Les États-Unis face au changement climatique
I. Le secteur de l’électricité : *
1. Situation actuelle et prévisions (ordres de grandeurs et perspectives) *
2. Potentiel de réduction des émissions : *
1. réduire la demande en électricité : *
2. augmenter l’efficacité des usines utilisant les énergies fossiles : *
3. passer à des énergies moins consommatrices de carbone : *
4. réduire les émissions de ces usines : Séquestration du CO2 *
3. Approche Politique : *
1. Le revirement de la politique gouvernementale environnementale des USA : *
2. Les initiatives locales au niveau des états et même des villes : *
4. Approches économiques et mesures (normes, taxes, subventions…) *
1. Taxe sur le carbone : *
2. Restructuration et dérégulation *
3. Crédit pour la production par énergie renouvelable non hydrologique *
II. Le secteur de l’industrie : *
1. Situation actuelle *
a. Part de l’industrie dans les émissions globales de gaz à effet de serre *
b. Prévisions suivant les différents scénarios possibles *
3. Politique actuelle des Etats Unis concernant le changement climatique *
2. Améliorations technologiques envisageables *
1. Améliorations technologiques principales *
a. Combiner chaleur et puissance *
b. Actions liées à une incitation politique *
c. Les initiatives ponctuelles *
d. Exemples des industries du papier et du ciment : *
1. Industrie du papier *
2. Industrie du ciment *
3. Mesures politiques et économiques *
a. Le Trading Exchange, ou échange de droit à polluer *
1. Les différents types de trading exchange *
a. Le cap and trade system *
b. Le baseline and credit system *
b. Exemple de système actuel de trading exchange *
2. Les initiatives régionales *
III. Le secteur de l’habitat : *
1. Situation actuelle et évolution : *
1. Démographie *
2. sociologie *
3. Urbanisme *
2. Potentiels : quelles technologies peuvent être utilisées ? *
1. Secteur résidentiel : *
a. l’éclairage : *
b. le chauffage et le refroidissement : *
2. Secteur commercial : l’éclairage *
3. Quelles sont les initiatives ? *
1. Acteurs fédéraux : *
a. rôle de l’ACEEE : *
b. le programme Energy Star : *
c. les normes de construction des bâtiments : *
2. Acteurs locaux : *
3. Les ménages : *
4. Les entreprises : *
IV. Le secteur des transports : *
1. Situation actuelle et prévisions (ordres de grandeurs et perspectives) *
1.La situation actuelle *
2. Dynamique et déterminant de l’offre et de la demande : *
a. Les futures demandes *
b. Une des raisons : une forte périurbanisation *
3. Panel de solutions technologiques *
1. Quelles pistes d’amélioration ? *
2. Amélioration des technologies existantes : *
a. Utilisation de biocarburants : *
b. Amélioration du moteur : *
c. Amélioration du véhicule : *
3. Utilisation de nouvelles technologies : *
a. Moteur hybride : *
b. Pile à hydrogène *
4. Approche Politique : *
1. Les initiatives locales au niveau des états et même des villes : *
2. Le " clean cities program " *
5. Approche economico-politique : *
1. aides à l’achat de véhicules propres *
2. investissement en R&D *
3. permis à polluer *
4. normes plus strictes *
5. taxe au kilomètre parcouru : plus je roule, plus je pollue, plus je paye une taxe *
6. Autres mesures *
La position des Etats Unis concernant les questions de changement climatique est absolument primordiale. En effet, il s’agit de la première puissance économique mondiale, dont chacune de ses décisions a un réel impact sur l’économie mondiale et par ses initiatives, elle entraîne une grande partie des autres économies vers une orientation donnée. Par ailleurs, les Etats Unis sont responsables du blocage du processus de Kyoto, position qui est particulièrement critiquée, notamment en Europe. Il semble pourtant qu’au sein de l’économie américaine sont gaspillées des quantités colossales d’énergie. D’autre part, le mode de vie américain est plutôt orienté vers le gaspillage énergétique, ce qui est d’autant plus préoccupant qu’il tend à se standardiser au niveau mondial.
Fig.0.1 : Évolution des émissions de dioxyde de carbone aux USA
L’augmentation des rejets de gaz à effet de serre est bien entendu liée à une augmentation de la consommation d’énergie. De plus, l’accroissement régulier de la population est également une des raisons de l’évolution du système énergétique américain dans les années à venir. En effet, le DOE (Department of Energy) prévoit de mettre en service d’ici à 2020 une puissance supplémentaire de 400 GW ce qui représente pas moins de 1300 centrales à turbines à gaz d’une puissance unitaire de 300 mégawatts. Ceci pourrait permettre la mise en place de nouvelles technologies.
Afin d’étudier de manière plus précise la situation actuelle et les évolutions possibles, nous avons distingué quatre grands secteurs au sein de l’économie américaine : l’énergie, le transport, l’habitat, résidentiel ou commercial, et l’industrie. Ces quatre secteurs rejettent actuellement 1500 MtC de gaz à effet de serre, chacun contribuant à une part équivalente. En ce qui concerne la consommation l’énergie, elle se divise entre les trois secteurs comme suit :
I. Le secteur de l’électricité :
1. Situation actuelle et prévisions (ordres de grandeurs et perspectives)
Etat des lieux de la production entre 2000 et 2020 selon les informations de l’Energy Information Administration dans son rapport annuel de 2003, l’Outlook 2003 :
Tableau I.1 : Production d’électricité selon différents secteurs (situation actuelle et prévision)
Les graphiques ci-dessous représente l’évolution de la production d’électricité aux Etats-Unis ainsi que l’évolution prévue de la demande en électricité par secteur entre 2000 et 2020 :
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Fig. I.1 Evolution de la production d’électricité entre 2000 et 2020 (en milliard de kWh) |
Fig. I.2 Ventes annuelles d’électricité par secteur entre 1970 et 2020 (en milliard de kWh) |
En ce qui concerne les moyens de production d’électricité déjà en place, l’Outlook 2002 prévoit que 10% des centrales nucléaires seront retirées d’ici 2020 sauf si la baisse des coûts de production d’énergie nucléaire s’avère plus importante que prévue. De plus, 7% de la production électrique actuelle par énergie fossile sera retirée d’ici 2010.
Il faut cependant remarquer que cela n’influe que très légèrement sur la production totale d’électricité dans la mesure où, d’ici 2020, on pense qu’il sera nécessaire de mettre en place des capacités de 355 GigaWatts. Pour cela, l’Outlook 2002 estime que 80% de ces nouvelles capacités seront fournis par des usines à gaz naturel, 17% par des usines à charbons et 3% seulement par les énergies renouvelables.
Il est à noter ici que l’AEO 2002 (Annual Energy Outlook) privilégie fortement la production d’énergie par les turbines à gaz dans les années à venir. Plusieurs raisons expliquent cette tendance :
A l’inverse, l’AEO 2003 estime que les considérations sur l’impact des usines à charbon sur l’environnement, la disponibilité de gaz naturel à coût modéré rendent improbable la construction de nombreuses nouvelles usines à charbon d’ici 2005. Cependant, le lent développement des autres moyens de production d’électricité et les énormes investissements nécessaire pour les usines actuelles rendent peu probable la remise en question de la prédominance du charbon dans les décennies à venir.
Il existe pourtant actuellement un fort lobbying des charbonniers, qui malgré des performances moindres, disposent d’énormes quantités de charbon qui le rendent plus attractif sur le moyen terme. Nous en reparlons plus précisément quand nous abordons les questions politique, mais on peut d’hors et déjà remarquer qu’entre l’AEO 2002 et l’AEO 2003, les prévisions ont évolué légèrement mais notablement en faveur des usines à charbon. Ainsi, la part du charbon dans les prévisions de production annuelle en 2020 est passée de 46% à 47% (de 9% à 17% des 355 gigawatts à fournir) pendant que celle du gaz naturel se trouvait réduite de 32% à 29% (de 88% à 80% des 355 gigawatts à fournir). Bien que légères, ces tendances à réaffirmer l’importance du charbon sont symptomatiques du fait que la question environnementale doit s’accommoder des enjeux politiques qui jouent une partie différente et souvent opposée aux intérêts environnementaux. Nous parlerons plus longuement de ces facteurs plus loin dans ce rapport.
A consulter également sur le sujet :
ftp://ftp.eia.doe.gov/pub/oiaf/1605/cdrom/pdf/ggrpt/057301.pdf
2. Potentiel de réduction des émissions :
Les prévisions vues précédemment, qu’elles soient optimistes ou pessimistes fournissent une approche très agrégées et cachent en fait des problèmes structurels et politiques très importants qui justifient un recours à une approche plus détaillée, notamment avec des modèles comme le font les prospectives des cinq laboratoires.
http://www.ornl.gov/ORNL/Energy_Eff/presentations.html
L’étude de ces cinq laboratoires développe donc trois scénarios: Business-as-Usual (BAU), modéré et avancé. Le scénario BAU suppose une continuation de la politique actuelle et un rythme de progression technologique stable mais modeste. A côté de cela, les scénarii modéré et avancé sont définis par des politiques actives avec une augmentation du niveau de l’engagement public et des politiques pour résoudre le problème énergétique aux USA.
Tableau I.2 : Émissions de carbone et consommation d’énergie premières en fonction des secteurs
Le tableau ci-dessous présente rapidement les principales mesures ou options prises en compte pour le secteur de l’électricité dans les modèles en fonction des scénarios.
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Scénario modéré |
Scénario avancé |
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1.5 cents/kWh de crédit pour l’énergie éolienne et l’énergie par la biomasse |
Même chose, mais étendu à toutes les énergies renouvelables autre que hydraulique |
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Facilitation pour le déploiement des éoliennes |
Même chose |
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Progrès technologiques : amélioration de la performance des énergies renouvelables |
Progrès technologiques : -technologies supplémentaires au scénario modéré -tient compte de la technique de séquestration du CO2 |
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Restriction de l’utilisation de carbone avec l’instauration d’un permis de consommer de 50$ par tonne de carbone. Ceci équivaut à l’instauration d’un marché national de permis d’émission. |
Tableau I.3 : Mesures et options considérées selon les scénarii
Ci-dessous le premier tableau représente les évolutions prévues en fonction des scénarios de la consommation des énergies premières dans le secteur électrique, le deuxième tableau représente quant à lui les émissions de carbone en fonction du type d’énergie utilisé et des scénarios considérés:
Tableau I.3. Consommation des énergies premières dans le secteur électrique selon les différents scénarios
Tableau I.4. Émissions de carbone selon les énergies utilisées et les scénarii considérés
Les trois graphiques ci-dessous représentent les évolutions de la production d’électricité selon les énergies utilisées et les scénarii considérés.
