La physique moderne est en mesure de décrire le développcment de l'univers, sur la hase d'hypothèses bien vérifiées avec une précision chronométrique, à partir de 10 milliardièmes de milliseconde après le «big-bang». Une performance impressionnante de la rationalité techno-scientifique! Les premiers instants, ainsi que les forces qui conduisirent à la «création» restent dans l'obscurité. La sience ne peut que spéculer, pour l'instant.

Ce que nous savons, c'est que la lumière d'abord, «et la lumière fut», sous forme de photons, abandonna la bouillie matière-énergie originaire en violente expansion. Du plasma de quarks, qui après une microseconde avait une température de 10'000 milliards de degrés, se formèrent les particules élémentaires et après une heure les atomes d'hydrogène et d'hélium. Aujourd'hui encore, après environ 15 milliards d'années d'expansion, l'univers est constitué en grande partie de ces deux éléments.

En d'innombrables sites de l'univers, un processus d'évolution physico-chimique démarra, aléatoire dans son déroulement, mais évidemment marqué par les propriétés de la matière-énergie. Par des phénomènes d'instabilité quantique, qui provoquèrent des oscillations de densité de la matière, un processus de condensation eut lieu. Il engendra la formation d'atomes lourds et de molécules à partir des atomes légers et la formation de galaxies. De molécules simples on parvint à des molécules toujours plus complexes et enfin, en certains lieux de l'univers, à des molécules organiques. Du moins en un endroit, sur la terre (nous n'en savons pas plus pour l'instant), ces molécules atteignirent un degré de complexité suffisamment élevé pour se reproduire et ainsi donner lieu à la vie.

Manifestement l'évolution est l'expression de l'impulsion innée de l'univers vers la complexité. Prigogine [1] et d'autres ont montré avec la thermodynamique de non-équilibre, la compatibilité de cette tendance avec les lois de la thermodynamique classique (entropie croissante).

L'autotransformation par adaptation à un environnement en évolution est dans ce contexte le caractère fondamental des écosystèmes. Elle ne peut aller qu'en deux directions opposées:

Les causes de la dégradation de l'environnement sont multiples et interconnectées. L'explosion démographique, liée à la révolution industrielle et au progrès de la médecine, en est certainement la plus importante. Le développement industriel et agro-industriel ainsi que les moyens chimiques qui l'accompagnent en sont une autre. Enfin le besoin croissant d'énergie étroitement lié à notre civilisation technique nous a amenés à une utilisation exagérée des ressources fossiles contraire à toute logique exergétique. Comme l'exprime Sylvie Ferrari [3], c'est «l'efficacité exergétique qui devrait orienter les choix technologiques» et ainsi «préserver à la fois la pérennité des ressources et la qualité de l'environnement». L'économie dominante n'a pas su pour l'instant intégrer les aspects écologiques et ne permet pas encore ce qu'on appelle un développement soutenable ou durable.

Science, technique, marché sont trois aspects presque indissolubles d'une société industrialisée moderne. Le bien-être matériel incomparable atteint  au cours de ce dernier siècle, du moins par une part de l'humanité, a certainement comme moteur la science. Ce sont les sciences qui sont à la source des révolutions technologiques, nous servent d'orientation pour gérer les problèmes sociaux et économiques et nous ouvrent les yeux sur l'avenir.

La technique, fécondée continuellement par la science, et fécondant à son tour cette dernière en lui livrant des outils toujours plus sophistiqués, cette technique, déchaînée par l'économie de marché, est créatrice constante de progrès matériel. La forte augmentation de productivité, étroitement liée à l'innovation technique, a apporté aux pays industrialisés une multitude de biens et de services, accessibles aux masses, inimaginable il y a un siècle. L'envers de la médaille est l'usage indiscriminé des ressources et les énormes quantités de déchets qui l'accompagnent, avec l'impact sur l'environnement et les problèmes de recyclage bien connus.

Le marché est libre, l'offre et la demande le déterminent. Mais ce sont les conditions cadre fixées par les institutions qui dirigent cette liberté. La liberté n'est vraie liberté que si elle entraîne la responsabilité éthique qui transcende les égoïsmes de parti et vise le Tout, comme le disait déja il y a un siècle le philosophe italien Benedetto Croce [4], l'un des pères du libéralisme. Cette liberté est donc strictement liée au principe éthique exprimé par Emanuel Kant. C'est aussi ce que répète de manière plus actuelle et incisive le philosophe allemand Hans Jonas [5], en se référant particulièrement à la responsabilité face à l'avenir. Responsabilité d'autant plus pressante, que les moyens techniques de l'homme d'influencer l'avenir deviennent toujours plus puissants.

