Eléments de base sur l’énergie au 21è siècle
Jean-Marc Jancovici - ENSMP 2010
Partie 2 - Pétrole apocalypse ou carbon paradise ?
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L’ère du feu, croissance à gogo et 2 questions…
???
CO2
Structure actuelle des métiers, loisirs et
vacances, études longues, santé,
retraites, mondialisation, concentration
O
urbaine et banlieues étalées…
2
C H
n
p
???
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L’aventure du pétrole commence à la plage ou presque
Futur pétrole
Il faut juste attendre 10
millions à 1 milliard
d’années !
1% des débris
sédimentent
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Le pétrole aime la cuisson à petit feu
Tectonique
+ 0,5 à 20°C
50 à 120 °C : dégradation
par million
bactérienne
d'années
(biochimique) avec
expulsion d’eau et de
Sédi
Roc m
he e
mnt
CO et formation de
2,
ère
kérogène
Matière organique
incluse dans le
sédiment
Un peu plus chaud :
pyrolyse du kérogène,
avec expulsion d’huile
(pétrole) et de gaz
(méthane)
Il reste du
carbone sans
hydrogène : du
charbon
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Le but du jeu, c’est de piéger l’autre
Piège
Accumulation d’eau,
de gaz et d’huile,
dans une roche
réservoir
2 - migration secondaire
(cheminement vers la surface)
1 - migration primaire (expulsion de
la roche mère)
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On peut être piégé de plusieurs manières
Divers types de pièges.
Source : http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/intro.pt/planete_terre.html (meilleur site
de vulgarisation sur la géologie de toute la netosphère).
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Le lendemain de cui…sson est parfois pâteux
Sol
Bitumes
Sables
Migration
Au Canada (sables
bitumineux) nous avons
du pétrole « plus vieux
que du pétrole »
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L’aventure recommence
Tectonique
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Du plancton à l’huile, une sélection plus sévère qu’à ENSMP
humaine
Etat des stocks de carbone d’origine organique dans la lithosphère. Le pétrole, c’est
0,00001% de la matière organique qui a vécu au moment de la sédimentation.
Source : les voies et les mécanismes des transformations des matières organiques
sédimentaires au cours de l'enfouissement, Bernard Durand, Mem. Soc. Geol. France,
N.S., 1987, pp 77-95
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Le pétrole sous terre : réserve or not réserve ?
Un « réservoir » de pétrole met ≈ 100 à 1000 millions d’années à
se former
Il s’agit en fait d’une formation géologique plus ou moins
poreuse, inégalement imprégnée de liquide visqueux, avec en
général 3 « étages » : gaz, huile, eau.
La proportion d’huile dans la roche (en poids) est typiquement de
quelques % à quelques dizaines de %
Le pétrole contenu dans la roche s’appelle du pétrole « en
place ». Tout ne sortira pas.
En première approximation, plus le réservoir est situé profond
sous terre et plus la fraction de gaz est élevée
Un pétrole « plus vieux que le pétrole », c’est du bitume
Les schistes contiennent quelques % de pétrole « plus jeune que
le pétrole ». En général le rendement énergétique de l’ensemble
« extraction+pyrolyse » est < 1
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Plus dur que le sexe d’un bébé : combien de pétrole ?
Exemple d’image obtenue avec de la sismique
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Un réservoir de géologue n’est pas celui d’une auto…
Un exemple de réservoir, reconstitué sur ordinateur à partir d’analyses sismiques
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Les joies de la nomenclature…
Le pétrole en place dans la roche réservoir, qu’il soit extractible ou non, s’appelle
une ressource. Cette quantité n’est jamais connue avec précision au moment de
l’exploration (ni même après parfois), car elle va dépendre :
Du volume de la roche réservoir (qui a rarement une forme simple)
De sa porosité (qui varie d’un point à l’autre du réservoir)
De la distribution de l’huile (qui peut très fortement varier au mètre près)
De la viscosité de l’huile (qui peut aussi varier)
La ressource peut être déjà découverte ou non. Une découverte ne « crée » pas
de pétrole, elle permet simplement de savoir où il se trouve !
Une fois découvert, le gisement peut être être en cours d’exploitation, en
développement (les investissements sont en cours), ou rien de tout cela.