Fig. I.3 : Production totale d’électricité selon le scénario BAU
Fig. I.4 : Production totale d’électricité selon le moderate scénario
Fig. I.6 : Production totale d’électricité selon le scénario modéré
De ces évolutions différentes selon les scénarios, cette étude nous montre les moyens les plus efficaces pour réduire les émissions de CO2. Quatre moyens semblent particulièrement efficaces :
1. réduire la demande en électricité :
cf. parties sur les secteurs de l’industrie et de l’habitat principalement
2. augmenter l’efficacité des usines utilisant les énergies fossiles :
C’est un moyen qui a l’avantage d’être à la fois réducteur d’émissions et rentable, mais actuellement rien ne laisse présager d’une avancée fulgurante dans ce domaine qui permettrait de réduire considérablement les émissions tout en consommant autant d’énergie et avec les mêmes matières premières. Cependant, quelques avancées technologiques offrent des possibilités importantes :
Les opportunités d’amélioration technologiques dans le secteur électrique
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Technologie |
Carbone rejeté par kWh en gramme en 1997 |
Amélioration future possible |
Commentaires |
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Charbon |
260 |
L’efficacité des nouvelles usines pourrait être améliorée de 30% |
Les usines actuelles sont la source d’énergie fossile la moins chère. |
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Gazéification du charbon (IGCC)(*) |
210 |
Possibilité de combiner cette technologie avec la séparation du carbone permettant d’atteindre quasiment une émission de carbone nulle |
Technologie prête à être commercialisée |
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Turbine à gaz |
170 |
Nouvelles usines 40% plus efficaces au moins |
Principalement utilisée pour les pics de consommation donc son impact sur l’environnement est léger |
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Cycle combiné de gaz(**) |
100 |
L’efficacité des nouvelles usines pourrait augmenter de 60% à 70% avec cycle ternaire |
Pourrait remplacer les usines à charbon et à gaz inefficaces |
(*)- La centrale IGCC est une centrale CC (Carbon Combustion) qui, au lieu de brûler du gaz naturel, brûle du gaz de synthèse (CO + H2). Celui-ci est obtenu à partir de la gazéification du charbon à l'O2 ou à l'air et avec la vapeur d'eau comme agent modérateur de température. Ce gaz de synthèse peut ensemble se substituer au gaz naturel. Pour gazéifier le charbon, il faut adjoindre à la centrale CC une véritable usine chimique qui, en plus de comporter une unité de gazéification, contient des composants capables de nettoyer le gaz de synthèse et de le débarrasser des particules et des composés d'azote et de soufre.
Pour en savoir plus : http://mineco.fgov.be/energy/ampere_commission/d5.pdf
(**)-Avec le cycle combiné, le gaz naturel est brûlé dans une turbine à gaz, reliée à un alternateur qui produit du courant ; puis les gaz d'échappement sont évacués vers une chaudière où ils sont brûlés. La chaleur produit alors de la vapeur, comme dans une centrale thermique classique, pour produire ensuite de l'électricité.
Tableau I.5 : Les opportunités d’amélioration technologiques dans le secteur électrique
3. passer à des énergies moins consommatrices de carbone :
Malheureusement, comme on l’a vu précédemment, le gaz est actuellement, pour les USA, l’énergie la plus rentable en matière de performance et de facilité d’utilisation. C’est donc très vraisemblablement cette énergie qui sera principalement privilégiée avec le charbon soutenu par le lobbying des charbonniers et leurs énormes réserves.
Le nucléaire ne semble pas être une solution à court terme puisque les délais de mise en place d’une centrale sont très longs et les coûts importants. De plus, du fait de l’étalement géographique de la population aux USA, les besoins se portent plutôt sur des " petites " usines de 300MW que des usines d’un Giga telles que les centrales nucléaires. Enfin les inquiétudes du public sur la question du nucléaire et le problème du stockage (et du recyclage) des déchets nucléaires rendent le développement du nucléaire dans les prochaines années improbable.
4. réduire les émissions de ces usines : Séquestration du CO2
Cette possibilité semble être celle qui offre les plus importantes perspectives de réductions, puisque le gaz et le charbon seront les deux énergies privilégiées dans les années à venir pour les raisons mentionnées plus haut. La seule véritable solution efficace à court terme semble donc être le stockage du CO2 à la sortie des usines. Mais la technologie reste coûteuse dans la situation actuelle : 50$ à 200$ par tonne de CO2, alors que le prix des permis d’émission de CO2 est estimé à 20$ la tonne selon l’Agence Internationale de l’Energie de l’OCDE (http://www.iea.org/ ). Dans tous les cas, même une fois la technologie mise au point, celle-ci aura un coût important. Il faut donc une véritable volonté politique pour qu’un tel scénario soit appliqué.
En fait, il apparaît que la condition sine qua none à l’entrée sérieuse des USA dans la réduction des émissions de CO2 soit l’amélioration de la technologie de séquestration du CO2 afin de pouvoir continuer à consommer leur charbon. Le lecteur désirant en savoir plus sur cette technique pourra se rendre sur le site : http://sequestration.mit.edu/pdf/Biggs_et_al.pdf
1. Le revirement de la politique gouvernementale environnementale des USA :
Les négociations étaient en bonne voie avec le gouvernement de Clinton pour la ratification du protocole de Kyoto. On pense que les objectifs étaient difficiles à atteindre pour les USA mais qu’ils comptaient sur l’effondrement économique des pays de l’Est pour obtenir un accord sur le rachat de leur " permis de polluer ". Avec l’arrivée au pouvoir de Bush, la donne a changé puisqu’il considère que la ratification du protocole de Kyoto est impossible pour les USA sans perte de leur compétitivité. Les discussions sur ce sujet se sont avérées de plus en plus difficiles, puisque Bush est allé jusqu’à éliminer de la liste des produits polluants aux USA le CO2 en 2000. Les explications de ce revirement sont diverses. Tout d’abord, les experts s’accordent à dire que les promesses effectuées par le gouvernement Clinton semblaient difficiles à tenir malgré la bonne volonté affichée. Cependant les moyens de réduction des émissions de CO2 aux USA existent bien, sans pour autant altérer significativement la compétitivité de l’économie américaine, mais la présence du fort lobbying du charbon et du pétrole rend toute réelle volonté politique dans ce sens improbable si cela doit porter atteinte à ces deux secteurs en particulier.
2. Les initiatives locales au niveau des états et même des villes :
Au niveau des États et des villes, certaines politiques plus ou moins originales se mettent en place afin de réduire leurs émissions de CO2.
Exemples :
. le Texas qui impose un certain pourcentage d’énergie électrique fabriquée à partir d’énergies renouvelables. Ainsi en un an, 1GW a été créé grâce à l’énergie des éoliennes.
. certaine villes proposent que toute entreprise augmentant ses émissions de CO2 doit réaliser en contrepartie une action bénéfique contre l’effet de serre par ailleurs.
Le lecteur intéressé pourra trouver de plus amples informations sur ce sujet dans les sites suivants :
-http://www.iclei.org/co2/ Cities for Climate Protection Campaign
-http://www3.iclei.org/localstrategies/pdf/ccp.pdf texte programmatique "Villes et CO2 "
-www.ccap.org Center for Clean Air Policy
4. Approches économiques et mesures (normes, taxes, subventions…)
L’étude des cinq laboratoires permet d’avoir une idée sur les politiques les plus efficaces en matière de réduction des émissions de CO2. Trois mesures politiques ressortent particulièrement de cette étude :
- cela permet de rendre la construction de nouvelles usine a charbon moins rentable, à moins d’utiliser la technologie de séquestration de CO2 qui s’en trouve de fait incitée, et cela augmente la vitesse de retrait des anciennes usines a charbon et autres fossiles
- cela joue sur la partie variable des coûts de production, incitant les technologies utilisant intensivement le carbone à diminuer leurs capacités
- cela encourage l’extension de la vie des usines nucléaires et le développement des énergies renouvelables non hydrologiques (éoliennes et biomasse)
2. Restructuration et dérégulation
Libérer le marché de l’électricité (pas de contrôle sur les prix) afin d’encourager la compétition économique entre les différents producteurs d’électricité. Ceci a pour effet de créer une dynamique économique pour la recherche d'usines efficaces (et propres si cela s'accompagne d'une taxe sur le carbone).
3. Crédit pour la production par énergie renouvelable non hydrologique
Cela consiste simplement à favoriser la production d’électrique grâce aux énergies renouvelables par des crédits (ou bien des réductions de taxe). Par exemple, le scénario avancé prévoit 1.5cents/kWh de crédit pendant les 10 premières années pour la production d’électricité par des énergies renouvelables non hydrologiques
Informations sur le marché des permis d’émissions et les conditions de l’accord de Kyoto en général :
http://www.enpc.fr/de/trav-elev/cc/kyoto/kyoto.htm
L’utilisation plus ou moins conjointe de ces différentes politiques d’incitation à la réduction des émissions de CO2 apporterait des résultats tout à fait conséquents. Mais comme l’électricité n’est qu’un intermédiaire qui transforme de l’énergie en une autre forme d’énergie, bien que le secteur contrôle le type d’énergies premières utilisées, l’augmentation ou non de la demande joue un rôle important dans la quantités d’énergies premières et dans le type de technologies utilisées. Les technologies innovantes sont limitées à fournir une quantité fixée à l’avance de capacité d’expansion pour suivre la demande. En revanche, les incitations à accélérer le déploiement des technologies innovantes seront d’autant moins efficaces que la demande augmente peu, à moins que d’autres incitations pour accélérer le retrait des capacités existantes soient mises en place.
II. Le secteur de l’industrie :
1. Part de l’industrie dans les émissions globales de gaz à effet de serre
L’industrie américaine a, depuis une longue période déjà, une place prééminente au niveau mondial, aussi la position américaine concernant le changement climatique est des plus intéressante. Par ailleurs, les industries des autres pays du monde sont extrêmement liées et dépendantes de l’industrie américaine , ce qui nous amène à penser que l’attitude américaine face au réchauffement de la planète sera probablement suivie par de nombreuses autres industries.
Le secteur de l’industrie est très divers, il comprend entre autres la construction, l’industrie minière, ainsi que diverses autres industries consommant beaucoup ou peu d’énergie. En 1997, ce secteur consommait 37% de l’énergie utilisée aux Etats-Unis, soit 34.85 Quads, les industries les plus consommatrices étant la construction, les industries agroalimentaire, minière, chimique, l’industrie du verre, du papier, les cimenteries, la sidérurgie et la métallurgie. Ceci représente des émissions totales de 494 Mt de Carbonne, ce qui s’élève à environ 33% des émissions américaines totales en CO2.
http://www.ornl.gov/ORNL/Energy_Eff/presentations.htm
http://www.eia.doe.gov/oiaf/aeo/results.html#report
2. Prévisions suivant les différents scénarios possibles
Etant donnée la situation décrite plus haut, il est absolument capital d’estimer son évolution et déterminer si des actions sont encore possibles pour lutter contre le réchauffement de la planète. En l’état actuel des choses, tous les experts s’accordent à dire que les émissions de l’industrie américaine devraient encore croître fortement ; il est toutefois nécessaire de quantifier cette évolution afin de pouvoir envisager des solutions plus efficaces. Dans ce but, une étude a été réalisée par cinq laboratoires américains avec trois hypothèses différentes. Les scénarios trouvés sont obtenus grâce au modèle NEMS, il ne faut cependant pas oublier que, par définition, des incertitudes considérables demeurent, incertitudes notamment liés à des facteurs exogènes imprévisibles.
Les trois scénariis envisagés par cette étude sont tout d’abord une hypothèse dite " Business as usual " c’est à dire qu’aucune action pour lutter contre le changement climatique n’est faite, un scénario " moderate " où certaines actions sont entreprises et enfin le scénario " advanced " où les mêmes actions sont effectuées de manière plus intenses. Ces actions sont à la fois technologiques, politiques et économiques, elles seront détaillées plus loin. Les résultats sont estimés jusqu’en 2020. Dans le premier cas, la consommation d’énergie atteint 41 Quads, soit une hausse de 18% par rapport au niveau actuel, les rejets de CO2 étant alors de 578 MtC. Dans le deuxième cas, on est à 38 Quads en 2020 (-7% par rapport au premier scénario) avec des rejets de 521 MtC (-10% par rapport au premier scénario). Enfin, dans le dernier cas, 34 Quads sont consommés (-17% par rapport au premier scénario et niveau de consommation quasiment équivalent au niveau actuel), ce qui entraîne des rejets de CO2 de l’ordre de 409 MtC (-29 % par rapport au premier scénario et baisse de 7% environ par rapport à la situation actuelle). Ces chiffres montrent qu’il est encore possible de freiner l’évolution actuelle de l’industrie américaine, qui consiste en une augmentation très forte de la consommation d’énergie et des rejets de gaz à effets de serre. Cependant, il faut par ailleurs garder à l‘esprit le fait que même avec un scénario très optimiste, la situation actuelle ne sera guère améliorée d’ici à 2020.
http://www.eia.doe.gov/oiaf/aeo/results.html#report
http://www.ornl.gov/ORNL/Energy_Eff/presentations.htm
3. Politique actuelle des Etats Unis concernant le changement climatique
Du fait de leur position économique centrale, la politique concernant le changement climatique des Etats Unis a un impact très fort sur la scène internationale. Ceci a été marquant avec le gouvernement américain actuel, lequel n’a pas ratifié le protocole de Kyoto, ce qui entraîne un blocus quant à la mise en œuvre de celui-ci. En février 2002, le président Bush a annoncé une nouvelle stratégie concernant le changement climatique pour les Etats Unis, stratégie basée sur un objectif de " réduction des émissions de gaz à effet de serre volontaire ", c’est à dire que les entreprises réduiront leurs émissions de manière individuelle et volontaire, avec des aides de l’état fédéral. Par ailleurs, le président Bush ne veut pas que les entreprises devant réduire leurs émissions soient pénalisées. D’autre part, si le président avait annoncé durant sa campagne sa volonté de contrôler les émissions de CO2 pour les centrales électriques notamment, il a ensuite fait part de son opposition à cette idée en mars 2001. Avec une telle politique, les émissions devraient continuer à croître au rythme actuel.
