Sébastien MENECIER, Maître de Conférences – Université Blaise Pascal Clermont-Ferrand 

L'équation de KAYA porte le nom de Yoishi KAYA, un économiste japonais qui dans les années 90 a voulu identifier les paramètres qui sont déterminants pour les émanations, les émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère et notamment le dioxyde de carbone.

Donc Yoishi KAYA part d'un constat très simple mathématiquement, il dit : les émanations de gaz à effet de serre, les émanations de CO2 égalent les émanations de CO2. Donc une égalité très simple. 

Là où c’est astucieux, c’est qu'il va diviser et multiplier le membre de droite par un même terme pour conserver l'égalité et faire apparaître des nouveaux paramètres sous forme de rapports.

Il divise le terme de droite déjà par le premier paramètre : tonne équivalent pétrole (Tep) et remultiplie par Tep.
 
La tonne équivalent pétrole, c’est une unité d'énergie qui sert généralement à comparer les processus de création de production d'énergie. 

Donc en faisant ça, et bien il va créer un paramètre, un nouveau paramètre qui est le rapport de CO2/Tep.

 Et puis il va faire ça plusieurs fois jusqu'à avoir à la fin quatre paramètres principaux.

Donc, on va continuer et puis on verra à quoi correspondent ces paramètres à la fin de l’équation.

Donc on va multiplier et diviser par le PIB, PIB représente le produit intérieur brut du pays qu'on va étudier, donc c'est quelque chose qui représente la richesse d'un pays, donc on peut l’exprimer par exemple en dollars et le dernier terme c'est la population donc on divise et on remultiplie par la population, donc un nombre d'habitants.
 
En faisant ça, là on a fini de montrer l'équation de KAYA, on voit apparaître quatre termes.

Et on a toujours bien sur l'égalité qui est conservée.

•    Donc le premier terme, c'est un nouveau paramètre, c’est CO2/Tep, si on lui donnait une unité ça pourrait être des kilogrammes ou des tonnes d'émission de CO2 dans l'atmosphère par tonne équivalent pétrole, par joules.

Donc ça, qu'est-ce que ça représente ? Ça représente le taux d'émission de gaz à effet de serre qui va être émis dans l'atmosphère quand on va dépenser de l'énergie.

Donc ça, c’est ce qu’on peut appeler de la nuisance de l'énergie.

•    Le deuxième terme, Tep/PIB, donc c’est une énergie par PIB, on pourrait lui donner l'unité Tep/dollar donc c’est l’énergie qu'il faut dépenser pour assurer et garantir la richesse d'un pays.
  Ça peut être la richesse pure ou le confort ou les services du pays.

•    Le troisième, c'est PIB / population donc ça peut être des dollars par habitant, c'est quelque chose qui représente le pouvoir d'achat.

•    Le dernier terme, qui n'est pas un rapport, qui reste, c'est la population.

Donc on a quatre termes différents dans cette équation de KAYA et cette équation est intéressante parce qu'elle mêle en fait plusieurs domaines : 
-    ça peut être l'économie (par exemple le pouvoir d'achat), 
-    la démographie de la population. 
-    Quand on va parler de nuisance de l'énergie on va plutôt parler de physico-chimie ou de thermodynamique ;
-    et puis l'intensité énergétique, ça va dépendre plutôt de problèmes de rendement ou de problèmes technologiques.

Donc voici l'équation de KAYA. 

Et maintenant comment va-t-on l’utiliser ? Comment peut-on s'en servir ?

 Et bien, on sait que pour 2050 si on veut limiter le réchauffement climatique à 2 °C, et bien il va falloir diviser par 3 les émissions de CO2 dans l'atmosphère.

 Donc ça c'est l'objectif, et bien on peut se servir de l'équation de KAYA pour voir sur quels paramètres on va pouvoir jouer pour diviser ce taux de CO2.

Alors, prenons terme à terme, on va commencer par la fin.

•    On doit diviser tous ces termes par trois.

Donc la population, bien sûr, il semblerait inconcevable de diviser la population. 

On pourrait avoir une politique de contrôle de la natalité, il peut arriver aussi des catastrophes ou des guerres ou des épidémies mais bon c'est quelque chose qui n'est pas concevable. 

 Au contraire, on sait plutôt que la population, d'ici 2040, et bien elle va être multipliée par un facteur 1,6. 

Donc il va falloir reporter cette augmentation de 1,6 sur les autres facteurs qui restent.

Donc 3 x 1,6 ça fait environ 5, donc il faudra diviser les membres par un facteur 5.

•    Le pouvoir d'achat, donc si on vous dit de diviser votre pouvoir d'achat par 5 dans les années à venir, donc on se doute bien que ce sera une décision très impopulaire. 

Au contraire, la population en général revendique un pouvoir d'achat, une augmentation du pouvoir d'achat de 2 % par an. 

 Ce qui veut dire une multiplication de 2,2 en 40 ans.

Donc là encore on a un paramètre qui au lieu de diminuer va augmenter, donc avec toutes les augmentations qu'on a vues précédemment, ça veut dire que les deux paramètres qui restent devront être divisés par un facteur d'environ 10 pour arriver à nos objectifs.

C'est-à-dire la nuisance de l'énergie et puis l'intensité énergétique.

•    Si on regarde, historiquement, on voit que la nuisance de l'énergie depuis les années 1970, elle stagne. L’intensité énergétique, elle a baissé un petit peu depuis les années 70 et puis elle stagne aussi depuis quelques dizaines d'années.

Alors, comment réduire ces deux paramètres ?

Si on veut réduire ces deux paramètres d'un facteur 10, ça veut dire chaque paramètre environ un facteur 3, et bien voici l’inflexion qu'il faudrait donner à ces courbes d'ici 2050.

Donc on voit qu'on n'est pas du tout dans cette dynamique-là.

Donc pour diminuer la nuisance de l'énergie, c'est-à-dire le CO2/Tep, et bien il faut changer le mix énergétique, c'est-à-dire avoir une énergie qui soit moins carbonée. 

Donc là, c’est tout ce qu'on commence à faire sur le développement des énergies dites vertes et renouvelables.

•    Le dernier paramètre « intensité énergétique », et bien là, on va pouvoir l'améliorer soit en améliorant les rendements des procédés énergétiques, soit en développant les notions de sobriété énergétique.