Par Victor COURT
Ingénieur et économiste, Centre Économie et Management de l’énergie, IFP Énergies nouvelles
Et Florian FIZAINE
Économiste, Institut de recherche en gestion et économie, Université Savoie Mont-Blanc

Les notions d’énergie nette et d’EROI ont progressivement gagné en popularité depuis leur émergence dans les années 1970. Particulièrement utiles pour caractériser, respectivement, l’état d’abondance et la difficulté à extraire l’énergie de l’environnement, leur mesure s’avère néanmoins difficile. Depuis quelques années, dans un contexte de raréfaction des hydrocarbures et de basculement vers les énergies décarbonées, plusieurs études ont essayé d’estimer l’impact d’une baisse de l’EROI sur le fonctionnement d’une société industrielle. Une autre façon d’approcher ce sujet revient à se demander s’il est possible d’estimer la
valeur minimale d’EROI requise pour soutenir la croissance économique. En raison de certaines faiblesses méthodologiques, les résultats de ce champ de recherche restent hétérogènes et difficiles à interpréter, d’autant qu’ils s’inscrivent dans un contexte de requalification de l’objectif à atteindre (croissance économique ou qualité de vie), auquel la science ne pourra pas répondre seule.

De prime abord, les concepts d’énergie nette et de taux de retour énergétique (TRE, ou Energy Return
on Investment (EROI)) paraissent simples et utiles pour mieux comprendre ce qui se joue dans un projet de transition bas-carbone. Plusieurs questions importantes ont émergé il y a quelques années autour de ces notions : quel est le lien entre EROI et prospérité économique ? Faut-il nécessairement un système énergétique avec un EROI élevé pour observer une croissance économique élevée ? Peut-on définir une valeur d’EROI en-dessous de laquelle la croissance économique est impossible ?

Dans cet article, nous nous proposons de faire le point sur les connaissances existantes vis-à-vis de ces inter-
rogations. Après avoir rappelé les concepts d’énergie nette et d’EROI, nous détaillerons les raisons pour les-
quelles l’utilisation de ces notions, simples et intuitives en apparence, est difficile en pratique. Nous reviendrons ensuite sur les résultats les plus importants en ce qui concerne le minimum d’EROI requis pour observer une croissance de l’activité dans une économie moderne. Enfin, nous discuterons des notions de croissance, de prospérité et de leurs liens avec l’EROI et la sobriété.

Un système énergétique
est toujours cannibale

Odum (1973) a probablement été le premier à remarquer que la variable déterminante pour un système
thermodynamique quelconque (un être vivant, un éco-système, une société humaine, etc.) est la quantité
d’énergie qui est disponible une fois que les besoins énergétiques propres à son système d’extraction d’énergie ont été satisfaits. Dans le cadre macroéco-nomique qui nous intéresse ici, l’énergie nette est donc
la quantité d’énergie qui atteint l’économie une fois que les besoins propres au système énergétique ont été
satisfaits. On a donc :

L’énergie nette est donc l’énergie disponible pour faire autre chose qu’extraire de l’énergie de l’environnement, c’est-à-dire soutenir les activités économiques qui définissent un mode de vie donné. L’EROI, mis au point par Hall (1972), est un concept dérivé qui correspond non pas à la soustraction, mais au rapport entre la quantité d’énergie fournie par un processus donné et la quantité d’énergie consommée par ce même processus :

Cet indicateur mesure donc l’accessibilité d’une res- source énergétique : plus l’EROI d’un système éner-
gétique est élevé, et plus la quantité d’énergie nette délivrée est importante pour chaque unité d’énergie
préalablement investie (Hall et al., 2014). Un point important est de comprendre que l’EROI évolue au
cours du temps sous l’effet de deux facteurs antagonistes : d’un côté, l’appauvrissement de la qualité des
ressources (car après avoir exploité les meilleurs gisements de pétrole ou de vent, il faut se contenter des
moins bons), qui tend à diminuer l’EROI ; et, de l’autre, le changement technique (par effet d’apprentissage, de rendements d’échelle et par R&D) qui lui, au contraire, tend à augmenter l’EROI (Court et Fizaine, 2017).