Par ailleurs, le Congrès américain qui joue un rôle clé dans ce domaine, a débattu sur ce sujet lors du 107ième congrès (2001-2002). La position du congrès rejoint celle du président, à savoir que la réduction des rejets de gaz à effet de serre doit se faire par des améliorations technologiques, une stratégie fédérale claire, l’utilisation accrue de sources d’énergies renouvelables, avec en outre le développement de la séquestration du carbone, tout ceci devant être fait de manière volontaire de la part des entrepreneurs dans un premier temps.
Cette position tout d’abord rejette complètement l’attitude de l’administration Clinton, qui était favorable au protocole de Kyoto. De surcroît, elle rejette l’idée des permis à polluer de ce protocole, qui bien entendu ne rentrent pas dans le cadre " d’actions volontaires pour réduire les émissions de gaz à effets de serre ". Ainsi, si l’attitude des dirigeants politiques n’évolue pas, les chances de voir la tendance de l’évolution du volume des rejets s’inverser est bien mince.
GREENHOUSE GASES AND GLOBAL WARMING
POTENTIAL VALUES- EXCERPT FROM THE INVENTORY OF U.S. GREENHOUSE
EMISSIONS AND SINKS: 1990-2000
Activities in the United States JUNE 2002 rapport du Pew Center
2. Améliorations technologiques envisageables
La diminution des émissions de gaz à effet de serre dans l’industrie va nécessairement passer par des améliorations technologiques au sein des entreprises américaines. Ces améliorations peuvent être de deux types pour ce qui concerne le changement climatique : soit elles permettent de réduire les émissions de gaz à effet de serre au niveau même de l’usine, l’amélioration a alors un effet direct ; soit elles permettent de réduire la consommation d’énergie de l’usine ce qui indirectement entraîne une réduction des rejets de gaz à effets de serre.
Du fait de la très grande diversité des productions au sein de l’industrie américaine, il semble qu’il est actuellement impossible d’exhiber une nouveauté technologique permettant de réduire les rejets sur le secteur complet de l’industrie. Nous allons donc plutôt présenter simplement quelques propositions qui concernent les industries les plus polluantes. Par ailleurs, il faut également être conscient du fait que, dans le cas où une législation se mettrait en place, chaque entreprise, grâce à un travail de recherche et développement, arriverait certainement à mettre en place de nouvelles mesures permettant de réduire la consommation d’énergie.

Fig II.1 : Répartition de la consommation d’énergie des industries américaines
http://www.ornl.gov/ORNL/Energy_Eff/presentations.htm
1. Améliorations technologiques principales
Les innovations dans la technologie industrielle ne permettent pas seulement de réduire la consommation d’énergie mais aussi d’accroître la productivité, de réduire les coûts de capital et d’améliorer les conditions de travail dans certains cas. Grâce à cela, ces innovations entraîneront une amélioration de la compétitivité des entreprises américaines.
L’électricité et la chaleur sont utilisés toutes deux dans le secteur de l’industrie. Les utilisateurs de la chaleur sont usuellement les industries chimiques et agroalimentaires et les raffineries, on l’obtient grâce à des chaudières. La technique CHP (Combined Heat and Power) permet de produire chaleur et électricité simultanément. Des technologies modernes (comme les turbines à gaz aéro-dérivatives) rend la CHP plus efficace et plus économique, surtout à petite échelle. L’utilisation accrue d’une telle technique pourrait faire économiser de 15 % à 30 % d’énergie. Ce potentiel varie suivant les secteurs, il dépend aussi des caractéristiques du site industriel, mais on pense actuellement qu’il serait intéressant de créer une capacité de l’ordre de 40 GW au sein de l’industrie par cette méthode.
b. Actions liées à une incitation politique
Suivant la politique menée par le gouvernement américain, les modifications au sein des usines seront différentes, suivant que cette politique sera fortement incitative ou non. Ceci se retrouvera directement dans les nouveaux équipements des usines américaines, l’efficacité énergétique sera plus ou moins importante. Par exemple, dans des industries comme le papier, le verre, le ciment, l’acier ou l’aluminium, l’utilisation de matériaux recyclés sera plus ou moins importante suivant les objectifs de consommation d’énergie à atteindre. Une étude avec le modèle CEF-NEMS a été réalisée pour étudier les différences entre un scénario dit modéré et un scénario avancé. Pour le cas du papier, le recyclage augmenterait de 0.2 % par an dans le premier cas et de 0.4 % dans le second cas. En ce qui concerne l’acier, la production avec les fourneaux à arc électrique pour recycler l’acier augmenterait de 55% d’ici à 2020 dans le second cas alors que sa croissance ne serait que de 46 % dans le premier cas. Quant à l’aluminium, le recyclage augmenterait de 0.05% par an dans le second scénario.
En ce qui concerne les chaudières industrielles, leur efficacité énergétique est actuellement fixée à 80 % pour les chaudières à combustible fossile. Cette efficacité varie en fait entre 65% et 85% pour les chaudières à charbon, elle peut être améliorée en réduisant les excès d’air, en installant des contrôles de combustion ou en améliorant l’isolation. Des experts s’accordent à dire que cette taux pourrait être augmenté d’environ 0.2 % par an.
http://www.ornl.gov/ORNL/Energy_Eff/presentations.htm
http://www.eia.doe.gov/oiaf/aeo/results.html#report
c. Les initiatives ponctuelles
Plusieurs grandes entreprises américaines se sont engagées déjà, même si il n’y a pas encore de volonté forte de la part du pouvoir fédéral, à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre. On a par exemple les récents programmes de certaines d’entre elles :
Baxter international : réduire utilisation d’énergie et émissions de gaz à effet de serre de 30% par unité de valeur de production d’ici à 2005.
Intel : réduire les émissions de PFC de 10% par rapport au niveau de 1995 d’ici à 2005
Collins Pine : réduire les émissions de CO2 de 15% par rapport au niveau de 1999 d’ici à 2009
La liste est loin d’être exhaustive. Il est également extrêmement intéressant d’étudier les idées générales de ces entreprises pour arriver à des résultats qui semblent a priori spectaculaires :
The Emerging International Greenhouse Gas Market
Richard Rosenzweig - Matthew Varilek
NATSOURCE, LLC
Josef Janssen
UNIVERSITY OF ST. GALLEN
d. Exemples des industries du papier et du ciment :
La production de papier et de pâte à papier est une industrie extrêmement consommatrice d’énergie, qui effectue une transformation à partir de fibres. Durant le processus de fabrication, il y a préparation des fibres, transformation de pâte à papier (de manière chimique ou mécanique), décoloration, protection chimique, séchage de la pâte et enfin fabrication du papier. En 1994, l’industrie consommait 2650 TBtu d’énergie (16 % ce la consommation totale en énergie de l’industrie américaine) et rejetait 30.6 MtC, pour produire 91 millions de tonnes de papier et ce malgré l’utilisation accrue de biomasse et de déchets végétaux. Deux options se présentent pour améliorer la situation
Modification des presses
Lors de l’élaboration du papier, celui-ci est pressé afin de retirer le plus d’eau possible. Avec la technique " extended nip press ", déposée par Beloit Industries, on remplace un rouleau par une technique pressant le papier contre un rouleau, ce qui presse sur une distance cinq fois plus importantes. Cette technique permet une meilleure extraction de l’eau, un séchage de 35% à 50% plus efficace tout en conservant la même qualité de papier, la presse voit son rendement augmenter de 25% et la réduction de consommation d’énergie est de l’ordre de 15%. Le problème actuel est que la majorité des rouleaux sont en granit et ce matériau n’est pas compatible avec la nouvelle technologie à mettre en place.
Gazification de la solution noire
On utilise cette procédure pour élaborer un gaz à partir d’un solvant utilisé lors de la réalisation de la pâte à papier. Il est alors utilisé soit dans une chaudière, soit dans des turbines à gaz produisant de l’électricité. La gasification se fait suivant deux types : à haute température, soit de l’ordre de 900 ° C, ou à plus basse température, de l’ordre de 750°C. Actuellement, on utilise un procédé de type tuyère pour effectuer cette opération. Dans le futur, cette technique pourrait être remplacée par une technique utilisant un four à chaux. Ceci améliorerait la qualité du gaz et permettrait de faire des économies d’énergie ; de l’ordre de 5.0 MBtu / tonne. Cependant, le coût d’un tel gasifieur de 130 tonne /jour est de l’ordre de $20 millions.
Environ 80 millions de tonnes de ciment sont produites chaque années aux Etats Unis, ce qui consomme une énergie totale d’environ 420 TBtu par an. L’industrie du ciment émet environ 19 MtC de dioxyde de carbone (4% des rejets de l’industrie américaine), dont la moitié est émise par la combustion du combustible (en général du charbon), qui permet de chauffer les fours. Ces fours permettent la combustion du calcaire lors de l’élaboration du ciment. On peut étudier deux mesures pour réduire les besoins en énergie.
Etapes de préchauffe
Les anciens fours n’ont pas d’étapes de préchauffage, ce qui entraîne beaucoup de pertes en chaleur. Les fours modernes ont maintenant entre quatre et six étapes de préchauffage, ce qui réduit considérablement les pertes en chaleur et augmente l’efficacité. Actuellement, afin d’utiliser aux maximum les usines déjà existantes, des systèmes de préchauffe ont été développés pour s ‘adapter sur les fours déjà en place. La reconversion des systèmes de fours est intéressante financièrement lorsque les anciens fours doivent être remplacés. De plus, la longueur du four diminue de 20% à 30%, ce qui accentue la diminution des pertes de chaleur par radiation. L’économie de combustible liée à cette amélioration dépend de l’efficacité du système existant, et varie entre 0.4 et 1.2 MBtu /tonne.
Mélanges
Le ciment est une substance inorganique et non métallique ayant des propriétés hydrauliques. Dans l’élaboration du ciment, on peut très bien insérer grâce à quelques additifs, des scories comme des cendres ou des scories provenant de hauts fourneaux. Cela permettrait d’une part de réduire l’utilisation d’énergie lors de la fabrication du ciment, mais aussi de réduire l’émission de gaz à effet de serre durant la combustion. Le taux entre les scories et le ciment serait de l’ordre de 65 %, 34 millions de mélange ainsi fait pourrait être produites en 2020. Cette mesure permettrait de réduire la consommation d’énergie de 0.76 MBtu / tonne de ciment.
http://www.ornl.gov/ORNL/Energy_Eff/presentations.htm
3. Mesures politiques et économiques
1. Le Trading Exchange, ou échange de droit à polluer
Initialement, le protocole de Kyoto prévoyait un système d’échange de droits à polluer, lesquels droits se seraient ensuite échangés entre les différents acteurs des pays ayant ratifié le protocole. L’administration Clinton avait alors pousser la communauté internationale à octroyer à la Russie et à l’Ukraine des droits extrêmement élevés. Ainsi, ces deux pays, en améliorant considérablement le niveau d’émissions de leur industrie, auraient alors pu vendre aux Etats Unis une partie de leur droits. Cette technique aurait alors permis à ces deux pays de tirer du protocole un bénéfice financier non négligeable et aux Etats Unis de ne pas à avoir à réduire considérablement leurs émissions dans un premier temps, ce qui aurait permis aux entreprises américaines de rester très compétitives. Cependant, nous avons déjà évoqué le changement de situation depuis l’arrivée au pouvoir du président Bush, aussi actuellement la ratification du protocole de Kyoto et donc l’instauration d’un système de trading exchange n’est plus à l’ordre du jour.