L'impact de la technique sur l'environnement nous impose de raisonner à moyen et à long terme. Malheureusement la notion d'utilité marginale à court terme, bien chère à tout entrepreneur (particulièrement en périodes de basse conjoncture), est nettement favorisée actuellement par nos institutions, et continue ainsi à déterminer la plupart des actions économiques, même si elles ont des conséquences graves à moyen et long terme. Les conditions qui régissent la formation des prix sur le marché dit libre de l'énergie et d'autres produits, ne tiennent pas compte du tout ou insuffisamment de la protection de la biosphère. Voilà un problème sérieux que le contexte politico-économique international n'a pas encore abordé au niveau pratique. Pourquoi attendre une comptabilisation toujours plus exacte des coûts externes socio-environnementaux (ou est-ce un  alibi?) et ne pas appliquer pour l'instant ce qu'on connaît (selon le principe «learn by doing»), qui suffirait à mettre en route un processus de transformation, peut-être imparfait, mais qui aurait l'avantage d'aller dans la bonne direction sans perdre de temps.

Limitons-nous par la suite à l'énergie. La situation de notre environnement nous impose:

a) l'utilisation la plus rationnelle possible de tout agent énergétique, et en particulier des énergies fossiles. qui entraînent:
- les phénomènes bien connus de la pollution de l'air et de l'eau avec toutes leurs conséquences néfastes pour la santé de la biosphère;
 

b) la substitution aux agents énergétiques polluants (charbon et pétrole) d'abord d'autres agents énergétiques moins dangereux (tels que le gaz naturel ou l'énergie nucléaire) et ensuite des énergies renouvelables (essentiellement l'énergie solaire).

L'énergie est en grande partie un bien d'investissement ou un bien de consommation de première nécessité (comme p.ex. la chaleur confort). Elle est ainsi soumise au lois de la compétitivité. Selon les lois du marché l'utilisation deviendrait automatiquement plus rationnelle, et la substitution plus facile, si le prix de l'énergie fossile augmentait. Malheureusement, après les sursauts de 1973 et 1980, le prix du pétrole est tombé aujourd'hui à un niveau identique ou même inférieur à celui d'avant la crise de 1973. Il ne semble pas qu'un changement intervienne prochainement, vu qu'il n'y aura pas de pénurie d'énergies fossiles pour les décennies à venir et vu les problèmes économiques auquels doivent faire face les pays producteurs de pétrole, qui par conséquent inondent le marché avec le seul produit leur apportant des devises. A ce niveau les soucis écologiques sont pratiquement inexistants.

Le manque de stimulation économique pour transformer notre économie énergétique freine le progrès, rend difficile la marche vers un système énergétique durable qui respecte l'environnement. Ceci est d'autant plus regrettable que plusieurs énergies renouvelables, comme par ex. l'utilisation de la chaleur ambiante à l'aide de pompes à chaleur et l'utilisation thermique du rayonnement solaire, pourraient être compétitives.

Analysons plus en détail le flux d'énergie [6]. Nous distinguons:
- l'énergie primaire, c'est-à-dire les agents énergétiques tels qu'ils sont mis à notre disposition par la nature. Les plus importants sont: les énergies fossiles (il s'agit d'énergie solaire stockée il y a des millions d'années), les matières fissiles, la chaleur géothermique, l'énergie solaire actuelle sous ses différentes variétés telles que l'énergie hydraulique, l'énergie accumulée par l'ambiant sous forme de chaleur, l'énergie de la biomasse, l'énergie éolienne et le rayonnement solaire.
- l'énergie finale, c'est-à-dire l'énergie que la technique met à disposition de l'homme sous différentes formes. Certaines énergies primaires peuvent être utilisées directement (p.ex. charbon, gaz naturel, rayonnement solaire). 

Il faut bien relever que, en Suisse par exemple, l'énergie utile ne représente qu'environ 55% de l'énergie finale. Ceci est dû aux mauvais rendements des systèmes d'utilisation. Dans tous les pays industriels développés la situation est analogue, et elle est pire dans les pays sous-développés. La consommation d'énergie finale et ainsi d'énergie primaire (et la dégradation de l'environnement est proportionnelle à cette dernière) pourrait donc être sensiblement réduite si les investissements nécessaires à l'amélioration des rendements étaient profitables, ce qui une fois de plus implique la comptabilisation complète des coûts externes, y compris celle des coûts à moyen et long terme.

