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Que nous apprend l’équation de Kaya appliquée à l’automobile ?

Grégory Launay - Dernière mise à jour : 14 février 2010

 

De quoi parle-t-on au juste ?

L’équation de Kaya est une équation très simple posée par un professeur japonais du même nom. Elle décompose les émissions de gaz carbonique d’une zone géographique donnée (un pays, la planète entière, etc.) en produits de termes très simples et parlants. Elle s’écrit comme ceci :

Les termes ainsi obtenus sont concrets et statistiquement connus. Arrêtons-nous un instant sur chacun d’entre eux.

  • la population mondiale : les perspectives démographiques sont, en ordre de grandeur, assez bien connus ; on parle de 8 à 9 milliards d’habitants en 2050
  • le PIB (produit intérieur brut) par personne est bien mesuré dans la plupart des pays, son augmentation est l’objectif principal de la plupart des politiques économiques
  • l’intensité énergétique du PIB correspond à l’efficacité énergétique de l’économie ; c’est la réponse à la question « combien doit-on consommer de tonnes de pétrole pour produire 1 point de produit intérieur brut ? »
  • le contenu en carbone de l’énergie est également une grandeur physique connue pour toutes les énergies utilisées

L’intérêt d’une équation de ce type est de pouvoir confronter une contrainte globale (la réduction des émissions de CO2) et les moyens de l’obtenir.

Sur cette équation nous voyons par exemple que toutes les prévisions donnent des augmentations pour les termes « Population » et « PIB par personne » … ce qui ne va pas trop dans le sens du respect de la contrainte globale. Mais l’équation nous permet alors de fixer des objectifs pour les autres paramètres « intensité énergétique » et « contenu en carbone de l’énergie ».

Vous avez compris l’explication de texte, passons maintenant aux travaux pratiques en appliquant cela au domaine qui nous intéresse plus particulièrement ici à savoir l’automobile.


Les émissions de CO2 liées à l’automobile

En posant une équation du même type centrée sur l’automobile nous pouvons écrire que :

Commençons par expliciter chacun des termes. Le contenu en carbone de l’énergie relève du domaine des énergéticiens. Ce paramètre est connu pour les énergies fossiles, pour le pétrole il est d'environ 250 grammes de CO2 par kWh. Pour l’électricité il dépendra du moyen de production utilisé, pour les biocarburants il dépendra de la filière, etc. Le transport automobile est aujourd’hui quasiment exclusivement dépendant du pétrole. Ce paramètre est donc aujourd’hui connu et constant.

L’intensité énergétique par kilomètre relève du domaine des constructeurs automobiles. Elle dépend du besoin énergétique brut (on parle d’énergie à la roue) qui est fonction du poids de la voiture, de son aérodynamique, etc, et du rendement énergétique global du véhicule. Ce paramètre est le seul sur lequel on ait vraiment agi jusqu’à maintenant en améliorant fortement les rendements, l’augmentation des besoins énergétiques bruts ayant en partie masqué les gains obtenus. Ce paramètre vaut aujourd’hui environ 900 Wh.

On peut regrouper ces deux paramètres en un unique qui est « l’émissions de CO2 par kilomètre » dont la moyenne mondiale est d’environ 225 grammes.


Les deux derniers paramètres nous font sortir du domaine de la technique. Le nombre de véhicules en circulation et la distances qu’ils parcourent déterminent le niveau de la mobilité mondiale, qui a elle-même un impact important sur nos modes de vie, sur l’économie mondiale, etc. Il est certain que les constructeurs automobiles n’ont pas beaucoup de prise sur ces paramètres mais ils ont tout intérêt à ce qu’ils continuent à croitre !

En gros nous pouvons donc aujourd’hui écrire que :

Tout le problème consiste alors à faire respecter la contrainte globale sur les émissions de CO2 tout en permettant à la mobilité de poursuivre son développement, c'est-à-dire en permettant aux deux termes de droite de croitre …


Quelles émissions en 2020 ?

Commençons par raisonner en tendancielle, c'est-à-dire à décrire un avenir proche sans rupture forte.

Concernant le nombre de véhicules en circulation, les projections tendancielles donnent 1,3 milliards en 2020.

Pour ce qui est de la distance moyenne parcourue annuellement, les projections semblent moins simples à faire. Elle est aujourd’hui d’environ 15.000 kilomètres avec de nombreuses disparités.