Le diable est dans les détails

Depuis plusieurs années, les études se succèdent pour estimer l’EROI des énergies fossiles (charbon, pétrole,
gaz), des renouvelables modernes (hydroélectricité, éolien, solaire) ou encore du nucléaire. Le but est de
pouvoir comparer les systèmes énergétiques du point de vue de leur capacité à fournir de l’énergie nette à la
société, et ainsi comprendre ce qu’une transition vers un système bas-carbone implique en termes d’EROI
agrégé (ou « sociétal »). Plusieurs chercheurs, tels que Brandt et al. (2013) ou King (2014), ont souligné que le
sigle EROI est plutôt vague et qu’il serait préférable de parler d’energy return ratio (ERR, ou « ratio de retour
énergétique »), en faisant a minima la distinction entre un gross energy return ratio (GERR), c’est-à-dire la production d’énergie brute divisée par l’énergie consommée pour assurer ladite production, et un net energy
return ratio (NERR), c’est-à-dire l’énergie nette (donc l’énergie brute moins l’énergie investie) qui va à la
consommation finale divisée par l’énergie consommée pour assurer la production de l’énergie brute¹.

Mais d’autres problèmes méthodologiques se posent lors du calcul de l’EROI de systèmes énergétiques
différents, notamment la cohérence de leurs limites physiques (Brandt et Dale, 2011 ; Brandt et al., 2013 ;
Modahl et al., 2013 ; Zhang et al., 2013 ; King et al., 2015 ; Murphy et al., 2016, 2022). Pour des raisons de
disponibilité des données, les estimations se sont long- temps focalisées sur l’EROI du pétrole et du gaz, qui
sont des énergies primaires. En revanche, en ce qui concerne les énergies bas-carbone (nucléaire et renou-
velables), on se place au niveau de l’électricité produite par les infrastructures correspondantes, et on parle
alors d’énergie finale². Des comparaisons ont été faites entre les EROIs de ces différents types d’énergies,
mais elles sont hasardeuses. En pratique, on devrait toujours se retreindre à comparer des EROIs de sys-
tèmes énergétiques qui fournissent des vecteurs énergétiques équivalents. Ainsi, il est légitime de comparer
l’EROI de l’électricité produite à partir de gaz (ou d’un autre combustible fossile) avec celui de l’électricité produite à partir d’une éolienne (ou d’une autre infrastructure bas-carbone : barrage, panneaux photovoltaïques, centrale solaire à concentration ou nucléaire). Et de la même manière, cela a du sens de comparer entre eux des EROIs de différents carburants liquides provenant, par exemple, du pétrole ou de la biomasse. En revanche, cela n’a pas de sens de comparer l’EROI du charbon avec celui de l’électricité d’origine solaire, car on voit bien que, dans ce cas, on mélange des pommes et des oranges (Raugei, 2019).

Ces problèmes prennent toute leur ampleur lorsque l’on souhaite parler de l’évolution temporelle de l’EROI de l’ensemble du système énergétique. En effet, la transition bas-carbone implique un changement des vecteurs énergétiques utilisés, notamment par une électrification des usages. Dès lors, il est difficile de comparer l’EROI moyen d’un système énergétique majoritairement fossile, c’est-à-dire reposant sur des combustibles solides, gazeux et liquides, avec celui d’un système bas-carbone reposant sur bien plus d’électricité, d’hydrogène et de biomasse (solide avec le bois, liquide avec les agrocarburants ou gazeuse avec le biogaz).

