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Réduire l’empreinte énergétique des usages de l’eau : un enjeu technique, politique, social et sécuritaire

Alors que les questions liées à la gestion de l’eau, de l’énergie, de l’agriculture et du climat sont indissociables et reconnues comme telles, le poids croissant des consommations énergétiques nécessaires pour mobiliser, traiter, distribuer l’eau pour ses différents usages remet en cause la sécurité énergétique de plusieurs régions du monde.

Face à une complexité croissante, les politiques de l’eau s’appuient sur différents concepts, à l’image de la gestion par bassin, la gestion intégrée, la gouvernance de la ressource, ou encore le Nexus Eau-Énergie-Agriculture. Le Nexus, dont l’intérêt a été ravivé dans les milieux académiques, institutionnels et privés par la Conférence de Bonn (1) en 2011, incite à prendre en compte et à gérer conjointement les enjeux relatifs à l’eau, à l’énergie et à la production alimentaire, soulignant l’interdépendance des ressources naturelles. À ce triptyque s’ajoute une quatrième dimension désormais incontournable : le climat. En effet, le changement climatique se répercute à la fois sur les causes des crises actuelles et à venir (disponibilité de l’eau, potentiel hydroélectrique, agriculture…) et sur l’éventail des solutions pouvant être mises en œuvre (politiques énergétiques, politiques de l’eau, régulations « carbone »…).

Au sein de ce Nexus, un sujet pourtant essentiel à la sécurité énergétique de dizaines d’États dans le monde s’avère peu traité et sous-estimé : le poids croissant des consommations énergétiques des usages de l’eau (agricoles, domestiques, industriels).

Dans six États de la Fédération indienne, le secteur de l’eau représente par exemple entre 35 % et 45 % des consommations d’électricité, essentiellement pour le pompage dans les eaux souterraines (voir infra). En Jordanie, des estimations non consolidées évaluent à 40 % la part du secteur de l’eau dans la consommation électrique totale du pays. Ces considérations sont à replacer dans un contexte de tensions énergétiques internes à la plupart des pays en développement, où l’électricité constitue un levier essentiel du développement économique dans tous les secteurs d’activité.

La hausse des consommations énergétiques nécessaires à la mobilisation (pompage, transfert, acheminement vers l’usager…) et à la production (dessalement, potabilisation…) de l’eau résulte à la fois de l’augmentation de la demande (croissance démographique, amélioration du niveau de vie…) et d’une raréfaction saisonnière ou absolue de l’eau dans plusieurs larges aires géographiques. Les usagers et les pouvoirs publics sont alors incités à recourir à de nouvelles ressources (aquifères profonds, eau fossile, transferts interbassins, dessalement, réutilisation, etc.). De plus, relever le défi alimentaire conduit à mettre en culture de nouvelles aires, le plus souvent irriguées, ce qui accroît à la fois les usages d’eau et d’énergie.

Ces actions ont pour point commun d’être fortement consommatrices en énergie, au risque de créer de profondes vulnérabilités techniques, de gouvernance et de développement. Les coûts énergétiques croissants de la mobilisation de l’eau agricole et domestique représentent ainsi déjà un risque pour la sécurité énergétique de plusieurs dizaines d’États dans le monde, dont l’Inde, la Chine, les pays du Sud et de l’Est de la Méditerranée, du Proche et du Moyen-Orient, de certains États fédérés américains…

Une vulnérabilité à la sécurité énergétique des États

Deux profils d’usages de l’eau, dont les effets peuvent s’additionner, expliquent cette forte empreinte énergétique sectorielle : la petite irrigation par pompage, et une politique de l’eau reposant à l’excès sur une gestion par l’offre.

