Marc Fontecave : “Nous ne sommes que du carbone.”

Loin du catastrophisme ambiant, le chimiste et membre de l’Académie des sciences s’intéresse à la façon dont nous pourrions « recycler » le CO2. Les technologies sont pour lui la voie vers une stabilisation des émissions.

Marc Fontecave occupe la chaire Chimie des processus biologiques du Collège de France et dirige le laboratoire du même nom, unité mixte réunissant aussi le CNRS et Sorbonne Université.Après deux années de cours centrés sur l’énergie, il organisait ce 28 février un colloque, «La Transition énergétique: les défis de la société et de l’innovation», faisant état de la situation en tâchant d’apporter des éclairages supplémentaires à travers des questions politiques, technologiques et économiques. C’est pour nous parler des enjeux de cette transition énergétique que Bastille Magazine a voulu rencontrer. Une occasion d’aborder les miracles de la photosynthèse, les possibilités du stockage chimique ou les réalités du changement climatique.

Qu’est-ce qui, en tant que chimiste, vous a poussé à étudier la transition énergétique ?

Je me suis passionné très tôt pour cette question au sens le plus général. Cela m’a amené en 2020 à écrire Halte au catastrophisme! Les Vérités de la transition énergétique (éd. Flammarion). Ma légitimité à en parler s’est construite en plusieurs étapes: d’abord lorsque mon laboratoire est passé de l’université Joseph-Fourier de Grenoble au centre du Commissariat à l’énergie atomique de Grenoble, en 1997, où je me suis intéressé à des questions concernant l’énergie, en particulier l’hydrogène. Ensuite, lorsque j’ai rejoint en 2009 le Collège de France, où j’ai focalisé mes recherches sur le stockage chimique de l’énergie. Enfin, en 2019, lorsque j’ai pris la présidence du comité énergie de l’Académie des sciences, puisque l’on passe notre temps à auditionner des experts dans un tas de domaines et à essayer de comprendre les enjeux scientifiques et technologiques de cette transition. En y travaillant, j’ai acquis une vision très complète sur le sujet. C’est d’ailleurs de celle-ci que peuvent bénéficier maintenant les auditeurs de mes cours sur l’énergie puisque, pendant longtemps, ici au Collège, j’ai enseigné la chimie «pure et dure». C’est pour cela que j’ai été recruté, au demeurant. Mais la chimie fait partie intégrante de la transition énergétique. Elle y est omniprésente. Les nouveaux matériaux, les batteries, les éléments pour les panneaux solaires, tout ça, c’est de la chimie! 

Je suis un spécialiste de la «photosynthèse artificielle». C’est une approche qui vise à faire du stockage d’énergie. C’est ce qu’on fait ici, dans mon laboratoire. Et il s’agit de stockage chimique, pas de stockage électrochimique, ce dernier étant du ressort de la batterie.

En quoi consiste le stockage chimique ?

Prenons ce que fait la nature. Elle passe son temps à stocker de l’énergie solaire sous une certaine forme. Les plantes, les organismes dits «photosynthétiques», les microalgues, algues, cyanobactéries, font cette chose absolument extraordinaire à tout moment: prendre du CO2 dans l’air ainsi que de l’eau pour faire réagir ces deux molécules. Ceci est exceptionnel car ces molécules sont parmi les plus stables de la planète. Les plantes font donc cela et, par cette réaction, produisent des molécules carbonées, comme du glucose, du sucre, des lipides… Ce qui explique que le monde vivant, celui des plantes et organismes photosynthétiques comme de ceux qui s’en nourrissent, animaux et humains, est carboné. Nous sommes essentiellement du carbone.

Comment font-elles pour stocker toutes ces énergies? Bien qu’il soit très complexe de le résumer aussi simplement, les plantes ont développé un mécanisme qui arrive à récupérer les photons solaires et à les injecter en un autre mécanisme qui permet de transformer le CO2 et l’eau en sucre. Mais alors, où est passée l’énergie solaire dépensée par la plante? Elle apparaît dans les différentes molécules carbonées produites par photosynthèse. L’énergie se trouve dans la liaison chimique qu’il y a entre les atomes de ces molécules, et c’est pour cela que l’on parle de stockage chimique. L’intérêt de ce processus, c’est qu’il crée des molécules incroyablement stables. Le vivant a trouvé cette solution pour stocker de l’énergie et la réutiliser en cas de besoin, orchestrant de fait un cycle vertueux, puisque c’est non seulement les propres cellules des plantes qui profitent de ce stockage d’énergie mais nous-mêmes qui à notre tour bénéficions de cet incroyable système. En les consommant, on récupère les molécules pleines d’énergie qu’elles renferment, et c’est ça qui alimente nos métabolismes, notre vie. Nous respirons, nous brûlons ces molécules pour récupérer cette énergie afin de travailler, courir… Et quand finalement on respire, on recrache tout le carbone de ces molécules sous forme de CO2. On ferme alors ce cycle merveilleux, ce cycle de la vie «photosynthèse-respiration» qui, assez poétiquement, relie les êtres vivants à la nature. 