Toutefois, étant donné que cette mesure économique apparaît aux yeux de nombreux experts comme la solution à long terme pour lutter contre le changement climatique, nous allons étudier ce cas.
1. Les différents types de trading exchange
Ce système se repose sur une autorité de contrôle, qui se doit donc d’être impartiale et qui ne peut l’être réellement que si elle est internationale. Cette autorité fixe un niveau maximum d’émissions, qui ne doit pas être dépassé. Toutes les sources de rejets doivent avoir des permis, chacun spécifiant exactement le niveau avec lequel la source est autorisée à émettre. Ces permis peuvent alors s’échanger librement, ils peuvent être achetés ou vendus, mais leur nombre total ne varie pas.
Dans ce système, chaque participant se voit attribuer un niveau à partir duquel ses performances sont mesurées. Si des actions sont faites pour réduire les rejets de gaz à effet de serre, la différence entre le niveau de référence et le niveau réel de l’acteur peut être acheté ou vendu. Le niveau de référence peut être quant à lui fixe ou dynamique. Une limite globale au système n’est pas requise comme c’était le cas pour le précédent système.
b. Exemple de système actuel de trading exchange
Ce type d’incitation économique a déjà été mis en place aux Etats Unis dans le cadre du programme américain contre les pluies acides, en 1990. On avait alors affaire à un système cap and trade. Ce programme a imposé aux centrales électriques un niveau maximum d‘émissions de SO2, niveau qui a été réduit en deux temps. Ce programme a été un succès, il a permis une diminution considérable des émissions de SO2.
Un tel programme a également montré la nécessité de la mise en place d’un organisme appelé le VER (Verified Emissions Reductions) qui, de manière impartiale, contrôle et vérifie les efforts de chaque entreprise. Il permet également de fixer les prix de la tonne de CO2 et contrôle les fluctuations. Dans le protocole de Kyoto, ces prix dépendent de l’année mais aussi de la situation géographique de l’entreprise. Dans le cadre du ER (Emissions Reductions), il n’y a pas la vérification par une troisième entité neutre.
http://www.pewclimate.org/projects/trading.cfm
GREENHOUSE GASES AND GLOBAL WARMING POTENTIAL VALUES
EXCERPT FROM THE INVENTORY OF U.S. GREENHOUSE EMISSIONS AND SINKS: 1990-2000
Activities in the United States JUNE 2002 rapport du pew climate
The Near-Term Impacts of Carbon Mitigation Policies on Manufacturing Industries
Richard D. Morgenstern, Mun Ho, Jhih-Shyang Shih, and Xuehua Zhang
March 2002 • Discussion Paper 02–06
Internet: http://www.rff.org
Si d’un côté le gouvernement américain actuel semble assez inactif, la situation au niveau des états américains est radicalement différente. Actuellement, pas moins de trente huit états ont mis en place des mesures pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Deux états notamment ont fait preuve d’une certaine initiative : New Hampshire : mise en place d’une loi concernant les entreprises avec deux situations différentes. Les entreprises Siver Status, qui doivent suivre une loi concernant les produits ou les équipements ; les entreprises Gold Status qui doivent revoir tous leurs produits ou leurs équipements dans le but de réduire les gaz à effet de serre. Californie : Le California Climate Action Registrery est entré en vigueur le 1ier janvier 2001, il assure une assistance technique pour aider les entreprises à être plus efficaces du point de vue énergétique. Des rapports sont également établis dans le but de quantifier les réductions des rejets et d’avoir un organisme de vérification indépendant.
Par ailleurs, d’autres mesures sont prises dans les états afin d’améliorer l’efficacité énergétique notamment au niveau des bâtiments publics, de développer l’utilisation d’énergies renouvelables, de promouvoir les techniques de séquestration du carbone. On peut citer quelques mesures qui concernent plus particulièrement le monde de l’industrie :
Oregon : les équipements ayant des normes au moins 25% inférieures aux normes fédérales donnent droit à des subventions
Illinois et Connecticut : système de taxes sur l’électricité utilisées pour un fond de recherche et développement dans les énergies renouvelables
Montana : mise en place du Montana Universal Systems Benefit Program qui collecte des fonds auprès des consommateurs de gaz et d’électricité pour les redistribuer à des organisations ou à des entreprises qui les utilisent dans des programmes d’amélioration de l’efficacité énergétique. Ce programme a permis une réduction de 4500 tonnes de CO2 entre 1999 et 2000
Illinois : mise en place du Illinois’ Clean Energy Community Trust qui, par des incitations financières, encourage les programmes d’utilisation d’énergie renouvelable
Indiana : subventions de $ 10 000 pour les entreprises désirant utiliser des énergies renouvelables. Egalement, Indianna’s Recycling Market Development Program qui apporte un soutien financier et technique aux entreprise pour que celles-ci réduisent leurs déchets et favorisent le recyclage.
En ce qui concerne les systèmes d’échanges de permis à polluer, il faut signaler la création en juin 2001 du Chicago Exchange Climate, créé par 33 entreprises de l’ouest des Etats Unis. Ce groupe est administré par Environmental and Financial Products, LLC and the Kellogg Graduate School of Management, sous la houlette de la fondation Joyce. Ce groupe explore les possibilités d’un système de trading exchange pour les gaz à effet de serre régional afin de réduire les émissions. Les règles proposées demandent aux participants de réduire leurs émissions de gaz à effet de serre de 2% par rapport au niveau de 1999 en 2002, puis ensuite de continuer à réduire les rejets de 1% chaque année.
http://www.chicagoclimatex.com
III. Le secteur de l’habitat :
1. Situation actuelle et évolution :
Le secteur de l’habitat concerne aujourd’hui un tiers de la consommation d’énergie aux Etats-Unis. En terme d’émission de gaz carbonique, on observe qu’il contribue à hauteur de :
- 13% pour le secteur résidentiel,
- près de 17% pour le secteur commercial.
Les croissances moyennes prévues entre 2000 et 2020 sont respectivement de 1,1% et de 1,8% pour les secteurs cités précédemment.
Des prévisions de croissance ont été réalisées, notamment grâce au National Modelling Energy System (NEMS). L’Outlook 2002, prévisions publiées par le gouvernement américain, utilise ce modèle : dans le secteur de l’habitat, il fournit les estimations suivantes :
habitat résidentiel :
|
Croissance par rapport à 2000 |
Qbtu par an |
|
|
2010 |
12% |
22,3 |
|
2020 |
22% |
24,3 |
Tableau III.2 : croissance de la demande en énergie dans le secteur résidentiel (en 2010 et en 2020)
habitat commercial :
|
Croissance par rapport à 2000 |
Qbtu par an |
|
|
2010 |
20% |
20,0 |
|
2020 |
40% |
23,2 |
Tableau III.1 : croissance de la demande en énergie dans le secteur résidentiel (en 2010 et en 2020)
http://www.eia.doe.gov/oiaf/aeo/aeotab_4.htm
D’après l’Outlook 2002, les prévisions concernant la démographie aux Etats-Unis sont :
Le nombre total de foyers américains passe de 105,19 millions en 2000 à 128,84 millions en 2020, soit une augmentation de 22,5% en 20 ans, ce qui est très important. En effet, pour l’Europe, la population est de 375 millions en 2000 et sera, selon les prévisions de l’Austrian Institute for Family Studies (en 1999), de 390 millions en 2020, soit une augmentation de 4%.
On constate que la part de familles monoparentales reste stable (entre 72% et 73%).
http://www.eia.doe.gov/oiaf/aeo/aeotab_4.htm
http://www.iiasa.ac.at/Research/POP/IPCC
D’autre part, des études sociologiques montrent que les jeunes adultes américains quittent le foyer plus tôt et se marient plus tard, ce qui fait augmenter le nombre de constructions. Le nombre de célibataires ou de personnes préférant vivre seuls dans leur propre maison est plus importante qu’auparavant. Plutôt que de séjourner en maison de retraites, des veuves américaines continuent à vivre dans la maison qu’elles occupaient avec leur famille complète. Tous ces facteurs ne favorisent pas l’économies d’énergie.
Richard Baron, Division énergie et environnement - AIE/OCDE
( http://www.iea.org/mailing/publist.htm )
http://www.iiasa.ac.at/Research/POP/IPCC
D’autre part, on constate que la surface par habitant a augmenté : en 2000, un foyer occupe en moyenne 155,9 m², alors que les prévisions pour 2020 sont de 165,4 m². Cette augmentation de 6% entraîne une hausse de la consommation d’énergie pour le chauffage et le refroidissement. Par exemple, la consommation d’énergie utilisée pour le chauffage passe de 5.24 Qbtu/an en 2000 à 6,06 Qbtu/an en 2020. Les répartitions en 2000 et en 2020 selon l’origine de cette énergie sont les suivantes :
http://www.eia.doe.gov/oiaf/aeo/aeotab_4.htm
2. Potentiels : quelles technologies peuvent être utilisées ?
En 1997, 5 grands laboratoires américains ont réalisé une étude pour mesurer l’impact de mesures visant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre aux Etats-Unis. Il s’agit du " scenario for a cleaner future ". Les chercheurs ont aussi utilisé le NEMS pour effectuer des simulations de demande d’énergie. Ils ont modélisé l’application de politiques diverses visant à lever les barrières qui empêchent l’investissement de technologies rentables et efficaces.
Ils ont considéré deux niveaux d’investissement conduisant à deux scenarii : modéré et avancé. Voici les prévisions de consommation d’énergie dans le secteur de l’habitat :
|
Scénario modéré |
Scénario avancé |
|||
|
Croissance par rapport à 1997 |
Qbtu par an |
Croissance par rapport à 1997 |
Qbtu par an |
|
|
2010 |
9% |
37,1 |
2% |
34,8 |
|
2020 |
11% |
37,8 |
- 4% |
33,5 |
Tableau III.2 : Consommation d ‘énergie aux USA selon le scénario modéré et le scénario avancé en 2010 et 2020 (études des 5 labos)
Cette consommation entraîne dans les deux secteurs de l’habitat, résidentiel et commercial, les émissions de carbone suivantes :
Tableau III.3 :. Consommation d ‘énergie aux USA selon le scénario modéré et le scénario avancé en 2010 et 2020 par secteur et par origine (études des 5 labos)
On observe que des fortes réductions peuvent être réalisées pour les système de chauffage et de refroidissement, ainsi que l’éclairage et la catégorie autre (qui comprend les machines à laver, le matériel informatique..) dans le secteur résidentiel. Dans le secteur commercial, des réductions très importantes peuvent être effectuées dans le domaine de l’éclairage, des systèmes de refroidissement et de chauffage, de la catégorie autres (ventilation, cuisson, réfrigération…).
Fig. III.1 : Impacts sur la consommation d ‘énergie aux USA selon le scénario modéré ((études des 5 labos))
Les technologies-clés identifiées dans le secteur de l’habitat sont les lests électroniques de haute efficacité, les transformateurs commerciaux et les chauffe-eau utilisant une pompe à chaleur. D’après les simulations, les politiques-clés sont l’application de normes minimum sur l’efficacité d’un équipement, les programmes volontaristes, la recherche et développement.
Fig. III.2 : Répartition de la consommation d’énergie pour le secteur résidentiel :
Des économies peuvent être réalisées dans la consommation d’électricité due à l’éclairage qui représente 6% de la consommation totale d’énergie pour l’habitat résidentiel.
