Fernando Alcoforado*
Cet article a pour objectif de présenter l’évolution de l’utilisation et de la production d’énergie de la préhistoire à nos jours, ainsi que son évolution future probable vers l’utilisation d’énergies propres et renouvelables avec l’abandon des combustibles fossiles. De la préhistoire au XVIIIe siècle, l’utilisation de sources d’énergie renouvelables telles que le bois, l’éolien et l’énergie hydraulique prédomine. Du 18ème siècle à l’ère contemporaine, les combustibles fossiles ont prédominé avec le charbon et le pétrole, mais leur utilisation prendra probablement fin au 21ème siècle pour éviter un changement climatique global catastrophique résultant de leur utilisation en émettant des gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique. Avec la fin de l’ère des combustibles fossiles viendra l’ère des sources d’énergie renouvelables où l’utilisation de l’énergie hydroélectrique, solaire, éolienne, marémotrice, houlomotrice, géothermique, de la biomasse et de l’hydrogène prévaudra.
Utilisation et production d’énergie de la préhistoire au XVIIIe siècle
L’énergie est un intrant essentiel pour les êtres humains et pour le développement économique et social. On peut affirmer que le besoin le plus fondamental des êtres humains est l’énergie nécessaire pour que leur corps fonctionne. Pendant longtemps, à l’aube de l’humanité, la force musculaire a été la principale source d’énergie utilisée par l’homme. Au début de l’histoire humaine, la domestication des animaux fournissait l’énergie mécanique nécessaire au transport et à la production agricole, etc. La découverte par les êtres humains qu’ils pouvaient contrôler des formes d’énergie qui leur seraient utiles, comme le feu, a représenté une étape très importante pour que l’humanité puisse cuire ses aliments et se réchauffer grâce à l’utilisation de l’énergie thermique. Environ 7 000 ans avant JC, au néolithique, l’utilisation du feu a commencé. Il y a quelques millénaires, l’hydroélectricité des rivières et du vent était utilisée par l’humanité sur la base de la science et de la technologie disponibles. Il y a environ 12 000 ans, la révolution agricole a marqué le début de l’utilisation de la traction animale, de la puissance des vents et des chutes d’eau dans la production agricole et animale.
Durant l’Antiquité, l’utilisation du vent dans la navigation à voile était essentielle pour la colonisation et le commerce sur les rives de la mer Méditerranée, remplaçant la navigation à l’aviron qui utilisait la force musculaire humaine. Pendant l’Empire romain, de 31 avant JC à 410 après JC, le bois de chauffage était largement utilisé pour la production d’armes dans le processus de forgeage des métaux. Cela a provoqué la déforestation d’une grande partie de l’Italie et de la péninsule ibérique. Dans le même temps, loin de là, plus précisément en Chine, de grandes innovations dans la technologie hydraulique ont été introduites, à travers la création de dispositifs de relevage d’eau et de systèmes d’irrigation. Depuis le domaine du feu jusqu’à l’avènement de la 1ère révolution industrielle au 18ème siècle, il n’y a pas eu de grande évolution dans la façon dont l’humanité utilise l’énergie. Les changements dans la matrice énergétique mondiale, en termes de diversité des sources et des modes d’utilisation, n’ont pas beaucoup changé au cours des siècles jusqu’à la 1ère révolution industrielle.
L’utilisation du charbon du XVIIIe siècle pour la production d’énergie
Ce n’est qu’avec l’avènement de la 1ère révolution industrielle, également appelée « l’âge du charbon et du fer », qui a eu lieu en Angleterre en 1786, que l’utilisation et la production d’énergie ont pris une importance fondamentale dans le remplacement des hommes et des animaux par des machines. Avec la 1ère révolution industrielle et le processus d’industrialisation qui en a résulté, le besoin en énergie a augmenté et de nouvelles sources primaires, avec une plus grande densité énergétique, ont été introduites. L’utilisation du charbon comme source d’énergie a marqué la fin de l’ère des énergies renouvelables représentée par l’utilisation du bois et les maigres parcs hydrauliques et éoliens utilisés depuis l’aube de l’humanité pour démarrer l’ère des énergies non renouvelables, l’ère des combustibles fossiles avec l’utilisation du charbon et l’invention des machines à vapeur.
