L’équation de Kaya : quelles solutions face au réchauffement climatique ?

Vous avez sûrement entendu à la machine à café qu’il faut diminuer nos émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES) et le terme « équation de Kaya » vous a interpellé ? L’équation de Kaya, du même nom que son créateur, permet justement de calculer les émissions de CO2 anthropiques, c’est à dire générées par l’homme. Chez Carbo, on est optimiste et on analyse la formule avant de vous parler de solutions au changement climatique.

L’équation de Kaya, de quoi parle-t-on ?  

Yoichi Kaya, économiste japonais, développe cette équation en 1993 dans son ouvrage Environment, Energy, and Economy : strategies for sustainability : 

CO2 = population x (PIB/population) x (énergie/PIB) x (CO2/énergie)

Pour obtenir les émissions mondiales de CO2, on multiplie donc la population mondiale, le pouvoir d'achat mondial moyen, l'intensité énergétique mondiale moyenne et le mix énergétique mondial moyen.

Lorsqu’on simplifie l’équation de Kaya, on a bien CO2 = CO2 puisque les autres termes s’annulent. 

Reprise par Jean-Marc Jancovici, la formule calcule le niveau total d’émissions anthropiques et fait donc le lien entre quatre facteurs : 

• Les émissions mondiales de gaz carbonique, exprimée en CO2 
• La consommation mondiale d’énergie primaire, en TEP (Tonne Équivalent Pétrole) ; 
• Le PIB par habitants en dollars ($) 
• La population mondiale donc le nombre d’habitants, en milliards.

Zoom sur ces catégories et ce qu’elles représentent. 

L’intensité carbone de l'énergie : le mix énergétique mondial de l'équation de Kaya

Le terme intensité carbone de l'énergie renvoie aux émissions mondiales de gaz carbonique c’est-à-dire tous les gaz à effet de serre émis. L’intensité carbone répond donc à la question :  « comment produit-on de l’énergie ? » et à la question  « quelle est la quantité de CO₂ émise pour disposer de cette quantité d'énergie donnée ? » Ainsi se pose la question des diverses sources d’énergie dans le monde. 

Aujourd’hui, presque 85% de l’énergie mondiale provient de l’énergie fossile. On parle d’énergie primaire pour désigner le pétrole brut, le charbon brut, le gaz brut, le bois et végétaux, noyaux d’uranium, chutes d’eau, rayons du soleil, etc. c’est-à-dire toute l’énergie disponible dans le monde qui nous entoure. Or, aujourd’hui, nous utilisons de l’énergie dite finale, c’est-à-dire des carburants raffinés ou du gaz purifié par exemple. Quant à l’énergie dite « sans carbone », elles représentent autour de 20% : bois, hydro, nucléaire, autres.

En 2020, la production primaire d'énergies renouvelables par filière représente :

L’intensité énergétique de la production dans l'équation de Kaya

L’intensité énergétique de la production représente l’énergie nécessaire pour produire un dollar ou un euro de bien ou de service. Ce facteur prend en compte la déperdition ou le gaspillage énergétique à travers des grands sujets tels que l’isolation thermique d’un bâtiment par exemple. Ainsi, quelle quantité d’énergie ai-je besoin pour produire un euro/dollar de biens ou services ? 

💡 L’intensité énergétique diminue depuis le début de l’ère industrielle lié au fait que l’efficacité de l’économie croît ; pour produire un dollar de PIB en 2012 dans le monde, on utilise 25% d’énergie en moins qu’en 1970. 

Equation de Kaya : le PIB par habitant

Le PIB (produit intérieur brut) permet d’identifier et de mesurer l’activité économique et le niveau de vie moyen. Exprimé en dollars, le PIB désigne la croissance de la production de produits ou services faits de la main de l’homme. Il exclut cependant l’utilisation de ressources non renouvelables, tels que les minerais ou les énergies fossiles par exemple, qui sont utilisées pour cette fabrication. 

Ainsi, le rapport du GIEC de 2014 évoquait le lien entre la hausse des émissions de CO2 sur la période 2000-2010 (comparé aux années précédentes) et la hausse du PIB mondial par habitant. 

La population mondiale et l'équation de Kaya

Comme son nom l’indique, il s’agit du nombre d’habitants, en milliards. En mars 2020, nous étions 7,8 milliards et d’après les Nations Unies nous devrions être 8,5 milliards d’Hommes sur Terre aujourd'hui.

Equation de Kaya : A quoi sert-elle ? 

Cette formule de calcul permet de calculer nos GES et donc plus précisément d’effectuer des analyses quantitatives passées et présentes et ainsi conjecturer sur les trajectoires à venir. La formule sert aux politiques climatiques, à l’économie et permet de voir l’évolution de la situation.

La population, le PIB, l’intensité énergétique et le mix énergétique sont quatre facteurs dont les émissions de GES dépendent. Si l’on diminue les premiers, alors les GES générées par l’Humain baisseront aussi. 

