Pour agir efficacement contre le changement climatique, il faut d'abord en comprendre les causes profondes. Les émissions de gaz à effet de serre, principalement de dioxyde de carbone (CO2), ne sont pas le fruit du hasard, mais la conséquence directe de nos activités économiques et énergétiques.
L'équation de Kaya, du nom de l'économiste japonais Yoichi Kaya (1934-2020), offre un cadre mathématique limpide pour décomposer ce phénomène complexe en facteurs clés. Cette relation n'est pas un modèle prédictif, mais une identité comptable permettant d'analyser les leviers d'action possibles face au changement climatique.
Cette identité, développée à la fin du 20e siècle, est devenue un outil fondamental pour le GIEC et les décideurs politiques. Elle permet de modéliser les scénarios d'émissions futures et d'identifier les leviers d'action possibles.
L'équation de Kaya établit une relation multiplicative entre les émissions mondiales de CO2 et quatre facteurs socio-économiques et technologiques : \( \text{CO2} = \text{Population} \times \frac{\text{PIB}}{\text{Population}} \times \frac{\text{Énergie}}{\text{PIB}} \times \frac{\text{CO2}}{\text{Énergie}} \)
Pour plus de clarté, on la réécrit souvent en définissant des ratios intermédiaires : \( \text{Émissions de CO2} = \text{P} \times \text{g} \times \text{e} \times \text{f} \)
N.B. :
L'équation de Kaya est une identité, pas une équation au sens strict. Cela signifie qu'elle est toujours vraie par construction mathématique ; elle sert à organiser la pensée et à quantifier les contributions relatives de chaque facteur, et non à prédire l'avenir de manière déterministe.
La force de l'équation de Kaya est de mettre en lumière les quatre grands leviers sur lesquels il est possible d'agir pour réduire les émissions de CO2 :
1. La population (P) : Un levier délicat et à long terme, lié aux politiques démographiques, d'éducation et de santé. La croissance démographique amplifie mécaniquement les autres facteurs.
2. La prospérité par habitant (g) : Réduire ce facteur signifie renoncer à la croissance économique, une option politiquement et socialement complexe. L'enjeu est plutôt de découpler la croissance des émissions.
3. L'intensité énergétique (e) : C'est le levier de l'efficacité énergétique. Réduire 'e' signifie produire la même richesse avec moins d'énergie, grâce à l'innovation technologique (bâtiments, transports, industrie) et aux changements de comportement.
4. L'intensité carbone de l'énergie (f) : C'est le levier le plus puissant et direct. Réduire 'f' implique de décarboner le mix énergétique en remplaçant les combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) par des énergies bas-carbone (renouvelables, nucléaire).
| Facteur (Symbole) | Signification | Objectif pour réduire le CO2 | Moyens d'action principaux |
|---|---|---|---|
| Population (P) | Nombre total d'habitants | Stabilisation à long terme | Éducation, santé, planning familial |
| PIB/habitant (g) | Niveau de vie / Richesse économique | Découpler croissance et émissions | Économie circulaire, sobriété |
| Intensité énergétique (e) | Énergie consommée par unité de PIB | Diminution (efficacité) | Isolation des bâtiments, moteurs efficaces, numérique |
| Intensité carbone (f) | CO2 émis par unité d'énergie | Diminution forte (décarbonation) | Énergies renouvelables, nucléaire, capture du CO2 |
Si l'équation de Kaya est un outil pédagogique et analytique précieux, elle présente certaines limites.
Elle se concentre uniquement sur le CO2 lié à l'énergie, laissant de côté d'autres gaz à effet de serre (vapeur d'eau, méthane, protoxyde d'azote) ou les émissions liées à l'utilisation des terres (déforestation). La simplicité de cette entité ne rend pas compte des interactions complexes et des rétroactions (positives ou négatives) entre les facteurs. Par exemple, les gains d'efficacité énergétique (baisse de 'e') peuvent parfois entraîner une augmentation de la consommation (effet rebond), annulant partiellement le bénéfice. De même, une augmentation de la température due aux émissions de CO2 peut accroître la concentration de vapeur d'eau dans l'atmosphère (un puissant gaz à effet de serre), créant ainsi une rétroaction positive qui amplifie le réchauffement initial, un phénomène que l'équation ne capture pas. Elle ne dit rien sur la faisabilité technique, économique ou politique de la réduction de chaque facteur.