Une machine à vapeur a une chaudière qui, avec la chaleur provenant de la combustion du carburant, transforme l’eau en vapeur, dans le but de transformer l’énergie chaude libérée par la combustion du carburant, le charbon. L’adoption de la machine à vapeur a été lente, prenant un siècle après que le brevet de James Watt (1769) ait été utilisé pour transformer la production industrielle et le transport terrestre avec l’avènement du chemin de fer et son utilisation dans le transport maritime longue distance avec des navires à vapeur. Le remplacement du charbon de bois par du coke dans la fonte du fer a été l’une des « plus grandes innovations techniques de l’ère moderne, car elle a mis fin à l’utilisation non durable du bois en Angleterre et à la montée en flèche de la production de fer. De plus, le charbon a jeté les bases de l’industrie sidérurgique moderne et a ouvert la voie à l’avènement du métal clé de l’industrialisation, le fer.
L’utilisation du pétrole à partir du XIXe siècle dans la production d’énergie
A partir de 1860, en Angleterre, de nouvelles transformations de l’industrie apparaissent. Cette phase a été appelée la 2e révolution industrielle qui est devenue connue sous le nom de « l’ère de l’acier et de l’électricité ». Avec la 2e révolution industrielle, qui a duré jusqu’à la première moitié du 20e siècle, de nouveaux carburants avec une plus grande puissance énergétique étaient nécessaires, le pétrole étant le carburant qui réunissait ces propriétés. Ainsi a commencé une nouvelle phase dans l’utilisation des combustibles liquides qui se poursuit à ce jour. Initialement, le pétrole n’était utilisé que pour obtenir du kérosène et des huiles lubrifiantes. A cette époque, l’essence générée lors de la distillation du pétrole était jetée dans les rivières ou brûlée. Il était parfois mélangé avec du kérosène pour produire un explosif dangereux. Parmi les inventions qui ont émergé lors de la 2e révolution industrielle figurent le procédé Bessemer de transformation du fer en acier, qui a permis la production d’acier à grande échelle, la dynamo qui a permis le remplacement de la vapeur par l’électricité et le moteur à combustion interne qui a permis aux grandes -utilisation à grande échelle du pétrole créant des conditions pour l’utilisation de ses dérivés dans l’automobile et, plus tard, dans les camions et les avions.
L’utilisation de l’essence comme carburant pour les véhicules à moteur n’a commencé qu’après l’invention des moteurs à combustion interne et la production automobile à grande échelle. L’automobile est devenue viable avec l’invention du moteur à combustion interne et la découverte que l’on pouvait utiliser le dérivé du pétrole, l’essence, comme carburant, qui a eu lieu à partir de 1876. Nikolaus August Otto, ingénieur et inventeur allemand, l’a inventé et construit le premier moteur à combustion interne à quatre temps et déterminé le cycle théorique sous lequel fonctionne le moteur à combustion, le cycle d’Otto bien connu. Par la suite, la demande de produits pétroliers, en particulier d’essence, a fortement augmenté dans les pays industrialisés. Le pétrole utilisé jusqu’alors uniquement pour obtenir du kérosène est devenu une source d’obtention d’essence. Quelques décennies plus tard, cette même tendance a transformé le diesel en un carburant utilisé dans les jeeps et les camions, et le mazout largement utilisé dans l’industrie après la Seconde Guerre mondiale.
