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Français

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L'énergie

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Description

L'ouvrage présente les mutations du monde de l'énergie depuis le XVIIe siècle à travers onze personnages déterminants qui ont connu un destin tragique.
Il fait le lien entre les innovations de l'époque et les débats énergétiques contemporains dans le domaine des hydrocarbures, du charbon, du nucléaire et des énergies nouvelles.
Il présente également les débats sur la tarification de l'électricité et la gestion des réseaux.
Une solide synthèse sur l'énergie, mais qui se lit comme un roman !

Sujets

Informations

Publié par
Date de parution 05 novembre 2020
Nombre de lectures 0
EAN13 9782336913520
Langue Français
Poids de l'ouvrage 3 Mo

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Exrait

Couverture
4e de couverture
L’ÉNERGIE RACONTÉE À TRAVERS QUELQUES DESTINS TRAGIQUES
Copyright
« Éditions Campus ouvert »
Direction éditoriale : Vincent P LAUCHU , maître de conférences honoraire en économie (Université Grenoble-Alpes).
Coordination : Pierre C ROCE , ancien responsable de la Cellule d’aide à la publication de (Université Grenoble-Alpes).
Cette maison d’édition créée par l’Association pour la diffusion d’études et recherches (ADER) a pour principal objectif de rendre accessibles, à des prix raisonnables, des cours dispensés dans le champ des sciences sociales, et de diffuser des documents, études et recherches qui ne trouveraient pas leur place dans le secteur commercial classique.
ADER : 10 rue champ Rochas – 38240 MEYLAN
Le « photocopillage » tue le livre
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Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du code de la propriété intellectuelle.
Couverture : Arts’Print Numeric – Condé-en-Normandie


© 2020, Éditions Campus Ouvert http://editionscampusouvert.wordpress.com/ editions.campus-ouvert@orange.fr EAN Epub : 978-2-336-91352-0 Distribution : Éditions L’Harmattan, 16 rue des Écoles – 75005 Paris www.librairieharmattan.com diffusion.harmattan@wanadoo.fr
Titre