Une étude, publiée en 1996 par l’Energy Information Administration (EIA), dresse un bilan de la répartition des lampes utilisées par les ménages américains. Les chiffres sont les suivants :
523 millions de lampes utilisées 1 à 4 heures par jour, dont 88% sont des lampes à incandescence ;
282 millions de lampes utilisées plus de 4 heures par jour, dont 85% sont des lampes à incandescence.
Les autres lampes sont de type fluorescent. Elles sont 30 fois plus chères que les lampes à incandescence : 22 dollars (1993) contre 75 cents. Elles consomment 3 fois moins d’électricité (26 Watts contre 75 Watts) et ont une durée de vie 13 fois plus importante (10 000 heures (soit 4,1 années) contre 750 heures (soit 3,5 mois)) si elles sont utilisées en moyenne 6,7 heures par jour. En effet, elles sont plus sensibles que les lampes à incandescence à un changement d’état répété. C’est pourquoi les économies les plus importantes peuvent être réalisées pour des lampes qui restent allumées plus de 4 heures par jour.
L’étude suppose que le changement de type d’ampoule ne génère pas de coût additionnel comme l’achat de nouvelles installations ou la casse d’ampoule. De plus, pour que la lumière émise par une ampoule fluorescente soit équivalente à celle d’une ampoule à incandescence de 75 Watts, il faut prendre comme référence une ampoule de 26 Watts.
L’amortissement d’une ampoule à incandescence, ainsi que sa rentabilité par rapport à une ampoule traditionnelle, dépend du prix du KWh.
|
Prix du kWh (cents) |
Date de l’amortissement |
Economie globale réalisée par ampoule |
Economie globale réalisée par ménage |
|
5 |
2, 5 années |
12 $ |
25$ |
|
10 |
1,5 année |
36$ |
90$ |
|
15 |
1,1 année |
60$ |
150$ |
Tableau III.4 : comparaison de rentabilité de différentes CFLs
On constate que le gain sur 4 ans n’est pas très élevé, d’autant que la plupart des ménages américains ne sont pas prêts à payer plus de 10 dollars par ampoule. Cependant les économies d’énergie qui peuvent être réalisées sont bien réelles. Le changement des ampoules à incandescence, utilisées plus de 4 heures par jour, par des ampoules fluorescentes entraînerait une réduction de la consommation d’électricité pour l’éclairage de 35%, ce qui représenterait aujourd’hui environ 1,15 Qbtu par année, ou 2% de la consommation du secteur résidentiel.
Dans l’étude des 5 labos, les améliorations de l’éclairage entraîneraient des réductions d’émissions de gaz à effet de serre :
de 8,3% et 30,5% respectivement pour les scénarios modéré et avancé en 2010 par rapport à 1990,
de 15,9% et 51,6% respectivement pour les scénarios modéré et avancé en 2020 par rapport à 1990.
Aujourd’hui, nous sommes à la veille d’innovations technologiques majeures comme les diodes électroluminescentes (LED) blanches qui s’allument instantanément et qui ont une meilleure valeur spectrale que les lampes fluorescentes (CFL) actuelles. L’importance de cette amélioration pourrait peser notablement sur la consommation d’énergie pour l’éclairage. Elle n’a pas forcément pu être en compte dans la modélisation de 1997.
Richard Baron, Division énergie et environnement - AIE/OCDE
( http://www.iea.org/mailing/publist.htm )
http://www.eia.doe.gov/emeu/lighting/chap3.html#begin
http://www.ornl.gov/ORNL/Energy_Eff/CEF.htm
http://energy.sourceguides.com/businesses/byP/solar/slight/byB/serv/rMain/rMain.shtml
http://www.energystar.gov/products/cfls
b. le chauffage et le refroidissement :
Des économies peuvent être réalisées dans la consommation d’électricité due au chauffage et au refroidissement, qui représentent respectivement 31% et 9% de la consommation totale d’énergie pour le secteur résidentiel.
En effet, l’EIA a réalisé une étude sur la réduction potentielle des coûts de chauffage et de refroidissement en 1994. Celle-ci se traduirait par une baisse de la consommation de combustible, donc de gaz à effet de serre.
Les paramètres pris en compte sont
- la localisation du bâtiment,
- la somme de chaleur qui s’échappe du bâtiment l’hiver et la chaleur et l’humidité emmagasinée durant l’été,
le prix du combustible utilisé,
le coût et l’efficacité des systèmes de chauffage et de refroidissement.
Voici la répartition des différents types de chauffage aux Etats-Unis :
Fig.III.2 : répartition des systèmes de chauffage aux USA (1994)
La première mesure importante est de minimiser les " fuites " de chaleur au niveau du grenier, du sous-sol, des fenêtres, des murs et des portes. La seconde est l’amélioration de l’efficacité des systèmes de chauffage et de refroidissement.
Voici un tableau récapitulatif des économies engendrées par l’amélioration de l’isolation dans les différentes parties du bâtiment :
|
localisation |
coût |
Economies d’énergie |
remarques |
|
conduites d’air |
|||
|
grenier |
100$ - 1000$ |
5% avec isolation préalable |
|
|
murs extérieurs |
1500$ en moyenne |
Jusqu’à 20% |
Rentable dans les régions très chaudes (Texas) ou très froides (Minnesota) |
|
Colmatage des trous de murs dans des logements anciens |
50% de réductions des fuites d’air |
||
|
Sols au-dessus d’espaces non chauffés |
200$ - 400$ |
8% |
TableauIII.5 : Économies réalisées suite à l’amélioration de l’isolation
|
Origine du chauffage |
Appareil |
Durée de vie |
Amélioration technologique |
Remboursement |
Economies d’énergie |
Remarques |
|
Pétrole |
Chaudière |
20 ans |
Efficacité : 65 % -> 85% |
11 ans |
||
|
Gaz |
Chaudières |
19 ans |
Efficacité : 65 % -> 95% |
9 ans |
||
|
Pétrole ou gaz |
Allumage électronique |
3 à 6 ans |
||||
|
Pétrole ou gaz |
" vent damper " |
3 à 10 % |
||||
|
Electricité |
Pompe à chaleur |
11 ans |
||||
|
Electricité |
Chaudière |
16 ans |
Cher, mais très efficace |
TableauIII.6 : Économies mies réalisées suite à l’amélioration des systèmes de chauffage
Lorsqu’on examine les améliorations d’un système de refroidissement, on constate que si la norme SEER passe de 8,6 à 13, les émissions de gaz à effet de serre sont réduites d’un tiers.
Bien évidemment, les mesures proposées ci-dessus ne peuvent toutes être appliquées dans les prochaines années et à grande échelle. Pour mesurer l’impact d’une telle mesure, on se base à nouveau sur l’étude dite des cinq labos.
|
1997 |
2010 |
2020 |
|||||||||
|
BAU |
Modéré |
Avancé |
BAU |
Modéré |
Avancé |
||||||
|
Chauffage |
6,9 |
6,9 |
7,0 |
1,1% |
6,7 |
- 3,7% |
7,2 |
7,3 |
0,8% |
6,7 |
- 7,1% |
|
Refroidissement |
1,5 |
1,7 |
1,6 |
-3,8% |
1,4 |
-15,7% |
1,8 |
1,5 |
-14,0% |
1,3 |
-26,8% |
TableauIII.7 : Estimations de réductions de consommation d’énergie suite à l’amélioration des systèmes de chauffage et de refroidissement (1997)
(Chiffres exprimés en Qbtu)
Les réductions de consommation d’énergie sont donc importantes potentiellement. On constate que la consommation globale d’énergie baisse selon les scenarii modéré et avancé. Ainsi, les émissions de dioxyde de carbone peuvent être réduites :
|
1997 |
2010 |
2020 |
|||||||||
|
BAU |
Modéré |
Avancé |
BAU |
Modéré |
Avancé |
||||||
|
Chauffage |
99 |
98 |
98 |
-0,1% |
90 |
-8,3% |
103 |
102 |
-0,2% |
88 |
-14,3% |
|
Refroidissement |
23 |
27 |
25 |
-8,7% |
18 |
-32,2% |
29 |
24 |
-17,2% |
15 |
-49,1% |
Tableau III.8 . estimations de réductions d’émissions de carbone (en Mt) suite à l’amélioration des systèmes de chauffage et de refroidissement (1997)
Cl° Une des technologies-clés est la pompe à chaleur. Aujourd’hui, elle est plutôt utilisée dans les régions chaudes, car en deçà d’une certaine température, elle ne fonctionne pas et un chauffage d’appoint est utilisé. Celui-ci est bien souvent électrique et est assez coûteux, donc le système complet (pompe à chaleur + chauffage électrique ) n’est pas avantageux dans les régions où l’hiver est long et rude.http://tonto.eia.doe.gov/ftproot/service/emeu9401.pdf
http://www.ornl.gov/ORNL/Energy_Eff/CEF.htm
2. Secteur commercial : l’éclairage
Fig.III.3 : Répartition la consommation d’énergie dans le secteur commercial
On constate que la part de l’éclairage est importante : elle représente 21% de la consommation d’énergie.
L’étude par la Romford Brewery Company Ltd a été réalisée au Royaume-Uni. Elle établit le bilan du potentiel de réductions de la consommation d’énergie, donc de l’émission de gaz à effet de serre suite à l’application de certaines mesures dans un bâtiment standard. Celles-ci reposent d’une part sur des opérations de maintenance (remplacement des lampes défectueuse et changement des CFLs au bout de 8000 heures d’utilisation principalement) et d’autre part, sur l’utilisation de nouvelles technologies, comme des capteurs de présence et des interrupteurs électroniques, remplaçant les interrupteurs classiques.
Le bilan de cette étude montre un gain de 66% d’efficacité énergétique et un amortissement sur 2, 5 ans.
D’autre études ont été réalisées en Irlande et aux Pays-Bas. A partir de programmes peu complexes, dont la rentabilité est atteinte en peu de temps, d’importantes économies d’énergie peuvent être faites.
http://solstice.crest.org/efficiency/lighting/cookBrian/index.htm#cases
3. Quelles sont les initiatives ?
Dans le domaine de l’habitat, les différents acteurs de la société américaine s’impliquent plus ou moins dans le débat de la réduction de l’émission des gaz à effet de serre. Intéressons à chacun des acteurs afin de mettre en évidence son degré d’implication et son action.
L’État lui-même a mis en place plusieurs programmes, concernant des normes sur les équipements et la construction des bâtiments ou la labelisation de certains produits (Energy Star). L’orientation actuelle du gouvernement étant de laisser aux entreprises la prise d’initiative, il n’y a pas de nouveaux programmes dont l’envergure est comparable à l’Energy Star.
Il existe un classement des projets les plus efficaces dans la réduction de consommation énergétique. C’est l’American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE) qui sélectionne les meilleurs programmes. En 2002, 31 programmes ont été reconnus comme exemplaires et 31 ont reçu une mention honorable. Ces programmes reçoivent un certificat de l’ACEEE. Le critère principal de sélection est l’efficacité et l’innovation qui permettent aux consommateurs de réduire leur consommation d’énergie, que ce soit en matière d’éclairage, que de chauffage, de consommation d’électricité. Vingt catégories différentes sont distinguées.
Les types de programmes mis en valeur proviennent d’organisations variées comme les compagnies de distribution d’électricité (Pacific Gas and Energy), d’usines comme Connecticut Light and Power Company, de laboratoires de recherches tel New York State Energy Research. Il s’agit de programmes de sensibilisation (" school initiatives "), de remplacement des feux de circulation (California LED Trafic Program), d’étiquetage de produits (Energy Star), de certification de constructeurs de bâtiments.
b. le programme Energy Star :
Le programme Energy Star, mis en place en 1992 par l’EPA (Environmental Protection Agency), était à la base un programme d'étiquetage coordonné qui permet aux consommateurs d'identifier les appareils ayant un bon rendement énergétique. Son objectif était d’entraîner des économies d'électricité qui peuvent protéger l'environnement et contribuer à assurer la sécurité d'approvisionnement énergétique. Il incite à l’efficacité énergétique des appareils de bureau (ordinateurs personnels, écrans, télécopieurs, scanners, photocopieurs, imprimantes, etc.) et peut encourager la fabrication et la vente des produits avec un bon rendement énergétique.