L’utilisation de l’électricité à partir du XIXe siècle dans la production d’énergie
La 2e révolution industrielle était la continuation du processus de révolution dans l’industrie, à travers l’amélioration des techniques, la création de machines et de nouveaux moyens de production. Les progrès des connaissances scientifiques et technologiques ont permis l’utilisation de l’électricité et l’invention des machines électriques au XIXe siècle, ainsi que l’introduction des véhicules automobiles, qui ont jeté les bases de l’introduction de la société de consommation moderne, caractérisée par une intensité énergétique jamais vue auparavant dans l’histoire de l’humanité. C’est en 1913 aux États-Unis, avec l’industrie automobile pour fleuron, que la Seconde Révolution Industrielle s’est consolidée. Avec la 2e révolution industrielle, l’électricité est apparue comme un effort combiné de plusieurs ingénieurs et scientifiques, à commencer par la découverte de l’induction électromagnétique par Michael Faraday. Cela a abouti au travail de Thomas Edison, qui a non seulement conçu la première ampoule, mais a également construit une centrale électrique et un système électrique à courant continu en 1880 pour alimenter les clients du bas Manhattan, à New York.
Plus tard, dans les deux dernières décennies du XIXe siècle, la fameuse « guerre des courants électriques » a eu lieu entre le courant alternatif prôné par Nikola Tesla et George Westinghouse et le courant continu prôné par Thomas Edison. La différence entre le courant continu et le courant alternatif est que, alors qu’en courant continu, les électrons se déplacent dans une seule direction, le courant alternatif a des électrons qui changent constamment de direction. Si les électrons se déplacent dans un seul sens, ce courant est dit continu. Si les électrons changent constamment de direction, il s’agit de courant alternatif. Pour la distribution d’électricité, le courant électrique alternatif est nettement plus pratique que le courant continu, car il est beaucoup plus facile de changer la tension électrique en courant alternatif que la tension en courant continu.
Sur la base d’un travail avec des champs magnétiques rotationnels, Nikola Tesla a développé un système pour générer, transmettre et utiliser l’énergie électrique à partir de courant alternatif. Tesla s’est associé à George Westinghouse pour commercialiser ce système. La « guerre des courants électriques » a fini par privilégier le courant alternatif car il a l’avantage de pouvoir facilement baisser ou augmenter sa tension électrique grâce à des transformateurs, et la transmission à haute puissance est plus économique, car elle offre moins de pertes d’énergie. Les systèmes électriques déployés dans le monde ont commencé à s’en inspirer. Aujourd’hui, le courant alternatif est la norme pour les systèmes d’énergie électrique qui produisent de l’électricité à l’aide de centrales hydroélectriques et thermoélectriques conventionnelles et nucléaires, entre autres.
L’utilisation de l’énergie nucléaire à partir du 20e siècle dans la production d’énergie électrique
L’exploitation d’une centrale nucléaire dans la production d’électricité consiste à utiliser le réacteur nucléaire (la partie principale de la centrale) pour simplement faire bouillir de l’eau dont la vapeur est utilisée par un cycle thermodynamique pour déplacer un alternateur et produire de l’électricité. L’énergie nucléaire est obtenue à partir de la fission du noyau de l’atome d’uranium enrichi, libérant une grande quantité d’énergie. La transformation de l’énergie nucléaire en énergie électrique peut se produire de manière contrôlée dans un réacteur nucléaire grâce à la fission nucléaire de l’uranium en tant que principale application civile de l’énergie nucléaire. L’énergie électrique a été générée pour la première fois par un réacteur nucléaire le 3 septembre 1948 par le réacteur en graphite X-10 à Oak Ridge, Tennessee, États-Unis, en allumant une lumière électrique. Aujourd’hui, les États-Unis sont le pays qui compte le plus grand nombre de centrales nucléaires, avec un total de 104, représentant 18% de la matrice énergétique du pays. La France est en tête des pays les plus dépendants de ce type d’énergie, utilisant 80 % d’énergie nucléaire dans sa matrice énergétique.
