La difficile estimation du pic des métaux

Dans une étude récente, l’ingénieur pétrolier Jean Laherrère, connu pour avoir popularisé la notion de pic pétrolier, s’est attaqué à l’épineuse question du pic des métaux. Ses conclusions, admet-il lui-même, doivent être manipulées avec prudence, parce que les réserves mondiales de métaux demeurent mal connues et que les rares sources disponibles tendent à se contredire. Le principal intérêt de cette étude consiste au final à voir l’auteur confronter les données et les soumettre à son jugement critique.

Le projet de Jean Laherrère semblait simple au départ : réaliser une linéarisation de Hubbert pour plusieurs métaux stratégiques afin de déterminer la date de leur pic de production, puis le taux de déclin par la suite. Cette méthode empirique est utilisée avec succès pour prédire l’évolution de la production pétrolière. Elle consiste, en résumé, à reporter le taux de croissance de la production d’une ressource sur une courbe normale (au sens statistique du terme) pour déterminer le moment le plus probable du pic de production. En associant cette donnée à la quantité ultimement récupérable (l’ultime, la quantité totale qui sera produite sur la totalité du cycle de vie d’une ressource) il est possible de déterminer le niveau de production au sommet, puis le rythme annuel de déclin de la production par la suite.

Le chercheur s’est toutefois heurté à de sérieux problèmes de disponibilité des données, qu’il détaille dans son étude. D’abord, il n’existe pour ainsi dire que deux sources dans le monde : le USGS (US Geological Suvery) et le BGS (British Geological Survey). Non seulement leurs données ne s’accordent pas toujours, mais en plus elles ont parfois été révisées de manière brutale. Autre problème : il n’existe pas de statistiques sur de très longues durées, les tableaux publiés ne couvrant que les dernières années.

De plus, on ne sait pas toujours très bien ce que couvrent les données de production. Dans le cas de l’aluminium, par exemple, les données couvrent parfois le minerai de base, la bauxite, parfois le concentré prêt au raffinage, l’alumine, et parfois l’aluminium fini lui-même. De plus, il est difficile de déterminer quelle est la part de l’aluminium recyclé dans la production mondiale d’aluminium. Il semblerait que le recyclage de tout l’aluminium immobilisé dans ses divers usages couvrirait 24 ans de consommation au niveau actuel.

Dans d’autres cas, c’est le caractère cyclique de l’industrie qui pose problème. La production mondiale de chrome, par exemple, a varié abruptement ces dernières années. Ceci rend la tendance difficile à discerner et la date du pic ou l’ultime difficile à établir. Pour certains métaux, Jean Laherrère a étudié séparément deux, voire trois hypothèses.

L’ultime pose aussi des problèmes importants, parce que l’on continue de découvrir de nouveaux gisements. Et les agences géologiques posent des hypothèses sur les découvertes qui ne tiennent pas toujours la route. Dans l’étude Limits to Growth (Meadows et al.) de 1972, par exemple, on estimait l’ultime du chrome à 775 Mt (millions de tonnes). En 1994, le USGS avait révisé l’ultime à 3 700 Mt. Les réserves, qui étaient estimées à 3 600 Mt en 2010, ont été révisées à la baisse à 810 Mt en 2011. Laherrère choisit finalement, un peu arbitrairement, un ultime de 2 000 Mt. Les réserves américaines de fer subissent un sort comparable : en 2015, elles sont brutalement révisées de 11,5 à 3 Gt.

Le fer et l’acier posent d’autres problèmes. La production de fer est parfois exprimée en tonnes de minerai, mais parfois aussi en quantité de fer dans ledit minerai (qui n’est jamais pur à 100 %). La production ne fer ne correspond pas très bien non plus à la production d’acier. Le chercheur présume, mais sans en détenir la preuve formelle, que c’est parce que le fer recyclé est souvent transformé en acier durant le processus. L’acier est aussi directement recyclé. De 1960 à 2002, on produisait 1,2 fois plus de fer raffiné que d’acier. Mais en 2014, la production de fer était devenue deux fois celle de l’acier : une autre anomalie difficile à expliquer.

Dans le cas de l’uranium, l’ultime varie énormément selon les sources, mais le pic de 1981 ne semble pas devoir être dépassé et selon Laherrère, l’offre d’uranium ne répondra vraisemblablement plus à la demande dès 2040.

Pic des métaux

Voici le tableau, compilé d’après l’étude de Jean Laherrère. Tous ces chiffres sont à prendre avec un grain de sel, en raison de l’insuffisance des données utilisées. Dans certains cas, plusieurs hypothèses sont étudiées et dans d’autres cas (les terres rares, par exemple) les chiffres avancés sont carrément spéculatifs. L’auteur est explicite sur le niveau de confiance qu’il accorde à ses calculs sur les divers métaux – l’imprécision reflète nos connaissances fragmentaires sur la question.

