Avec un massif, à l'échelle nationale, les États-Unis pourraient atteindre zéro émission nette de gaz à effet de serre d'ici 2050 en utilisant la technologie existante et à des coûts alignés sur les dépenses historiques en énergie, selon une étude menée par des chercheurs de l'Université de Princeton.

La nouvelle recherche "Net-Zero America" ​​décrit cinq voies technologiques distinctes permettant aux États-Unis de décarboner l'ensemble de leur économie. La recherche est la première étude à quantifier et cartographier avec ce degré de spécificité, les infrastructures à construire et les investissements nécessaires pour faire fonctionner le pays sans émettre plus de gaz à effet de serre dans l'atmosphère qu'il n'en retire chaque année. C'est également le premier à déterminer comment les emplois et la santé seront affectés dans chaque État à un niveau très granulaire, parfois jusqu'au comté.

Les cinq scénarios de l'étude décrivent de manière très détaillée, au niveau État par État, l'échelle et le rythme de la technologie et de la mobilisation des capitaux nécessaires à travers le pays, et mettre en évidence les implications pour l'utilisation des terres, les industries énergétiques historiques, emploi, et la santé. Les premiers résultats ont été publiés le 15 décembre en reconnaissance de l'urgence de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de la nécessité immédiate d'un gouvernement fédéral, Etat, et les efforts d'élaboration des politiques locales. Des publications dans des revues suivront début 2021.

Au cours de la dernière décennie, il y a eu une vague de recherche des universités et des promesses des villes, les entreprises et les États enquêtent et promulguent des efforts pour décarboner les systèmes énergétiques et industriels. La tâche consiste à maintenir l'augmentation de la température mondiale bien en dessous de 2 degrés Celsius pour éviter les pires effets du changement climatique. L'objectif d'une économie « à zéro émission nette » signifie qu'il ne faut pas émettre dans l'atmosphère plus de gaz à effet de serre qu'il n'en est retiré de façon permanente par des processus naturels améliorés ou induits par la technologie. En cas de succès, la stratégie arrêterait l'accumulation de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, ce qui est essentiel pour limiter le réchauffement climatique.

Des recherches antérieures ont cherché à savoir si le zéro net est technologiquement possible et ce qu'il pourrait en coûter pour y parvenir. Mais une pièce manquante a été un détail qui pourrait informer les responsables locaux et les autorités responsables de la prise de décisions sur les domaines importants pour la transition, comme l'implantation et l'utilisation des terres, ainsi que des informations pour les communautés et les parties prenantes qui façonnent et sont affectées par ces décisions.

"La plupart des études ne fournissent pas cette haute résolution géographique pour chaque état du pays, ce qui rend difficile d'apprécier concrètement ce qu'il faudra pour atteindre le net-zéro. Notre recherche contribue à rendre vivant et réel un avenir net zéro pour les gens, " a déclaré Eric Larson, chercheur principal de l'étude et ingénieur de recherche principal au Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement. "A moins que nous retrouvions nos manches et comprenions vraiment ce que nous devons faire avant quand, nous ne pourrons pas atteindre nos objectifs, " dit Larson, qui dirige également le groupe d'analyse des systèmes énergétiques du centre.

L'étude de l'Université de Princeton a été dirigée par des professeurs et des chercheurs du Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement et du High Meadows Environmental Institute (HMEI). Les chefs de projet incluent Larson, Jesse Jenkins, professeur assistant de génie mécanique et aérospatial et du Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement, et Chris Greig, Theodora D. &William H. Walton III Senior Research Scientist au Andlinger Center. La recherche est un projet en cours de la Carbon Mitigation Initiative de HMEI, un programme de recherche axé sur l'étude et la lutte contre le changement climatique, et est aligné avec le Rapid Switch du Centre Andlinger, une vaste initiative de recherche sur la manière d'accélérer les efforts de décarbonisation à l'échelle mondiale.

La nouvelle recherche, qui a impliqué dix chercheurs de Princeton et huit collaborateurs externes, présente cinq voies par lesquelles les États-Unis pourraient décarboner l'ensemble de l'économie au cours des 30 prochaines années.

John Holdren, ancien conseiller scientifique du président Obama et ancien directeur du White House Office of Science and Technology Policy, a qualifié l'étude de remarquable et a déclaré qu'elle attirait l'attention sur les domaines où les mesures politiques sont les plus nécessaires.

« Tous ceux qui s'intéressent sérieusement à la question cruciale de l'avenir énergétique et climatique de ce pays, notamment la nouvelle administration Biden-Harris, doivent comprendre les conclusions de cette étude extraordinaire, " dit Holdren, qui est professeur à la Kennedy School of Government de Harvard et au Département des sciences de la Terre et des planètes, et la John A. Paulson School of Engineering and Applied Science.

