(III/IV) Jean-Marc Jancovici se trompe : voici pourquoi le trafic aérien va exploser au XXI^e siècle

Cet article est le troisième article d’une série de quatre. Voici les liens vers la première partie, la deuxième partie et la quatrième partie.

Dans cette troisième partie, nous allons voir qu’il y a assez de matières premières et de surfaces ensoleillées dans le monde pour construire et installer un parc de panneaux à même de générer chaque année le gaz de synthèse équivalent à notre consommation actuelle d’énergies fossiles.

Partons de la consommation mondiale annuelle totale d’hydrocarbures en 2022 qu’on peut arrondir à 140,000 TWh, c’est-à-dire 140 millions de GWh. Supposons qu’on produise tous ces hydrocarbures sous la forme de gaz de synthèse avec de l’électricité solaire photovoltaïque et les machines de Terraform Industries.

Voyons si c’est possible.

Expérimentalement, l’efficacité de la conversion d’énergie électrique en gaz est autour de 30 %, il faut donc 3,33 unités d’énergie électrique pour avoir une unité d’énergie sous forme de gaz. Il nous faudra donc produire 420 millions GWh d’énergie solaire photovoltaïque par an pour produire l’équivalent de toutes les énergies fossiles consommées dans le monde en 2022.

Il s’agit là d’un besoin probablement supérieur à celui de 2050, car en réalité la consommation mondiale d’hydrocarbures baissera à terme du fait de l’électrification, entre autres, du transport terrestre, du chauffage (pompes à chaleur) et des plaques de cuisson.

En effet, une fois électrifiées, ces activités demanderont moins d’énergie pour le même résultat :

• Une voiture électrique transforme près de 90 % de l’énergie consommée en mouvement, contre 20 % pour une voiture thermique : à énergie égale, une voiture électrique ira plus de quatre fois plus loin !
• Certains modèles de pompe à chaleur affichent un rendement de 400 % ou plus, ce qui signifie que 4 kWh de chaleur peuvent être créés dans une maison pour 1 kWh d’électricité consommé par la pompe. Les chaudières à gaz modernes font au mieux 90 %, et ne peuvent pas dépasser les 100 % du fait des lois de la physique.

Ainsi, même si toute l’électricité supplémentaire pour cette électrification est produite en brûlant des hydrocarbures, il en faudra beaucoup moins qu’on en brûle aujourd’hui pour cela dans les véhicules thermiques, les systèmes de chauffage et de cuisson.

Les économies d’énergie primaire réalisées par l’électrification devraient plus que compenser par ailleurs la hausse à venir des besoins énergétiques liés à l’essor du trafic aérien et maritime. Il y a de la marge vu que le transport routier émet aujourd’hui quatre fois plus de C0₂ que les transports aériens et maritimes réunis.

Nul besoin de batteries, et de raccorder le nouveau parc de panneaux au réseau

Comme toute l’énergie solaire photovoltaïque générée va servir directement sur place à faire du gaz de synthèse neutre en carbone, nul besoin de se poser la question du cuivre, ou des délais nécessaires pour raccorder les champs de panneaux au réseau électrique. Nul besoin non plus de se soucier de l’intermittence, nul besoin de se doter de batteries.

On se demande seulement s’il va être possible de produire chaque année toute l’énergie solaire photovoltaïque nécessaire pour synthétiser l’équivalent des énergies fossiles utilisées aujourd’hui, et à quelle échéance.

Commençons par la question de la surface nécessaire

On peut calculer qu’il faudrait pour cela une surface d’environ 2,2 millions de km², soit 1,4 % des terres émergées. Les déserts australiens occupent 2,7 millions de km². On aurait donc besoin de 80 %. Mais tout n’aura pas besoin d’être en Australie, on pourra aussi installer des infrastructures dans le Sahara (9,2 millions de km²), et les autres endroits arides et semi-arides dans le monde, en Arabie saoudite, en Chine, etc.

À vrai dire, les États-Unis ont assez de place pour subvenir à leurs besoins actuels en hydrocarbures. Et après quelques années supplémentaires de baisse du prix des panneaux solaires, on finira aussi par avoir une énergie solaire photovoltaïque suffisamment basse, même dans les zones moins ensoleillées que ces zones arides.

Bref, la place n’est pas un facteur limitant.

Quand l’énergie solaire photovoltaïque permettra de produire du gaz de synthèse pour moins cher que les énergies fossiles extraites du sol, il y aura assez de place disponible sur Terre sans problème pour se déployer jusqu’à toutes les remplacer à terme !

Quid des matières premières nécessaires pour le parc solaire photovoltaïque ?

