Équation de Kaya

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L'équation de Kaya relie les émissions anthropiques de dioxyde de carbone (CO2) à des paramètres d'ordre démographique, économique et énergétique. Le niveau total d'émission peut s'exprimer comme le produit de quatre facteurs : la population, le PIB par habitant, l'intensité énergétique et le contenu en CO2 de l'énergie consommée. Elle est utilisée pour analyser ou simuler l'évolution des émissions mondiales de CO2 dans le cadre des politiques de lutte contre le réchauffement climatique.

Présentation[modifier | modifier le code]

L'équation de Kaya est l'application aux émissions de CO2 des équations génériques I = PAT (en) qui visent à relier un impact sur l'environnement aux facteurs P (Population), A (Richesse (Affluence en anglais) et T (Technologie)[1],[2]. Elle a été développée par Yoichi Kaya, un économiste de l'énergie japonais[3].

Elle s'écrit :

avec :

  • CO2 : émissions anthropiques mondiales de CO2 ,
  • POP : population mondiale,
  • PIB : PIB mondial,
  • E : consommation d'énergie primaire mondiale

et :

  • PIB / POP : PIB par habitant. C'est une mesure du niveau de vie moyen.
  • E / PIB : intensité énergétique du PIB. C'est la quantité d'énergie qu'il faut utiliser pour produire un euro de biens ou services.
  • CO2 / E : contenu en CO2 de l'énergie. C'est la quantité de CO2 qu'il faut émettre pour disposer d'une quantité d'énergie donnée. Il dépend de la part des diverses sources d'énergie dans la consommation mondiale. Pour le faire baisser, il faut augmenter la part des énergies "sans carbone".

On peut vérifier la cohérence (validité) mathématique de cette équation en simplifiant les termes jusqu'à obtenir :

Utilisation[modifier | modifier le code]

L'équation de Kaya est utilisée par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) pour analyser l'évolution des émissions de CO2. Ainsi, dans son rapport de 2014, le GIEC montre que la forte hausse de la croissance annuelle des émissions de CO2 sur la période 2000-2010 (2,4 %/an) par rapport aux décennies précédentes résulte d'une forte progression du PIB mondial par habitant, de la poursuite de la croissance de la population et d'un ralentissement de l'amélioration de l'intensité énergétique du PIB. D'autre part, du fait de l'utilisation accrue du charbon, la tendance à la baisse du contenu en CO2 de l'énergie qui avait été observée sur les décennies précédentes s'est inversée[4].

Taux d'évolution annuelle des termes de l'équation de Kaya (1970-2010)[4]
1970-1980 1980-1990 1990-2000 2000-2010
CO2 +2,3% +1,4% +1,1% +2,4%
POP +1,5% +1,6% +1,3% +1,1%
PIB/POP +1,8% +1,0% +1,3% +2,1%
E/PIB -0,9% -0,8% -1,4% -1,0%
CO2/E -0,1% -0,4% -0,2% +0,2%

En France, l'équation de Kaya a été popularisée par Jean-Marc Jancovici qui l'a utilisée pour montrer les contraintes qui pèsent sur la réduction des émissions de CO2. Ainsi, si la croissance de la population et du niveau de vie se poursuit au rythme actuel (2010), le PIB mondial sera multiplié par 3 d'ici à 2050 :

  • POP : x 1,33 en 40 ans
  • PIB/POP : + 2% par an, soit x 2,2 en 40 ans

Pour diviser par 3 les émissions de CO2 à cet horizon, il faudrait donc diviser par 9 l'ensemble des deux autres termes de l'équation, intensité énergétique du PIB et contenu en CO2 de l'énergie. Or, au vu de leur évolution actuelle, une division par 9 n'est pas réaliste. Il en conclut que la division par 3 des émissions de CO2 « a toutes les chances (si l'on peut dire) de provenir d'une baisse des termes POP et/ou PIB/POP, et cela sera d'autant plus vrai que nous aurons tardé à prendre le taureau par les cornes pour "décarboner l'économie" »[5].