Si l’on suit ce cheminement naturel, il apparaît que le CO2 n’est pas seulement cette molécule néfaste dont il faudrait à tout prix se débarrasser pour lutter contre le changement climatique.

Oui, le CO2 est une des molécules essentielles du vivant. Dans Le Système périodique, Primo Levi s’est amusé à intituler tous ses chapitres par un élément de la classification de Mendeleïev et, dans le dernier, qui s’appelle «Carbone», où il décrit de façon superbe le principe de la photosynthèse, il écrit cette phrase: «Si l’homme savait en faire autant, cela résoudrait le problème de la faim dans le monde.» Il n’y avait à son époque pas encore la conscience des problèmes de réchauffement climatique, mais je joue souvent à détourner cette phrase en disant: «Si l’homme savait en faire autant, dans le domaine de la photosynthèse artificielle, on résoudrait le problème du stockage des énergies.»

Je fais donc partie de ces gens qui essayent de mettre au point des technologies qui s’inspirent de la photosynthèse pour faire du stockage d’énergie. De fait, on peut trouver dans mon labo des molécules de CO2 ainsi que de l’eau, et on essaye avec elles de créer des molécules intéressantes pour l’industrie qui contiennent du carbone, qui n’est plus du CO2, mais dans lesquelles on a mis de l’énergie.

Quels sont les avantages du stockage d’énergie chimique ? Que pourrait changer la maîtrise de la photosynthèse artificielle, donc de savoir transformer du CO2 en molécules organiques stables ?

Les apports sont très divers. D’abord, on récupère du CO2 de l’environnement. Ensuite, on stocke des énergies intermittentes en les transformant en énergie chimique stable, qu’on peut garder et réutiliser au besoin. Enfin, on crée des molécules carbonées utiles pour l’industrie.

Il est très important de rappeler maintenant quelque chose de fondamental. À force de dire qu’il faut décarboner la planète, on croit qu’une planète sans carbone, ça existe. Mais c’est faux. La Terre est carbonée, et le sera toujours. Nous ne sommes que du carbone, tout ce que vous portez, c’est du carbone, etc. Comment fera-t-on quand il n’y aura plus d’énergies fossiles? Il n’y a pas 36 solutions. Soit on passe par la biomasse, c’est-à-dire la production de molécules carbonées grâce à la photosynthèse, soit par le CO2 comme source de carbone. En faisant cela, on fermera le cycle: après deux siècles passés à brûler des hydrocarbures pour faire du CO2, l’idée sera de récupérer ce CO2 pour faire des hydrocarbures.

Où en est la recherche sur le stockage d’énergie ?

Elle est en bon chemin mais pas encore mature. Pour cette technologie, les industriels sont à nos côtés dans la mesure où ils soutiennent les laboratoires de recherche un peu partout dans le monde. Un premier prototype pourrait être envisagé pour 2035. Mais à mon avis, on consommera en 2050 sur la planète à peu près autant de fossiles qu’aujourd’hui. Il faudra trouver un jour le courage de dire qu’il n’y aura jamais zéro carbone en 2050. Et donc pas 1,5°C en 2100. Il faut s’attendre à des températures plus élevées, et donc se préoccuper aussi de la question de l’adaptation au réchauffement. C’est un fait qui a pris du temps à entrer dans l’imaginaire collectif. 

Face à l’urgence, faut-il valoriser une coopération plus pertinente entre entreprises et chercheurs ? 

Là, on parle de chimie, discipline qui a l’habitude des interactions entre sphères publique et privée, académique et industrielle. La chimie est une des grandes industries de la planète, la deuxième ou la troisième en termes de chiffre d’affaires et d’emploi. Qui dit emploi dit le besoin des industriels que leurs chimistes soient bien formés dans les universités et les écoles, ce qui crée les conditions d’une interaction assez forte, presque traditionnelle entre les chimistes et les industriels. Ça n’est pas chez les chimistes que vous verrez le plus de réticence à cette collaboration.