J ACQUES P ERCEBOIS







L’ÉNERGIE

RACONTÉE À TRAVERS QUELQUES DESTINS TRAGIQUES










Éditions C ampus O uvert 2020
Du même auteur

D U MÊME AUTEUR
Jean-Pierre Hansen et Jacques Percebois, Énergie : économie et politiques , 3 e édition, Préface de Marcel Boiteux et avant-propos de Jean Tirole, Bruxelles-Paris, Éditions de Boeck, 2019 (728 pages)
Jean-Pierre Hansen et Jacques Percebois, Transitions électriques ; ce que l’Europe et les marchés n’ont pas su vous dire , Préface de Gérard Mestrallet, Paris, Éditions Odile Jacob, 2017 (276 pages)
Christophe Bouneau, Michel Derdevet et Jacques Percebois, Les réseaux électriques au cœur de la civilisation industrielle , Préface d’Andris Piebalgs, 2007, Paris, Éditions Timée (174 pages)
SOMMAIRE
Remerciements
Avant-Propos
Chapitre 1 Émilie du Châtelet « L’énergie cinétique et le carré de la vitesse »
Chapitre 2 Antoine de Lavoisier et Philippe Lebon « Gaz à tous les étages »
Chapitre 3 Stanley Jevons « L’homme qui craignait l’épuisement du charbon »
Chapitre 4 Samuel Insull « Le magnat déchu de l’électricité »
Chapitre 5 Rudolph Diesel « Un inventeur humaniste »
Chapitre 6 Mohammad Mossadegh « Le pouvoir aux pays producteurs de pétrole »
Chapitre 7 Lise Meitner « L’oubliée de la fission nucléaire »
Chapitre 8 Conrad Kilian « L’inventeur du pétrole du Sahara »
Chapitre 9 Enrico Mattei « L’Italien le plus puissant depuis Jules César »
Chapitre 10 Valeri Legassov « Un scientifique désemparé »
Chapitre 11 Frank Ramsey « À la recherche du tarif électrique optimal »
Et puisqu’il faut conclure…
REMERCIEMENTS
L’auteur remercie vivement Vincent Plauchu et Pierre Croce pour leur confiance, leur relecture et leurs suggestions lors de cette publication. Il remercie aussi Boris Solier pour ses remarques pertinentes, en particulier sur le marché du carbone, et Jean-Christophe Simon pour la relecture du document. Sa reconnaissance s’adresse également à Jean-Pierre Hansen et Christian de Perthuis pour leurs encouragements à éditer ce travail.
AVANT-PROPOS
« Des hommes illustres ont pour tombeau la terre entière » Thucydide
C OMMENT RACONTER L’HISTOIRE DE L’ÉNERGIE sans se lancer dans la présentation d’une succession de tableaux et de graphiques ? Comment la raconter sans retenir la vision académique traditionnelle qui consiste à démontrer que, pendant des siècles, la biomasse, le bois pour l’essentiel, fut l’énergie dominante à côté de quelques moulins à eau ou à vent, avant d’être en partie supplantée par le charbon, puis par le pétrole et le gaz, et enfin de plus en plus par l’électricité nucléaire ou renouvelable ? Comment le faire sans procéder, comme dans les manuels, en présentant, chapitre après chapitre, le charbon, le pétrole, le gaz, le nucléaire et les renouvelables ? Nous avons choisi de le faire en racontant brièvement la vie de personnages qui ont joué un rôle éminent dans l’apparition ou le développement de telle ou telle énergie, de telle ou telle technologie énergétique. Ces personnages sont en quelque sorte le fil rouge qui permet d’explorer au cours du temps les mutations énergétiques qui se sont produites depuis le XVIII e siècle.
On a trop tendance à sous-estimer le rôle des hommes et des femmes qui, par leurs recherches, leur intuition et souvent leur audace ont modelé le paysage énergétique d’aujourd’hui. La tentation est d’embrasser les grands mouvements de la société, de déceler la logique qui a présidé à telle ou telle mutation, en oubliant un peu ce que furent le rôle du hasard et celui de la pugnacité de certains hommes ou de certaines femmes. Beaucoup ont pris des risques et l’ont d’ailleurs payé de leur vie. On pense à Marie Curie qui menait ses expériences sans connaître vraiment tous les effets de la radioactivité et sans se soucier des conséquences pour sa santé. Mais il y en a beaucoup d’autres.
Il n’est pas possible de mentionner tous les découvreurs, tous les grands scientifiques ou industriels qui ont joué un rôle dans les mutations énergétiques depuis la révolution industrielle, car c’est à cette période que commence cette histoire, celui du Siècle des Lumières.
Certains de ces personnages sont très connus, d’autres oubliés ou malheureusement ignorés. Certains sont des puits de science, d’autres des autodidactes astucieux. Certains sont des théoriciens, d’autres des pragmatiques qui ont cherché à résoudre des problèmes très concrets.
Nous avons sélectionné quelques personnages attachants à nos yeux et ce choix est évidemment arbitraire donc contestable. Ces personnages sont célèbres pour certains, moins pour d’autres. Ils ont en commun d’avoir eu un destin tragique. Certains se sont suicidés, d’autres ont été tués, d’autres ont été condamnés à mort ou sont morts accidentellement ou très jeunes de maladie. Une seule personne, une femme, n’est pas morte dans des conditions dramatiques mais, parce qu’elle était juive, elle a dû s’exiler à l’arrivée de Hitler au pouvoir, et elle n’a pas eu la gloire qu’elle méritait ni obtenu le Prix Nobel qui lui revenait comme à ses collègues Otto Hahn et Fritz Strassmann.
Nous avons essayé, dans cette petite histoire, de raconter tout cela de façon simple et pédagogique, loin des formulations mathématiques habituelles, avec quelques anecdotes parfois amusantes, quand l’occasion se présentait du moins. Cet ouvrage est avant tout destiné au grand public, aux élèves des lycées et collèges, voire aux étudiants qui méconnaissent souvent l’histoire des technologies et l’évolution des sociétés. Les évolutions du secteur de l’énergie ne se sont pas produites de façon linéaire. L’histoire de l’énergie est émaillée de ruptures, de controverses scientifiques parfois virulentes mais aussi de conflits sanglants, car les enjeux financiers et les enjeux de pouvoir y sont permanents. On fait des guerres pour l’accès à l’énergie, et pas seulement dans le pétrole.
Nous n’avons évidemment pas pu aborder tous les aspects des questions énergétiques soulevées mais avons sélectionné un angle d’attaque plutôt économique. Les technologies de production ou d’utilisation des diverses formes d’énergie ne sont pas étudiées en détail ici mais seulement évoquées. À travers la vision de ces personnages, c’est celle de la société de l’époque que nous cherchons à présenter. À chaque fois nous avons relié, autant que faire se peut, cette évolution à la situation présente afin de donner une image aussi complète que possible des enjeux énergétiques contemporains. À travers cet ouvrage nous pensons mettre en avant les principales questions énergétiques que nous nous posons aujourd’hui, et que ces personnages se posaient parfois déjà.
Bien sûr on ne saurait attribuer à une seule personne le mérite de telle ou telle découverte ou de telle ou telle innovation. À chaque fois on trouve plusieurs acteurs, qui par leur travail ou leurs publications, ont joué un rôle dans la genèse des inventions et mutations observées. Mais on aime bien associer un nom à une découverte, en oubliant un peu vite que c’est le fruit d’une collaboration, d’une gestation parfois lente, qui est aussi la conséquence d’une compétition intense où la jalousie et la rivalité sont loin d’être absentes.
Puisse cette approche séduire le lecteur et nous rappeler que ces hommes et ces femmes au destin tragique ont contribué à façonner le monde énergétique que nous connaissons.
Chapitre 1 Émilie du Châtelet « L’énergie cinétique et le carré de la vitesse »

