L’empreinte énergétique du système alimentaire

Énergie : de quoi parle-t-on ?

L’énergie, c’est une grandeur physique qui mesure les changements d’états de la matière, ou dit autrement, les transformations du monde qui nous entoure[1]. On ne peut ni la créer, ni la détruire, seulement la transformer d’une forme à une autre. Et à chaque transformation, une part plus ou moins grande de l’énergie est dissipée sous forme de chaleur. Tous les êtres vivants ont besoin de prélever de l’énergie dans leur environnement pour grandir, se mouvoir, se multiplier… Nous autres animaux obtenons cette énergie grâce à nos aliments[2]. Cette énergie permet à d’innombrables réactions chimiques d’avoir lieu, de construire de nouvelles cellules, d’assurer la contraction de nos muscles et le fonctionnement de notre système nerveux. Le rendement de ces réactions est toutefois assez faible, la plupart – disons 70 % – de l’énergie est dissipée sous forme de chaleur.

Manger, c’est donc fournir à notre corps de l’énergie[3]. Or il nous faut également dépenser de l’énergie pour obtenir notre nourriture, que ce soit en chassant un chevreuil ou en faisant pousser des pommes de terre. Et pour ne pas mourir de faim, mieux vaut récupérer plus d’énergie que ce que l’on a dépensé ! On appelle taux de retour énergétique (TRE[4]) ce rapport entre l’énergie récupérée et l’énergie qu’il a fallu investir. Un TRE égal à 2 signifie que l’on récupère deux fois plus d’énergie que ce que l’on a dépensé. Un TRE inférieur à 1 signifie que l’on a dépensé plus d’énergie que ce que l’on a récupéré. On peut calculer un TRE à l’échelle d’un individu, d’une ferme ou du système alimentaire dans son ensemble. Cela donne une idée de l’efficacité globale du système pour convertir de l’énergie solaire en nourriture. Remarquons à ce propos que cette énergie solaire n’est pas comptabilisée dans les calculs des TRE relatifs à l’alimentation. On la considère comme « gratuite », par opposition à d’autres formes d’énergie dépensées dans la production de nourriture (énergie musculaire des hommes et des animaux, combustion d’énergies fossiles ou de biomasse…).

Des chercheurs ont calculé que, pour le système alimentaire américain, il fallait dépenser 7,3 calories (une unité de mesure de l’énergie) sous forme d’énergie fossile pour récupérer 1 calorie sous forme de nourriture[5],[6], soit un TRE de seulement 0,14 ! Autrement dit, nous mangerions davantage du pétrole que de la nourriture. À travers cet article, nous allons essayer de comprendre et de discuter ce résultat.

Les besoins en énergie pour la production agricole

Travail du sol, semis, binage, sarclage, moisson, battage, tri, fauchage, andainage, transport des récoltes, traite, transformation… Comme n’importe quelle activité, les travaux agricoles nécessitent de l’énergie. Jusqu’à la révolution agricole des temps modernes, celle-ci provenait quasiment exclusivement des muscles des hommes et des animaux de trait. Leur nourriture était directement issue de la ferme. Autrement dit, une partie de la production était auto-consommée pour les besoins énergétiques des fermes et le surplus était destiné à la population non agricole. Des chercheurs ont récemment estimé que ce type d’agriculture affichait en France entre 1880 et 1950 un TRE environ égal à 2[7]. Notons qu’il s’agit là seulement du TRE de la production agricole brute, pas de l’ensemble du système alimentaire.