La France est par ailleurs un pays particulier dans la mesure où le monde industriel s’est trouvé séparé du monde académique pour diverses raisons. Nous venons de vivre une désindustrialisation massive depuis plus de vingt-cinq ans. Les industries n’ont pas hésité à aller voir ailleurs pour des raisons idéologiques et économiques. Idéologiques parce qu’on a vécu une période de défiance vis-à-vis du monde de l’industrie, si bien que les industriels ont exporté leurs usines ailleurs. Cette distance a davantage appauvri la relation entre les mondes académique et industriel. Mais aujourd’hui, il y a un vrai enjeu de relation entre industries et universités, notamment la transition énergétique. C’est quand même dans un labo comme le mien  qu’on forme les ingénieurs de demain pour les nouvelles technologies développées dans les entreprises, toutes nationalités confondues.

Quels sont les véritables enjeux, possibilités et objectifs réels de la transition énergétique ?

La transition énergétique se découpe en trois axes principaux. Le premier, c’est la baisse de notre consommation d’énergie. De combien peut-on envisager la diminuer? Les scénarios sont très extrêmes là-dessus. Généralement, les objectifs que l’on se fixe sont irréalistes. Chaque fois qu’un gouvernement ou une entreprise annonce quelque chose d’irréalisable, comme le zéro carbone en 2050, se renforce la défiance vis-à-vis de ses actions contre le réchauffement. C’est contreproductif. Mais la baisse d’énergie reste essentielle.

Il faut travailler sur l’efficacité énergétique et il n’y a de toute façon aucune raison valable de gaspiller l’énergie.

Le deuxième axe, c’est l’électrification. Monter la consommation de l’électricité. Ça, c’est logique, il existe un tas de choses qui s’y prêtent: les transports, le chauffage et certains procédés industriels. Mais cela n’a de sens que si cette électricité est bas carbone. Même si je suis pronucléaire, je ne suis pas antiéolien et antisolaire. Malheureusement ce sont des ressources intermittentes, on est donc obligé d’avoir à côté des sources pilotables. La France a la chance d’avoir une industrie électronucléaire capable de pallier ces carences. Mais il n’y aura pas de transition énergétique sans le stockage.

Enfin, troisième axe: la partie non électrique. La plus complexe sur le papier car l’électricité, qu’on dit être la clé de voûte de la transition, ne représente que 25% du problème. Malgré la montée prévue de l’électricité, tout ne sera pas électrifiable. C’est l’angle mort des scénarios. Ce troisième axe porte sur la question de ce qu’il faudrait faire pour ce qui n’est pas électrifiable (avion, transport maritime, certains procédés industriels) et sur la nature des nouvelles formes de carbone. La biomasse pourra y jouer un rôle majeur mais ne résoudra pas tout le problème. Le bilan carbone lié à son exploitation, son coût et le fait qu’elle rentre en compétition avec l’alimentation ne favorisent pas sa seule utilisation.

La France a tout à gagner économiquement à user de la biomasse et du nucléaire, tant le pétrole représente une part importante du déficit commercial. Cela a un sens de diminuer notre consommation d’énergie et de viser une plus large électrification. Mais cela ne résoudra pas tout le problème. En 2023, l’Agence internationale de l’énergie a annoncé que nous n’avions jamais autant consommé de charbon et de pétrole. Et cela va continuer dans de nombreux pays dont le niveau de vie dépend de ces ressources. Même si l’Europe et les États-Unis diminuent leurs émissions de CO2, globalement elles continuent d’augmenter. Le caractère global du problème est un des aspects les plus complexes à traiter.

Une forme de technosolutionnisme vous semble-t-elle nécessaire pour régler à court terme le problème du climat ?

Je n’en vois pas d’autres. Pour faire plus d’électricité avec des réacteurs de quatrième génération, produisant moins de déchets, pour résoudre le rendement de la biomasse, pour faire marcher la photosynthèse artificielle, il faut des technosolutions. Si ça ne fonctionne pas, on aura au moins essayé et si ça fonctionne, le problème est résolu. Si on ne fait rien, on est sûr que cela n’adviendra pas.

Est-on en mesure de trouver des technosolutions, économiquement et scientifiquement ?

Durant toute son histoire, l’humanité n’a fait que cela, trouver des solutions. Pour chercher de la nourriture, du chauffage, de l’énergie… Elle s’est adaptée pour survivre. C’est la seule option.

Il y a comme un débat théologique sur la transition: certains privilégient les solutions scientifiques, industrielles, nécessitant des investissements, d’autres disent qu’on n’y arrivera pas, qu’il est trop tard.