Un mauvais pressentiment
Le 9 septembre 1749, Émilie du Châtelet adresse depuis le palais du roi Stanislas Leszczynski à Lunéville, une lettre à l’abbé Sallier, bibliothécaire du Cabinet des manuscrits de la Bibliothèque royale, le priant d’enregistrer un manuscrit dont elle vient d’achever la rédaction et sur lequel elle travaille depuis cinq ans. Elle a accouché cinq jours auparavant d’une petite fille et a sentiment qu’elle ne survivra pas à ses couches. Elle a peur que d’autres, tel le mathématicien Alexis Clairaut, s’approprient ce travail, pressentant qu’elle ne sera plus là pour en contrôler la publication, et souhaite en même temps laisser une trace à la postérité. N’a-t-elle pas écrit : « on ne s’avoue pas toujours le désir vague de faire parler de soi quand on ne sera plus ; mais il est toujours au fond de notre cœur » . Le lendemain 10 septembre, quelques heures après cet envoi, elle meurt. Sa fille décédera également à quelques heures d’intervalle. Elle est enterrée en l’église Saint-Jacques de Lunéville mais son tombeau sera profané à la Révolution.
Son grand ami et amant Voltaire qui l’a assistée jusqu’au bout fera publier ce travail en 1759, aidé d’ailleurs en cela par Clairaut. Ainsi disparaît une grande scientifique à la fois mathématicienne et physicienne dont l’œuvre principale est d’avoir traduit en français et commenté l’ouvrage de Newton, écrit en latin, et intitulé Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , une traduction qui demeure aujourd’hui encore une référence à la fois par ses apports et sa pédagogie. Voltaire fut très affecté par sa mort et il écrira le 15 octobre 1749 au roi de Prusse Frédéric II : « j’ai perdu un ami de vingt-cinq années, un grand homme qui n’avait le défaut que d’être femme, et que tout Paris regrette et honore » . Il est vrai qu’à l’époque il est rarissime de rencontrer une femme dont les travaux sont reconnus jusqu’à l’Académie des Sciences.
Émilie du Châtelet fut à la fois femme de lettres, scientifique, vulgarisatrice de talent et elle n’hésita pas à s’impliquer dans les controverses académiques de son temps. Elle prit position en faveur de Newton contre Descartes et en faveur de Leibniz contre Newton.
Dîner de mathématiques et souper de philosophie
Gabrielle-Émilie Le Tonnelier de Breteuil est née à Paris le 17 décembre 1706. Elle est la fille de Louis Nicolas Le Tonnelier, baron de Breteuil, « introducteur » des Ambassadeurs auprès de Louis XIV. Elle doit à ses parents une éducation très axée sur les langues et sur les sciences. À 19 ans elle épouse le marquis Florent-Claude du Châtelet, seigneur de Cirey sur Blaise, en Haute-Marne, de vieille noblesse lorraine, qui fera une carrière militaire souvent loin de sa femme, ce qui permettra à celle-ci de mener une vie que l’on qualifierait aujourd’hui de très libre. Elle passera une grande partie de sa vie à se déplacer de la cour de Versailles à son château de Cirey ou à Lunéville à la cour du roi Stanislas au gré de ses amours. Certains de ses ennemis n’hésiteront pas, en parlant d’elle, à la qualifier de « vingt-cinq ans d’adultère » . Elle aura néanmoins avec son mari trois enfants dont l’un sera d’ailleurs guillotiné sous la Révolution.
En 1732 elle rencontre l’astronome et physicien Moreau de Maupertuis, membre de l’Académie des Sciences, qui lui enseigne les mathématiques et dont elle devient la maîtresse. Puis c’est la rencontre avec un autre mathématicien et physicien, Alexis Claude Clairaut qui a traduit en langage mathématique les lois de la mécanique céleste que Newton a expliquées de façon géométrique et qui la poussera à étudier les travaux de Newton 1 . A l’époque les partisans de Newton s’opposent à ceux de Descartes qui contestent la thèse de l’aplatissement des pôles développée par Newton. Maupertuis ira sur place vérifier, mais il se heurtera encore, à son retour à Paris, à l’opposition de l’Académie et des cartésiens. Émilie du Châtelet sera du côté de son professeur donc de Newton et écrira à Maupertuis : « on ne veut pas en France que M. Newton ait raison, nous sommes des hérétiques en philosophie » .
En 1734 elle fait la connaissance de Voltaire, alors en disgrâce après la publication des Lettres philosophiques , et l’accueillera chez elle à Cirey. Voltaire arrive d’Angleterre où il avait assisté en 1727 aux funérailles de Newton, dont la popularité l’avait beaucoup impressionné, et c’est lui qui va la pousser à traduire l’ouvrage des Principi a 2 . Voltaire et Émilie du Châtelet vont être les diffuseurs en Europe des travaux de Newton. En 1737 elle participera, comme Voltaire, à un concours ouvert par l’Académie des Sciences sur le thème de la nature et la propagation du feu. C’est Euler qui gagnera ce concours mais le mémoire d’Amélie du Châtelet sera néanmoins publié sur la recommandation de Réaumur. Quant à la question : « Que pèse le feu ? », elle sera résolue un peu plus tard par Lavoisier, que nous retrouverons d’ailleurs plus loin.