Aujourd’hui, il s’étend sur beaucoup de pays et dans d’autres domaines, comme les systèmes de chauffage et de refroidissement, la plupart des appareils électroménagers, l’éclairage, les fenêtres, les bâtiments pour ne citer que quelques exemples relatifs à l’habitat.
Il a établi un partenariat avec plus de 7000 organisations publiques ou privées. Il fournit des informations et des outils sur les équipements les plus efficaces énergétiquement pour aider les entreprises et les consommateurs à améliorer leur comportement. Pour connaître son évolution dans le détail, se rendre à http://www.epa.gov/nrgystar/newsroom/news_estarhistory.htm#timeline.
http://www.energystar.gov/products
c. les normes de construction des bâtiments :
Des normes sur les bâtiments résidentiels sont fixées et revues périodiquement par l’International Code Council’s Model Energy Code. Il existe aussi des normes pour les équipements qui sont décidés par l’ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) et l’IESNA (Illuminating Engineering Society of North America). En fait, des programmes comme Building America, partenariat public/privé qui utilise une approche " system-engineering " pour concevoir les bâtiments, ont pour but de proposer des bâtiments qui utilisent toujours 30% à 50% moins d’énergie que ce qui est prévu par les normes. Ainsi, la norme est une mesure qui dynamise le domaine de la recherche et permet d’augmenter l’efficacité énergétique des bâtiments.
A travers l’Office of Energy Efficiency and Renewable Energy's (EERE) Building Technologies Program, le National Energy Laboratory Research (NREL) mène des recherches sur les technologies et les pratiques entraînant l’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments. Il travaille aussi bien avec les industriels auprès duquel il promouvoit les nouvelles technologies que les consommateurs qu’il informe ou les responsables locaux pour améliorer les normes sur les bâtiments.
Les initiatives-clés sont les suivantes : Solid State Lighting Initiative, Zero Energy Buildings Initiative, the Electrochromic Windows Initiative, et la Phase III de la Building America Initiative. Le but ultime, qui paraît très ambitieux à l’heure actuelle, est de développer des équipements dont la consommation énergétique est 60% moins importante et des générateurs d’énergie intégrés directement dans les bâtiments, en utilisant des piles à combustible, la biomasse et le photovoltaïque.
http://www.eeba.org/technology/success/hedgewood.htm
http://www.nrel.gov/programs/building_tech.html
http://www.eren.doe.gov/buildings/building_america/whatwedo.shtml
A l’échelle des États, voire des villes, des actions pour réduire la consommation de combustibles fossiles sont menées. Il nous semble préférable d’entrer dans les détails d’une mesure prise plutôt que de présenter un catalogue de toutes celles qui ont été mises en place dans le pays.
Dans la ville de San Francisco ont été installés des capteurs solaires à travers le programme Solar Energy Monitoring Network. Cette ville est ainsi devenue la première du pays dans la production d’énergie solaire et renouvelable. Une carte de du brouillard et des données d’ensoleillement ont été publiées sur Internet ( http://www.solarcat.com/sfsolar/main.htm ) afin de permettre au entreprises et aux habitants de faire installer leur propre système d’énergie solaire en fonction de ces données. Cette action est d’autant plus soutenue par la population de San Francisco qu’elle a connu des coupures d’électricité, lors du dernier, très importantes et a vu l’augmentation de sa facture d’énergie. Les acteurs locaux veulent éliminer les industries qui brûlent du combustible fossile au profit d’industries plus propres, ce qui est selon eux un acte patriotique. En effet, ce programme leur permet d’être moins dépendant énergétiquement d’autres pays. L’extension des installations déjà existantes entraîneraient à terme la génération de 675 kilowatts d’énergie. Combinée à des systèmes d’éclairage et de ventilation plus efficaces, une économie de 200 000$ par an sur la facture énergétique sera ainsi réalisée, ce qui représente des émissions moindres.
D’autres initiatives des États sont prises à travers tous le pays. Pour approfondir ce point, le lecteur pourra se reporter au site de l’ACEEE, dont le travail a été discuté plus haut.
New York Times
http://www.solarcat.com/sfsolar/main.htm
Seuls 17% des ménages américains sont conscients de la problématique des émissions de gaz à effet de serre. Ceux-ci ne peuvent pas toujours prendre en compte les effets à long terme et avoir conscience du gain réel. Pour l’éclairage, nous avons vu qu’une lampe classique (à incandescence) a une durée de vie de 4 mois, alors que l’amortissement d’une CFL est d’un an et demi en moyenne et que son prix est 30 fois plus élevé. Or, bien souvent, les ménages n’ont pas l’habitude de raisonner sur le long terme pour des équipements qui demandent un investissement moins important que les appareils électroménagers (tels que les machines à laver ou les sèche-linge). Une des difficultés soulevées par le rapport des 5 labos reste donc le " not caring ". De plus, les ménages reçoivent une facture d’électricité qui n’est pas détaillée. Les chercheurs comparent cette situation à un client de supermarché qui ne connaîtrait pas le prix pour chaque article : il ne pourrait pas optimiser ses achats. Dans le cas de la consommation d’énergie, les ménages ne peuvent pas optimiser leur consommation : c’est la difficulté des réductions désignée par le " not knowing ". A présent, certains sites proposent un diagnostic des équipements de l’habitat, permettant de proposer un changement d’appareils qui apporteraient un gain d’efficacité, ainsi que la durée au bout de laquelle le consommateur amortit son équipement.
Richard Baron, Division énergie et environnement - AIE/OCDE
( http://www.iea.org/mailing/publist.htm )
http://www.ornl.gov/ORNL/Energy_Eff/CEF.htm
L’étude des 5 labos indiquent les principales difficultés rencontrées dans la réduction d’émission par les entreprises. D’une part, il faut s’intéresser aux dépenses énergétiques qui résultent de leur fonctionnement. La première relevée est la réticence au changement. En effet, si une entreprise a de bons résultats, pourquoi vouloir changer son fonctionnement ? De plus, les dépenses liées à la consommation d’énergie sont une faible part des charges totales de la société, donc améliorer l’efficacité énergétique ne représente pas un gain d’argent significatif à l’échelle de l’entreprise. D’autre part, penchons-nous sur la production d’appareils plus efficaces énergétiquement. Afin de réaliser cet objectif, les industries doivent mettre une politique de Recherche et Développement importante. Or l’entreprise qui investit dans ce domaine dépense une somme conséquente et risque de se faire copier par les entreprises concurrentes qui n’auront pas supporté autant de charges. Cette opération comporte le risque de ne pas rentabiliser l’opération en n’en obtenant pas tous les bénéfices. Les chercheurs poursuivent l’analyse en faisant l’hypothèse de subventions versées afin de mettre l’accent sur la Recherche et le Développement. On constate que certaines formes de subvention ne favorisent pas la prise d’initiative, car elle entraîne une augmentation du temps passé à la mise au point de nouvelle technologie, donc une rentabilité moindre.
Néanmoins, trente-huit entreprises de grande importance (comme Shell, IBM, Hewlett Packerd, Toyota..) se sont regroupées depuis 1998 autour d’un projet bien précis : il s’agit du Pew Center on Global Climate Change. Leur objectif est d’informer la population et les décideurs des causes et des conséquences du changement climatique et d’inciter les communautés américaine et internationale à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre. Leur méthodes sont les suivantes :
la diffusion de rapports sur les problématiques des impacts, économiques et politiques sur le sujet,
la sensibilisation du public à travers la publicité, les prises de parole et les conférences,
faire avancer les négociations internationales en coordonnant les politiques entre les pays et les discussions entre les différents gouvernements et industries.
Certaines compagnies à travers le monde commencent à intégrer dans leur publicité le concept suivant : " save natural resources, save electricity, and save money! ". L’idée de durabilité dans l’économie commence à émerger ; certaines entreprises se rendant compte qu’il est parfois tout aussi économique d’améliorer son efficacité énergétique (de plus, son image de marque se trouve renforcée) et de proposer des produits efficaces énergétiquement.
http://www.ornl.gov/ORNL/Energy_Eff/CEF.htm
http://www.energy-plus.org/english
http://www.ase.org/profess/associates/list.htm
regroupement d’industriels : usgbc.html
http://www.energy-plus.org/english/about
IV. Le secteur des transports :
1. Situation actuelle et prévisions (ordres de grandeurs et perspectives)
En 1997, le transp ort représentait :
- 27% de la consommation totale en énergie des Etats-Unis
- 65% du nombre de barils/jour de pétrole utilisés aux USA soit 12.1 millions de barils/jours)
- 1/3 des émissions de CO2 (478 Millions de tonnes/m3)
Cela est dû à :
- une forte demande en transport (grandes banlieues, plusieurs voitures par habitation,…)
- 1 turnover faible des véhicules
- 1 part du marché du diesel qui est très faible
- des prix d’énergie bas
Tout ce climat ne crée pas de volonté pour améliorer l’efficacité énergétique des véhicules. On s’attend ainsi à une forte augmentation de la consommation d’énergie par le transport et donc de fortes émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, sans nouvelle initiative, on s’attend à une augmentation de près de 30% des émissions entre 1990 et 2010 pour le secteur des voitures particulières.
Les émissions de CO2 dues au transport routier ont connu les plus grandes augmentations que dans n’importe quel autre domaine entre 1990 et 1999 pour différentes raisons (Erreur! Source du renvoi introuvable.). La distance parcourue par les voitures particulières a beaucoup augmenté ; aucune économie de carburant n’a été réalisée même si l’efficacité énergétique des moteurs s’est améliorée. Le consommateur, qui veut toujours des modèles plus grands, plus puissants, est en grande partie responsable.
On constate l’importance des SUV (Sport Utility Vehicules) sur le marché américain. Ce type de véhicules représente aujourd’hui 46% du marché alors que ce chiffre n’était que de 17% en 1980 (en 2002 les ventes de ces types de véhicules ont représenté plus de 50% des ventes de véhicules). A cela s’ajoute un gain de puissance de 45% entre ces deux dates pour un poids augmenté de 20%.
Fig. IV.1 : Évolution des émissions de CO2 par secteur dans les pays de IEA, 1990-1999
Saving oil and reducing CO2 emissions in Transport, IEA, 2001
Entretien avec Richard Baron
2. Dynamique et déterminant de l’offre et de la demande :
Le graphique ci-dessous montre l’évolution du nombre de véhicules aux Etats-Unis passant de 0.76 véhicules par habitant en 1995 à 0.8 véhicules en 2020. Ces chiffres en comparaison avec la moyenne mondiale ou un pays tel que la Chine où le développement de la voiture sera fort dans les prochaines années, montre à quel point la demande en transport est forte aux Etats-Unis.
Fig. IV.2 : Évolution du nombre de véhicules et du nombre de véhicule par habitant
|
1995 |
2020 |
|||
|
Population (millions) |
Véhicules /habitant |
Population |
Véhicules/habitant |
|
|
Monde |
5 740 |
0.11 |
7 750 |
0.14 |
|
Etats-Unis |
264 |
0.76 |
324 |
0.8 |
|
Chine |
1 220 |
0.01 |
1 449 |
0.05 |
Tableau IV.1: Comparaison du nombre de véhicules et du nombre de véhicule par habitant avec l’Europe et la Chine
Fig. IV.3 : Evolution de la consommation en carburant; Saving oil and reducing CO2 emissions in Transport, IEA, 2001
Cette demande est confirmée par la figure ci-dessus qui montre l’évolution de la consommation de carburant (donc l’évolution des émissions de CO2 aux Etats-Unis) à partir de l’année de référence 1990. Cette analyse montre que des réductions d’émissions de CO2 sont possibles en 2020, mais l’étude faite ne prend pas en compte le fait que plus de la moitié des améliorations seront compensées par une augmentation de la puissance et de la taille des véhicules.