Évolution de l’énergie investie et de l’énergie récupérée (net production) par la production agricole française depuis 1882. Les dépenses énergétiques correspondent à l’alimentation des paysans (farmer food) et des animaux de trait (draft animals) séparée entre énergie nécessaire aux travaux (traction) et énergie nécessaire à l’entretien des bêtes (maintenance), aux carburants pour les machines agricoles (machines fuel), à la fabrication des engrais azotés, phosphatés et potassiques (fertilizers), au chauffage de serres (greenhouses), au fonctionnement des bâtiments d’élevage et des machines associées (LV facilities), à la fabrication des produits phytosanitaires et à l’irrigation (others). Les évolutions du taux de retour énergétique (EROI), de l’efficacité énergétique des travaux mécaniques (traction efficiency) et de l’autonomie énergétique des fermes (energy self-sufficiency) sont indiquées dans le graphique du bas. Figure issue de Harchaoui et Chatzimpiros (2018)[8].

Puis, changement radical. En une vingtaine d’années seulement (1950-1970), les chevaux, les bœufs et les vaches de trait sont remplacés par des tracteurs et l’énergie musculaire par du pétrole. La traction motorisée des machines agricoles est environ deux fois plus efficace[9] que la traction animale, principalement pour deux raisons : d’une part à cause de la différence de rendement entre un muscle (environ 25 %[10]) et un moteur de tracteur (environ 45 %[11]) ; d’autre part parce qu’un tracteur ne consomme de l’énergie que lorsqu’il est utilisé contrairement à un cheval qu’il faut nourrir en permanence.

Mais de nouveaux besoins énergétiques viennent contre-balancer cette amélioration. En premier lieu, l’augmentation de l’utilisation d’engrais minéraux. Les engrais azotés sont produits à l’issue d’un procédé industriel, dit Haber-Bosch, nécessitant une grande quantité de gaz naturel d’origine fossile. Les engrais phosphatés et potassiques sont quant à eux issus de l’extraction minière et nécessitent donc de l’énergie sous forme de produits pétroliers pour faire tourner excavatrices, bulldozers et camions.

Qui plus est, il faut aujourd’hui prendre en compte l’énergie nécessaire pour chauffer les serres, irriguer les cultures, faire fonctionner les bâtiments d’élevage ou synthétiser les produits phytosanitaires.

L’investissement énergétique total actuel n’est finalement pas si éloigné de ce qu’il était au début du XXe siècle. On peut toutefois noter deux différences majeures entre le début du siècle dernier et aujourd’hui :

  •  l’augmentation des rendements a permis une multiplication par deux de la production agricole nette (le surplus disponible), si bien que le TRE du système agricole a lui aussi doublé pour se situer aux alentours de 4[12] ;
  • le système agricole, qui fonctionnait auparavant presque exclusivement grâce à des sources d’énergie locales et renouvelables (biomasse et dérivés), tire désormais la quasi-totalité de son énergie de ressources énergétiques distantes et finies. Les fermes sont passées en moins d’un siècle d’une situation d’autonomie énergétique à une dépendance extrême aux énergies fossiles. Les joules sont toujours là, mais elles ont changé de forme.

Aujourd’hui, le secteur agricole (en incluant la synthèse des engrais) ne représente que 5 % de la consommation énergétique totale en France[13]. Mais rappelons-le, l’alimentation de nos sociétés repose sur bien d’autres activités que la seule production, et elles aussi nécessitent de l’énergie.

Bilan énergétique à l’échelle du système alimentaire

L’énergie est au cœur du fonctionnement de notre société industrialisée. Les combustibles fossiles en sont la source privilégiée, puisque pétrole, gaz et charbon représentent à eux seuls plus de 80 % de la consommation énergétique primaire mondiale[14]. Le système alimentaire n’échappe pas à cette dépendance aux énergies fossiles : pétrole pour le transport des produits d’un intermédiaire à l’autre, électricité[15] pour faire tourner les usines agroalimentaires et les systèmes de réfrigération, gaz pour préparer les repas, pétrole, gaz et électricité à nouveau pour gérer les déchets, traiter les eaux usées…

D’après l’étude de Heller et Keoleian (2003) citée au début de cet article, l’énergie utilisée pour la production agricole et les activités amont dont elle dépend représenterait seulement 20 % de l’énergie totale nécessaire au fonctionnement de l’ensemble du système alimentaire[16]. Selon leurs calculs, l’énergie utilisée chez les mangeurs et les restaurateurs est par exemple deux fois plus importante que celle utilisée pour la production agricole. Les réfrigérateurs et congélateurs domestiques consommeraient par ailleurs à eux seuls autant d’énergie que les transports impliqués dans le système alimentaire ! Ces nombreuses consommations énergétiques supplémentaires expliquent le faible TRE de 0,14 que les chercheurs obtiennent.