La consommation mondiale d'énergie primaire commerciale avait atteint en 1987 environ 2 kW/habitant, cela avec une population mondiale de 5 milliards d'êtres humains. La consommation absolue d'énergie primaire correspondante est de 10 TW (1 TW = 1 milliard de kW). Le nombre de kW exprime la puissance moyenne utilisée, 1 kW de puissance moyenne correspond à une énergie de 8760 kWh/an ou à env. 730 kg d'huile combustible/an. En 1950 la population mondiale était de 2.5 milliards et la consommation d'énergie env. 1 kW par habitant. La consommation absolue a donc à peu près quadruplé en l'espace de 40 ans. De 1987 à 1993 la consommation absolue n'a augmenté que très peu, moins que la population mondiale, qui atteint déjà 5.5 milliards. La consommation per capita est donc descendue légèrement au-dessous de 2 kW par habitant. Il faut préciser, pour éviter tout malentendu, qu'il ne s'agit pas là d'une inversion de tendance, la diminution étant due uniquement à la forte baisse de la consommation d'énergie des pays de l'Europe de l'Est et de l'ex-Union soviétique, conséquence de l'effondrement économique de ces pays.  

Les statistiques prouvent sans doute le lien existant entre le produit national brut (donc le niveau de vie matériel) et la consommation d'énergie. Le mode de vie occidental est étroitement lié à une consommation d'énergie très élevée qui en moyenne se situe entre 6 et 7 kW/habitant [6]. Ce genre de vie, propagé par les médias à l'échelle planétaire, pousse le reste du monde à l'émulation.

Essayons de nous rendre compte des conséquences. Faisons trois hypothèses que l'on pourrait qualifier d'optimistes. Admettons d'abord que la population mondiale se stabilise au cours du siècle prochain autour de 10 milliards d'êtres humains. Admettons ensuite que la consommation spécifique des pays industrialisés de l'Europe, de l'Amérique du Nord et de l'Asie n'augmente plus, mais au contraire, que par un effort de rationalisation considérable, donc l'augmentation des rendements d'utilisation de l'énergie finale, puisse être réduite à 4 à 5 kW par habitant, sans diminution de confort et malgré le progrès technique ultérieur. Admettons enfin que le reste du monde, grâce à un climat en moyenne plus doux, puisse atteindre le niveau de vie occidental avec une consommation d'env. 3 kW/hab. Pour garantir à tout le monde le niveau de vie occidental, en tenant compte du fait que la croissance démographique se produira surtout dans le Tiers monde, il faudrait une énergie primaire d'env. 35 TW, donc de trois à quatre fois la consommation actuelle.

Même s'il semble peu probable que le Tiers monde puisse atteindre globalement le niveau de vie occidental dans l'espace d'un siècle, la poussée va dans cette direction et le problème de fond reste. La consommation actuelle pèse déja lourdement sur l'environnement, comment la biosphère pourrait-elle supporter une augmentation ultérieure, qui d'autre part semble inévitable, sans changements substantiels? L'utilisation plus rationnelle des agents énergétiques est absolument nécessaire, mais elle ne suffit pas. Une transformation radicale de notre système énergétique est indispensable pour la survie.

Pour se rendre compte des transformations nécessaires, commençons par le niveau énergétique le plus proche du consommateur. Les énergies utiles changeront-elles sensiblement par rapport à l'état actuel? La réponse est non! Tout comme elles n'ont pas changé véritablement dans les siècles passés. Aussi dans le siècle à venir nous aurons besoin de chaleur de confort (chaleur à basse température), de chaleur de processus (chaleur à moyenne et haute température), de travail mécanique stationnaire, de mobilité, de lumière, d'énergie chimique et d'information. Cette dernière demandera certainement plus d'énergie qu'aujourd'hui, mais son importance absolue restera modeste. Comment la demande d'énergie utile est-elle couverte aujourd'hui par les énergies finales?