Utilisée par qui ? 

L’équation de Kaya est utilisée par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) et permet de comprendre comment évoluent nos émissions. Par exemple, dans le rapport d’évaluation de 2014, le GIEC établit un lien entre croissance du PIB mondial par habitant et CO2. 

Elle est aussi utilisée par l'Agence internationale de l'énergie, chargée d’analyser l'évolution des émissions de CO₂ des énergies fossiles. 

Equation de kaya : comment diviser par 3 nos émissions de gaz à effet de serre ? 

Cette équation nous amène au constat suivant : nous devons limiter l’augmentation des températures moyennes à la surface de la Terre pour éviter un réchauffement climatique de plus de 1,5°C par rapport aux niveaux préindustriels d’ici 2050. 

Et d’après cette équation, nos GES doivent être divisées par 3 d’ici 2050. C’est-à-dire que le produit des quatre catégories doit donc aussi être divisé par 3. 

Diviser par trois le nombre d’habitants ? 

Un facteur sur lequel il est difficile d'avoir la main puisqu’il paraît impossible de planifier rapidement (pour 2050) une diminution de la population. Les 3 facteurs qui abaissent de manière significatives le nombre d'habitants sont les guerres, maladies, famines. Il n'est évident pas souhaitable de subir l'une de ces trois causes.

D’après l’ONU, nous sommes 7 974 966 000 dans le monde en 2021. Et nous devrions arriver à 10 milliards d'individus à l'horizon 2050. Difficile à concilier avec un objectif de division par 3 sur les quatre facteurs d’ici 2050. Afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre et donc le réchauffement climatique et les changements climatiques globaux. 

Si ce facteur augmente et que sa valeur est multipliée par 1,3 par rapport à aujourd’hui, alors il faut compenser cette augmentation par une réduction plus importante des autres facteurs, à savoir diviser par 4 les autres facteurs.

Diviser par quatre le PIB par habitant ?

Ici aussi, se pose le problème de la réduction. Comment diviser par quatre le PIB par habitant alors même que ce dernier tend à augmenter ? Il faudrait une récession, une décroissance, mais est-ce vraiment possible demain ? Et si on nous enlevait du pouvoir d’achat, serait-il pensable et acceptable pour toutes et tous ? Est-ce réellement possible, dans le modèle qui est le nôtre, d’éviter la croissance ?

En ce qui concerne les disparités de PIB dans le monde, est-ce acceptable dans les pays développés de se développer moins lentement voire de décroitre pour que les pays pauvres puissent atteindre un niveau de développement acceptable ? 

On estime aujourd’hui que pour les 30 prochaines années, le PIB sera entre +2 et +3 % environ par an. Sa valeur sera donc multipliée par 2,2 par rapport à la valeur d'aujourd'hui.

Deux facteurs sont encore dans la course afin de diminuer nos GES. Sauf que ces deux derniers doivent donc être divisés par 9…(et oui, c’est mathématique).

L'intensité énergétique de la production et celle du carbone alors ?

Ces deux facteurs sont aujourd’hui au cœur des enjeux présents et constituent notre défi pour l’avenir de la transition énergétique. Nous devons donc agir sur le produit de ces deux facteurs : Contenu en GES de l'énergie × Intensité énergétique de l'économie

Diviser l’intensité énergétique par 10 en 30 ans

L’intensité énergétique a diminué de 30% dans le monde en 35 ans. Étant alors de 50% de ce qu’elle est aujourd’hui, il faut donc diviser les GES de l’énergie par 4 ou 5. Or, la difficulté réside dans le fait que le contenu en gaz carbonique de l’énergie, d’après les calculs, a uniquement diminué de 10% sur les 40 dernières années. Quant aux énergies dites « sans carbone », elles représentent environ 18% du total mondial.

Diviser le « contenu en gaz carbonique de l’énergie » par 4 au moins

Pour décarboner l’énergie, il faudrait multiplier l’approvisionnement par 1,5 (le produit de l’équation de Kaya étant la consommation de l’énergie) : Intensité énergétique de l'économie x Production par personne x Population

Jean-Marc Jancovici, directeur du think tank The Shift Project, évoque deux leviers d’action : 

• baisser de 2,7% par an l’approvisionnement en provenance des fossiles entre 2010 et 2050 qui passerait selon lui par une hausse du prix réel de l’énergie fossile ; 
• l’approvisionnement en provenance des renouvelables et du nucléaire (qui) doit augmenter de 5% par an, pour être multiplié par 7 en 40 ans.

Aujourd’hui, il y a de plus en plus de mix énergétique avec des énergies renouvelables par exemple. La sobriété énergétique est un concept qui émerge de plus en plus d’autant plus qu’aujourd’hui l’essentiel de notre énergie émet du CO2. Or, la seule façon de faire baisser cette tendance serait d’augmenter dans le mix énergétique, la part des énergies renouvelables et nucléaire, c’est-à-dire des énergies ne produisant pas de CO2.  Et ce bien entendu, sans augmenter l’énergie nécessaire en valeur absolue, car sinon les émissions continuent d’augmenter, malgré un mix énergétique plus équilibré. Sans oublier les projets de capture et séquestration de carbone.