Le poids énergétique d’une agriculture atomisée et dépendante des eaux souterraines

La première catégorie englobe des pays ou régions où la petite irrigation par pompage dans les systèmes aquifères est abondante, à l’image de l’Asie du Sud ou des provinces du Nord-Est de la Chine. Au regard des volumes d’eau utilisés pour l’agriculture dans les pays en voie de développement (le plus souvent au-delà de 90 % des consommations), le recours aux eaux souterraines pèse considérablement sur les usages énergétiques nationaux. Le cas de l’Asie du Sud illustre le poids en matière énergétique des pratiques de milliers de communautés d’irrigants devenues relativement indépendantes des politiques de l’eau mises en place par des pouvoirs centraux. Les pays méditerranéens où la mobilisation des eaux souterraines est le moins centralisée, comme le Maroc, révèlent également une vulnérabilité à ces usages difficiles à infléchir.

En juin et juillet 2012, en Inde, après le semis du riz, les pluies de mousson furent particulièrement faibles dans le Pendjab, l’Haryana et l’Uttar Pradesh. Les gouvernements de ces trois États fédérés, élus six mois à un an auparavant, cédèrent sous la pression des irrigants. Ils autorisèrent ces derniers à dépasser leurs quotas d’électricité (6 à 8 heures par jour) dédiés au pompage des eaux souterraines, à l’encontre des recommandations du régulateur central de l’électricité. Cet appel de charge de plusieurs millions de pompes, hors allocations planifiées d’électricité, conduisit alors à l’effondrement en chaîne des réseaux. Une note de la mission économique de l’ambassade de France à Delhi datée du 2 août 2012 rapporte que le 31 juillet, 670 millions de personnes dans la moitié nord et nord-est de l’Inde (9 % de la population mondiale !) ont été privées d’électricité pendant près de 18 heures… Si la vétusté du réseau électrique, une sous-production électrique chronique et un pic de consommation en électricité à cause des fortes chaleurs (climatisation) expliquent également la brutalité de ce gigantesque black-out, celui-ci découle directement de prélèvements en eau souterraine pour un usage d’irrigation dans les trois États précités.

Le recours massif à l’eau souterraine depuis le milieu des années 1960 a conduit à la diffusion de millions de pompes diesel, électriques, à main ou à pied (près de 19 millions de pompes sont en service actuellement en Inde, au Pakistan et au Bangladesh) (2). Cette révolution a plusieurs visages. Elle a contribué à la sécurité alimentaire en Asie du Sud, en permettant l’augmentation de la production agricole et sa diversification. L’usage de l’eau souterraine permet de s’affranchir de la disponibilité saisonnière et aléatoire de l’eau de surface, et de cultiver des champs toute l’année (deux à trois récoltes). Cette autonomie à l’égard des réseaux de canaux d’eau de surface est devenue économique, politique et sociale. Économique car la petite irrigation villageoise a apporté un moyen de subsistance beaucoup plus régulier, et parfois même une aisance relative aux fermiers. Autonomie politique et sociale également vis-à-vis de ceux qui contrôlent les canaux, qu’il s’agisse de grands propriétaires terriens ou d’autorités administratives (corruption, influence des castes…).

Le corollaire négatif de cette indépendance nouvelle conquise par les petits irrigants est qu’il n’y a pas de levier d’action pour gérer plus globalement les prélèvements dans les aquifères et les coûts énergétiques qui y affèrent… L’échelle de l’action publique devient tout au plus celle des communautés d’irrigants, à convaincre – ou à contraindre – individuellement.

Dans six États indiens, la part d’électricité pour l’irrigation par pompage dans les eaux souterraines oscille de ce fait entre 35 % et 45 % des consommations totales (Andhra Pradesh, Gujarat, Karnataka, Uttar Pradesh, Pendjab et Haryana (3)) ! Au Rajasthan, l’énergie représente 75 % des coûts d’exploitation des réseaux d’eau dans les grandes villes de l’État fédéré indien (4).

Les coûts énergétiques d’une politique d’augmentation massive de l’offre en eau

La deuxième catégorie illustrant l’importance des besoins en énergie pour mobiliser et produire de l’eau recoupe les États qui adoptent des politiques de l’eau excessivement centrées sur l’augmentation de l’offre, dans un contexte de raréfaction des eaux de surface et de pression croissante sur la ressource. Accroître l’offre disponible passe dès lors par le recours à des ressources en eau non conventionnelles (dessalement, réutilisation, exploitation d’eau souterraine fossile…) et à des transferts interbassins massifs. Or ces solutions aggravent notablement les besoins en énergie pour l’eau.

