Un concept aux racines biologiques. Apparue au 19ème siècle, la notion de métabolisme désigne l’ensemble des réactions chimiques internes aux êtres vivants qui leur permet de se maintenir en vie, se reproduire, croître, communiquer, etc. Le métabolisme implique le prélèvement de ressources externes (alimentation) et le rejet de substances à l’issue de ces réactions.

Comprendre le socle matériel et énergétique des sociétés humaines et les enjeux de soutenabilité associés. La notion de « métabolisme socio-économique » désigne la manière avec laquelle les sociétés humaines prélèvent des ressources dans la nature, les transforment et les distribuent pour constituer, entretenir et exploiter leurs structures biophysiques : infrastructures, bâtiments, véhicules, machines et équipements, produits de consommation divers, etc. Elle recouvre également les rejets de déchets et d’émissions dans l’environnement qu’entrainent ces processus. Le concept de « métabolisme socio-économique » ne se résume pas à la métaphore biologique des échanges externes et transformations internes. Il propose une vision systémique des interactions société/nature en reliant l’analyse des stocks et flux biophysiques, et celle des processus sociaux, économiques, politiques ou culturels qui les sous-tendent.

La révolution industrielle, une rupture historique dans le métabolisme mondial

Les énergies fossiles offrent une puissance de travail inédite, permettant de décupler l’exploitation de l’ensemble des ressources naturelles. L’extraction mondiale annuelle de ressources naturelles (énergies fossiles, minéraux métalliques et non métalliques, biomasse) a ainsi été multipliée par 13 depuis 1900, atteignant 86 milliards de tonne en 2015. .

Cet essor s’appuie pour l’essentiel sur l’extraction de ressources non renouvelables. À partir des années 1960, les activités humaines basculent d’un métabolisme reposant principalement sur la biomasse – ressources issues de l’agriculture, de la forêt et de la mer dont le stock peut se reconstituer sur une période relativement courte – vers un métabolisme non renouvelable – combustibles fossiles et dérivés, minerais métalliques, minéraux de construction, minéraux industriels. Cette évolution reflète non pas un recul de l’extraction de biomasse, qui a quadruplé sur la période, mais une augmentation bien plus rapide encore (multiplication par 30) de l’extraction de ressources non renouvelables.

In fine, ces extractions entrainent une explosion des rejets vers l’environnement : émissions atmosphériques, excréments et rejets de stations d’épuration, polluants industriels, déchets solides et liquides, flux dissipatifs lié à l’usure des chaussées et à l’épandage de substances chimiques, etc. Entre 1900 et 2015, la quantité annuelle de matières restituées à l’environnement a été multipliée par 8 pour atteindre 58 milliards de tonnes.

L’extraction des ressources non renouvelables face à l’échéance du pic de production

Bien que leur poids dans le métabolisme mondial soit sensiblement moindre que celui des minéraux non métalliques et de la biomasse, les énergies fossiles et les métaux présentent un caractère stratégique pour le fonctionnement et les infrastructures du système économique. Or, si jusqu’ici l’offre est parvenue à suivre la croissance de la demande, cela semble loin d’être acquis à l’avenir. Rencontrant plusieurs limites physiques et économiques, l’extraction de ces ressources devrait s’arrêter bien avant d’arriver au « dernier baril » disponible comme le montre le cas emblématique du pic de pétrole (« peak oil »).

• Des découvertes annuelles en deçà de la demande : depuis les années 1980, nous consommons chaque année plus de pétrole que nous n’en découvrons. Selon l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE), la production de pétrole conventionnel a atteint un pic en 2008 et décline depuis. Ce recul a pu être compensé par l'essor de l'exploitation des gisements d'hydrocarbures non conventionnels américains, qui présentent cependant des limites non négligeables (débits moyens inférieurs, déclin plus rapide des puits…).
• Une production soumise à des rendements décroissants : l’extraction se porte progressivement sur des gisements de moindre qualité (moins volumineux, moins concentrés, moins accessibles), ce qui implique d’engager des moyens toujours plus importants (prospection, études, machines, infrastructures, etc.) pour obtenir la même quantité de ressource. La production pétrolière fait face à une dégradation de son rendement énergétique (rapport entre l’énergie produite et l'énergie qui a été consommée pour la produire) : alors que l'on obtenait 50 barils de pétrole pour 1 baril utilisé dans les années 1930-40 au niveau mondial, ce ratio se situerait aujourd'hui à 15 pour 1 et serait bien inférieur pour les pétroles non conventionnels. De fait, la production ne peut se poursuivre si le retour sur investissement devient nul.
• Une spirale négative entre extraction d’énergie fossile et de métaux : d’un côté, l’exploitation d’énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon) moins accessibles entraine un besoin accru en métaux (par exemple, pour construire les plateformes deep offshore) ; de l’autre, l’extraction de minerais de métal moins concentrés implique de mobiliser davantage d’énergie pour creuser toujours plus profond et séparer les métaux du reste de minerai.
• Les limites de solvabilité de la demande : il ne suffit pas de répercuter au consommateur l'augmentation du coût d’extraction des ressources pour résoudre le problème de leur disponibilité. Comme le montrent les crises économiques consécutives aux chocs pétroliers, au-delà d’un certain niveau de prix la demande ne peut plus suivre ou impacte pour d’autres postes de consommation.