Ces augmentations sont confirmées par l’AEO2003 qui prévoit ainsi une augmentation de la consommation d’énergie primaire de 27 quadrillion Btu en 2001 à 44 quadrillion Btu en 2020 dans le cas de référence (Business As Usual) même si l’efficacité énergétique passe de 28.1 miles par gallon(MPG) en 2001 à 30.1 MPG en 2025. Parallèlement on note une légère percée des véhicules dits alternatifs. Leurs ventes progressent de 12% en 2001 et de 20% en 2020 (mais 80% de ces ventes sont des ventes pour les Etats dans le cadre des programmes de véhicules basse et zéro émissions)
http://www.ott.doe.gov/pdfs/presentation399.pdf
Saving oil and reducing CO2 emissions in Transport, IEA, 2001
Energy Policies of IEA Countries,The United States 2002 Review, IEA , 2002
b. Une des raisons : une forte périurbanisation
Aux Etats-Unis, l'urbanisation a commencé à se produire rudement à la fin du siècle dernier. Depuis, le pourcentage de gens qui habitent aux Etats-Unis dans les régions urbaines est passé de 39% à plus de 73%, d'après le bureau de recensement des Etats-Unis.
La carte 1 est la carte de l’urbanisation des Etats-Unis d’après l’étude des lumières des villes. Marc Imhoff, biologiste au "Goddard Space Flight Center de la NASA", a recherché un moyen de mesurer les effets de l'urbanisation sur la productivité biologique aux USA et dans d’autres pays du monde. Ils ont ainsi créé une méthode de cartographie de l'urbanisation à l’échelle nationale, en utilisant des images satellite des lumières des villes produites la nuit. Avec les cartes ainsi obtenues, ils mettent le doigt sur les impacts que l’expansion urbaine a sur la nourriture que nous mangeons, l'air que nous respirons, et l'écosystème dans lequel nous vivons.
De décennie en décennie, le nombre de terres rurales absorbées par l’urbanisation est énorme. Entre 1982 et 1992, par exemple, 19.000 milles carré de terres agricoles et de nature ont été absorbés aux Etats-Unis. Ce serait l'équivalent de convertir la moitié de l’Ohio en une grande subdivision dans une période de dix années, d'après l'Institut des Ressources mondiales.
Cette périurbanisation est à l’origine d’une forte demande en transport, les habitants devant parcourir des distances plus grandes pour aller travailler. Celle-ci trouve son origine de la structure sociologique des Etats-Unis, de l’augmentation de la durée de vie, de la forte propension aux familles monoparentales, d’une volonté à avoir de grandes maisons avec de grands terrains.
Parallèlement certains mouvements religieux (www.whatwouldjesusdrive.org ) essayent de faire changer les habitudes des croyants pour des raisons religieuses. Par exemple, ils disent que les chrétiens doivent choisir leurs lieux d’habitation de telle sorte qu’ils puissent utiliser leurs vélos, les transports en commun, marcher, ... c’est-à-dire moins utiliser leur véhicules personnels. A défaut ils doivent opter pour les véhicules les moins polluants.
http://perso.club-internet.fr/polaris/astrolearn/pollution2.htm
3. Panel de solutions technologiques
Beaucoup de technologies existantes peuvent être mises en place pour les véhicules particuliers afin d’améliorer les économies de carburant. Cela apparaît comme une des quelques mesures individuelles qui peuvent permettre des réductions importantes dans l’utilisation du pétrole et dans les émissions de CO2. Des analyses de l’IEA (International Energy Agency) ont montré que ces technologies peuvent réduire les consommations pour les nouvelles automobiles de 25%-30% d’ici 2010 dans la plupart des pays (en comparaison avec ce qui se passerait sans ces technologies) et probablement au moins 20% dans tous les pays, même dans ceux avec un prix du carburant peu élevé tel que les Etats-Unis.
Cette technologie combinée à de nouveaux modes de propulsion (hybride, pile à hydrogène) pourrait amener ce chiffre à plus de 40%. Evidement ces économies de carburant mettront plus de temps à se mettre en place. L’IEA estime une baisse de consommation de carburant et d’émission de CO2 de l’ordre de 30% en 2020 et 40% d’ici 2030.
Une autre piste pour les Etats-Unis est aussi une généralisation du diesel qui pourrait amener un autre 5%-15% car la part de marché de ce produit est relativement faible.
Détaillons plus en détail les pistes et ces technologies.
1. Quelles pistes d’amélioration ?
La figure ci dessous montre la répartition de l’utilisation de l’énergie d’une voiture.
Sur 100% d’énergie due au plein de carburant, seuls 12.6% serviront effectivement à faire avancer le véhicule. Il apparaît donc clairement des possibilités d’amélioration du rendement énergétique de la voiture (rapport entre énergie utile et énergie absorbée lors d’un plein).
Fig. IV. 4 : Les différentes pertes d'énergie d'un moteur (http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml )
Suivant l’horizon des perspectives que l’on se fixe, deux stratégies cependant complémentaires peuvent être mises en place :
_à court terme amélioration des technologies existantes
_à long terme développer des technologies "propres"
2. Amélioration des technologies existantes :
a. Utilisation de biocarburants :
Trois grandes catégories de biocarburants existent : l'alcool, les esters et les huiles végétales.
Le bioéthanol peut être utilisé pour la cogénération ou comme carburant pour moteur. Il n'a pas besoin d'avoir le même degré de pureté que lorsqu'il est destiné à la consommation humaine.
Au niveau local, la culture pour les biocarburants permet de valoriser la jachère imposée par la politique agricole, et participe au maintien des activités rurales.
Pour l'environnement, l'utilisation d'éthanol est légèrement préférable à celle de supercarburant. L'utilisation d'ester est nettement plus favorable à la diminution de l'effet de serre que celle du gazole. Les huiles végétales pures sont, quant à elles, peu consommatrices d'énergie intermédiaire. Le CO2 rejeté lors de la combustion des biocarburants correspond à la quantité absorbée lors de la croissance des végétaux. Il n'augmente donc pas l'effet de serre. De plus, la présence d'oxygène dans les molécules de biocarburant améliore leur combustion et diminue le nombre des particules dues aux hydrocarbures imbrûlés, ainsi que le monoxyde de carbone.
http://perso.wanadoo.fr/hespul/biocarburant.html
Pour améliorer les véhicules existants, on peut d’abord penser à augmenter le rendement énergétique des moteurs à combustion interne. Pour cela, les constructeurs automobiles veulent généraliser l’injection directe du carburant dans la chambre de combustion. La réduction des émissions de gaz à effet de serre est de 25% par rapport à un moteur à carburateur.
L’injection directe s’étendra aux EU quand le carburant contiendra moins de soufre. Celui-ci est responsable d’émissions de SO2, un polluant local, contre lequel la réglementation américaine est très sévère.
Les progrès de l’injection directe pour la voiture particulière auront des répercussions sur les transports maritimes, fluviaux et ferroviaires non électriques, ainsi que sur les poids lourds. En effet, l’énorme marché de la voiture particulière permettra de développer des innovations à moindre frais.
A long terme, le succès de l’injection directe est conditionné par son respect des normes d’émission d’oxydes d’azote (NOx) et de particules. En effet, ceux-ci restent élevés. Pour arriver à se débarrasser des NOx, il sera probablement nécessaire d’utiliser des catalyseurs. Pour l’instant, ils s’encrassent trop à cause du soufre contenu dans le carburant. Les progrès des pétroliers devraient permettre de passer ce point de blocage.
Saving oil and reducing CO2 emissions in Transport, IEA, 2001
http://www.enpc.fr/de/trav-elev/cc/transp/transports.htm
Nous avons parlé jusqu’ici du moteur. Mais le reste de la voiture peut aussi être amélioré pour contribuer à la diminution d’émissions de gaz à effet de serre, c’est-à-dire à participer à l’amélioration du rendement énergétique total du véhicule.
Deux pistes existent :
_réduction de la dissipation d’énergie(frottement de la transmission, traînée aérodynamique, frottements des pneus sur la route)
_réduction de la puissance nécessaire par l’allégement du véhicule(utilisation de matériaux plus légers : aluminium, acier ultra-léger, plastique,...). Cela permet une réduction de la puissance du moteur donc un moteur moins volumineux, donc moins de poids pour le véhicule.
On prévoit ainsi des gains de rendement de 25% pour l’aérodynamisme et 50% pour le frottement sur le sol (meilleurs pneus) .
L’allégement du véhicule se fait par substitution des matériaux lourds comme l’acier par des matériaux plus légers comme l’aluminium, les aciers ultra-légers, les plastiques. Il permet de réduire la puissance du moteur et donc la taille du moteur, la partie la plus lourde du véhicule. On peut s’attendre ainsi à des réductions de l’ordre de 40%, ce qui correspond à une économie de carburant d’environ 25% lors du fonctionnement du véhicule.
Saving oil and reducing CO2 emissions in Transport, IEA, 2001
http://www.enpc.fr/de/trav-elev/cc/transp/transports.htm
3. Utilisation de nouvelles technologies :
Son principe est le suivant : on associe un moteur électrique à un moteur thermique classique et une batterie. Soit cette batterie se charge sur le réseau électrique, soit elle se charge en roulant. Si l’électricité est d’origine nucléaire cela est bien évidement plus intéressant que dans le cas contraire. Par exemple aux Etats-Unis la production d’électricité repose en grande partie sur le charbon qui produit beaucoup de gaz à effet de serre lors de sa combustion (c. f. partie sur l’électricité).
Les avantages énergétiques de cette technique sont les suivants :
- la batterie se charge lors des freinages, le moteur électrique servant de générateur
- on peut réduire la taille du moteur thermique, la batterie venant en soutien pour de courtes accélérations(dépassements,...) ; donc le moteur est moins puisant donc pollue moins
- on peut améliorer le rendement du moteur thermique donc réduire le gaspillage : extinction lors d’arrêt(à un feu par exemple), fonctionnement au ralenti voire utilisation unique de la batterie lors d’embouteillage.
Le gain de l’utilisation de cette technologie est de l’ordre de 50% par rapport à un moteur à explosion classique, ce gain pouvant varier entre 54 et 100% pour les conduites en ville avec congestion.
Cependant il reste un obstacle technologique de taille pour le développement de l’hybride : la maîtrise des batteries et notamment leur recyclage.
Voici ci-dessous, le plan de production de véhicules hybrides des principaux constructeurs (basé sur les annonces entre 2000 et 2001). Il existera différents modèles qui se distinguent par leur voltage. Le plus efficace est le modèle à 300 Volts qui utilise le moteur électrique en conduite régulière et le moteur thermique pour les accélérations et la recharge des batteries. Cependant cette configuration coûte cher du fait en partie qu’elle nécessite de grandes capacités de batterie. C’est pourquoi les constructeurs optent aujourd’hui pour des plus petites batteries(42 Volt) qui ont une relative efficacité pour un coût moins élevé.
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Tableau IV. 2 : Plan de production des véhicules hybrides pour les principaux constructeurs (Saving oil and reducing CO2 emissions in Transport, IEA, 2001)
Mais pour des raisons d’efficacité le système 42 Volts sera vite dépassé.
Cependant ces batteries permettent d’avoir plus d’énergie pour les systèmes auxiliaires que les batteries classiques d’aujourd’hui(12 – 14 Volts). Ainsi elles permettraient des nouveaux équipements tels que des freins électriques, une pompe à chaleur pour la climatisation.