Pour l’agriculture, les prélèvements, les transferts et l’irrigation elle-même nécessitent en moyenne 1 kWh/m3. Mais cette consommation en énergie augmente si le pompage a lieu dans des eaux souterraines, si l’eau a besoin d’être surélevée pour son transport, et si l’irrigation a lieu par canaux pressurisés. Des projets de ce type, performants sur le plan de l’efficience hydrique, entraînent en revanche une dépense énergétique supérieure à celles d’infrastructures d’irrigation plus classiques.

Le canal oriental du grand transfert d’eau du Sud vers le Nord de la Chine, à partir du Yang-Tsé-Kiang, transporte plus de 10 milliards de m3 (le débit annuel de la Seine) sur 1450 km, grâce à l’action de 23 stations de pompage, pour relever le niveau d’eau à plusieurs reprises. Les Provinces chinoises traversées par ce canal, mais ne bénéficiant pas de son eau, rechignent à assumer la dépense énergétique de ces relevages multiples.

La réutilisation des eaux usées, plutôt destinée à l’agriculture, entraîne un surcoût énergétique de l’ordre de 1 kWh/m3 (à comparer aux coûts énergétiques du dessalement d’eau saumâtre – 1,5 kWh/m3 – et d’eau de mer – au mieux entre 2 et 4 kWh/m3 pour l’osmose inverse). La réutilisation présente ainsi un bilan énergétique plus compétitif que les transferts d’eau sur une distance supérieure (5) à 60 km (hors dénivelé très favorable).

Ces ordres de grandeur ayant été donnés, la mobilisation et la production de l’eau dans l’espace méditerranéen sont estimées à 0,4 kWh/m3 en France et à 1,5 kWh/m3 en Israël (qui a recours au dessalement, à la réutilisation, à des transferts longues distances). Du fait du développement du dessalement en particulier (que ce soit à partir de l’eau de mer ou de l’eau saumâtre), le mètre cube d’eau produit dans les Pays du Sud et de l’Est de la Méditerranée (PSEM) devrait passer de 0,2-0,4 kWh en 2000 à 1 kWh en 2025, contre respectivement 0,4 à 0,7 kWh/m3 dans les Pays du Nord de la Méditerranée (PNM) (6).

Ainsi, dans les pays du Sud et de l’Est de la Méditerranée qui mettent en œuvre l’ensemble de ces solutions techniques, la seule demande en électricité pour la mobilisation et la production d’eau douce en 2025, pourrait représenter 20 % des consommations totales en électricité (7), contre environ 10 % aujourd’hui.

Certains États, qui disposent d’une énergie abondante et à bas coût, recourent massivement à de l’eau non conventionnelle, comme le dessalement, l’extraction à partir d’aquifères non renouvelables (jusqu’à 2500 m de profondeur), ou la réutilisation d’eau usée. L’Arabie saoudite, premier pays producteur d’eau dessalée, a ainsi besoin de brûler 350 000 barils de pétrole par jour pour le dessalement (8).

Un enjeu politique et social avant d’être technique ?

Hormis des aspects purement techniques (amélioration de procédés, de l’efficience énergétique ou hydrique), la réduction de l’empreinte énergétique des usages de l’eau s’avère être un sujet peu traité, bien qu’il s’agisse d’un enjeu significatif, à l’intersection de trois domaines clés : les interactions eau-énergie, la sécurité énergétique, et l’atténuation du changement climatique (voir encadré p. 58).

Les interactions eau-énergie

Les besoins en eau pour le secteur énergétique (refroidissement des centrales thermiques à flamme ou nucléaires, production d’hydroélectricité) font l’objet de très nombreuses publications depuis le milieu des années 2000. Mais le lien inverse, c’est-à-dire les besoins énergétiques pour la mobilisation et la production d’eau, n’est pas exploré de manière systématique, comme en témoigne le tableau ci-dessus. Des données géographiquement éparses sont disponibles (par exemple pour la Californie, quelques régions marocaines, six États fédérés indiens…), ou plus sectorielles (excellence des connaissances par exemple dans le dessalement, la réutilisation…). Dans sa composition, le cinquième rapport mondial sur la mise en valeur des ressources en eau, publié par les Nations Unies en mars 2014 et intitulé Water and Energy, est emblématique de cette distorsion de connaissance en privilégiant tout particulièrement le volet « de l’eau pour la production énergétique ».