Selon l’Agence Internationale de l’Énergie, un resserrement de l'offre de pétrole apparait ainsi comme un risque majeur au cours des années 2020, d'autant plus plausible si l'effondrement des investissements observé en 2020 devait se poursuivre.

Les énergies renouvelables peinent à prendre le relais des énergies fossiles

Si les énergies renouvelables (ENR) représentent désormais près des ¾ des investissements en faveur de la production d’électricité au niveau mondial, plus de 60 % de l’électricité est encore produite à partir des énergies fossiles. Surtout, l’exploitation des énergies fossiles représente toujours plus de la moitié de l’ensemble des investissements dans de nouvelles capacités de production d’énergie dans le monde.

À l’image du « Sustainable Development Scenario » (SDS) de l’AIE, les scénarios de transition énergétique visant une décarbonation et une électrification du mix énergétique mondial s’appuient un déploiement massif des technologies bas-carbone : éolien, photovoltaïque, véhicules électriques en particulier. Mais ces scénarii volontaristes font face à plusieurs difficultés :

• Un déploiement qui implique une consommation tout aussi massive de ressources non renouvelables : ces technologies présentent une intensité matérielle (kg de matières nécessaires par KWh) nettement supérieure aux technologies électriques conventionnelles (fossiles, nucléaire). Le scénario SDS impliquerait un quadruplement des ressources minérales (cuivre, zinc, nickel, cobalt, graphite, terres rares, etc.) nécessaires chaque année au déploiement technologies électriques bas carbone entre 2020 et 2040. Le développement du parc de véhicules électriques et batteries associées représente à lui seul la moitié du besoin de matières, suivi par l’expansion des réseaux électriques.
• Comme les énergies fossiles, les énergies renouvelables feront face à une moindre qualité des gisements de minéraux métalliques et de moindre disponibilité des énergies fossiles pour les exploiter.
• L’exploitation des ENR est elle aussi  soumise aux rendements décroissants : au fur et à mesure que les meilleurs gisements éoliens et photovoltaïques sont mis en exploitation, toute demande d’énergie supplémentaire se traduit par la mobilisation de sources énergétiques aux rendements inférieurs.
• Les énergies renouvelables ne peuvent offrir les mêmes services énergétiques que les énergies fossiles. Aucune source d’énergie renouvelable ne présente les mêmes qualités de densité énergétique, de facilité de transport et de polyvalence que celles qu’offre le pétrole. a densité énergétique d’une batterie électrique est de 100 à 150 fois inférieure à celle du pétrole.

Par ailleurs, notons que jusqu’ici, toute nouvelle ressource énergétique s’est additionnée aux précédentes : si la part relative des énergies renouvelables dans le mix énergétique progresse, cela ne signifie pas nécessairement que la consommation en valeur absolue des autres sources d’énergie est en train de décroître. Au regard de l’expérience des dernières décennies, nous ne sommes jamais sortis de l’âge du charbon puisque nous n’en avons jamais extrait autant qu’aujourd’hui, même si sa part relative a diminué.

Le recyclage des métaux est incapable de satisfaire des besoins matériels croissants

En théorie, le recyclage peut permettre de réduire la pression sur les ressources naturelles, de baisser les coûts de production et de diminuer les rejets ultimes de déchets dans l’environnement. Les marges de progrès s’avèrent d’ailleurs très importantes : en 2017, seuls 27 % des déchets étaient recyclés à l’échelle mondiale. Parmi les métaux, seuls les plus utilisés (cuivre, plomb, fer, aluminium…) ou les plus précieux (or, argent, platine) bénéficient d’un taux de recyclage importants. 