Château de Cirey (Haute-Marne)
En 1735 elle traduit l’ouvrage de l’Anglais Robert de Mandeville intitulé La Fable des Abeilles . C’est une vision libérale de la société qui défend l’idée que les vices des individus sont des bienfaits pour la société. C’est une approche chère à Adam Smith pour qui la recherche par chaque individu de son intérêt personnel conduit à la réalisation de l’intérêt collectif. On y trouvera les fondements des bienfaits de la concurrence en économie comme ailleurs. C’est la période où la liberté de penser, de publier et même d’entreprendre tend à devenir la préoccupation des philosophes comme des scientifiques.
Émilie du Châtelet côtoie la plupart des grands esprits de son temps et assiste même aux séances de l’Académie, déguisée en homme puisque les femmes n’y sont pas admises. Son rang mais aussi son esprit lui permettent de rencontrer à Versailles ou de faire venir à Cirey tous les intellectuels de renom, que ce soit dans le domaine des mathématiques, de la physique ou de la littérature. Elle dira elle-même qu’elle « dîne de mathématiques et soupe de philosophie » .
La traduction de l’ouvrage de Newton sera publiée dix ans après la mort d’Émilie du Châtelet mais c’est plus qu’une simple traduction. C’est une présentation pédagogique commentée et les explications de texte qu’y ajoutera Émilie du Châtelet révèlent une très bonne connaissance de la physique de l’époque. Dans sa préface Voltaire écrira : « on a vu deux prodiges : l’un que Newton ait fait cet ouvrage ; l’autre qu’une dame l’ait traduit et éclairci » .
La marquise écrit aussi un ouvrage intitulé Institutions de physique , destiné à son fils Louis Marie Florent alors âgé de douze ans, qui aura un grand succès de librairie. Son souci est de rendre accessible les travaux qu’elle considère comme majeurs. Elle adopte une démarche plutôt empirique dans ses démonstrations précisant : « une expérience ne suffit pas pour retenir une hypothèse mais une seule suffit pour la rejeter lorsqu’elle lui est contraire » 3 . C’est la primauté de l’observation sur les croyances. Elle insistera souvent sur la primauté de l’expérience sur les hypothèses ou croyances et rejoint en cela ce que déplorera bien plus tard Proust dans Du côté de chez Swann : « les faits ne pénètrent pas dans le monde où vivent nos croyances » .
De son expérience Émilie du Châtelet va également tirer des conclusions parfois amères sur la place des femmes à son époque. Elle écrira : « les femmes sont exclues, par leur état, de toute espèce de gloire, et quand par hasard il s’en trouve quelqu’une qui est née avec une âme assez élevée, il ne lui reste que l’étude pour la consoler de toutes les exclusions et de toutes les dépendances auxquelles elle se trouve condamnée par état » . Cela ne l’empêchera pas de courir après le bonheur et son dernier amant, après que Voltaire l’eut délaissée pour une autre femme, sera le chevalier de Saint Lambert, bel homme mais esprit qu’on ne saurait comparer à ses autres conquêtes, des œuvres duquel elle tombera enceinte ce qui provoquera sa perte puisqu’elle mourra peu après l’accouchement.
Des billes de cuivre dans de l’argile
Si Émilie du Châtelet prit le parti de Newton et des attractionnistes contre les impulsionnaires cartésiens à propos des lois de la gravitation, elle s’opposa à lui et à Voltaire sur un autre sujet : celui de la relation entre masse et énergie. En prenant des leçons d’allemand avec le mathématicien Samuel Koenig elle s’initie aux travaux de Leibniz qui s’oppose à Newton et à Dortous de Mairan, secrétaire perpétuel de l’Académie des Sciences, sur le rôle des « forces vives », concept mis en évidence par Leibniz et Bernoulli. Ce que l’on nomme à l’époque « force vives » n’est rien d’autre que ce que l’on baptise aujourd’hui « l’énergie cinétique ». Ce sera l’occasion d’une querelle retentissante entre Dortous de Mairan et Émilie du Châtelet, ce qui donnera à la marquise l’occasion d’écrire : « je ne suis pas secrétaire de l’Académie mais j’ai raison, et cela vaut tous les titres » 4 ! L’avenir donnera tort à Mairan.
La thèse de Leibniz est de dire que la « force vive » F d’un corps correspond au produit de sa masse m par le carré de sa vitesse v soit F = mv 2 , et non pas comme l’affirment Mairan mais aussi Newton et Voltaire, au produit de sa masse par sa vitesse soit F = mv . Émilie du Châtelet reprendra et commentera les travaux de Willem Gravesande qui, de façon expérimentale, fera la preuve que Leibniz a raison. En faisant tomber des billes de cuivre de divers poids et de diverses hauteurs dans des blocs d’argile il démontre que la bille s’enfonce non pas proportionnellement à la vitesse (donc à la hauteur) mais proportionnellement au carré de la vitesse.
Willem Jacob’s Gravesande est un diplomate néerlandais né en 1688 dans le duché de Brabant et mort en 1742. En 1715 il accompagne à Londres des députés des Provinces Unies à l’occasion du couronnement du roi Georges 1 er et rencontre à cette occasion des collaborateurs de Newton. Il est ensuite nommé professeur à l’Université de Leyde où il enseigne les mathématiques et devient membre de la Royal Society. Il enseigne les travaux de Newton, Descartes mais aussi de Leibniz et Bernoulli. C’est avant tout un physicien expérimental et dans le débat qui oppose les partisans de Newton à ceux de Leibniz, il va utiliser l’expérimentation pour montrer que les seconds ont raison.
Son expérience consiste à lâcher sur de l’argile molle des billes de cuivre depuis différentes hauteurs afin de faire varier la vitesse d’impact. Selon Newton la profondeur de l’empreinte laissée dans l’argile est proportionnelle à l’impulsion c’est-à-dire au produit de la masse de la bille par sa vitesse. Pour Leibniz cette empreinte est proportionnelle à sa force vive ( potentia motrix ) c’est-à-dire au produit de la masse de la bille par le carré de la vitesse. L’expérimentation menée par Gravesande montre que c’est Leibniz qui a raison et Émilie du Châtelet le fera savoir et connaître.