Sécurité énergétique

L’essentiel de la littérature traitant de la sécurité énergétique est centré sur la gestion de l’offre en énergie, avec une attention particulière sur la continuité et la sécurité des approvisionnements et des infrastructures, à l’image de la définition du concept retenue par l’Agence internationale de l’Énergie (AIE) (9) : « Disponibilité continue de sources d’énergie à un prix abordable ». Un autre pan de la sécurité énergétique concerne l’amélioration de l’efficacité énergétique (pour le consommateur final essentiellement). Un dernier volet, beaucoup moins traité, est relatif à la gestion de la demande, dont l’efficacité énergétique ne couvre qu’une partie. Or, comme cela a été montré dans les développements précédents, la manière dont se structure la demande interne en énergie dans les secteurs de l’agriculture et de l’eau peut être considérée comme un risque pour la sécurité énergétique nationale de nombreux États (Asie, Méditerranée, Proche et Moyen-Orient…).

Atténuation du changement climatique dans le secteur de l’eau

Cet enjeu n’a fait l’objet d’aucun chapitre dédié dans les cinq rapports d’évaluation du Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat (GIEC – IPCC) depuis 1990, et plus particulièrement dans aucune des contributions du Groupe de Travail III du GIEC, dédié à l’atténuation du changement climatique. Ce n’est que dans un court chapitre de dix pages dans un « document technique » consacré à l’eau (10) et au changement climatique en 2008 que l’atténuation dans le domaine de l’eau est abordée à titre principal par le GIEC. Il est vrai que l’enjeu de l’adaptation (voir encadré p. 58) fait à l’inverse l’objet de nombreux développements, tant les manifestations du changement climatique s’expriment à travers les ressources en eau douce (sécheresses, inondations, évènements climatiques extrêmes…). L’atténuation des émissions de gaz à effet de serre peut ainsi apparaître comme un enjeu secondaire en comparaison avec celui de l’adaptation, mais également relativement technique. Il s’agit par exemple d’étudier les conséquences du recours à des cultures bioénergétiques sur les ressources en eau, la réduction de l’empreinte énergétique du dessalement de l’eau de mer ou d’eau saumâtre, ou encore d’examiner l’impact du stockage du C02 sur la qualité des eaux souterraines. Il n’existe au final que peu de publications sur les conséquences des politiques de l’eau à différentes échelles sur les émissions de gaz à effet de serre. Or, l’ensemble des solutions consistant à augmenter l’offre en eau douce et l’efficience de son usage (dessalement, prélèvements dans les eaux souterraines, transferts massifs d’eau interbassins, réutilisation, irrigation sous pression…) créent des consommations énergétiques.

Pour tenter de combler ces zones grises de connaissance dans les trois domaines précités, un projet de recherche (11) de 18 mois, intitulé « Eau et atténuation du changement climatique : réduire la vulnérabilité énergétique des États en Méditerranée et au Moyen-Orient », a été lancé en décembre 2018, et se focalise sur quatre cas d’étude : le Maroc, la Jordanie, Chypre, et l’Arabie saoudite. Les objectifs de ce travail consistent notamment à caractériser les liens entre les usages et les politiques de l’eau, la sécurité énergétique, et la réduction des émissions des gaz à effet de serre.

Pour une trajectoire de sobriété énergétique

La maîtrise des consommations énergétiques devient l’un des piliers d’une nécessaire transition énergétique et écologique. Les usages et les politiques de l’eau, qui représentent une vulnérabilité croissante à la sécurité énergétique de plusieurs régions du monde, doivent également s’inscrire dans une trajectoire de sobriété énergétique, et d’économie de la ressource.