Les chiffres précédents mettent en évidence l'importance primordiale des besoins en chaleur. Ce qui vaut pour la Suisse vaut d'une manière générale pour tous les pays fortement industrialisés. La majeure partie de la chaleur est fournie par les énergies fossiles. Or le principe exergétique nous impose, pour éviter le gaspillage des ressources, de ne pas utiliser les énergies accumulées sous forme chimique (énergies fossiles) pour les applications à basse température (chauffage et eau chaude) qui sont de loin les plus importantes. Il n'est pas très intelligent non plus d'utiliser l'énergie électrique (à 100% exergie) dans ce but. Le chauffage, appuyé par une architecture intelligente, doit être et sera certainement dans l'avenir du domaine de l'énergie solaire, sous forme d'énergie de l'ambiant et de rayonnement solaire. Un certain apport pourra provenir de la biomasse, dont l'avantage est le recyclage du C0₂. Les énergies à haut contenu exergétique ne seront utilisées que comme énergies de soutien. La chaleur fournie par une pompe à chaleur est par exemple environ pour deux tiers d'origine solaire, mais pour le tiers restant on est obligé d'utiliser une énergie d'origine chimique ou électrique.

Le domaine du chauffage est certainement celui qui à court terme se prête le mieux à une transformation radicale. Les chauffages à huile combustible d'abord et à gaz ensuite devront donc être progressivement abandonnés, d'abord dans les pays riches, qui peuvent plus facilement se permettre les investissements nécessaires, et ensuite dans les pays les plus pauvres. Le couplage chaleur-force pourra donner une contribution importante à la rationalisation, là où l'électricité est obtenue par voie thermique. Un apport non négligeable mais transitoire sera (note du webmestre: pourrait être!?)... donné par les centrales nucléaires sous forme de chaleur à distance.

Pour les applications à moyenne et haute température, domaine aujourd'hui couvert surtout par le gaz et l'électricité, la substitution est moins urgente et aussi moins facile. Le gaz continuera à jouer un rôle très important et sera à long terme probablement progressivement relayé par l'électricité et l'hydrogène. Les fours solaires et la cuisson solaire pourront donner une contribution non négligeable, surtout dans le Tiers monde.

Les autres applications resteront du domaine de l'électricité. D'une manière générale cette dernière augmentera sensiblement d'importance dans le cadre de l'énergie finale. Un des problèmes clé du développement durable est donc celui de la production à l'échelle mondiale de quantités d'énergie électrique rapidement croissantes. Le tableau 2 montre pour la Suisse un scénario possible et souhaitable de la consommation d'énergie finale en 2050.

                                    chaleur    mobilité    autres applications 
Electricité                        12            8                15 
Huile comb./essence        5              13 
Gaz                                 13 
Charbon
Biomasse/déchets            5              5
Chaleur à distance           5
Energie solaire                17
Hydrogène                                       2 
tableau 2: pourcentages souhaitables de la demande d'énergie finale en Suisse en 2050

En 1990 la production mondiale d'énergie electrique était fournie à 64% par les centrales thermiques conventionnelles (agents énergétiques fossiles) à 19% par les centrales hydrauliques et entre 13 et 17% par les centrales nucleaires.

Avec 58% de l'électricité d'origine hydraulique, 40% d'origine nucléaire et seulement 2% d'origine fossile, la Suisse n'est pas du tout typique à cet égard. Sa production d'électricité est donc idéale au point de vue écologique. Le seul problème est comment couvrir les besoins d'électricité de l'avenir qui, en tenant compte des suhstitutions nécessaires, ne pourront pas être entièrement couverts par l'effort de rationalisation.

Les réacteurs nucléaires actuels (dit thermiques) basés sur la fission de l'uranium 235, indépendamment de toute contestation politique, ne sont pas en mesure de fournir une quantité d'énergie supérieure au pourcentage actuel. Au contraire, les ressources d'uranium étant limitées, on sera contraint, vers le milieu du siècle prochain, de les remplacer. La seule alternative nucléaire sont les réacteurs surgénérateurs (ex. Creys-Malville) qui permettraient d'étendre les réserves d'uranium d'un facteur supérieur à 50 (en convertissant l'uranium 238 en plutonium). Mais les controverses concernant la sécurité de ces installations et l'attitude de rejet général du nucléaire ne favorisent pas du tout cette filière. Aussi des considérations d'ordre économique peuvent faire douter de l'avenir de cette technique. Quant à la fusion nucléaire, nous en sommes encore à l'état de la recherche fondamentale. La faisabilité, surtout technologique et économique, mais aussi écologique, doit encore être démontrée. La technique nucléaire pourra faciliter par son apport la transformation vers une condition durable mais ne semble pas être, en l'état actuel des connaissances, la solution d'avenir.