Si l’on remplace v par c pour celeritas , la vitesse de la lumière (300 000 kilomètres par seconde), on retrouve la formule d’Albert Einstein publiée en 1905. La physique de l’énergie aura entre-temps fait de nombreux progrès.
Théorie de la relativité restreinte
L’équation la plus célèbre du monde E = mc 2 est parue en 1905 sous la plume d’un mémoire qu’Albert Einstein écrit en cinq semaines depuis l’Office des brevets de Berne et envoie à une revue scientifique. Elle relie une masse m et une énergie E . La masse m est la masse inerte d’un corps. Cette fonction signifie qu’une particule de masse m isolée et au repos possède, du fait de cette masse, une énergie E appelée énergie de masse dont la valeur est donnée par le produit de m par le carré de la vitesse de la lumière dans le vide c .
La paternité de cette théorie de la relativité restreinte fut contestée, certains considérant que le mérite en revient au Français Henri Poincaré et au Néerlandais Hendrik Antoon Lorentz dès 1900, d’autres attribuant cette découverte à un physicien italien amateur Olinto de Pretto en 1903. Ajoutons aussi, dans un souci de vérité historique, que la première femme d’Albert Einstein, Mileva, qui avait fait ses études en même temps que lui à l’Institut Polytechnique de Zurich en Suisse, et qui avait un très bon niveau scientifique, aurait contribué par ses avis et ses relectures à la genèse de cette découverte, ce qui évidemment n’enlève rien aux mérites de son époux. Dans le domaine scientifique, comme dans d’autres disciplines, on a besoin d’identifier le découvreur mais la découverte est le fruit d’une interaction d’avancées et d’erreurs faites par divers chercheurs qui, en même temps ou à des moments différents, explorent le même problème. Genitum non factum.
Selon la mécanique de Newton, l’énergie d’une particule isolée provient de sa vitesse et se manifeste sous la forme d’une énergie cinétique. Selon Einstein, une particule de masse m possède intrinsèquement une énergie E même si elle est au repos. L’énergie totale d’un corps est la somme de son énergie cinétique et de son énergie de masse. Ainsi, selon la théorie de la relativité restreinte, la masse peut être convertie en chaleur ou en énergie cinétique au cours d’une réaction. Comme l’énergie totale se conserve et que l’énergie comprend la masse, il est tout à fait possible que de l’énergie soit libérée par « consommation » de masse ou qu’à l’inverse de l’énergie se transforme en masse (sous forme de particules par exemple).
C’est le principe de l’équivalence entre masse et énergie qui sera utilisée dans les réactions nucléaires, que ce soit la fission nucléaire ou la fusion nucléaire. Nous y reviendrons plus loin en détail. Ainsi l’énergie correspondant à un kg de matière dont on réaliserait la fission est énorme puisqu’elle est égale à l’énergie produite par un réacteur nucléaire d’une puissance électrique de 1400 MW pendant quasiment deux ans. De même, au centre du soleil, les réactions de fusion qui transforment des noyaux d’hydrogène en hélium engendrent une perte de masse qui, du fait du facteur de conversion c2 , libère une quantité d’énergie colossale qui permettra au soleil de briller pendant encore douze milliards d’années.
Portée de l’équivalence entre masse et énergie
Cette équivalence n’est pas vérifiée seulement dans le domaine du nucléaire ; elle l’est aussi dans celui de la chimie. Ainsi dans l’exemple de la combustion d’un matériau, du bois par exemple, sujet sur lequel se penchera plus tard Lavoisier, si l’on pèse le carbone et l’oxygène avant la combustion, d’une part, et le CO 2 produit après la combustion, d’autre part, on s’aperçoit que le carbone et l’oxygène pèsent ensemble un peu plus lourd que le gaz carbonique. La différence de masse, multipliée par le carré de la vitesse de la lumière, s’est transformée en chaleur via la combustion. Mais comme la masse perdue est très faible et qu’elle était difficile à mesurer avec les instruments disponibles jusqu’au XX e siècle, on ne percevait pas le phénomène. C’est pourquoi dans la physique et la chimie classiques on postulait que la masse se conserve, ce qui permettra à Lavoisier d’écrire : « rien ne se perd, rien ne se crée » . En réalité une toute petite partie de la masse s’est transformée en énergie.
À titre d’exemple si l’on brûle 1000 tonnes de charbon, la masse perdue au cours de la combustion n’est que de 0,53 gramme. C’est imperceptible avec les balances traditionnelles, même les plus perfectionnées. Mais si on multiplie 0,53 par la vitesse de la lumière au carré cela donne un chiffre considérable.
Les désintégrations radioactives montrent que, là encore, les variations de masse existent mais on peut les déceler car les énergies libérées sont beaucoup plus importantes. Un noyau d’uranium 235 qui subit une fission perd environ un millième de sa masse. Mais comme cela concerne beaucoup de noyaux c’est perceptible.
Le point important est de prendre conscience que le facteur multiplicatif qui fait passer de la masse à l’énergie est énorme. Il suffit de modestes variations de masse pour engendrer de la chaleur qui sera utilisée ensuite pour se chauffer, se déplacer, produire de l’électricité.
À l’époque où écrivait Émilie du Châtelet les scientifiques n’avaient pas conscience de cette vision unitaire entre masse et énergie et le concept même d’énergie n’était pas évident. On parlait de forces vives et les différentes branches de la connaissance étaient abordées de façon séparée et autonome. L’équivalence possible entre formes d’énergie n’était pas non plus appréhendée et la distinction entre puissance et énergie encore mal maîtrisée voire ignorée. Mais ces précurseurs ont eu le mérite, avec leurs hypothèses, leurs expériences, leurs débats, leurs erreurs, de faire progresser la connaissance. Des personnalités comme Lavoisier, Faraday, Edison, Tesla, Becquerel, Marie Curie, Einstein, Maxwell et bien d’autres reprendront le flambeau et répondront à des questions qui étaient jusqu’alors sans réponse ou soulèveront des questions auxquelles personne n’avait encore pensé.