Néanmoins, les efforts de recyclage butent en pratique sur plusieurs freins :

• Les produits ne sont pas conçus de façon à optimiser le recyclage : la diversité, la complexité et la miniaturisation croissantes des produits, des composants (dizaines de métaux différents dans un téléphone portable ou un ordinateur) et des matières (milliers d’alliages métalliques différents, mélange de plastiques et d’additifs, matériaux composites) ne permettent pas d’identifier, de séparer et de récupérer facilement les matières premières.
• Les matières ne peuvent pas être réutilisées sous leur forme la plus pure, ce qui entraine une dégradation de leur qualité d’usage, les dédiant à   des applications peu exigeantes (au contraire des produits high tech qui continueront à exiger des ressources primaires pour leur performance élevée). D’une manière générale, même si nous étions capables de mettre en œuvre des cycles de recyclage multiples, les ressources initiales finissent par disparaitre irrémédiablement. Par exemple avec un métal recyclé à 50 %, après seulement quatre cycles, presque 95 % de la quantité de départ est déjà perdue.
• Seules les matières présentes à des concentrations suffisamment élevées dans les produits s’avèrent suffisamment rentables pour être recyclées. C’est ce qui explique que la quasi-totalité des métaux rares présents en petites quantité dans les produits high-tech sont très peu ou pas recyclés aujourd’hui.

• Enfin, même maximal, le recyclage est insuffisant pour satisfaire des besoins matériels croissants : entre le moment t où une matière est ajoutée au stock en usage et le moment t+n où elle redevient disponible pour le recyclage, ce volume de matière s’avère insuffisant pour satisfaire des besoins qui auraient continués de croitre entre t et t+n. L’écart entre le volume recyclé et le volume consommé sera alors comblé par la consommation de ressources naturelles (primaires). De plus, même à consommation constante de matières, la disponibilité des matières pour le recyclage dépend de leur temps de séjour dans le stock (décalage temporel).

Le métabolisme de l’économie menace les conditions d’habitabilité de la planète

Introduit en 2009 par des scientifiques spécialistes du système Terre, le concept des « limites planétaires » a permis d’identifier 9 processus déterminant les équilibres biophysiques de la planète, c’est-à-dire les interactions de la terre, de l'océan, de l'atmosphère et de la biosphère qui, ensemble, fournissent les conditions d’existence dont dépendent nos sociétés. À chaque processus correspond une limite critique dont le franchissement soulève un risque de changements globaux abrupts ou irréversibles du système Terre vers un état préjudiciable pour le développement humain.

Ces travaux montrent que de nombreux processus du système Terre sont étroitement liés, ce qui signifie que la détérioration de l’un peut aggraver la situation d’un ou plusieurs autre(s), avec des effets en cascade qui peuvent s’avérer catastrophiques. Par exemple, le changement climatique est une cause majeure d’érosion de la biodiversité et d’acidification des océans. Ces analyses révèlent aussi, et surtout, que six limites seraient désormais franchies : le changement climatique, l’érosion de la biodiversité, la perturbation des cycles de l’azote et du phosphore, le changement d’affectation des sols et l’introduction d’entités nouvelles dans la biosphère et plus récemment de l’eau verte.

Or, le risque de dépassement des limites planétaires dépend de l’évolution du métabolisme de l’économie mondiale, et plus précisément de l’ampleur et de la nature de l’extraction de ressources. Autrement dit, le respect des limites planétaires exacerbe la contrainte de ressources au-delà des enjeux de disponibilité, en ajoutant notamment une limite climatique :

• La trajectoire 1,5°C suppose de délaisser dans le sol la majeure partie des réserves actuelles d’énergies fossiles. Le rapport « Net Zero by 2050 » de l'AIE définit un scénario énergétique permettant de limiter le réchauffement climatique à +1,5°C et d'atteindre la neutralité carbone à l'horizon 2050. Il prévoit une forte baisse de la production mondiale entre 2020 et 2050 : -90 % pour le charbon (soit une baisse annuelle de 7 % par an), -75 % pour le pétrole (-4 %/an) et -55 % pour le gaz d'ici 2050 (-3 %/an). 

• Une autre étude indique qu'une trajectoire d'extraction des métaux compatible avec un objectif de réchauffement climatique limité à +2°C implique un pic de production des principaux métaux d'ici 2030 et une baisse continue par la suite. Là aussi, l’extraction de métaux apparait limitée par les budgets d’émissions bien avant que l'épuisement des ressources ne devienne une réalité. Ces estimations questionnent à nouveau la soutenabilité des scénarios de transition énergétique misant sur un déploiement massif des énergies éolienne et photovoltaïque et des véhicules électriques à niveau de consommation constant.

En conclusion, les pressions environnementales induites par les activités économiques soulèvent un risque de dépassement des limites planétaires, comme l’illustre le schéma ci-dessous.

Pour mieux visualiser l'infographie ci-dessous, vous pouvez la télécharger en format PDF ici :

➜ Retrouvez la version longue de ce texte et la bibliographie dans l'étude complète ici