Parce que les cinq scénarios amènent le pays à zéro émission nette, les chercheurs sont neutres quant à ce qui est le « meilleur » ou le plus susceptible d'être mis en œuvre. Il a été constaté que toutes les voies impliquaient des dépenses annuelles en énergie dans la fourchette historique de ce que le pays dépense en énergie chaque année, environ 4-6% du produit intérieur brut, ou PIB.

« Les voies nettes zéro nécessitent de dépenser une fraction du PIB similaire à celle que nous dépensons en énergie aujourd'hui, mais nous devons immédiatement réorienter les investissements vers de nouvelles infrastructures propres au lieu des systèmes existants, " dit Jenkins.

Selon la recherche, suivre une voie « business-as-usual » sans efforts concertés de décarbonation, le pays dépenserait environ 9 400 milliards de dollars en énergie au cours de la prochaine décennie. Dans les cinq scénarios nets zéro, les coûts du système énergétique sont estimés à environ 3 % (ou 300 milliards de dollars) de plus pour la décennie, et ce pourcentage diminue encore si les prix du pétrole et du gaz sont plus élevés que ceux modélisés.

« Nous avons maintenant un bon ensemble de preuves qui montrent, 'Oui, c'est abordable. On peut le faire, " dit Larson. " Et, bien sûr, il y a des coûts importants à ne rien faire. La science du climat a montré qu'un réchauffement incontrôlé nuira aux communautés ici en Amérique et dans le monde entier, des changements dans la configuration des maladies au déplacement de millions de personnes dues à l'élévation du niveau de la mer et aux inondations causées par des tempêtes plus intenses. »

Les scénarios que la nouvelle recherche détaille comprennent un scénario « haute électrification » ou E+, qui implique l'électrification agressive des bâtiments et des transports, pour que 100% des voitures soient électriques d'ici 2050. Le scénario "moins haute électrification" ou E-, s'électrifie à un rythme plus lent et utilise plus de combustibles liquides et gazeux plus longtemps. Un autre scénario, noté E- B+, permet d'utiliser beaucoup plus de biomasse dans le système énergétique, lequel, contrairement aux quatre autres scénarios, nécessiterait la conversion de certaines terres actuellement utilisées pour l'agriculture vivrière en cultures énergétiques. La filière E+ RE+ est un scénario « tout renouvelable » et est également la plus contraignante sur le plan technologique. Il suppose qu'aucune nouvelle centrale nucléaire ne serait construite, interdit le stockage souterrain du dioxyde de carbone, et élimine toute utilisation de combustibles fossiles d'ici 2050. Il repose plutôt sur un déploiement massif et rapide de l'éolien et du solaire et sur une production accrue d'hydrogène pour atteindre les objectifs de carbone. Le scénario E+ RE-, par comparaison, s'appuie sur des « énergies renouvelables limitées, « contraignant la construction annuelle d'éoliennes et de centrales solaires à ne pas dépasser les taux les plus rapides atteints par le pays dans le passé, mais supprime d'autres restrictions. Ce scénario dépend plus fortement de l'expansion des centrales avec captage du carbone et du nucléaire.

"Étant donné que le net-zéro semble abordable, la prochaine question clé est de savoir si nous allons le faire, comment voulons-nous faire? Tout le monde gagnera à limiter le changement climatique, mais les différents scénarios ont des effets inégaux au fur et à mesure qu'ils se déroulent. A qui profite le plus, et qui paie plus ? Pouvons-nous le faire équitablement, et pour qu'un nombre suffisant de personnes voient clairement les avantages qu'il existe une coalition durable de soutien ?", a déclaré Jenkins.

Il a dit que ces questions sont très différentes de celles que les chercheurs en énergie et climat abordent généralement, c'est pourquoi la recherche Net-Zero America a nécessité une grande équipe avec des antécédents et des compétences disciplinaires divers pour mener à bien l'enquête. Dans les cinq scénarios, les chercheurs ont découvert d'importants avantages pour la santé et l'économie dans tout le pays. Sur chaque chemin, d'ici 2030, le charbon n'est plus utilisé pour la production d'électricité, et il y a une réduction associée des émissions d'oxydes d'azote, les oxydes de soufre et les particules fines provenant des centrales électriques. La réduction de l'exposition aux particules fines évite 100, 000 décès prématurés, ce qui équivaut à près de 1 000 milliards de dollars d'avantages liés à la pollution de l'air, d'ici le milieu du siècle par rapport à une voie « comme d'habitude ».

