Comment se forment les combustibles fossiles, pourquoi libèrent-ils du dioxyde de carbone et quelle quantité d'énergie mondiale fournissent-ils ? Et quelles sont les énergies renouvelables qui pourraient remplacer les énergies fossiles ?

Les combustibles fossiles se sont formés pendant des millions d'années à partir des restes de plantes et d'animaux piégés dans les sédiments puis transformés par la chaleur et la pression.

La majeure partie du charbon s'est formée au Carbonifère (il y a 360 à 300 millions d'années), une époque d'amphibiens et de vastes forêts marécageuses. La fossilisation des arbres a déplacé d'énormes quantités de carbone de l'air vers le sous-sol, entraînant une baisse des niveaux de dioxyde de carbone (CO₂) dans l'atmosphère, suffisamment pour rapprocher la Terre d'un état complètement gelé.

Ce changement climatique, combiné à l'évolution des champignons capables de digérer le bois mort et de restituer son carbone dans l'air, a mis fin à la période de formation du charbon.

Le pétrole et le gaz naturel (méthane, CH₄) se sont formés de manière similaire, non pas à partir des arbres mais à partir du plancton océanique, et sur une plus longue période. Le champ pétrolifère de Maui en Nouvelle-Zélande est relativement jeune, datant de l'Éocène, il y a environ 50 millions d'années.

Un soleil brûlant enfoui

Lorsque les combustibles fossiles sont brûlés, leur carbone réagit avec l'oxygène pour former du dioxyde de carbone. L'énergie initialement fournie par le Soleil, stockée dans des liaisons chimiques pendant des millions d'années, est libérée et le carbone retourne dans l'air. Un exemple simple est la combustion du gaz naturel :une molécule de méthane et deux d'oxygène se combinent pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau :

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Brûler un kilogramme de gaz naturel libère 15 kWh d'énergie sous forme de rayonnement infrarouge (chaleur rayonnante). C'est une somme considérable.

Pour arrêter l'aggravation continue du changement climatique, nous devons cesser de brûler des combustibles fossiles pour produire de l'énergie. C'est un défi de taille, car les combustibles fossiles fournissent 84 % de toute l'énergie utilisée par la civilisation humaine. (La Nouvelle-Zélande est moins dépendante des combustibles fossiles, à 65 %).

Il existe de nombreuses sources possibles d'énergie renouvelable ou à faible émission de carbone :nucléaire, hydraulique, éolienne, solaire, géothermique, biomasse (brûler des plantes pour produire de l'énergie) et biocarburant (faire des carburants liquides ou gazeux à partir de plantes). Une poignée de centrales marémotrices sont en fonctionnement et des expériences sont en cours avec la génération de courants de vagues et océaniques.

Mais, parmi ceux-ci, les deux seuls capables d'augmenter la quantité stupéfiante d'énergie que nous utilisons sont l'éolien et le solaire. Malgré une croissance impressionnante (doublement en moins de cinq ans), l'éolien ne fournit que 2,2 % de toute l'énergie et le solaire 1,1 %.

La transition vers les énergies renouvelables

Une grâce salvatrice, qui suggère qu'une transformation complète vers les énergies renouvelables est possible, est qu'une grande partie de l'énergie provenant des combustibles fossiles est gaspillée.

Premièrement, l'extraction, le raffinage et le transport des combustibles fossiles représentent 12 % de la consommation totale d'énergie. Deuxièmement, les combustibles fossiles sont souvent brûlés de manière très inefficace, par exemple dans les moteurs à combustion interne des voitures. Un monde basé sur les énergies renouvelables aurait besoin de moitié moins d'énergie en premier lieu.

Les ressources solaires et éoliennes potentielles sont énormes et les coûts ont chuté rapidement. Certains ont fait valoir que nous pourrions passer à une énergie entièrement renouvelable, y compris les lignes de transmission et le stockage d'énergie ainsi que des carburants liquides entièrement synthétiques, d'ici 2050.

Un scénario voit la Nouvelle-Zélande construire 20 GW d'énergie solaire et 9 GW d'énergie éolienne. Ce n'est pas déraisonnable, l'Australie en a construit autant en cinq ans. Nous devrions dépêcher. Les centrales électriques renouvelables prennent du temps à construire et les industries prennent du temps à se développer.

Autres facteurs à prendre en compte

Le passage aux énergies renouvelables résout les problèmes de carburant et de changement climatique, mais pas ceux de l'utilisation croissante des ressources. Construire un tout nouveau système énergétique nécessite beaucoup de matériaux, dont certains sont rares et difficiles à extraire. Contrairement au combustible brûlé, le métal peut être recyclé, mais cela n'aidera pas lors de la construction d'un nouveau système pour la première fois.

La recherche a conclu que bien que certains métaux soient rares (en particulier le cobalt, le cadmium, le nickel, l'or et l'argent), "un système d'énergie entièrement renouvelable est peu susceptible d'épuiser les réserves et les ressources de métaux jusqu'en 2050". Il existe également des possibilités de substituer des matériaux plus courants, moyennant une certaine perte d'efficacité.

Mais de nombreux métaux sont très localisés. La moitié des réserves mondiales de cobalt se trouvent en République démocratique du Congo, la moitié du lithium se trouve au Chili et 70 % des terres rares, utilisées dans les éoliennes et les moteurs électriques, se trouvent en Chine.

La consommation inutile est un autre problème. Les nouvelles technologies (robots, drones, Internet) et la croissance économique entraînent une utilisation accrue de l'énergie et des ressources. Les riches utilisent une quantité disproportionnée d'énergie et modèlent la consommation et le gaspillage excessifs auxquels d'autres aspirent, y compris les riches émergents des pays en développement.

Des recherches analysant les émissions au niveau des ménages dans les pays européens ont révélé que le 1% supérieur de la population ayant l'empreinte carbone la plus élevée produisait 55 tonnes d'émissions d'équivalent CO₂ chacune, contre une médiane européenne de 10 tonnes.

Les scientifiques ont mis en garde contre la consommation des riches et il y a un débat vigoureux sur la façon de la réduire tout en préservant une société stable.

Une façon de renverser ces questions est de commencer par le bas et de se demander :quelle est l'énergie minimale requise pour les besoins humains de base ?

Une étude considérait qu'une "vie décente" incluait un logement confortable, suffisamment de nourriture et d'eau, 10 000 km de trajet par an, l'éducation, les soins de santé et les télécommunications pour tous sur Terre - ce que nous n'avons clairement pas réussi à réaliser jusqu'à présent. Il a constaté que cela nécessiterait environ 4 000 kWh d'énergie par personne et par an, soit moins d'un dixième de ce que les Néo-Zélandais utilisent actuellement, et une quantité facilement fournie par les énergies renouvelables.

Tout ce carbone sous terre était une énergie mûre pour la cueillette. Nous l'avons choisi. Mais maintenant il est temps d'arrêter.