1 Jean-Noël Terry, « Un peu d’histoire… Madame du Châtelet », CLEA, Cahiers Clairaut , ENS Lyon, n° 116, hiver 2006.

2 Claudine Hermann, La traduction et les commentaires des Principia de Newton par Émilie du Châtelet , Bibnum, Textes fondateurs de la Science, Fondation Maison des Sciences de l’Homme, octobre 2008.

3 Mireille Touzery, « Émilie du Châtelet, un passeur scientifique au XVIII e siècle », La Revue pour l’histoire du CNRS , 21, 2008.

4 M. Touzery, « Émilie du Châtelet, un passeur scientifique au XVIII e siècle » op. cit.
Chapitre 2 Antoine de Lavoisier et Philippe Lebon « Gaz à tous les étages »

Antoine de Lavoisier

Philippe Lebon
Deux morts prématurées
Le 19 floréal an II (8 mai 1794) Antoine Laurent de Lavoisier monte à l’échafaud Place de la Révolution, l’actuelle Place de la Concorde, pour être guillotiné avec 27 de ses collègues, fermiers généraux comme lui. On est en pleine Terreur. Ainsi disparaît à 51 ans celui qui est considéré comme le « père de la chimie moderne ». C’est lui qui donnera leurs noms de baptême à l’hydrogène et à l’oxygène. Il avait pourtant demandé un sursis à exécution au président du tribunal révolutionnaire afin de pouvoir terminer une expérience de chimie, preuve d’une belle conscience professionnelle, mais le président lui avait répondu : « la République n’a pas besoin de savants ni de chimistes » , preuve cette fois d’une grande étroitesse d’esprit. Le lendemain de cette exécution le grand mathématicien Louis de Lagrange dira qu’il n’a fallu qu’un moment pour faire tomber cette tête et que cent années peut-être ne suffiront pas pour en reproduire une semblable.
Le 2 décembre 1804, soit dix ans plus tard, Philippe Lebon, ingénieur chimiste, est assassiné à Paris de treize coups de couteau en traversant les Champs-Élysées, alors qu’il venait d’assister à la cérémonie du sacre de Napoléon Bonaparte à Notre-Dame. Ainsi meurt à 37 ans celui qui est considéré comme « l’inventeur » du gaz d’éclairage et même du premier moteur à explosion. Sa ressemblance avec Napoléon explique-t-elle ce meurtre, et celui-ci a-t-il été perpétré par des royalistes soucieux de se venger de l’Empire ? Il semblerait en fait pour certains historiens que ce meurtre n’ait jamais eu lieu, et que ce pauvre Lebon soit mort chez lui la veille, de maladie, ce qui est bien triste quand même. On parlerait aujourd’hui de « fake news » 1 .
Ces deux scientifiques ont beaucoup contribué à l’émergence et à l’utilisation du gaz comme source d’énergie, d’abord pour l’éclairage puis pour le chauffage et plus tard pour la production d’électricité. Les perspectives actuelles de l’hydrogène comme vecteur énergétique pour la mobilité montrent que les gaz, car il faut parler au pluriel, font encore partie et peut-être pour longtemps du paysage énergétique mondial, à moins que la lutte contre le réchauffement climatique ne les écarte des bilans énergétiques au même titre que le pétrole et le charbon, trois « polluants » qui rendent encore bien des services.
Lavoisier ou la loi de conservation de la matière
Lavoisier est né le 26 août 1743 à Paris dans une famille fortunée. Après des études de droit, il acquiert en 1770 une charge de fermier général, ce qui en fait un collecteur d’impôts pour le compte du roi. Parallèlement à ses activités de financier et d’économiste il s’intéresse aux sciences, à la chimie en particulier, à une époque où le progrès de l’humanité passe nécessairement par la science. Il enverra un mémoire sur l’éclairage public à l’Académie des Sciences dont il deviendra d’ailleurs membre en 1768. En 1779 il explique l’oxydation des métaux par l’air et donne son nom à l’oxygène. La paternité de la découverte de l’oxygène est souvent attribuée à l’Anglais Joseph Priestley qui découvre ce gaz en 1774, mais l’honnêteté est de reconnaître que c’est le Suédois Carl Wilhelm Scheele qui le premier a mis en évidence en 1773 ce gaz qu’il baptisera « air de feu » alors qu’il analyse la réaction chimique provoquée par un mélange de salpêtre fondu et d’acide acétique. Scheele est lui aussi mort jeune, à 43 ans, des suites d’une intoxication aux produits chimiques qu’il manipulait. Il n’en reste pas moins vrai que c’est bien Lavoisier qui, le premier, identifiera ce gaz par son poids spécifique et donnera à l’oxygène son nom.