Comment produire l'électricité avec les énergies renouvelables? Les possibilités existantes sont vite énumérées: les forces hydrauliques, l'énergie géothermique, l'énergie éolienne, les centrales solaires thermiques et l'énergie photovoltaïque. Seules les centrales hydrauliques ont aujourd'hui une part importante dans le contexte énergétique mondial. Bien que des réserves importantes puissent encore et doivent être exploitées, surtout dans les pays du Tiers monde, les forces hydrauliques ne pourront pas remplacer les centrales à combustibles fossiles ni parer aux besoins croissants d'énergie électrique. L'énergie géothermique et l'énergie éolienne (note du webmestre: depuis 1995, le contexte a changé pour l'éolien...) le pourront encore moins, bien que leur contribution soit nécessaire. La seule énergie renouvelable, qui théoriquement est en mesure de couvrir les besoins mondiaux d'énergie électrique, est le rayonnement solaire. Analysons plus en détail cette possibilité:

Les centrales solaires thermiques transforment le rayonnement solaire, par concentration, en chaleur à moyenne ou haute température et ensuite, par les moyens classiques employés dans les centrales thermiques conventionnelles, en énergie électrique. Pour de bons emplacements (zones très ensoleillées avec une haute composante de rayonnement direct) l'énergie électrique ainsi obtenue n'est pas très loin de la compétitivité (30 à 40 cts/kWh). Malheureusement ces emplacements se trouvent en général loin des zones fortement industrialisées. Ceci n'empêche pas que ces installations puissent être un apport très important à la production d'électricité future.

Les cellules photovoltaïques permettent de transformer le rayonnement solaire, direct et, contrairement au centrales solaires thermiques, aussi diffus, en énergie électrique. Il y a deux domaines d'application de cette technique. L'une concerne des installations isolées, loin des centres habités, par ex. cabanes de montagne, certaines applications de la technique des télécommunications, installations de pompage d'eau dans les zones désertiques etc. Ces installations sont aujourd'hui déjà souvent compétitives. Mais elles restent évidemment des niches, dont l'importance est limitée. 

Un avantage important du photovoltaïque, c'est qu'il permet une production décentralisée de l'énergie électrique adaptée au besoins locaux et individuels. Il se prête en particulier à l'intégration dans l'architecture. La société informatisée de l'avenir sera encore beaucoup plus vulnérable à un manque d'électricité qu'elle ne l'est déjà aujourd'hui. Une décentralisation partielle (totale n'est pas concevable) peut augmenter la sécurité de l'approvisionnement.

On ne peut pas cacher que le photovoltaïque présente aussi des limites dont il faut bien saisir la portée. Une première limite est économique. Il semble bien difficile, dans l'état actuel des connaissances, que le prix de l'énergie photovoltaïque puisse descendre à un niveau comparable à celui de l'énergie élec trique produite aujourd'hui. La protection de la biosphère nous obligera donc à augmenter nettement le prix de l'énergie électrique. Cela ne doit pas avoir nécessairement des conséquences trop négatives. En effet toute augmentation du prix de l'énergie entraîne un fort effet de rationalisation qui compense en bonne partie les effets négatifs et stimule en même temps le progrès technique.

La seconde limite est de nature technique. Par rapport à d'autres sources d'énergie électrique, le photovoltaïque souffre d'un handicap important. C'est que l'énergie solaire est très irrégulière, voire aléatoire, et peut varier brusquement. Le soleil ne rayonne pas toujours, et il rayonne surtout en été et non en hiver, du moins sous nos latitudes. La demande d'électricité en revanche est assez régulière. Un réseau électrique ne fonctionne de manière stable que si, à tout moment, l'énergie produite est égale à l'énergie demandée par les consommateurs. Il faut donc un stockage d'énergie. Comment accumuler l'énergie produite par les cellules photovoltaïques? On peut envisager deux possibilités:
 
 

La stratégie qui amènera à un système énergétique durable peut être esquissée de la manière suivante:

Le problème de l'effet de serre et de son impact climatique doit être pris très au sérieux. Il ne concerne pas seulement le secteur énergétique mais englobe d'autres aspects, dont deux doivent être rappelés: l'effet direct du méthane d'origine agricole (qui est un gaz à effet de serre très marqué) et l'influence de la végétation (en particulier des forêts tropicales, sibérienne et canadienne) sur le bilan du C0₂.

Le changement énergétique n'est qu'un aspect du problème général de la protection de la biosphère. Dans son urgence (nous avons moins d'un siècle à disposition) il a des chances d'être le catalyseur d'une transformation globale qui va bien au delà du problème de l'énergie, et exige un autre paradigme que celui de l'Occident prométhéen.