Conclusion de cette équation de Kaya ?

Pour résumer, si la situation est la suivante : 

• la production économique par personne (PIB) augmente,
• la croissance est de 2,5% par an, 
• la population augmente, 

et que l’on agit que sur le contenu en carbone mais qu’il stagne. Alors dans ce cas, les émissions de CO2 augmentent tout de même ! Donc, diviser par 9 l’intensité énergétique et le mix mondial est incontournable pour allier croissance économique et baisse des émissions de GES.

Les limites et les critiques de l’équation de Kaya…

Certains évoquent le fait que dans cette formule, d’autres termes autres que ceux existants peuvent être ajoutés. La formule est juste mathématiquement quelque soit le terme ajouté puisque lorsqu’on simplifie, on obtient bien au final : GES = GES.

La formule ne prend pas en compte l’effet rebond, qui correspond au fait que lorsque l’on baisse l’intensité carbone, l’utilisation et la consommation énergétique augmenteraient. 

Par exemple, les ampoules sont améliorées ; elles consomment moins. On souhaite donc agir sur la consommation énergétique en la diminuant. Mais, des études ont démontré que l’utilisation et la consommation d’énergie de ces ampoules basse consommation poussaient à une utilisation plus élevée contrairement aux ampoules à incandescence. La raison ? La baisse de la consommation d’énergie d’une ampoule basse conso entraîne une hausse de son utilisation.

Le GIEC évoque par ailleurs les limites de ce calcul : on ne peut prévoir les émissions de CO2 de demain, d’où le fait que le groupe élabore des scénarios et non des prévisions. Par ailleurs, la formule a pour but d’obtenir les émissions anthropiques globales mais ne peut être utilisée à une échelle globale puisque chaque pays, régions, continents sont hétérogènes et évoluent différemment. Donc les facteurs sont amenés à évoluer différemment aussi. 

Equation de Kaya et réchauffement climatique : quelles solutions ? 

Pour répondre à la question  « comment lutter contre le réchauffement climatique » voici les solutions que nous vous proposons. 

Entreprises : passer à la stratégie bas-carbone 

Déclinaison de la Stratégie Nationale Bas Carbone(SNBC), vous pouvez mettre en place une stratégie bas-carbone dans votre entreprise. C’est une démarche qui vise à réduire ces GES en atteignant la neutralité. La stratégie peut débuter en commençant par : 

• mesurer son empreinte pour établir un état des lieux ; 
• créer des indicateurs permettant de suivre et piloter la stratégie ; 
• définir la fameuse stratégie et les orientations à venir comprenant plan d’action de réduction et d’absorption.

🚀 Pour aller plus loin sur le sujet et engager vos collaborateurs, vous pouvez mettre en place les éco-gestes dans votre entreprise. 

Citoyen.ne : les éco-gestes du quotidien

Lutter contre le réchauffement climatique, c’est aussi s’engager au quotidien. 

Dans notre article dédié, nous vous proposons 5 actions concrètes notamment : 

• Se déplacer en transports durables ; vélo, tramway ou à pied restent des moyens préférables à la voiture ! 
• Changer son alimentation représente un levier important lorsque l’on sait qu' au niveau mondial, la chaîne d’approvisionnement alimentaire actuelle génère environ 13,7 milliards de tCO2e. Privilégions ensemble le local, les fruits et légumes de saison et évitons la viande à tous les repas !
• Réduire la part de déchets en suivant le principe des trois R : Réduire, Réutiliser et Recycler et faire sa part dans l’économie circulaire ; 
• Lutter contre la pollution numérique qui représente aujourd’hui 4% du GES émis en France. Notre article 100% dédié à la pollution numérique vous en dit plus. 
• Consommer moins d’électricité ; ne pas gaspiller l’électricité passe par autant de petits réflexes à adopter pour devenir un as de la consommation d’énergie. 

Et si on mesurait son empreinte carbone ?

L’équation de Kaya est un modèle qui nous permet de réfléchir sur notre rapport aux émissions de gaz à effet de serre. Comment réduire ces dernières ? Carbo propose une solution SaaS de bilan carbone pour vous faciliter la tâche. Si vous êtes citoyen.nes et que vous souhaitez respecter les objectifs de développement durable, notre application vous permet de calculer votre empreinte pour la réduire ensuite. L'outil est gratuit et pédagogique : calculez votre empreinte pour la réduire et vous pouvez même vous comparer à Donald Trump!

🖐 L’empreinte des français a augmenté de + 20 % entre 1995 et 2018 sur les trois principaux gaz à effet de serre CO2, CH4, N2O, d’après les chiffres du Ministère de la transition écologique ! Et si on inversait la tendance ensemble ?