Diminution de l’EROI
et falaise d’énergie nette

En conservant en tête les avertissements qui précèdent, on peut tout de même se pencher sur la ques-
tion de l’interaction entre l’EROI agrégé d’une société et son niveau de prospérité économique. En particu-
lier, on peut imaginer qu’il existe une valeur minimale d’EROI en-dessous de laquelle une société moderne
ne pourrait plus croître, ni même, peut-être, assurer ses fonctions essentielles, car le système énergétique
« cannibaliserait » une trop grande part de l’énergie produite, rendant ainsi l’énergie nette (celle restant dis-
ponible pour la société) plus rare et donc plus chère, ce qui gripperait la machine économique (Murphy et Hall, 2010).

Pour comprendre ce point, il est crucial de voir que la relation entre l’EROI et l’activité économique est for-
tement non linéaire, tout simplement parce que le lien entre l’EROI et la disponibilité de l’énergie nette est lui
aussi fortement non linéaire :

Comme le montre la Figure 1 page suivante, si l’EROI d’une société passe de 50 à 35, la part de l’énergie pro-
duite que la société consacre au secteur énergétique sous forme d’investissements directs et indirects passe
de 2 à 2,86 % ; en d’autres termes, l’énergie nette passe de 98 à 97,1 % de la production d’énergie brute.
Ce changement est important, mais il est probablement gérable par n’importe quelle société. En revanche, si
l’EROI passe de 20 à 5, alors l’énergie cannibalisée par le secteur énergétique passe de 5 à 20 % de la production d’énergie brute. Si l’EROI connaît une nouvelle

baisse en dessous de 5, la quantité d’énergie détournée vers le secteur énergétique augmente de façon exponentielle et, progressivement, il ne reste plus d’énergie nette disponible pour faire autre chose qu’extraire de l’énergie. Bien sûr, dans ce contexte, une parade pour maintenir le flux d’énergie nette consiste à augmenter la taille du système énergétique, mais cela ne constitue qu’une coûteuse fuite en avant.

Quel est l’EROI minimal requis
pour une société moderne ?

À notre connaissance, seules quatre études ont essayé d’estimer la valeur d’EROI minimale requise pour
assurer la croissance d’une société. Hall et al. (2009) ont été les premiers à proposer un EROI technique minimal de 3 pour l’énergie primaire (plus exactement pour le pétrole à la sortie du puits). Ces mêmes auteurs ont avancé, mais sans s’appuyer sur des calculs explicites, qu’une valeur un peu plus élevée, de l’ordre de 5, devait être nécessaire pour soutenir les sociétés contemporaines. Et ils ont estimé qu’un EROI minimal d’environ 12 à 14, toujours en termes d’énergie primaire, était probablement nécessaire pour qu’une société capitaliste moderne puisse avoir un taux de croissance économique positif. Weißbach et al. (2013) estiment, quant à eux, qu’un EROI minimal de 7 est requis pour les pays de l’OCDE. Mais, là aussi, cette estimation est faite au doigt mouillé. La première étude quantitative réalisée dans ce domaine est celle de Lambert et al. (2014), mais son objectif est particulier : au lieu de chercher la valeur minimale d’EROI nécessaire pour qu’une croissance économique reste positive, son but est plutôt de
réaliser des corrélations assez simples (bien que non linéaires) entre l’EROI et l’indice de développement
humain (IDH) de différents pays³. Le principal résultat de cette étude est qu’un EROI sociétal d’environ 15
semble nécessaire (au stade de l’énergie primaire) pour qu’un pays présente un IDH de 0,7 (seuil permet-
tant de bénéficier d’une « qualité de vie convenable »). Enfin, en se basant sur diverses données (quantité
et prix des différentes énergies consommées, produit intérieur brut) concernant les États-Unis, nous avons
nous-mêmes estimé qu’entre 1950 et 2012, l’économie américaine avait eu besoin d’un approvisionnement en énergie primaire caractérisé par un EROI d’au moins 11 pour bénéficier d’un taux de croissance positif (Fizaine et Court, 2016).

