Équation de Kaya

L'équation de Kaya est l'application aux émissions de dioxyde de carbone (CO₂) des équations génériques I = PAT qui visent à relier un impact sur l'environnement aux facteurs P (population), A (richesse, en anglais : affluence)) et T (technologie)[2]^,[3]. Elle s'écrit :

${\displaystyle \mathrm {CO} _{2}=\mathrm {POP} \times {\frac {\mathrm {PIB} }{\mathrm {POP} }}\times {\frac {\mathrm {E} }{\mathrm {PIB} }}\times {\frac {\mathrm {CO} _{2}}{\mathrm {E} }}}$

avec :

• CO₂ : émissions anthropiques mondiales de CO₂ ;
• POP : population mondiale ;
• PIB : PIB mondial ;
• E : consommation mondiale d'énergie primaire

et :

• PIB / POP : PIB par habitant, une mesure du niveau de vie moyen ;
• E / PIB : intensité énergétique du PIB, la quantité d'énergie utilisée pour produire un euro de biens ou services ;
• CO₂ / E : contenu en CO₂ de l'énergie, la quantité de CO₂ émise pour disposer d'une quantité d'énergie donnée. Le ratio dépend de la part des diverses sources d'énergie dans la consommation mondiale.

L'équation de Kaya est utilisée par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) pour analyser l'évolution des émissions de CO₂. Ainsi, dans son rapport d'évaluation de 2014, le GIEC montre que la forte hausse de la croissance annuelle des émissions de CO₂ sur la période 2000-2010 (2,4 %/an) par rapport aux décennies précédentes résulte d'une forte progression du PIB mondial par habitant, de la poursuite de la croissance de la population et d'un ralentissement de l'amélioration de l'intensité énergétique du PIB. D'autre part, du fait de l'utilisation accrue du charbon, la tendance à la baisse du contenu en CO₂ de l'énergie qui avait été observée sur les décennies précédentes s'est inversée[4].

L'équation de Kaya est également utilisée par l'Agence internationale de l'énergie pour analyser l'évolution des émissions de CO₂ des énergies fossiles[6].

En France, l'équation de Kaya a été popularisée par Jean-Marc Jancovici[7] qui l'a utilisée pour montrer les contraintes qui pèsent sur la réduction des émissions de CO₂. Ainsi, si la croissance de la population et du niveau de vie se poursuit au rythme actuel (2010), le PIB mondial sera multiplié par trois d'ici à 2050 :

• POP : x 1,33 en 40 ans
• PIB/POP : +2 % par an, soit x 2,2 en 40 ans

Pour diviser par trois les émissions de CO₂ à cet horizon, il faudrait donc diviser par neuf l'ensemble des deux autres termes de l'équation, intensité énergétique du PIB et contenu en CO₂ de l'énergie. Or, au vu de leur évolution actuelle, une division par neuf n'est pas réaliste. Il en conclut que la division par trois des émissions de CO₂ « a toutes les chances (si l'on peut dire) de provenir d'une baisse des termes POP et/ou PIB/POP, et cela sera d'autant plus vrai que nous aurons tardé à prendre le taureau par les cornes pour « décarboner l'économie » »[8].

• Émissions de CO₂ : 34,8 Gt en 2011. Elles ont augmenté de 6,8 Gt sur la décennie 2000-2010, soit un rythme moyen de + 2,4% par an[10].
• Population mondiale : 7,5 milliards en 2015, 7 à 16 milliards en 2100 selon les scénarios. La contribution de la croissance démographique à l'augmentation des émissions de CO₂ a été de 3,2 Gt sur la décennie 2000-2010.
• Intensité énergétique du PIB : 0,16 tep par millier de dollars (à parité de pouvoir d'achat) en 2012. Elle dépend des zones économiques : 0,13 dans l'OCDE, 0,22 en Chine, 0,29 dans l'Europe hors OCDE et l'Eurasie[5].
• Contenu en CO₂ de l'énergie (valeurs pour la France, en kg équivalent CO2 par tep d'énergie primaire)[11] :
  • 4 400 à 4 500 pour le charbon
  • 3 754 pour le gazole routier
  • 2 642 pour le gaz naturel
  • 1 650 pour l'électricité photovoltaïque
  • 420 pour l'électricité éolienne terrestre
  • 180 pour l'électricité nucléaire.

Le GIEC souligne les limites de l'équation de Kaya, dont les termes ne constituent pas les causes premières des émissions de CO₂ et ne sont pas indépendants les uns des autres. Ainsi le niveau de vie a une influence sur le taux de natalité. Il met en garde également contre une analyse au niveau global du fait de la grande hétérogénéité des régions du monde, avec des évolutions très différentes des quatre facteurs selon les régions[12]. Le GIEC souligne qu'en l'état actuel des connaissances, il est impossible de faire des prévisions d'émissions de CO₂, ce qui l'a conduit à élaborer des scénarios[13].

D'autres exemples de non-indépendance des paramètres sont également rapportés, comme le fait que l'efficacité énergétique peut conduire à une augmentation des émissions de GES (effet rebond)[14].

Il est également reproché à l'équation de Kaya de ne pas refléter les interactions complexes au sein du cycle du carbone, ni l'impact de stratégies de stockage du CO₂ dans le bois[14], la formule se focalisant uniquement sur l'émission de CO₂.

Mario Bunge a souligné que l'équation de Kaya était une tautologie qui se réduit à ${\displaystyle CO_{2}=CO_{2}}$, ce qu'il considère comme « incontestable, mais vide »[15].