La factorisation suppose implicitement que la population, la richesse, l'intensité énergétique et l'intensité carbone sont indépendantes. En réalité, ces variables sont fortement couplées.
Malgré ses limites, l'équation de Kaya structure la construction des scénarios d'émissions utilisés par le GIEC pour projeter l'évolution du climat. Les différents scénarios (SSP1-1.9, SSP2-4.5, SSP5-8.5...) correspondent à des trajectoires contrastées pour chacun des quatre facteurs. Par exemple, le scénario très ambitieux SSP1-1.9 suppose une population (P) qui plafonne puis décroît légèrement, une croissance économique (g) modérée mais axée sur la durabilité, une amélioration très rapide de l'efficacité énergétique (e) et une décarbonation extrêmement rapide du système énergétique (f). À l'inverse, un scénario de forte émissions comme le SSP5-8.5 projette une forte croissance de P et g, combinée à des progrès limités sur e et f, conduisant à un produit P×g×e×f très élevé.
Un scénario de forte atténuation (limitant le réchauffement à 1.5°C) implique nécessairement une diminution très rapide et profonde de l'intensité carbone (f) et de l'intensité énergétique (e), compensant en partie la croissance attendue de la population (P) et de la richesse par habitant (g). Par exemple, pour diviser par deux les émissions mondiales d'ici 2050 par rapport à 2020, tout en supposant une croissance modérée de P (environ +20%) et de g (environ +80%), les calculs montrent qu'il faudrait réduire l'intensité énergétique (e) d'environ 40% et, surtout, diviser l'intensité carbone (f) par plus de 4. Cela illustre concrètement l'équation : CO2 = P×g×e×f doit diminuer de moitié, malgré l'augmentation de P et g, grâce à des réductions drastiques de e et f.
Bien que ces chiffres puissent sembler décourageants, ils délimitent un cadre d'action précis. La baisse de l'intensité énergétique est déjà en cours dans de nombreux pays grâce aux progrès technologiques, et le potentiel de décarbonation du mix énergétique (baisse de 'f') est immense avec les énergies renouvelables et le nucléaire. Le défi est moins technologique que politique et économique : il s'agit d'opérer cette transition à une vitesse et à une échelle sans précédent.
| Facteur de Kaya | Tendance actuelle (approx.) | Objectif 2050 (1,5°C) | Effort supplémentaire requis | Exemples de mesures concrètes |
|---|---|---|---|---|
| Population (P) | +0.8% / an | +0.5% / an (stabilisation) | Accélérer la transition démographique par l'éducation et l'accès aux droits | Éducation des filles, santé reproductive, planning familial |
| PIB/habitant (g) | +1.5% à +2% / an | Découpler croissance et émissions | Diviser par 2 l'intensité carbone de la croissance | Économie circulaire, services, sobriété matérielle |
| Intensité énergétique (e) | -1.5% / an | -3% à -4% / an | Doubler le rythme des gains d'efficacité | Rénovation massive des bâtiments, véhicules électriques, industrie 4.0 |
| Intensité carbone (f) | -1% / an | -7% à -10% / an | Multiplier par 7 à 10 le rythme de décarbonation | Tripler les ENR d'ici 2030, sortie du charbon, hydrogène vert, nucléaire |
Sources : GIEC AR6 (2022), AIE Net Zero by 2050 (2021), ONU - Perspectives démographiques.
Ainsi, la stratégie climatique réaliste se concentre principalement sur une transformation accélérée des facteurs 'e' et 'f', tout en accompagnant une évolution naturelle de 'P' et en orientant la croissance 'g' vers des modèles plus sobres. L'équation de Kaya montre que le succès repose sur une amélioration exponentielle de notre efficacité énergétique et de la propreté de notre énergie.
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