Le principal avantage de l’énergie nucléaire est qu’elle permet d’éviter d’utiliser des combustibles fossiles comme le pétrole et le charbon dans la production d’électricité, ce qui est même défendu par certains écologistes car elle ne génère pas de gaz à effet de serre. Ces écologistes prônent un virage radical vers l’énergie nucléaire comme moyen de lutter contre le réchauffement climatique résultant de l’émission de gaz à effet de serre provenant des combustibles fossiles, notamment du pétrole. Par rapport à la production hydroélectrique, l’utilisation de l’énergie nucléaire a l’avantage de ne pas nécessiter l’inondation de vastes superficies pour la formation des lacs des réservoirs, évitant ainsi la perte de zones de réserves naturelles ou de terres agricoles, ainsi que le déplacement de communautés entières dans le zones qui sont inondées. Cependant, les centrales nucléaires présentent l’inconvénient lié au stockage définitif de leurs déchets (déchets atomiques) qui n’est pas résolu à ce jour et l’impossibilité d’éviter des accidents comme ceux qui se sont produits à Tchernobyl en 1986 et à Fukushima en 2011 qui, lorsque ils se sont produits, ont pris des dimensions catastrophiques.
Combustibles fossiles et changement climatique mondial
Il ne fait aucun doute que les activités humaines sur Terre provoquent des changements dans l’environnement dans lequel nous vivons. Bon nombre de ces impacts environnementaux proviennent de la production, de la manipulation et de l’utilisation de l’énergie avec l’utilisation de combustibles fossiles. La principale raison de l’existence de ces impacts environnementaux réside dans le fait que la consommation mondiale d’énergie primaire issue de sources non renouvelables (pétrole, charbon, gaz naturel et nucléaire) correspond à environ 88 % du total, avec seulement 12 % des sources renouvelables. Cette énorme dépendance vis-à-vis des sources d’énergie non renouvelables a entraîné, en plus du souci permanent de la possibilité d’épuisement de ces sources, l’émission de grandes quantités de dioxyde de carbone (CO2) et d’autres gaz à effet de serre dans l’atmosphère qui a établi un record en 2013 ayant été de l’ordre de 36,3 milliards de tonnes, soit environ 3,9 fois le montant émis en 1960 (9,3 milliards de tonnes).
Tout porte à croire que, si la tendance actuelle de la consommation énergétique se maintient, la part des énergies fossiles (pétrole, charbon et gaz naturel) dans la matrice énergétique mondiale atteindra 80 % en 2030. Le pétrole occupe une position dominante parmi les sources d’énergie utilisée. Le pétrole, le charbon et le gaz naturel sont, dans l’ordre, les sources d’énergie les plus utilisées aujourd’hui dans la consommation énergétique finale mondiale. Les pays industrialisés de l’OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques) sont les plus gros consommateurs d’énergie, suivis de la Chine, de la Russie et d’autres pays d’Asie. Selon l’Agence internationale de l’énergie, le pétrole et le charbon sont les principaux responsables des émissions de CO2 dans l’atmosphère dont les plus gros émetteurs sont les pays industrialisés de l’OCDE [Voir article AIE: mundo se encaminha para futuro energético insustentável (AIE : le monde avance vers un avenir énergétique non durable) publié sur le site <http://g1.globo.com/mundo/noticia/2011/11/aie-diz-que-mundo-se-encaminha-para-futuro-energetico-insustentavel.html>]. Si la tendance actuelle se maintient, il est très probable que d’ici 2025 le monde utilisera 75 % d’énergie en plus et que la majeure partie de celle-ci sera alimentée par le pétrole, le charbon, le gaz naturel et l’énergie nucléaire. C’est le scénario énergétique probable pour les 30 prochaines années, si la matrice énergétique mondiale actuelle est maintenue.
L’Agence internationale de l’énergie (AIE) a averti que “le monde se dirigera vers un avenir énergétique non durable” si les gouvernements n’adoptent pas de “mesures urgentes” pour optimiser les ressources disponibles. Pour l’AIE, d’ici 2035, un investissement mondial de 38 000 milliards de dollars US dans les infrastructures énergétiques serait nécessaire – les deux tiers dans des pays hors Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) – pour répondre à la demande croissante, 90 % pour approvisionner les pays émergents comme Chine et Inde. Quelles que soient les différentes solutions qui peuvent être adoptées pour éliminer ou atténuer les causes de l’effet de serre, l’action la plus importante est, sans aucun doute, l’adoption de mesures qui contribuent à l’élimination ou à la réduction de la consommation de combustibles fossiles dans la production d’énergie, ainsi que pour son utilisation plus efficace dans les transports, l’industrie, l’agriculture et les villes (habitations et commerce), étant donné que l’utilisation et la production d’énergie sont responsables de 57 % des gaz à effet de serre émis par l’activité humaine (Lashof, D.A. & Tirpak, D.A.orgs. Policy options for stabilizing global climate, Washington, DC, Environmental Protection Agency, 1989). En ce sens, il est essentiel de mettre en place un système énergétique durable.