Il n’est pas toujours simple de savoir si de multiples forages « positifs » dans
une même zone appartiennent à un même réservoir qui communique de bout
en bout, ou à plusieurs réservoirs, géologiquement séparés
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Les joies de la nomenclature (bis)
Pour un gisement - ou réservoir - donné, la réserve prouvée correspond à
la quantité d’huile qui est extractible avec certitude (P > 90%), aux
conditions techniques et économiques du moment.
Toutes choses égales par ailleurs :
Elle varie avec la réévaluation du réservoir
Elle augmente avec les progrès techniques
Elle varie avec le prix, mais peu (limite énergétique)
Elle diminue avec le temps quand tous les autres paramètres sont stables
Les réserves ultimes correspondent à l’ensemble de ce qui peut sortir d’un
gisement donné, du début à la fin de son exploitation (idem monde)
Par définition, les réserves ultimes correspondent à l’intégrale de la
courbe de production entre -∞ et +∞, et ne varient pas au cours du temps
Les réserves ultimes restantes constituent la totalité du pétrole extractible
restant. Les réserves prouvées en sont un sous-ensemble.
Les réserves ultimes d’un réservoir ne sont connues avec certitude qu’une
fois l’exploitation terminée. Si les réserves ultimes sont invariantes avec le
temps, l’appréciation de ces réserves peut elle varier.
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Une réserve, c’est pour un prix
Coût d’extraction d’un baril de pétrole. 10$/baril ≈ 0,4 centime (d’euro) par kWh.
Imbattable !
Source : ADL, Long term Outlook, 1999, In Bauquis & Babusiaux, Adadémie des
Technologies, 2007
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Le pétrole c’est aussi simple que des poupées russes
Réserves ultimes =
Extraction passée
extraction
+
Réserves ultimes restantes :
Réserves prouvées
+
« Le reste » :
- restant à réévaluer (raisons physiques ou économiques)
réévaluation
- restant à développer
découvertes
- restant à découvrir…
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Faire le tour du hangar et regarder par le trou de la serrure
Soit un réservoir, avec une incertitude sur son volume, sur sa porosité, sur
sa pression, sur sa viscosité, etc
APPROCHE PROBABILISTE
Probabilités
Mini (tous paramètres au min)
100%
P 90
90%
1 P ou Prouvé = 1
80%
70%
60%
Mode,
Moyenne
Moyenne
50%
2 P ou Prouvé+Probable = 1,7 * 1 P
ou P 50
40%
30%
3 P ou Prouvé+Probable
20%
+Possible = 2,5 * 1 P
10%
P 10
Maxi (∑ paramètres
0%1
2
3
4
5
6 au max)
Réserves milliards de barils
Yves Mathieu IFP, Juin 2004
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Pour produire du pétrole, mieux vaut d’abord le découvrir
Découvertes cumulées de pétrole récupérable (2P) = réserves ultimes = max
de la production cumulée possible de -∞ à +∞ !
Découvertes mondiales de pétrole récupérable depuis 1900 (2P), en moyenne mobile
sur 5 ans, en milliards de tonnes équivalent pétrole (1 tonne = 7,3 barils).
Source : Exxon Mobil, 2002
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Moins de découvertes parce nous cherchons moins ?
ME = Middle East
FSU = Former Soviet Union
NFW = New Field Wildcats = puits d’exploration
Découvertes cumulées en fonction du nombre de puits forés pour le monde. Même
remarque que précédemment.
Source Jean Laherrère, 2006
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Moins de découvertes parce nous cherchons moins (bis) ?
Découvertes cumulées en fonction du nombre de puits forés pour l’Arabie Saoudite. Il
est facile de constater que plus le nombre de puits d’exploration forés est important,
moins les derniers puits forés contribuent aux découvertes.
Source Jean Laherrère, 2007
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Moins de découvertes parce que nous sommes radins ?
US cost of all wells nominal & $2000
1,8
1,6
1,4
well nominal M$
well M$2000
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
year
Jean Laherrere 2007
1980
2006
Prix d’un forage d’exploration aux US (Alaska et deepwater inclus ?). Ca monte un peu
partout…
Source Jean Laherrère, 2007
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En pratique, faire des trous n’a jamais coûté aussi cher
Investissements en milliards de $
300
Autres
250
Régions
200
Amérique
Latine
150
Russie
& Chine
100
Mer du nord
Amérique
50
du Nord
0
2002
2003
2004
2005
2006
Estimé
Dépenses d’exploration dans le monde, par zone, en G$.