Lavoisier mène des recherches sur le phénomène a priori paradoxal qui fait que les métaux gagnent en poids au terme de leur calcination. Ce gain de poids, explique-t-il, est dû à l’absorption de « l’air fix » mis en évidence par l’Écossais Joseph Black, qu’il qualifiera « d’air vital ». En 1783 il démontre que l’eau est composée d’oxygène et d’un autre gaz, déjà observé par Henry Cavendish, qu’il baptise hydrogène. Si l’on chauffe l’eau, explique-t-il, on récolte un gaz qui correspond exactement au poids de l’eau perdue et ce gaz est lui-même constitué de deux types de gaz : « l’air vital », qui est l’oxygène, et « l’air inflammable » qu’il dénomme hydrogène. Lavoisier peut donc être considéré comme le père de l’hydrogène de façon concomitante avec Cavendish. C’est un gaz plein d’avenir. À l’inverse, si l’on combine cet hydrogène avec de l’oxygène on obtient de la rosée, qui est de l’eau. Il faudra attendre le Français Louis Joseph Gay-Lussac et l’Allemand Alexander von Humboldt en 1804 pour savoir que l’eau est composée d’un volume d’oxygène pour deux volumes d’hydrogène. Ces observations permettent à Lavoisier d’énoncer sa célèbre loi de conservation qui exprime le fait que la nature est un système fermé : « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » . Si l’on brûle Paris et que l’on récupère les cendres et les gaz qui ont été produits, explique-t-il, la masse de ce qui est récupéré correspond exactement à celle qui a été brûlée. Bien que la matière change d’état dans une réaction chimique, la masse totale des réactifs et produits reste identique du début à la fin de la réaction. Il publiera en 1789 son célèbre traité sur la chimie. Lavoisier aura, dans le cadre de ses fonctions d’académicien, l’occasion de porter un jugement négatif sur un mémoire rédigé par le célèbre Marat, lequel conservera à son égard un vif ressentiment et sera d’ailleurs à l’origine de la suppression des académies. Il faut dire que Jean-Paul Marat se targuait d’être l’égal de Newton et avançait des théories très personnelles, sur l’électricité notamment. L’abbé Pierre Bertholon, membre de l’Académie de Montpellier, écrivait déjà dans une lettre datée de 1782 à propos de Marat : « cet homme est un fou qui a cru viser à la célébrité en attaquant beaucoup de grands hommes et en donnant des paradoxes qui n’ont séduit personne, parce que l’expérience est la vraie pierre de touche. Quel est cet homme pour oser se mesurer avec l’immortel Newton ? » . On ne dira jamais assez combien les gens aigris peuvent devenir dangereux lorsque les circonstances le permettent.
Lavoisier est aussi un économiste engagé politiquement. Il est favorable à la Révolution et abandonnera d’ailleurs sa particule. Il est le représentant de sa localité aux États Généraux de novembre 1788 en tant que député suppléant d’Alexandre de Beauharnais. Il participe à la réforme du système monétaire en 1791, celle des assignats, et surtout est associé aux travaux sur la réforme des poids et mesures qui conduira à la mise en place du système métrique. Il avait publié des travaux d’économie avant la Révolution et s’était opposé au Physiocrate Turgot, alors ministre des finances, lors de la « guerre des farines ». Il s’opposera aussi à Nicolas de Condorcet, inspecteur aux monnaies nommé par Turgot, qui voulait imposer une taxe à la jauge sur les navires de commerce. Lavoisier défendait un impôt sur les revenus du capital. C’est son statut de fermier général de l’Ancien Régime qui lui vaudra d’être condamné à mort cinq mois après son arrestation. Nicolas de Condorcet, que les économistes connaissant bien aussi pour son paradoxe sur la transitivité des choix publics, partagera avec Lavoisier un sort tragique puisqu’il sera arrêté en 1793 et mourra mystérieusement en prison, à Bourg-la-Reine, la veille de son exécution.