Le futur système énergétique durable
Dans un système énergétique durable, la matrice énergétique mondiale ne devrait reposer que sur des sources d’énergie propres (hydroélectrique, solaire, éolienne, hydrogène, géothermique, marémotrice, houlomotrice et biomasse), et ne devrait donc pas reposer sur l’utilisation de combustibles fossiles (pétrole, charbon et gaz naturel). Jusqu’à ce que cette condition soit atteinte, la matrice énergétique mondiale devrait passer par une transition dans laquelle coexistent sources d’énergie renouvelables et non renouvelables, comme la proposition du Worldwatch Institute, qui préconise de diviser par deux la production mondiale de pétrole et de 90 % de charbon, tout en les sources d’énergie renouvelables devraient croître de près de 4 fois. D’ici 2030, les énergies renouvelables devraient représenter 70 % de la production énergétique totale de la planète. Pour optimiser les ressources énergétiques disponibles sur la planète, il est nécessaire de mettre en place un système énergétique durable à l’échelle mondiale. Les technologies sont déjà disponibles pour amorcer cette transition énergétique historique qui ne se produira qu’avec des changements fondamentaux de politique énergétique dans la grande majorité des pays [ALCOFORADO, Fernando. Energia no mundo e no Brasil (L’énergie dans le monde et au Brésil). Curitiba: Editora CRV, 2015. Page 31].
Selon le Worldwatch Institute, la première étape pour changer la politique énergétique dans le monde consiste à réorienter un grand nombre de politiques gouvernementales dans les pays afin qu’elles visent à atteindre les objectifs centraux d’efficacité énergétique et de réduction de l’utilisation des combustibles fossiles. Par exemple : récompenser l’acquisition de véhicules à moteur efficaces et de véhicules électriques avec des taxes réduites, encourager les alternatives de transport de masse à grande capacité sur rails comme le métro et les tramways pour remplacer l’automobile, mettre en place des chemins de fer pour remplacer l’utilisation des camions dans le transport de marchandises, restructurer les industries pour utiliser les énergies propres et renouvelables et augmenter les taxes sur les combustibles fossiles. Un système énergétique durable ne sera possible que si, en plus de l’abandon des combustibles fossiles, l’efficacité énergétique est également grandement améliorée. Avec le système énergétique durable, il est fort possible que le gaz naturel devienne, parmi les combustibles fossiles, la seule de ces ressources énergétiques à être utilisée à l’avenir. L’énergie nucléaire ne sera pas une source d’énergie importante dans un système énergétique véritablement durable. Cela est en grande partie dû aux accidents de Tchernobyl dans l’ex-Union soviétique et de Fukushima au Japon.
Quelles que soient les différentes solutions qui peuvent être adoptées pour éliminer ou atténuer les causes de l’effet de serre, la plus importante est sans aucun doute l’adoption, en phase de transition, de mesures qui contribuent à l’élimination ou à la réduction de la consommation des combustibles fossiles dans le production d’énergie, ainsi que pour son utilisation plus efficace dans les transports, l’industrie, l’agriculture et les villes (habitations et commerce), étant donné que l’utilisation et la production d’énergie sont responsables de l’émission de 57% des gaz à effet de serre émis par l’activité Humain. En ce sens, il est essentiel de mettre en place un système énergétique durable.
Conclusion
Pour ces raisons, l’humanité est actuellement confrontée au besoin urgent de remplacer les combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) par des sources d’énergie propres pour éviter le changement climatique catastrophique qui est admis avec le maintien de la politique énergétique actuelle, ainsi que comment adopter des mesures d’efficacité énergétique ou d’économie d’énergie pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles. L’énergie propre désigne toute source d’énergie qui n’émet pas de substances polluantes. C’est la définition la plus basique et la plus succincte de l’énergie propre. Sa production et sa consommation sont importantes pour la protection de l’environnement et l’amélioration de la qualité de vie des personnes.