Les actions visant à atteindre des émissions nettes nulles créent environ 500, 000 à 1 million de nouveaux emplois énergétiques à travers le pays dans les années 2020 seulement, avec des augmentations nettes d'emplois dans presque tous les États. Les scénarios qui reposent davantage sur l'éolien et le solaire voient davantage d'emplois dans l'énergie créés. Dans presque tous les États, les pertes d'emplois dans les industries extractives fossiles sont plus que compensées par une augmentation de la construction et de la fabrication dans le secteur de l'énergie propre. Des suppressions d'emplois et des transitions importantes se produiront dans certains États où l'économie repose fortement sur le charbon et le pétrole, comme la Virginie-Occidentale et la Louisiane. Les chercheurs ont déclaré que les résultats granulaires sont utiles pour identifier où et quand la dislocation se produira et peuvent éclairer les stratégies de politique publique pour gérer efficacement ces transitions.

"Ces résultats peuvent éclairer les politiques critiques qui peuvent aider à gérer les effets de la transition et à créer une économie et une société énergétiques propres plus justes, " a déclaré Erin Mayfield, un chercheur postdoctoral à HMEI qui a dirigé l'analyse de l'emploi et de la pollution atmosphérique dans l'étude.

Dans tous les scénarios nets zéro, l'ampleur requise des investissements et le rythme de construction de nouvelles infrastructures exigent que des changements rapides commencent immédiatement, les chercheurs ont dit.

"Nous avons toutes les technologies dont nous avons besoin pour démarrer. Nous devons les déployer beaucoup plus rapidement qu'aujourd'hui, et nous devons également investir pour créer de véritables options pour ces technologies moins matures qui seront nécessaires à plus long terme, ", a déclaré Greig.

Énergie éolienne et solaire, ainsi que l'électrification des bâtiments et des voitures, doit croître rapidement cette décennie pour que la nation soit sur une trajectoire nette zéro. Les chercheurs ont déclaré que les années 2020 doivent également être utilisées pour continuer à développer des technologies, comme celles qui captent le carbone dans les usines de gaz naturel ou de ciment ou celles qui séparent l'eau pour produire de l'hydrogène, afin qu'ils soient abordables pour un déploiement à grande échelle dans les années 2030. Mais pour les prochaines années, les chercheurs ont déclaré que la plupart des gros investissements tournent autour de l'électricité propre et de l'électrification et sont similaires dans tous les scénarios.

Selon la recherche, les États-Unis devront étendre leurs réseaux de transport d'électricité de 60 % d'ici 2030, et pourrait devoir le tripler d'ici 2050. Bâtiments électrifiants, principalement en ajoutant des pompes à chaleur pour le chauffage de l'eau et des locaux, et l'électrification des transports est une autre étape qui doit être accélérée dans les années 2020 pour préparer le terrain pour l'une des voies.

« Le réseau électrique actuel a pris 150 ans à construire. Maintenant, atteindre zéro émission nette d'ici 2050, nous devons recréer cette quantité de transmission au cours des 15 prochaines années, puis en reconstruire beaucoup plus au cours des 15 années suivantes. C'est un énorme changement, " dit Jenkins.

Un problème critique pour conduire ce programme d'énergie propre est de savoir où de nouvelles installations de fabrication de panneaux solaires et d'éoliennes sont construites, et où se trouvent les parcs solaires et éoliens eux-mêmes, ainsi que des usines de production de biocarburants. La recherche fournit des cartes urbaines et régionales qui montrent où il est le moins coûteux de construire ces installations et où elles s'intègrent le plus efficacement au système énergétique. Mais cela ne tient pas compte des aspects sociaux et humains de l'endroit où construire de nouvelles infrastructures.

« Les individus et les communautés à travers le pays vont être affectés de différentes manières par les transitions nettes zéro. Tous les Américains seront des partenaires essentiels dans cette transition, et nous devons être sensibles aux besoins et aux valeurs des communautés lors de la planification et de la mise en œuvre des infrastructures très importantes et des autres développements nécessaires pour atteindre le zéro net, ", a déclaré Greig.

Les chercheurs ont dit qu'ils espéraient que le rapport, en offrant une variété d'avenirs, donner l'assurance que les États-Unis disposent de plusieurs véritables voies pour parvenir à zéro émission nette, et aider à orienter les priorités d'investissement et de politique au cours des prochaines années. Ils ont déclaré que la recherche offre des informations sur la façon de prendre des décisions à court terme qui sont compatibles avec l'élimination des émissions nettes de carbone dans 30 ans.

"Aucun des scénarios de Princeton ne s'avérera 'correct', ' mais ensemble, ils fournissent une image convaincante des voies possibles à suivre, " dit Holdren.

« La motivation est de fournir des conseils granulaires aux décideurs sur ce qu'il faudrait pour faire de ces engagements de zéro net une réalité, en mettant l'accent sur les actions que nous devons prendre aujourd'hui et qui auront des effets durables longtemps après le départ à la retraite du PDG ou le départ du décideur, " dit Jenkins.