Empreinte énergétique du système alimentaire américain dans les années 1990 d’après Heller et Keoleian (2003)[17]. Les valeurs sont exprimées comme étant la quantité d’énergie nécessaire à la production d’une calorie sous forme de nourriture disponible pour les hommes. Dans la catégorie «  restauration domestique  » sont précisées les consommations d’énergie liées aux systèmes de réfrigération, à la cuisson et au chauffage de l’eau pour la vaisselle.

Plus récemment, une étude est parue sur l’empreinte énergétique du système alimentaire français[18]. La périmètre analysé ne comprenait pas les emballages et les véhicules utilitaires de livraison mais intégrait en revanche le transport des produits importés, le déplacement des consommateurs, l’énergie nécessaire au fonctionnement des bâtiments de restauration et prenait en compte les exportations et importations.

Répartition de l’empreinte énergétique du système alimentaire français. Le poste « Agriculture » comprend l’énergie utilisée sur les exploitations, celle nécessaire à la fabrication des intrants et celle nécessaire à la construction des machines et des bâtiments agricoles. IAA : industries agroalimentaires. RHD : restauration hors domicile. Les valeurs correspondent aux quantités d’énergie dépensées (en millions de tonnes équivalent pétrole). Figure issue de Barbier et al. (2019)[19].

Cette étude du système français montre des résultats assez similaires à l’analyse des chercheurs américains. La principale différence étant le poids plus important des transports puisqu’ils représentent à eux seuls 31 % de l’empreinte énergétique de l’alimentation (sans compter les véhicules utilitaires de livraison). Autre résultat intéressant, l’empreinte énergétique des repas consommés hors domicile[20] serait – hors transport – deux fois plus élevée que celle des repas maison. Cette moindre efficacité énergétique s’expliquerait en partie par la nécessité de chauffer des bâtiments dédiés à la restauration, en plus des logements. L’étude ne précise cependant pas la quantité de calories produites par le système alimentaire français, ce qui ne permet pas de calculer un TRE. Précisons enfin que l’empreinte énergétique calculée pour le secteur « Agriculture » (8,4 Mtep) est légèrement supérieure à celle calculée dans l’étude de Harchaoui et Chatzimpiros (2018) présentée dans la partie précédente[21] (7,2 Mtep) bien que le périmètre d’étude soit quasiment identique.

On peut supposer qu’en France le système alimentaire est un peu plus économe en énergie qu’aux États-Unis (moins de transports, équipements de plus petite taille…). Harchaoui et Chatzimpiros (2018) soulignent toutefois qu’en prenant en compte l’ensemble des éléments du système alimentaire français, le TRE pourrait également tomber en dessous de 1[22]. En revanche, complètent-ils, si un TRE inférieur à 1 menace effectivement la soutenabilité d’une entreprise telle que l’exploitation pétrolière, ce n’est pas un critère déterminant du point de vue de l’alimentation. En effet, l’homme a toujours utilisé des sources d’énergie exogènes pour se nourrir, en plus de sa seule force musculaire. Du feu pour cuire les aliments, du soleil pour les sécher et les conserver, de l’eau et du vent pour transformer le grain en farine ou en huile dans les moulins et les pressoirs… Un système alimentaire peut être très « inefficace énergétiquement » (avoir un faible TRE), ce n’est pas un problème si cette énergie est disponible à profusion. Évidemment, il en va autrement de notre système industrialisé puisqu’il repose majoritairement sur un approvisionnement en énergie fossile condamné à se tarir.