Le chercheur n’est pas toujours très explicite sur les taux de déclin annuels une fois le pic dépassé, mais ils semblent être de l’ordre de 2 à 3 % en général. Un taux de 2 % correspondrait à une production qui se diviserait par deux tous les 36 ans et un taux de 3 %, tous les 24 ans. On parle toutefois de production de métaux neufs : un meilleur recyclage, là où est possible, atténuerait cette chute. La fin de l’étude comporte aussi une section sur le déclin de la teneur des minerais et sur la quantité croissante d’énergie nécessaire à leur extraction.

On pourrait objecter que de nouveaux gisements ou de nouvelles technologies pourraient repousser la date des divers pics, mais dans un contexte où la demande en métaux croît d’année en année, un ultime plus élevé ne change pas fondamentalement la donne. Si l’ultime double, par exemple, la date du pic est retardée de 14 ans si la demande croît de 5 % par année. Si la demande croît de 10 % par année (un taux possible avec des métaux en forte demande, comme le lithium ou le cobalt) l’échéance n’est retardée que de sept ans. Le problème se situe donc plus au niveau de la consommation que des réserves.

Jean Laherrère conclut aussi que la transition énergétique se heurtera tôt ou tard à la question des métaux. Il serait, à mon avis, exagéré, d’y voir une contrainte absolue. Il est clair que la déplétion minérale forcera à faire des choix. On pourrait, par exemple, décider de sacrifier la voiture individuelle et une partie des réseaux informatiques pour orienter les ressources en priorité vers la production d’énergie. Un choix peut-être moins difficile qu’il n’y paraît, parce que sans électricité abondante, la voiture électrique et les réseaux informatiques n’ont plus beaucoup de sens.

En résumé, donc, les données de cette étude sont à manipuler avec une grande prudence, de l’aveu même de son auteur. L’intérêt de ce travail réside plus dans l’analyse des données disponibles, de leurs limites et de leurs contradictions. On comprend mieux, à sa lecture, pourquoi les chiffres publiés ici et là sur la déplétion des métaux apparaissent confus et contradictoires et pourquoi tant de chercheurs hésitent à se commettre sur la question. On penserait qu’il existe de solides statistiques mondiales sur un enjeu aussi sérieux, mais ce n’est hélas pas le cas. Un effort international pour combler cette lacune serait très utile.

Source :

Jean Laherrère, World Metals peaks, 22 mai 2021.

Le faible facteur de charge du nucléaire français

Le facteur de charge des réacteurs nucléaires français est sensiblement plus bas que celui de la plupart des autres pays ayant recours à la puissance de l’atome. Le tableau ci-dessous résume les données des pays dont le facteur de charge est public. Le cas français est difficile à expliquer. Les hypothèses les plus souvent avancées sont fragiles et de plus, le facteur de charge est en déclin rapide. Continuer la lecture de « Le faible facteur de charge du nucléaire français »

Une nouvelle étude établit l’EROEI du solaire entre 20 et 52 pour 1

Le taux de retour énergétique (EROEI) de l’énergie solaire serait compris entre 22 et 52 pour 1, selon le niveau d’ensoleillement du site. Ce sont là les résultats d’une nouvelle étude américaine publiée le 1er juin dans la revue Progress in Photovoltaics. Ces chiffres corroborent ceux de l’étude de l’Institut Fraunhofer, en Allemagne, dont ce blogue a rendu compte en mai. L’étude américaine présente ses calculs de manière plus détaillée que la précédente et montre à quel point l’amélioration des techniques de fabrication des panneaux solaires contribue à ces étonnants gains de rendement. Continuer la lecture de « Une nouvelle étude établit l’EROEI du solaire entre 20 et 52 pour 1 »

Le taux de retour énergétique du solaire atteindrait jusqu’à 45 pour 1

Un rapport du réputé Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires, publié en Allemagne en septembre 2020, conclut que le taux de retour énergétique (EROEI ou EROI, en anglais) des parcs de panneaux photovoltaïques (PV) européens oscille entre 16 et 19 pour 1. En Inde, où le soleil est abondant, ce rapport atteindrait le niveau prodigieux de 45 pour 1. Ceci rendrait cette forme d’énergie bien plus productive que le pétrole. Le rapport contient une foule d’informations sur l’évolution récente de la technologie PV, qui permet d’expliquer cette forte progression de l’EROEI.

Le rapport de l’Institut s’intéresse au temps de retour énergétique (en anglais : Energy payback time, ou EPBT), qu’on peut définir comme la période de temps nécessaire à un système de production d’énergie pour générer la quantité d’énergie utile consommée pour sa fabrication – autrement dit, en combien de temps le système rembourse-t-il son coût énergétique. Sachant ensuite combien de temps le système est censé durer, une simple règle de trois permet de calculer l’EROEI sur le cycle de vie de l’équipement.