Source IFP, 2007
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Le Gross Kapital, décidément imprécateur d’apocalypse…
Le plus optimiste =
réserves 3PLe plus conservateur =
Le plus réser
pro v
b es p
able r
ou
= vées (1P),
réserves 2P, no publ
n puié
blié
Découvertes mondiales de pétrole récupérable depuis 1900 (valeurs annuelles et moyenne
mobile sur 20 ans), en milliards de barils, et extrapolation pour le futur (y compris offshore
profond, polaire, condensats, etc).
Source : Shell/IHS Energy, 2005
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40 ans ou 40 fois ? C’est un peu différent…
Réserves ultimes = total du
Ultimes restantes
pétrole récupérable
L’augmentation des réserves prouvées est un trompe-l’œil : ce qui compte, ce sont les
ultimes restantes… qui ont bien diminué.
Jancovici, 2010, d’après BP Stat 2009, Schilling et al 1977 ; ultimes = 2500 milliards de barils
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Kikadikoi, et depuis quand ?
La médiane des estimations sur les ressources ultimes est peu près stable depuis 30
ans. Compilation de l’auteur sur sources diverses.
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3 versions d’un R/P = 40
Ver
V si
er on
si
t
on rès
on moi sy
avec m
ns pa…
sym
ennui
s t m
pa t ai
out s qui
out de ne dur
sui
de suit te,
e…
e
pl
et pas
us l
qui 40
ser ans,
ongue,
a l
et
et t fini
out
a bonne t
en pas
aussi br sy
ut m
al pa du t
e à l’arr out
i
vée!
60
/anb) 50
(G
ils
Production garantie =
40
40 fois la production
bar
30
de l’année dernière
de
ds 20
illiar 10
M
0
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Années
3 manières de voir « 40 ans de pétrole » pour la production future.
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Un petit fumet de poker menteur…
???
Evolution des réserves prouvées déclarées, de 1980 à 2005, par zone géographique. Aucune
découverte majeure ni percée technologique n’explique de manière évidente la réévaluation
des réserves des pays de l’OPEP de 1985 à 1990, en plein « contre-choc ».
Source BP Statistical Review 2007
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Les réserves, normalement sensibles à l’activité des shadoks
Evolution des réserves prouvées en Argentine.
Source BP Statistical Review, 2008
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Les réserves, normalement sensibles à l’activité des shadoks
Evolution des réserves prouvées en Australie.
Source BP Statistical Review, 2008
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Les réserves, normalement sensibles à l’activité des shadoks
Evolution des réserves prouvées en Norvège (1er producteur de brut en Europe).
Source BP Statistical Review, 2008
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Les réserves, normalement sensibles à l’activité des shadoks
Evolution des réserves prouvées en Grande Bretagne.
Source BP Statistical Review, 2008
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Les réserves, insensibles à l’activité des shadoks ?
???
Evolution des réserves prouvées en Iran.
Source BP Statistical Review, 2009
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Les réserves, insensibles à l’activité des shadoks ?
???
???
Evolution des réserves prouvées en Irak.
Source BP Statistical Review, 2009
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Les réserves, insensibles à l’activité des shadoks ?
???
Evolution des réserves prouvées en Libye.
Source BP Statistical Review, 2008
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Les réserves, insensibles à l’activité des shadoks ?
???
???
Evolution des réserves prouvées aux Emirats.
Source BP Statistical Review, 2009
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Les réserves, insensibles à l’activité des shadoks ?
???
???
Evolution des réserves prouvées en Arabie Saoudite.
Source BP Statistical Review, 2009
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Les réserves sont l’affaire du ministre plus que du PDG
Milliards de barils équivalent pétrole
0
50
100
150
200
250
300
350
Russes
Saudi Aramco
Pétrole
IOC
6%
6%
NIOC (Iran)
Gaz
IOC / NOC
Gazprom (Russie)
11%
INOC (Irak)
Qatar Petroleum
NOC
PDVSA (Venezuela)
77%
KPC (Koweït)
ADNOC (Émirats)
NNPC (Nigeria)
Sonatrach (Algérie)
NOC (Libye)
Rosneft (Russie)
Source : PFC 2005
Petronas (Malaisie)
Exxon Mobil (USA
Lukoil (Russie)
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Les maths, c’est décidément détestable…
Dès qu’il y a un stock de départ donné une fois pour
toute (hydrocarbures, minerais…)
Une extraction annuelle indéfiniment croissante est impossible
Même une extraction annuelle indéfiniment constante est
impossible (sinon stock infini !)