Ce débat est très présent, et je m’inscris dans la première catégorie. Je combats même politiquement ceux se réclamant de la deuxième. Je suis taxé de technosolutionnisme mais ce n’est pas une insulte. C’est tout le débat croissance-décroissance. Il y a d’ores et déjà eu des progrès fantastiques dans tous les domaines, comme le vaccin ARN, la sortie de centaines de millions de gens de la misère, les progrès permanents dans le domaine des batteries et des panneaux solaires.

On ne parlerait pas de transition énergétique si quelqu’un n’avait pas découvert l’effet photoélectrique ainsi que les matériaux semi-conducteurs pour les panneaux solaires. Ni de mobilité électrique si on n’avait pas découvert les batteries lithium-ion. Demain, j’espère qu’on parlera de capture du CO2, de sa transformation et du stockage des énergies. Mais pour cela, il faut de la croissance, parce qu’il faut des ressources. 

On connaît d’avance le résultat de ceux qui voudraient tout arrêter: plus de misère. L’enjeu sur cette question est de démontrer notre capacité à produire une certaine croissance tout en sachant découpler notre consommation de CO2. Ça vaut le coup de tenter cela.

Si les technosolutions, sans parler de la fusion nucléaire, étaient efficaces d’ici une génération, quelle serait la température moyenne ?

Grâce aux technosolutions, nous serions à +3°C. Elles ne seront pas toutes effectives en 2050, donc ce qu’on aura accumulé d’ici 2050 nous amènera inévitablement vers +3°C. Nous sommes déjà sur une trajectoire. Certains pays ont diminué leurs émissions de CO2 grâce à de récentes découvertes technologiques.

Des recherches sont en cours sur la fusion nucléaire. En quoi consiste-t-elle, et en quoi pourrait-elle changer la donne ?

Pour produire de l’énergie avec des noyaux atomiques, il y a deux solutions. Soit casser l’uranium en morceaux plus petits pour produire une différence d’énergie. C’est la «fission». Mais elle a le défaut de générer d’importants déchets. 

Soit faire le contraire: fusionner des noyaux légers, deuterium ou tritium par exemple, pour produire de l’énergie. C’est la «fusion», un système pour lequel les ressources sont infinies au niveau combustible, et qui produit peu de déchets. C’est ce qui se passe dans le Soleil. L’énergie solaire est issue d’un processus de fusion nucléaire. Comme on souhaite s’inspirer de la photosynthèse pour faire en laboratoire de la photosynthèse artificielle, essayons de faire de la fusion sur Terre, comme le fait le Soleil.

L’état de la recherche permet-il d’être optimiste sur la fusion ?

Je ne suis pas assez spécialiste, j’observe de loin les progrès. Mais je pense qu’on a raison de s’y pencher, qu’il faut davantage y investir pour essayer d’en tirer quelque chose.

L’avenir de nos sociétés ne pourrait-il dépendre à long terme que des énergies renouvelables ?

À moyen terme, sûrement pas. Mais nous devons aller dans cette direction. La question des ressources se pose et leur renouvelabilité est un enjeu majeur. Même l’exploitation des sources d’énergie renouvelable engendre des problèmes de limites de ressources. Par exemple, toutes les nouvelles technologies induiront une explosion de la consommation de ressources minérales (métaux divers) qui ne sont pas sur terre en quantité infinie. C’est pour ça qu’il faut développer des technosolutions autour de nouvelles stratégies de récupération et de recyclage de ces métaux.

Il faut rendre le système le plus cohérent possible et donc anticiper les situations où nous manquerons de certains minerais. Il faut des sécurités d’approvisionnement, et cela se réfléchit en termes de souveraineté nationale et géopolitique. Il faut reprendre des activités d’extraction, mais de manière plus contrôlée et stable, car notre pays est riche en termes de ressources minérales.

Aujourd’hui, nous n’avons pas d’autre choix que l’optimisme. Je suis certes inquiet et triste de voir autant de gens sombrer dans le pessimisme et le catastrophisme. Nous avons besoin notamment que les jeunes considèrent la question du changement climatique et de la transition énergétique comme une opportunité fantastique de mettre en œuvre leur intelligence et leur travail pour trouver des solutions via la recherche, la technologie, l’innovation. Cet objectif anime bon nombre de jeunes du monde entier, qui travaillent dans mon laboratoire et suivent mes enseignements… C’est un message que j’essaye de transmettre à ceux qui veulent bien l’entendre. 

Entretien réalisé en partenariat avec le Collège de France....