Fraunhofer PV 1

Dans le cas du solaire en Sicile, qu’il propose en exemple, l’Institut Fraunhofer calcule qu’un parc solaire construit en 2019 aurait remboursé son coût énergétique en 1,07 année. Il considère aussi que ce parc va durer 20 ans, ce qui est assez conservateur, puisque les panneaux sont garantis pour 25 ans et qu’ils pourraient fonctionner 30 ans ou plus. Retentir le chiffre de 20 ans permet de tenir compte de la perte de rendement progressive du système et de coût (toutefois très faible) de démantèlement. Bref, si un panneau se rembourse en 1,07 année en Sicile, il produira 18,7 fois son coût énergétique en 20 ans soit un EROEI de 18,7 pour 1. Et si on utilise des panneaux européens de meilleure qualité que le matériel chinois, l’EPBT passe à 0,97 année, soit un EROEI de 20,6 pour 1.

EROEI PV

Le rapport offre des données d’EPBT pour une variété de pays. Cette valeur varie principalement en fonction de l’ensoleillement de chaque pays, mais la qualité des installations électriques des parcs locaux joue aussi, le plus souvent en faveur des pays industrialisés. J’ai monté le tableau ci-dessus pour montrer l’EROEI correspondant. Il est à noter que ces données valent pour le PV chinois, de loin le plus courant. Avec des panneaux européens ou nord-américains, l’EROEI serait de 5 à 10 % plus élevé, atteignant le niveau fantastique de 50 pour 1 en Inde.

Pourquoi cette différence avec les données existantes?

Il existe beaucoup de chiffres très bas sur l’EROEI du PV, souvent compris entre 6 et 10. Ces chiffres devraient être pris avec un grain de sel, pour trois raisons :

1. Beaucoup de ces calculs sont déjà anciens (plus de cinq ans) et se fondent sur le retour d’expérience de parcs PV plus anciens encore, âgés de 10 à 15 ans, voire plus. Au rythme actuel d’évolution de cette technologie, ces données sont totalement périmées. Le rapport de l’Institut Fraunhofer se base sur des données de 2019.

2. Beaucoup d’études anciennes faisaient énormément appel aux données des parcs allemands ou britanniques, qui sont en place depuis longtemps, mais qui occupent des sites à faible ensoleillement, ce qui fausse les données. Les retours d’expérience plus récents venus de pays tropicaux montent mieux le plein potentiel de cette technologie.

3. Beaucoup d’études ajoutent des coûts énergétiques au PV pour tenir compte de l’installation de batteries ou d’autres systèmes visant à gérer l’intermittence. Ces ajouts, en plus d’être souvent arbitraires, transforment l’EROEI standard au point de production en EROEI étendu ou en EROEI au point d’utilisation, qui sont des mesures différentes. De plus, pour faire des comparaisons justes avec le pétrole, par exemple, il faudrait inclure le coût énergétique du transport par pétrolier, du raffinage et de la distribution vers les points de vente, ce qui n’est jamais fait.

Pourquoi le rendement énergétique du PV est-il en hausse?

Le rapport de l’Institut Fraunhofer contient une foule de données intéressantes sur l’évolution de la technologie photovoltaïque depuis dix ans. Par exemple, si le rendement des cellules n’a pas beaucoup progressé en conditions de laboratoire, depuis dix ans, le rendement moyen des cellules déployées sur le terrain (conversion de la lumière en électricité, à ne pas confondre avec le facteur de charge) est passé de 12 à 17 %. Cette hausse de production se reflète directement sur l’EROEI.

Par ailleurs, la fabrication des panneaux est également devenue moins énergivore. En 2007, une cellule PV au silicium exigeait 16 grammes de matériaux par watt de puissance. En 2019, ce chiffre n’était plus que de 4 grammes par watt. De plus, la performance interne des systèmes PV s’est améliorée. Avant l’an 2000, les pertes réduisaient leur rendement à 70 % environ. De nos jours, le rendement oscille entre 80 et 90 %. La technologie des onduleurs s’est perfectionnée elle aussi.

Fraunhofer PV 2

Données sur le déploiement

Le rapport fournit aussi une foule de données sur la production et le déploiement de l’énergie solaire dans le monde. Je me contenterai ici d’en reproduire deux. Le premier graphique représente le lieu de production des panneaux solaires dans le monde. On voit qu’avant 2005, la majorité des panneaux solaires étaient produits au Japon, en Europe et, dans une moindre mesure, aux États-Unis. Sans surprise, on constate que la Chine et Taïwan ont pris le relais depuis, bien que le « reste du monde » (Rest of the world, ROW) soit en progression depuis peu.