Tableau IV. 3 : Economie de carburant et coût des hybrides (Saving oil and reducing CO2 emissions in Transport, IEA, 2001)
Le tableau 2 estime les économies de carburant entre des véhicules conventionnels et des hybrides et le coût supplémentaire des hybrides pour aujourd’hui et 2010. Comme des avancées dans l’économie de carburants pour les véhicules traditionnels sont attendus, le bénéfice des carburants décroît lentement au cours du temps. Comme le montre le tableau le gain de carburant des hybrides varie beaucoup : pour le 150-Volts la consommation est 20% moins forte que le 42-Volts mais pour un coût trois fois supérieur. Toutefois les projections indiquent que les coûts vont baisser puisque les volumes vont augmenter et les technologies progresser.
Saving oil and reducing CO2 emissions in Transport, IEA, 2001
http://www.enpc.fr/de/trav-elev/cc/transp/transports.htm
Son invention date de 1839.
Le grand avantage de la pile à combustible est qu’elle n’émet aucun polluant lors de son fonctionnement. De plus sa consommation est très faible (de l’ordre de 2,5 l équivalents essence aux 100 km) avec aujourd’hui un rendement comparable à celui du diesel (35%) mais qui devrait s’améliorer avec l’amélioration de cette technologie. Sa mise en œuvre pose encore un certain nombre de difficultés qui n’ont pas encore toutes été levées, à savoir sa production, sa distribution et son stockage. A cela s’ajoutent des difficultés de changement de régime, de fiabilité et de coût.
Il faudra donc attendre que la technologie soit mûre pour espérer avoir des gains très significatifs.
En attendant cela, la pile à combustible avec reformeur embarqué est peut être une solution. Celle-ci consiste à utiliser le réseau de distribution d’essence actuel. Les véhicules comporteraient un reformeur embarqué qui produirait du H2 à partir de méthanol, d’éthanol ou d’essence.
Le rendement est moins bon (4 L /100 km), le coût et la complexité des véhicules plus élevés, mais le réseau de distribution existe déjà. Cette technologie pourrait permettre de lancer la pile à combustible et donc de la développer à grande échelle.
Pour le méthanol ou éthanol, le rendement est meilleur mais il faut un réseau de distribution.
Tableau IV. 4 : Comparaison du coût de vente selon le type de carburant utilisé : gain et coût de la pile à hydrogène
Saving oil and reducing CO2 emissions in Transport, IEA, 2001
1. Les initiatives locales au niveau des états et même des villes :
Beaucoup d’états veulent acquérir des flottes de véhicules alternatifs.
En mai 2002, le sénat de Californie a proposé une loi pour réguler les émissions de CO2 des échappements de voitures. Si elle est signée, des standards d’émissions seront adoptés en 2002 et affecteront les modèles 2009 et suivant. Le programme californien pour des véhicules à zéro émission a l’intention de financer jusqu’à 9 000$ par véhicule l’achat ou la location de véhicules non polluants. Déjà la Californie a déjà acquis 2500 véhicules de ce type évitant ainsi 3700 tonnes de CO2.
L’Indiana encourage les constructions de stations pour les carburants alternatifs au travers de son programme "Alternative Fuel Véhicule Infrastructure Programme" en donnant jusqu’à 30 000$.
Le programme "bus propre" de New York a été doté de 25 millions de dollars pour l’achat de 523 bus propres. Chaque année ces bus éliminent près de 4 millions de gallons de carburant ce qui représente plus de 19 000 tonnes de CO2.
Le Kansas a un impôt pour les véhicules utilisant des carburants alternatifs.
Le Maryland allège les impôts pour l’achat de voitures ou de camions légers à hauteur de 2 000$ pour les véhicules électriques et 1 500$ pour les véhicules hybrides.
Le Minnesota et le Nebraska ont mis en place un programme de flotte avec standard d’économie d’énergie.
La loi "Washington’s Commute Trip reduction" a requis des employés pour participer à un programme de changement des choix de trajets de banlieusards et de réduction des véhicules utilisés uniquement par une personne.
2. Le " clean cities program "
C’est un partenariat entre l’industrie et le gouvernement pour faire avancer la production de véhicules utilisant des carburants alternatifs. Plus de 45 villes réparties en 80 communautés ont pour but de développer ces véhicules altenatifs dans le but suivant :
-1 million de véhicules alternatifs en circulation d’ici 2010
_l’équivalent d’un milliard de gallon d’essence par an utilisé pour ces véhicules d’ici 2010
_les ¾ des coalitions autosuffisantes d’ici 2005
5. Approche economico-politique :
1. aides à l’achat de véhicules propres
Pour stimuler l’achat de véhicules non polluants, le gouvernement peut :
_appliquer une diminution d’impôts de l’ordre de 1500 $
_donner des primes à l’achat de véhicules ayant un label vert
Cela peut lever une des barrières des améliorations : le risque des constructeurs automobiles. En effet redessiner le moteur d’un véhicule pour des économies substantielles de carburant requiert de lourds investissements. Dans un marché où la compétition est rude, une réaction négative des consommateurs peut conduire à d’énormes pertes financières. C’est pourquoi des aides à l’achat de véhicules propres peuvent aider les constructeurs à développer de nouvelles technologies. De plus comme nous le verrons au paragraphe suivant des programmes d’aides en R&D peuvent compléter cette aide.
Une étude menée en Californie avec un aide de 1500 $ par véhicule ‘moins polluants’ a donné les résultats suivants :
Le tableau ci-dessus montre que cette politique peut arriver à des réductions qui augmentent dans le temps. Cela montre que cette aide incite vraiment les utilisateurs à se tourner vers des véhicules moins polluants.
Comme nous l’avons déjà cité précédemment les programmes de recherche pour les nouvelles technologies coûtent cher et les industriels n’osent pas prendre le risque d’un échec d’autant plus qu’il est impossible de savoir la réaction du consommateur face à l’arrivée de nouveaux produits. De plus ce n’est qu’en stimulant les ventes que les coûts de production vont baisser ce qui va permettre une généralisation des nouvelles technologies.
Un budget de 4.5 millions de dollars pour 2003 a été proposé. Ce programme inclut : des aides pour les énergies renouvelables, la co-génération et des nouvelles technologies et pour la recherche fondamentale sur les climats ainsi que sur le technique de la séquestration du CO2.Le programme inclut des nouvelles actions volontaires des industries, une reconsidération des standards d’économie d’énergie dans le domaine des transports et des programmes de séquestrations du CO2
Le principe des marchés de permis d’émission n’est nullement immoral : loin de consacrer un " droit à polluer ", la création de marchés de permis d’émission restreint au contraire la faculté des agents économiques d’émettre du CO2, qui était auparavant illimitée. Les marchés de permis constituent un instrument efficient sous certaines conditions. Le marché des droits contribue aussi a une réduction de pollution : les prix augmentent, les entreprises achètent moins de droits et en conséquence polluent moins. Quant au marché international, les pays riches rachètent les droits inutilisés des pays en voie de développement qui produisent peu. Ces derniers essayent donc de produire moins, afin de moins utiliser leurs droits, et pouvoir en revendre plus aux pays riches. Ainsi dans les pays en développement la pollution est réduite
L’allocation initiale des permis soulève cependant des difficultés considérables.
Des normes plus sévères peuvent avoir des impacts importants sur l’introduction de nouvelles technologies et sur leurs parts de marché. Par exemple un renforcement des normes sur les émissions de NOx pourrait interdire limiter l’introduction de l’injection directe.
Cependant l’industrie a montré de fortes oppositions contre le renforcement des normes(Corporate Average Fuel Economy)
5. taxe au kilomètre parcouru : plus je roule, plus je pollue, plus je paye une taxe
A priori une taxe au kilomètre parcouru a pour conséquence de diminuer les kilomètres parcourus donc la demande en essence et ainsi les émissions de gaz à effet de serre. Une étude menée aux Etats-Unis sur la mise en place d’une taxe de 0,02$ par miles a donné les résultats suivants :
Tableau IV.6 : réduction de la demande en essence avec une taxe de 2 cent par miles (http://www.energy.ca.gov/reports/2002-03-19_600-02-011D.PDF )
Le Tableau IV.6 montre les projections de la demande d’essence pour 2010, 2020 et 2030. Malgré la taxe élevée, on voit que la réduction est constante dans le temps. Cela signifie que cette taxe n’est pas incitative à la recherche de véhicules consommant moins.
D’autres mesures peuvent être prises en complément de celles-ci :
_inciter les personnes à prendre les transports en commun
_réduction des vitesses
_utiliser les techniques de télécommunication : travailler à la maison, éviter les bouchons par des guidages en temps réels,…
_programme volontaire pour renouveler les véhicules plus souvent
En conclusion tous ces mesures ont des impacts sur la diminution des gaz à effet de serre. Seulement elles ne doivent pas rester isolées afin d’augmenter les réductions de gaz à effet de serre.
Tout au long de ce rapport, nous avons eu la volonté de présenter de manière la plus clairvoyante et objective possible tout d’abord la situation américaine concernant le changement climatique , l’état des lieux actuel ainsi que les prévisions ; ensuite, nous avons présenté quelques unes des possibilités qui s’offrent aux décideurs américains. Des solutions de tout sorte sont possibles, elles sont économiques, technologiques et politiques. Le lecteur doit cependant garder à l’esprit le fait que les solutions présentées ne constituent pas une liste exhaustive de tout ce qui peut être fait actuellement aux Etats Unis pour réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Dans un premier temps, nous allons faire un bref récapitulatif des perspectives d’émissions suivant les différents scénarios envisagés :
Dans le cas d’un scénario modéré dans le cadre de l’étude des cinq labos :
Dans le cas d’un scénario avancé dans le cadre de l’étude des cinq labos:
Ces scénarios prévoient dans le cas avancé ces principales mesures :
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Habitat |
Industrie |
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Par ailleurs, il est important de signaler les trois grands chantiers actuels pour réduire à terme les émissions de gaz à effets de serre :
Concernant le secteur de l’habitat : il y a tout d’abord une part importante de constructions neuves à réaliser pour satisfaire les besoins liés à l’accroissement de la population ; D’autre part, le remplacement des bâtiments existants est également à prendre en compte, d’autant plus que celui-ci est plus fréquent qu’en Europe.
Concernant le secteur des transports : le passage aux véhicules hybrides dans un premier temps puis à ceux à hydrogène est à considérer, puisqu’il devrait permettre une réduction considérable des émissions de gaz à effets de serre.
Enfin, surtout dans le domaine de l’électricité, la séquestration du CO2 est à l’ordre du jour, avec toutes les conséquences qu’elle aura sur le changement climatique.
Rappelons quelques unes des grandes tendances actuelles concernant la réduction des émissions de gaz à effets de serre, tendances qui sont communes à tous les secteurs étudiés. Tout d’abord, il n’y a pas de volonté politique fédérale actuellement aux Etats Unis pour lutter conter le changement climatique. Rappelons-le, l’administration a refusé de ratifier le protocole, par ailleurs, les dernières déclarations du président Bush, ainsi que le 107ième congrès confirment cette attitude. Ainsi, à court terme, la position internationale des USA risque de ne pas évoluer, du moins jusqu’aux prochaines élections en 2004. Ce tableau noir est toutefois amélioré par la mise en place actuelle des nouveautés technologiques colossales dans tous les domaines. Nous pouvons espérer qu’à terme, elles auront un réel impact sur le changement climatique. D’autre part, même si aucune initiative fédérale ne peut être mise en évidence, de très nombreuses initiatives ponctuelles, soit au niveau des entreprises, soit au niveau des États eux-même, voient le jour et permettent déjà de réduire les émissions de gaz à effet de serre significative. Enfin, plusieurs courants de pensée prennent le jour aux Etats Unis pour sauver la planète, et ce à tous les niveaux, aussi bien au sein de la communauté scientifique, que des entrepreneurs avec par exemple le lobby Pew Center, ou encore au niveau des consommateurs avec des mouvements fédérateurs de plus en plus puissants comme « What car will Jesus drive ? ». Tous ces mouvements, en prenant de plus en plus d’ampleur, peuvent avoir un réel poids sur la politique américaine.