Équation simplifiée[modifier | modifier le code]

Des formes simplifiées de l'équation de Kaya sont parfois utilisées, comme celle-ci :

où CO2 / PIB est l'intensité carbone de l'économie.

Elle est utilisée par le cabinet PricewaterhouseCoopers dans ses rapports "Low carbon economy index", qui alertent sur le rythme insuffisant de décarbonation de l'économie si l'on veut éviter de dépasser l'objectif de réchauffement global de 2 °C fixé par la conférence de Copenhague de 2009 sur le climat[6].

Quelques ordres de grandeurs[modifier | modifier le code]

  • Émissions de CO2 : 34,8 Gt en 2011. Elles ont augmenté de 6,8 Gt sur la décennie 2000-2010, soit un rythme moyen de + 2,4% par an[7].
  • Population mondiale : 7,5 milliards en 2015, 7 à 16 milliards en 2100 selon les scénarios. La contribution de la croissance démographique à l'augmentation des émissions de CO2 a été de 3,2 Gt sur la décennie 2000-2010.
  • Intensité énergétique du PIB : 0,16 tep par millier de dollars (PPA) en 2012. Elle dépend des zones économiques : 0,13 dans l'OCDE, 0,22 en Chine, 0,29 dans l'Europe hors OCDE et l'Eurasie[8].
  • Contenu en CO2 de l'énergie consommée (en kg équivalent carbone par tep)[5] :
    • 1120 en moyenne pour le charbon
    • 850 pour les produits pétroliers
    • 650 pour le gaz naturel
    • 10 à 50 pour les énergies renouvelables (selon la quantité et la source d'énergie consommée pour récolter, construire...), sauf photovoltaïque dépassant 300 (données et technologie de 2005, ce chiffre étant en baisse rapide)

Critiques[modifier | modifier le code]

Le GIEC souligne les limites de l'équation de Kaya, dont les termes ne constituent pas les causes premières des émissions de CO2 et ne sont pas indépendants les uns des autres. Ainsi le niveau de vie a une influence sur le taux de natalité. Il met en garde également contre une analyse au niveau global du fait de la grande hétérogénéité des régions du monde, avec des évolutions très différentes des quatre facteurs selon les régions. Le GIEC conclut qu'en l'état actuel des connaissances, il est impossible de faire des prévisions d'émissions de CO2[1].

D'autres exemples de non indépendance des paramètres sont également rapportés, comme le fait que l'efficacité énergétique peut conduire à une augmentation des émissions de GES (effet rebond)[9].

Il est également reproché à l'équation de Kaya de ne pas refléter les interactions complexes au sein du cycle du carbone, ni l'impact de stratégies de stockage du CO2 dans le bois[9].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b « Emissions Scenarios », sur GIEC (consulté le 28 janvier 2015)
  2. (en) P. E. Waggoner et J. H. Ausubel, « A framework for sustainability science: A renovated IPAT identity », PNAS, vol. 99, no 12,‎ , p. 7860 (lire en ligne)
  3. (en) Yoichi Kaya et Keiichi Yokobori, Environment, energy, and economy : strategies for sustainability : Tokyo conference on Global Environment, Energy and Economic Development (1993), United Nations Univ. Press, Tokyo, , 381 p. (ISBN 9280809113)
  4. a et b « Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Summary for policy makers. Fig. SPM.3, p. 9 », sur GIEC (consulté le 28 janvier 2015)
  5. a et b L'équation de Kaya
  6. Eric Lombard, « Limiter le réchauffement climatique à 2 °C : mission impossible ? », sur Ouvertures, (consulté le 3 avril 2015).
  7. Cinquième Rapport d'évaluation du GIEC. Les éléments scientifiques. Résumé à l'intention des décideurs, p. 12. Il s'agit des émissions dues à l’utilisation de combustibles fossiles et à la production de ciment, hors changement d'utilisation des sols
  8. « Key World Energy Statistics 2014, p. 48 », sur AIE (consulté le 28 janvier 2015)
  9. a et b (en) Duane Pendergast, « Kyoto and Beyond: Development of Sustainable Policy », sur www.computare.org, (consulté le 3 avril 2015)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]