L’amélioration des processus et des technologies, à l’image de l’efficacité énergétique du dessalement, ne constitue qu’un des axes d’action pour diminuer l’empreinte énergétique des usages de l’eau. Les exemples développés dans cet article témoignent des dimensions sociales et politiques prééminentes des utilisations de la ressource et des cadres institutionnels de sa gestion. Lorsque 20 %, 30 % ou 40 % des consommations d’électricité d’un pays sont dévolues aux usages de l’eau, le véritable enjeu n’est plus technique, mais sociétal et politique : comment agir significativement sur la demande en eau, notamment agricole ? Ainsi plusieurs sujets considérés comme techniques nécessitent d’être réinvestis comme des questions politiques et sociales : l’atténuation du changement climatique, les liens énergie-eau, ou la sécurité énergétique (formation de la demande en énergie).

Énergie pour la mobilisation et la production de l’eau

Notes
(1) The Bonn 2011 Nexus Conference (https://www.water-energy-food.org/about/bonn2011-conference/). L’approche par le Nexus a été tout particulièrement soutenue par le Forum économique mondial (World Economic Forum), notamment lors de ses éditions de 2008 et 2011, pour promouvoir, à travers une gestion intégrée entre les usages des différentes ressources, des droits universels pour l’accès à l’eau, à l’énergie et à l’alimentation.
(2) Tushaar Shah, Taming the Anarchy : Groundwater Governance in South Asia, Washington DC, RFF Press – IWMI, 2009, 310 p.
(3) Asia Society, Asia’s next challenge : securing the region’s water future, Leadership Group on Water Security in Asia, avril 2009, 59 p.
(4) Entretien avec monsieur Cheik Dia, AFD Delhi en février 2013.
(5) Gaëlle Thivet, « Eau/énergie, Énergie/eau et changement climatique en Méditerranée », chapitre 10, in Plan Bleu, Changement climatique et énergie en Méditerranée, juillet 2008, p. 10-19 (http://planbleu.org/sites/default/files/publications/changement_clim_energie_med_fr_0.pdf).
(6) Plan Bleu, Des stratégies de gestion intégrée des ressources en eau et en énergie pour faire face au changement climatique, coll. « Les Notes du Plan Bleu », no 9, novembre 2008, 4 p. (https://planbleu.org/sites/default/files/publications/note9_eau_energie_fr.pdf).
(7) Intervention de Mohammed Blinda, « Improving water and energy use efficiency in the Mediterranean », in Eco-Cities Forum, Eco-Cities of the Mediterranean, UNIDO, 2011, 30 p.
(8) Cité par Franck Galland in Alexandre Taithe, Franck Galland et Bruno Tertrais, Les frontières invisibles de l’eau : géopolitique des eaux souterraines transfrontalières, Paris, Technip/Ophrys, 2019 (à paraître).
(9) http://www.iea.org/topics/energysecurity/
(10) Chapitre 6 « Mesures d’atténuation du changement climatique et eau » in IPCC, « Climate change and water », Technical paper no IV, 2008, 214 p.
(11) Ce projet, qui bénéficie du soutien du Conseil Supérieur de la Formation et de la Recherche Stratégiques (CSFRS), est mené par la Fondation pour la recherche stratégique (FRS), avec le Plan bleu, l’OCP-Policy Center (OCP-PC), et Environmental Emergency & Security Services (ES2).

La photo ci-dessus : assurer la mise à disposition (pompage, acheminement, dessalement…) de l’eau pour ses différents usages – en particulier la production de nourriture et la génération d’énergie –, est de plus en plus énergivore, en raison non seulement de l’accroissement démographique qui fait mécaniquement augmenter la demande, mais aussi de la raréfaction saisonnière ou absolue de cette ressource en plusieurs points du globe. (© Shutterstock/Dmitry Eagle Orlov)

(*) Article publié dans Diplomatie n° 97, Areion Group, mars-avril 2019

À propos de l'auteur

Alexandre Taithe

Alexandre Taithe

Chargé de recherche à la Fondation pour la recherche stratégique.

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