarbonization Wedges, Paris, novembre 2015.
• [10] Dans cette étude, respectivement les pays ayant un PIB par habitant moyen inférieur ou supérieur à 10 000 dollars.
• [11] Klaus Schwab, « The Fourth Industrial Revolution : what it means, how to respond », World Economic Forum, 14 janvier 2016.
• [12] Voir notamment Emmanuel Hache et Déborah Leboullenger, « En investissant pour sauver le climat, les banquiers sauveront-ils les banques ? », The Conversation, 26 octobre 2016.