Il se démontre qu’en pareil cas l’extraction annuelle :
Est nulle à -∞
Est nulle à +∞
Passe par un maximum absolu
entre les 2
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Pic au niveau d’un champ
Production de pétrole du champ de Cantarell (Mexique). Source Matthews Simmons,
Simmons & cy, 2009
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Du champ au pays
Production de pétrole au Mexique (≈ 4% de la production mondiale), en milliers de
barils/jour. Pic en 2004
Source BP Statistical Review, 2009
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Stock non renouvelable => pic et pic et…
Production de pétrole en Argentine (< 1% de la production mondiale), en milliers de
barils/jour. Pic en 1998.
Source BP Statistical Review, 2009
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Le pic, une réalité déjà fréquente - 2
Production de pétrole en Egypte (< 1% de la production mondiale), en milliers de
barils/jour. Pic en 1993.
Source BP Statistical Review, 2009
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Le pic, une réalité déjà fréquente - 3
Production de pétrole en Indonésie (< 2% de la production mondiale), en milliers de
barils/jour. Pic en 1977, pic secondaire en 1991.
Source BP Statistical Review, 2009
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Le pic, une réalité déjà fréquente - 4
Production de pétrole aux USA (≈ 8% de la production mondiale), en milliers de
barils/jour. Pic en 1970.
Source BP Statistical Review, 2009
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Le pic, une réalité déjà fréquente - 6
Production de pétrole au Venezuela (≈ 3% de la production mondiale), en milliers de
barils/jour. Pic en 1970, pic secondaire en 1997.
Source BP Statistical Review, 2009
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Au grand jeu du pic, les Européens sont excellents
Production de pétrole en Europe (≈ 6% de la production mondiale), en milliers de
barils/jour. Pic en 2000.
Source BP Statistical Review, 2009
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Le pic, une réalité même chez Poutine…
Production de pétrole en Russie (≈ 12% de la production mondiale, 2è producteur
mondial), en milliers de barils/jour. Pic à la fin des années 1980, pic secondaire en cours.
Source BP Statistical Review, 2009
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Pic de la production… et pic des exportations !
1 200
2 000
Egypte
Consommation
Indonésie
1 000
intérieure (leurs
1 500
voitures)
800
Capacit 1 000
é
600
d’exportation
(nos voitures !)
400
500
200
0
1965
1975
1985
1995
2005
0
1965
1975
1985
1995
2005
-500
-200
Production (total des deux aires), consommation intérieure (en vert) et
capacité d’exportation (en jaune) de deux producteurs de pétrole. Echelle
verticale en milliers de barils par jour
D’après BP Statistical Review 2009
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L’automobiliste européen va le sentir passer
Production domestique et importations annuelles de pétrole, en
millions de tonnes. Source BP Statistical Review 2009
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En France, peu de pétrole, mais deux pics !
Découvertes décalées de 7 ans et production en France. Source Laherrère
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De plus en plus de pétrole, pour combien de temps ?
Total 2006
Production cumulée < découvertes cumulées de pétrole récupérable = réserves ultimes
Source : Total, 2004
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Total, où la voix de la raison ?
Desmarets, 2004 : « nos confrères » envisagent un pic entre 2020 et
2030 ; nous on ne se prononce pas
Le même, 2006 : pic en 2020, à moins de 100 millions de barils/jour
De Margerie, 2007 : pic avant 2015, à moins de 95 millions de barils
jour
De Margerie, 2009 : pic avant 2015, à moins de 90 millions de barils
jour
…et en 2008 nous étions à 87 millions de barils jour !
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Les insiders sont-ils fiables ?
Projection de la production pétrolière mondiale, discriminée par zone de production.
Source : Dr. Sadad I. Al Husseini (ancien cadre dirigeant de la Saudi Aramco), Oil and
Money Conference, October 30, 2007
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Des idées et pas de pétrole, voilà le résultat
Découvertes annuelles de pétrole
Production annuelle de pétrole
1964
/an 60
b)
50
(G
ils 40
bar
$$ ????
30
45 ans
- x %/an
de
ds
Extractible
20
connu
illiar
≈ 2 000 Gb
M 10
1 150 Gb
Produits fin 2008
0
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Découvertes à venir
Années
Institut Français du Pétrole, Direction Géologie-Géochimie-Géophysique
Yves MATHIEU Combloux 2009
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Peak oil et… peak price ?