Conclusion

La complexité du système alimentaire industrialisé est rendue possible par une consommation énergétique inédite dans l’histoire de l’humanité. Côté production agricole, les activités les plus gourmandes sont la fabrication des engrais et l’utilisation des tracteurs et autres machines. Mais l’énergie est également indispensable au bon fonctionnement des autres maillons du système et à leur mise en relation. Elle joue en particulier un rôle majeur pour la conservation des aliments et la préparation des repas.

Le passage d’une agriculture attelée à une agriculture motorisée au cours de la révolution verte a amélioré l’efficacité énergétique et la productivité (production par travailleur) du système, au prix – entre autres – d’une dépendance dangereuse aux produits pétroliers. Dans une perspective de déclin de la production mondiale de pétrole, il est donc urgent de repenser les flux d’énergie au sein de notre système alimentaire. Notons pour finir que l’efficacité énergétique du système alimentaire dépend aussi de la part de la production végétale allouée aux animaux d’élevage, ce point est abordé dans un autre article.

Notes et références

  1. Son unité officielle est le joule même si d’autres unités sont souvent utilisées (kilowatt-heure, tonne équivalent pétrole…)
  2. On parle d’énergie chimique, les fameuses « calories » des aliments (une autre unité d’énergie). C’est plus précisément la dégradation de ces aliments qui fournit de l’énergie à notre corps. Un processus que l’on appelle respiration et qui dégrade (oxyde) nos aliments en CO2.
  3. C’est aussi lui fournir de la matière : les atomes et molécules qui vont permettre de construire nos enzymes, nos cellules, nos organes…
  4. On rencontre souvent l’équivalent anglais « EROI » qui signifie Energy Return On Investment.
  5. Heller MC, Keoleian GA. 2003. Assessing the sustainability of the US food system: a life cycle perspective. Agricultural Systems 76: 1007-1041. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308521X02000276?via%3Dihub
  6. Ce chiffre est notamment repris dans Servigne P. 2017. Nourrir l’Europe en temps de crise. Vers des systèmes alimentaires résilients. Babel (Actes Sud), 208 pp.
  7. Harchaoui S, Chatzimpiros P. 2018. Energy, Nitrogen, and Farm Surplus Transitions in Agriculture from Historical Data Modeling. France, 1882–2013. Journal of Industrial Ecology. doi:10.1111/jiec.12760
  8. ibid.
  9. ibid.
  10. Mogensen M, Bagger M, Pedersen PK, Fernström M, Sahlin K. 2006. Cycling efficiency in humans is related to low UCP3 content and to type I fibres but not to mitochondrial efficiency. The Journal of Physiology 571: 669-681. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1805795/
  11. Harchaoui S, Chatzimpiros P. 2018. op. cit.
  12. ibid.
  13. ibid.
  14. Agence Internationale de l’Énergie. https://www.iea.org/statistics/balances/
  15. 65 % de l’électricité mondiale est produite grâce aux énergies fossiles, principalement par des centrales à charbon ou à gaz, d’après les données de l’Agence Internationale de l’Énergie. https://www.iea.org/statistics/electricity/
  16. Heller MC, Keoleian GA. 2003. op. cit.
  17. ibid.
  18. Barbier C., et al. 2019. L’empreinte énergétique et carbone de l’alimentation en France. Club Ingénierie Prospective Énergie et Environnement, Paris, IDDRI, 24 pp.
  19. ibid.
  20. Un repas sur sept serait pris hors domicile en France d’après une étude du cabinet GIRA Foodservice. https://www.rlf.fr/reussir/fichiers/107/48TPTTNH_0.pdf
  21. Harchaoui S, Chatzimpiros P. 2018. op. cit.
  22. ibid.

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