Fraunhofer PV 3

L’autre graphique montre, année par année, le déploiement cumulatif par région du monde. Comme l’Institut Fraunhofer est un organisme allemand, il compile les données allemandes à part de celles du reste de l’Europe. Ceci se justifie compte tenu de leur importance. Le graphique montre un progrès des déploiements qui est soutenu sans être explosif. Il montre aussi un déploiement actuellement beaucoup plus rapide en Chine et dans le « reste du monde » que dans les pays occidentaux et le Japon.

Au final, ce rapport comptant 50 fiches est une mine d’informations récentes dans un format facile à consulter.

Source :

Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE with support of PSE Projects GmbH, Photovoltaics Report, 16 septembre 2020.

Électrifier les autoroutes?

Une étude publiée le 20 mai par la Chaire de gestion de l’énergie de HEC Montréal étudie la pertinence d’électrifier les autoroutes 20 (au Québec) et 401 (en Ontario) sur les 1 137 km du corridor Windsor-Rivière-du-Loup. L’idée est d’installer des fils au-dessus des voies, permettant aux camions lourds de s’alimenter en électricité à la manière d’un tramway ou d’un trolleybus. L’étude se penche sur les coûts financiers d’une telle installation, de même que sur les émissions de gaz à effet de serre qui pourraient être évités grâce à elle. Continuer la lecture de « Électrifier les autoroutes? »

Net-Zero America : le plan qui cherche à concilier carburants fossiles et neutralité carbone

Le rapport Net-Zero America, publié en décembre 2020, est actuellement le modèle le plus en vue de transition vers une économie américaine décarbonée. Il s’agit notamment l’une des principales sources d’inspiration de l’administration Biden. C’est de toute évidence en travail soigné, qui présente l’originalité de non seulement faire une liste d’équipements nécessaires, mais de les placer sur une carte, pour en montrer la distribution spatiale. Toutefois, ce genre de plan dépend largement des hypothèses de départ, qui sont ici très optimistes. Est-il vraiment raisonnable d’espérer zéro émissions nettes avec un mix énergétique reposant encore jusqu’à 38 % sur les carburants fossiles? Continuer la lecture de « Net-Zero America : le plan qui cherche à concilier carburants fossiles et neutralité carbone »

La Russie aurait passé son pic pétrolier en 2019

Un document de stratégie du ministère russe de l’Énergie reconnaît qu’il est peu probable que la Russie retrouve un jour son niveau de production pétrolière de 2019. Autrement dit, le pétrole russe aurait passé son pic. La reprise de la production s’annonce lente et partielle, avant de repartir à la baisse quelque part entre 2029 et 2035. Continuer la lecture de « La Russie aurait passé son pic pétrolier en 2019 »

Le prix du rhodium a triplé depuis l’été 2020

Le prix du rhodium a triplé depuis l’été dernier. Il se vendait alors moins de 10 000 dollars l’once troy (31,1 grammes). Depuis la fin de mars, son prix atteint environ 30,000 dollars l’once, soit près de mille dollars le gramme. C’est un record de tous les temps pour ce métal aux usages très spécialisés, dont la production satisfait de moins en moins la demande croissante. C’est aussi un métal d’intérêt pour l’industrie de l’hydrogène. Continuer la lecture de « Le prix du rhodium a triplé depuis l’été 2020 »

Bassin Permien : un déclin annoncé

Un graphique publié aujourd’hui par The Energy Bulletin Weekly illustre la montée fulgurante des forages horizontaux et de la production de pétrole de schiste dans le bassin Permien, au Texas. Mais il montre aussi les lents effets de la déplétion pétrolière sur le nombre de puits depuis 2015 et donne une mesure de ceux de la pandémie sur la production dans cette région. Bien que le recul de la production soit assez modeste en quantité, ce coup de frein très brusque suggère que cette région a dépassé son pic. Continuer la lecture de « Bassin Permien : un déclin annoncé »

Les émissions de CO2 repartent à la hausse en dépit de la pandémie

L’année 2020 a été marquée par une diminution des émissions de CO2 jamais vue depuis la Deuxième Guerre mondiale – en moyenne, sur l’ensemble de l’année. Hélas, selon un récent rapport de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) cette baisse a été de courte durée et fortement concentrée sur le début de la pandémie, au printemps. Elle s’était complètement résorbée dans les économies émergentes dès la fin de l’été. En décembre 2020, malgré une reprise plus lente dans les pays industrialisés, les émissions mondiales dépassaient déjà de 2,1 % le niveau de 2019. Le répit aura donc été de courte durée et sans conséquences durables. Continuer la lecture de « Les émissions de CO2 repartent à la hausse en dépit de la pandémie »