Tous les résultats du paragraphe précédent concernent l’énergie primaire. Mais quand est-il lorsque l’on
déplace la réflexion au niveau de l’approvisionnement en énergie finale ? Malheureusement, il n’existe aucune étude ayant estimé l’EROI minimal requis en termes d’énergie finale pour assurer la croissance d’une
société. Cependant, plusieurs ont estimé l’évolution de cet indicateur pour quelques pays, ou au niveau global, ce qui a permis d’en déduire indirectement ce que serait la valeur d’EROI minimale requise de l’énergie finale d’une économie moderne. Par exemple, Brand-Correa et al. (2017) ont constaté que l’EROI de l’énergie finale au Royaume-Uni est passé de 12,7 en 1997 à une valeur maximale de 13,8 en 2000, avant de retomber progressivement à 5,6 en 2012. De même, Feng et al. (2018) ont estimé que l’EROI de la production d’énergie finale en Chine a diminué de 11 à 5,3 entre 1987 et 2012. Similairement, Brockway et al. (2019) ont estimé que l’EROI mondial des combustibles fossiles au stade final était passé de 6 à 5,4 entre 1995 et 2011. Tous ces résultats suggèrent que l’EROI minimal nécessaire pour l’approvisionnement en énergie finale des sociétés contemporaines se situe en dessous de 5, sans que personne puisse vraiment dire à quel niveau exact⁴.

EROI, dépense énergétique
et (dé)croissance

Dans le cadre de l’étude que nous avons publiée il y a quelques années (Fizaine et Court, 2016), nous avons
aussi montré qu’il existait une relation étroite entre l’indicateur de dépenses monétaires énergétiques expri-
mées en pourcentage du PIB et l’EROI. Pour ce faire, il faut d’abord estimer l’énergie investie dans le système
énergétique (Ein) en termes monétaires :

Où Eout est la quantité d’énergie produite et vendue, Pe est le prix moyen de l’énergie, MROI est le taux de
rendement monétaire (c’est-à-dire la marge) dans le système énergétique et EI est l’intensité énergétique
des dépenses monétaires. L’énergie investie est donc la somme des dépenses monétaires effectuées dans
le système énergétique pour le construire et l’exploiter, multiplié par l’intensité énergétique de ces mêmes
dépenses monétaires. On peut ensuite faire l’hypothèse que l’intensité énergétique des dépenses monétaires
consenties dans le secteur énergétique s’apparente à l’intensité énergétique du PIB (GDP) du pays considéré,
soit EI = Eout/GDP. En intégrant cette expression dans l’équation (4), laquelle ainsi modifiée vient se substituer à l’équation (2), on obtient :

On remarque ainsi qu’une façon de lutter contre la baisse de l’EROI associée à une hausse des coûts de
construction et d’exploitation peut consister à réduire l’intensité énergétique de ces dépenses. Finalement,
l’expression (5) peut encore être exprimé par :

Cette expression économique de l’EROI revient alors à une représentation de la capacité à produire de la
valeur économique avec des dépenses monétaires effectuées dans le secteur énergétique. L’EROI évolue
approximativement à l’inverse des dépenses énergétiques exprimées en pourcentage du PIB. Or, c’est pré-
cisément cet indicateur qui semble être corrélé négativement à la croissance économique du PIB : un niveau
élevé de dépenses énergétiques (en % du PIB) apparaissant comme une condition suffisante (mais pas
nécessaire) pour réduire la croissance (voir la Figure 2 de la page suivante). Nous avions montré ce lien pour
les États-Unis (Fizaine et Court, 2016), lequel a aussi été mis en évidence à l’échelle de l’OCDE par des éco-
nomistes de cette institution (OCDE, 2022). Les explications théoriques derrière ce phénomène relèvent de
l’impact de la hausse des dépenses énergétiques à la fois sur l’offre et sur la demande globale (Barnard et
Ollivaud, 2023). Du côté de l’offre, la hausse des prix de l’énergie conduit à une hausse des dépenses éner-
gétiques qui pousse les entreprises à produire moins et à un prix plus élevé, le tout engendrant moins de croissance économique. Du côté de la demande, la hausse des dépenses énergétiques exerce un effet dépressif sur la consommation des ménages, les amenant à revoir leur arbitrage en faveur des dépenses énergétiques qui sont difficilement substituables et à réduire, en même temps, leurs dépenses correspondant aux autres types de consommation, par un effet revenu négatif. Les quelques gagnants tirant des surprofits dus à l’augmentation des prix de l’énergie ayant une propension à dépenser relativement faible (Cookson et al., 2022), l’effet net sur la demande semble négatif. Les preuves empiriques (venant d’études d’économétrie)
restent toutefois fragiles, compte tenu du faible nombre de récessions économiques survenues à la suite de
hausses des dépenses énergétiques. Le contexte de hausse des prix de l’énergie prévalant depuis la fin 2022
permettra peut-être de préciser cette relation, même si les dispositifs mis en place par les gouvernements pour protéger les consommateurs et les entreprises (bouclier tarifaire, chèques énergie, recapitalisation) vont probablement « diluer » la relation à travers le temps (la compensation financière de ces dispositifs s’étalant sur de nombreuses années à travers le remboursement de la dette publique engendrée par ces mesures).