On peut estimer qu’il faudra environ 700 milliards de panneaux de 350 watts, sachant qu’un panneau solaire standard de 350 watts pèse aujourd’hui autour de 20 kg dont 76 % de verre, 10 % de polymère plastique, 8 % d’aluminium, 5 % de silicium, 1 % de cuivre et moins de 0,1 % d’argent et autres métaux.

Une des raisons pour lesquelles le coût des panneaux va baisser est qu’on parviendra à les produire avec moins de matière, les besoins par watt de puissance installée ne pouvant que diminuer !

C’est le verre dont on aura le plus besoin à date. Il nécessite surtout du sable et du calcaire, qui sont suffisamment abondants. Il faut aussi beaucoup d’énergie, on en reparle au point suivant. Mais devinez quoi ? On sait déjà aujourd’hui faire des panneaux solaires sans verre ! C’est ce que fait l’entreprise Bila Solar par exemple, 350 watts à 6,4 kg, plus que trois fois plus légers que la norme aujourd’hui, et pour une même durée de vie !

La matière souvent montrée du doigt est le cuivre. Pour notre parc de panneaux solaires à même de produire l’énergie solaire photovoltaïque nécessaire pour produire tous les hydrocarbures consommés en 2022, on peut calculer qu’il faudra en tout environ 150 millions de tonnes de cuivre.

Les réserves de cuivre dans le monde sont estimées aujourd’hui à 870 millions de tonnes, et les ressources en cuivre à 5000 millions de tonnes. Les réserves sont des gisements qui ont été découverts, évalués et jugés rentables. Les ressources sont bien plus importantes et comprennent des réserves, des gisements découverts potentiellement rentables, et des gisements non découverts prévus sur la base d’études géologiques préliminaires. Le cuivre est naturellement présent dans la croûte terrestre. Pour se donner une idée, en l’an 2000, les réserves étaient estimées à moins de 350 millions de tonnes.

Pour la matière considérée comme la plus problématique, il faudra 17 % des réserves estimées à ce jour, et 3 % des ressources. Et on ne le dit pas souvent, mais dans le pire des cas on peut substituer au cuivre l’aluminium à coût et poids divisés par deux à conductivité égale. L’aluminium est 1200 fois plus abondant que le cuivre.

Le silicium quant à lui, silicon en anglais, est ultra abondant, il constitue plus de 27 % de la croûte terrestre, se trouve dans le sable et le quartz, il n’est pas un problème.

Bref, le cuivre et les autres matières premières ne seront pas non plus des facteurs limitants pour les panneaux solaires !

Quid des besoins en matière pour le parc de machines de Terraform Industries ?

Voyons maintenant ce qu’il en est pour le parc de machines de Terraform Industries requis, du type Terraform Mark One.

Une puissance installée totale de 236,000 GW, ou 236 millions de MW, sera associée à 236 millions de ces machines nécessitant une puissance de 1 MW. Cette machine sera comparable en masse à une automobile, nous dit Terraform Industries (mais bien moins complexe), disons deux tonnes pour être large. Il faudra donc, en tout et pour tout, 500 millions de tonnes de masse, qui pourront être recyclées. Leur machine Mark One n’utilise pas de métaux rares, c’est un impératif de conception pour l’entreprise. Juste un peu de nickel, et très peu de cuivre pour les câbles.

L’entreprise prévoit qu’il suffira d’en construire 60 millions par an pour être tranquille. Soit 120 millions de tonnes de masse par an. Supposons que ce soit principalement de l’acier, il n’y aura pas de problème, la production d’acier était de près de deux milliards de tonnes en 2022, et est largement extensible, car reposant sur le fer, parmi les éléments les plus abondants de la croûte terrestre.

Quant au nickel, on peut calculer qu’il faudra en tout et pour tout moins de 7 % des réserves mondiales estimées à ce jour, sachant que le nickel, comme le cuivre et tous les métaux, se recycle sans problème.

La construction de ces machines ne sera pas non plus un facteur limitant.

Quid de l’énergie nécessaire pour produire les panneaux ?

Il faut environ 200 kWh d’énergie aujourd’hui pour produire un panneau de 100 watts. En étant prudent, on peut estimer que dans les pays arides et semi-arides, un tel panneau pourra produire sur toute sa durée de vie 4,400 kWh d’électricité, transformable en 1,300 kWh d’énergie sous la forme de gaz grâce aux machines de Terraform Industries.

Il faut donc investir au départ 200 kWh en énergie au maximum pour en obtenir ensuite 1,300 kWh sur 25 ans, un investissement énergétique plus que rentable. Le déploiement va prendre un certain temps, on va le voir dans la prochaine partie, mais le besoin énergétique ne peut pas l’empêcher !

Disclaimer : Thomas Jestin, n’est actionnaire, ni directement ni indirectement, d’aucune des entreprises citées dans cette série.