88
87
135 $
86
85
115 $
84
83
82
81
75 $
80
79
78
45 $
77
76
75
Production pétrolière mondiale selon les sources (échelle de gauche) et prix (échelle de
droite)
Sources diverses
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Plus de pétrole ? Mettons la croissance sur le gaz !
Volumes découverts annuellement
Volumes produits annuellement
15,0
Tm3
1970
12,5
10,0
Réévaluations
et / ou réserves
7,5
additionnelles
5,0
50 ans
2,5
0
1950
1970
1990
2010
2030
2050
Restant à découvrir
(nouvelles)
Direction Géologie-Géochimie-Géophysique
Yves MATHIEU Combloux 2009
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Pétrole et gaz marchent main dans la main
Evolution respective des prix du pétrole et du gaz en Europe, en
$/MMBTU, de 2000 à 2005. Source IFP, Panorama 2006
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Le chômage : les banques, ou le pétrole ?
Corrélation aux US entre prix du pétrole année N, et chômage année N+2. Prix
du baril source BP Stat 2009, chômage source OCDE.
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Le chômage : les banques, ou le pétrole ?
Corrélation en Grande Bretagne entre prix du pétrole année N, et chômage
année N+4. Prix du baril source BP Stat 2009, chômage source OCDE.
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La croissance : les élus, ou le pétrole ?
« croissance inversée », normalisée, pour la zone OCDE, et évolution du prix du
pétrole.
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La crise : les banques, ou le pétrole ?
Depuis 1970, chaque hausse de prix du baril est suivi d’une récession, et inversement le
pétrole baisse surtout en période de récession.
Source CIBC World Markets, octobre 2008
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Le déficit budgétaire : l’incurie des politiques, ou le pétrole ?
Revenus de l’Etat depuis 1978 par nature de contribution : le recours à
l’endettement date… du premier choc pétrolier, et augmente à chaque
récession. Source INSEE/comptes de la Nation, 2004.
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Il reste du carbone ailleurs, hélas ou heureusement
Réserves ultimes de pétrole conventionnel et non conventionnel, et prix
d’extraction en dollars par baril.
Source Chevron/AIE, 2006
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Le problème se complique beaucoup : le carbone est ailleurs
Réserves de combustible fossile par nature (BP Statistical Review, 2009).
Avec ou sans climat, l’Europe devrait sérieusement se gratter la tête…
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Le problème se complique encore !
Réserves de charbon par pays (BP Statistical Review, 2009).
8 pays possèdent plus de 90% du charbon mondial !
Jean-Marc Jancovici - Mines Paris Tech mai-juin 2010 - www.manicore.com
Et qui arrive en tête des réserves de carbone?
Réserves prouvées gaz+pétrole+charbon. Source BP Stat, 2009
Jean-Marc Jancovici - Mines Paris Tech mai-juin 2010 - www.manicore.com
Cramer tout le charbon : 30 à 40 ans de rab…
moi
A laisser sous terre !*
Les jeunes
L’école maternelle de l’an 2008
*Sauf pour la partie faisant l’objet d’un captage stockage…
Source du graphique : Bernard Rogeaux, EDF, décembre 2007
Jean-Marc Jancovici - Mines Paris Tech mai-juin 2010 - www.manicore.com
Du pétrole vers le charbon : de Charybde en Scylla…
Concentration
Concentration atmosphérique
Période de
Augmentation de
atmosphérique en
tous gaz à effet de serre au
survenance du
température globale à
CO2 au moment moment de la stabilisation en
maximum des
l'équilibre, par rapport à
de la stabilisation
CO2-équivalent
émissions de CO2 la température de 1850
350 à 400 ppm
445 à 490 ppm
2000 à 2015
2,0 à 2,4 °C
400 à 440 ppm
490 à 535 ppm
2000 à 2020
2,4 à 2,8 °C
440 à 485 ppm
535 à 590 ppm
2010 à 2030
2,8 à 3,2 °C
485 à 570 ppm
590 à 710 ppm
2020 à 2060
3,2 à 4,0 °C
570 à 660 ppm
710 à 855 ppm
2050 à 2080
4,0 à 4,9 °C
660 à 790 ppm
855 à 1130 ppm
2060 à 2090
4,9 à 6,1 °C
450 ppm de CO à stabilisation : nous avons « encore
2
droit » à 250 Gt de carbone, soit les réserves
pétrolières et gazières prouvées et RIEN DE PLUS
Source IPCC, novembre 2007
Jean-Marc Jancovici - Mines Paris Tech mai-juin 2010 - www.manicore.com