Un EROI en baisse est-il
vraiment un problème ?

S’il semble évident que l’EROI d’une société ne doit pas passer en dessous de l’unité, l’impact de la baisse
de l’EROI au niveau des minimums estimés précédemment soulève plusieurs interrogations. Tout d’abord,
dans la mesure où les sociétés évoluent technologiquement, économiquement et culturellement, il semble
inopportun de vouloir chercher une valeur d’EROI minimale absolue. L’efficacité énergétique, c’est-à-dire la
capacité à fournir un même service économique en consommant moins d’énergie, peut ainsi faire baisser
la valeur minimale requise pour l’EROI sociétal (Court, 2019). En effet, s’il faut moins d’énergie pour fournir le
même service économique grâce aux gains d’efficacité énergétique, alors pour un système énergétique
de taille équivalente, la « cannibalisation énergétique » sera moins pénalisante pour les autres secteurs économiques. Néanmoins, cette option peut s’avérer de plus en plus coûteuse au fur et à mesure que les gisements d’efficacité énergétique s’épuisent.

D’autre part, nous avons eu jusqu’à présent besoin de systèmes énergétiques avec des EROI élevés, car
l’économie fossile (Malm, 2016) repose sur de nombreuses activités intenses en énergie (par exemple,
passer des vacances à l’autre bout du monde ou rouler en SUV), qui ne sont peut-être pas essentielles pour
maintenir une bonne qualité de vie. Car c’est bien évidemment cela qui est important, et non la croissance
du PIB en tant que telle. En dernière instance, c’est bien la structure de l’économie et les modes de vie qui
définissent la quantité d’énergie nette nécessaire – et donc l’EROI minimal requis – pour soutenir un certain
niveau de bien-être et d’opulence matérielle. Ainsi, une société qui jugera que son bien-être et sa qualité de vie passent par l’accès au plus grand nombre possible de biens matériels et à des loisirs à haute intensité énergétique nécessitera de disposer de davantage d’énergie nette qu’une société dans laquelle le bien-être sera défini avant tout par la qualité des relations interpersonnelles et la disponibilité de loisirs et de services de proximité. Avec un système énergétique de taille équivalente, cette seconde société pourra prospérer avec
un EROI plus faible que la première. Cette limite a aussi une retranscription en termes de résilience par rapport aux prix de l’énergie : une activité économique moins intense en énergie résistera mieux à une augmentation des prix, que ce soit en tendance longue ou à cause d’un choc ponctuel.

Mais tous ces éléments sont bien évidemment normatifs. Il n’existe pas de consensus sur ce qui fait la qualité de vie/le bonheur et sur la façon dont on le mesure. D’autre part, même si un tel consensus existait, la voie
à prendre pour faire émerger cette société alternative reste elle aussi sujette à questionnement : réforme pro-
gressive de l’intérieur, révolution radicale, bifurcation au niveau des marges, ou peut-être un mélange de ces
trois possibilités ?

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