Les sources d’énergie propre à utiliser de préférence sont l’hydroélectricité, le solaire, le vent, l’hydrogène, la géothermie, les marées, les vagues et la biomasse. Exceptionnellement, l’énergie nucléaire pourrait être utilisée comme source d’énergie, ce qui aurait des restrictions en raison des risques qu’elle représente, et le gaz naturel, car c’est l’énergie fossile la moins agressive pour l’environnement. Les sources d’énergie propre sont déjà une réalité partout dans le monde. L’avenir du secteur énergétique dans le monde passera nécessairement par l’utilisation de sources d’énergie propres. L’énergie propre est une alternative concrète pour faire face à la dégradation de l’environnement et à la mauvaise utilisation des ressources naturelles de la planète. L’utilisation d’énergies propres est, sans l’ombre d’un doute, le moyen rationnel de garantir la durabilité de la planète Terre pour les générations actuelles et futures.
Le passage de la matrice énergétique actuelle basée sur les énergies fossiles à celle qui envisage l’adoption d’une matrice énergétique basée sur les énergies propres nécessite l’optimisation des ressources énergétiques disponibles sur la planète, avec une production mondiale de pétrole réduite de moitié et de charbon de 90%, tandis que celle des sources d’énergie renouvelables augmenterait de près de 4 fois. Progressivement, la matrice énergétique mondiale évoluerait pour avoir dans sa composition la prédominance des énergies propres et renouvelables.
* Fernando Alcoforado, 81, a reçoit la Médaille du Mérite en Ingénierie du Système CONFEA / CREA, membre de l’Académie de l’Education de Bahia, ingénieur et docteur en planification territoriale et développement régional pour l’Université de Barcelone, professeur universitaire et consultant dans les domaines de la planification stratégique, planification d’entreprise, planification régionale et planification énergétique, il est l’auteur de ouvrages Globalização (Editora Nobel, São Paulo, 1997), De Collor a FHC- O Brasil e a Nova (Des)ordem Mundial (Editora Nobel, São Paulo, 1998), Um Projeto para o Brasil (Editora Nobel, São Paulo, 2000), Os condicionantes do desenvolvimento do Estado da Bahia (Tese de doutorado. Universidade de Barcelona,http://www.tesisenred.net/handle/10803/1944, 2003), Globalização e Desenvolvimento (Editora Nobel, São Paulo, 2006), Bahia- Desenvolvimento do Século XVI ao Século XX e Objetivos Estratégicos na Era Contemporânea (EGBA, Salvador, 2008), The Necessary Conditions of the Economic and Social Development- The Case of the State of Bahia (VDM Verlag Dr. Müller Aktiengesellschaft & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2010), Aquecimento Global e Catástrofe Planetária (Viena- Editora e Gráfica, Santa Cruz do Rio Pardo, São Paulo, 2010), Amazônia Sustentável- Para o progresso do Brasil e combate ao aquecimento global (Viena- Editora e Gráfica, Santa Cruz do Rio Pardo, São Paulo, 2011), Os Fatores Condicionantes do Desenvolvimento Econômico e Social (Editora CRV, Curitiba, 2012), Energia no Mundo e no Brasil- Energia e Mudança Climática Catastrófica no Século XXI (Editora CRV, Curitiba, 2015), As Grandes Revoluções Científicas, Econômicas e Sociais que Mudaram o Mundo (Editora CRV, Curitiba, 2016), A Invenção de um novo Brasil (Editora CRV, Curitiba, 2017), Esquerda x Direita e a sua convergência (Associação Baiana de Imprensa, Salvador, 2018), Como inventar o futuro para mudar o mundo (Editora CRV, Curitiba, 2019) et A humanidade ameaçada e as estratégias para sua sobrevivência (Editora Dialética, São Paulo, 2021).
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