Evolution de la distance moyenne par véhicule (VP & VUL) pour différents pays de 1970 à 2000 - Source : Agence Internationale de l’Energie, 2004

Ce graphique montre l’évolution de cette distance annuelle moyenne pour un bon nombre de pays de l’OCDE. On voit que les valeurs vont de 10.000 kilomètres pour la Japon à prés de 20.000 pour les pays d’Amérique du Nord ainsi que le Danemark et la Finlande.

On voit aussi sur cette série statistique que la valeur moyenne semble assez stable sur les 30 années observées. On constate bien une baisse plus ou moins marquée lors des chocs pétroliers mais avec un impact faible sur la moyenne. On constate également des variations importantes qui ne semblent pas liées au prix du carburant comme la forte baisse au Japon et la forte hausse aux Etats-Unis.

L’évolution récente aux Etats-Unis semble montrer une légère inflexion en lien avec la hausse du prix du pétrole mais avec une élasticité somme toute assez faible … du moins pour l’instant.


Evolution de la distance moyenne par véhicule(VP) aux Etats-Unis - Source : U.S Energy Information Administration and Department of Transportation

Pour la France, après être passé par un pic en à 14.000 kilomètres en 2001, cette distance moyenne a diminué progressivement (de l’ordre de 1,3% par an) et se situe en 2008 à 12.745 kilomètres.

L’évolution de cette variable n’est pas simple à anticiper et dépend probablement de nombreux paramètres : urbanisation, transport en commun, caractéristiques du parc automobile, etc. La simple évolution du poids des différents parcs automobiles (augmentation aux Etats-Unis, diminution en Europe et au Japon) va modifier cette moyenne.

Ceci étant dit, au vue des variations enregistrées depuis 1970 et hors crise majeure, il ne semble pas idiot de la considérer comme constante sur les 10 prochaines années.

Le dernier terme « émissions de CO2 par kilomètre parcouru » est calculé pour des besoins réglementaires. Les engagements actuels pris par les états pourraient au mieux faire baisser les émissions moyennes de 225 à 170 grammes de CO2 par kilomètre à l’horizon 2020.

Evolution de la consommation du parc automobile mondial d’ici à 2020 - Estimation de l’auteur

Un tel scenario donnerait pour 2020 des émissions globales de CO2 pour l’automobile d’environ 3,3 Gigatonnes soit à peu prés les émissions actuelles.

En clair, cela veut dire que tous les efforts faits pour réduire les émissions de CO2 des véhicules pourraient tout juste être en mesure de compenser l’augmentation du parc automobile.

Certes c’est une vision beaucoup plus optimiste que celle du passé ou les émissions ont cru de manière très importante mais est-ce bien à la hauteur de l’enjeu ?

Je rappelle que pour respecter les préconisations du GIEC les émissions de CO2 devraient être divisées par trois d’ici à 2050


Quelles solutions pour respecter la contrainte du GIEC en 2050 ?

Même si ce scenario 2020 permet une stabilisation, une rupture est nécessaire pour atteindre l’objectif en 2050. Reprenons notre équation et regardons les différents scenarios qui pourraient nous permettre de respecter la contrainte du GIEC.

Un premier scenario que j’appellerai « technologique » consiste à penser que la contrainte est atteignable par les seuls progrès techniques et que le modèle de croissance de la mobilité ne doit donc pas être remis en cause.

Dans ce scenario, le parc continue d’augmenter pour atteindre 2 milliards de véhicules en 2050 et la distance moyenne parcourue chaque année reste constante.

Respecter la contrainte du GIEC signifie alors diviser les émissions de CO2 par kilomètre par un facteur 6.

Le parc automobile actuel émet en moyenne 225 grammes de CO2 par kilomètre. Si l’on divise par 6 on obtient des émissions moyennes de 37,5 grammes de CO2 par kilomètre en 2050 (soit environ 1,6 litres aux 100 kilomètres ou 145 mpg). L’âge moyen du parc automobile dans le monde est probablement supérieur à 10 ans, il faudrait donc que la moyenne des émissions de CO2 des véhicules neufs vendus soit d’environ 40 grammes de CO2 par kilomètre en 2040. Je rappelle que ces émissions doivent s’entendre « du puits à la roue » c'est-à-dire intégrer le CO2 émis pour produire l’électricité des futurs véhicules électriques ou hybrides rechargeables !

Une autre manière de respecter cette contrainte serait évidement de réduire la mobilité globale lié à l’automobile par 3 …. Ce qui nous fait revenir au même niveau qu’en 1950 (avant les trente glorieuses !).

Révolution technologique ou faillite de la promesse de mobilité pour tous … voilà l’enjeu à relever.