Le Traité de chimie de Lavoisier
Lebon, l’inventeur de la thermolampe
Lebon est né le 29 mai 1767 à Brachay en Haute-Marne, et, après des études à l’École des Ponts et Chaussées, il devient ingénieur chimiste. Il met au point une thermolampe 2 , pour laquelle il dépose un brevet en 1799, et qui utilise les propriétés du gaz de distillation du bois, un gaz qu’il nomme hydrogène carburé. Ce gaz d’éclairage est en fait composé d’hydrogène (50 %), de méthane et de monoxyde de carbone. Il applique dès 1801 cette innovation à l’éclairage de l’hôtel particulier de Seigneley rue de Lille, puis de quelques autres rues de Paris. L’Écossais William Murdoch, collaborateur de James Watt, s’appuiera sur les travaux de Lebon pour développer l’éclairage public à Londres dès 1807. L’Allemand d’origine tchèque Frédéric Albert Winsor (qui avait anglicisé son nom Wintzler) reprendra cette idée pour généraliser l’éclairage public à Paris à compter de 1816. Lebon déposera également en 1801 un brevet pour un moteur à gaz à combustion interne, l’ancêtre du moteur à explosion, mais il n’aura pas le temps d’exploiter son invention et meurt en 1804. Philippe Lebon est considéré comme l’inventeur de l’éclairage au gaz.
C’est le Suisse Isaac de Rivaz qui déposera en 1807 le brevet du premier moteur à explosion fonctionnant avec l’hydrogène du gaz de houille dont la combustion, provoquée par une étincelle électrique, déplace un piston qui met en mouvement les roues d’un véhicule. Le gaz de houille est plus performant que le gaz de bois et il s’imposera progressivement. Dans les deux cas il s’agit de gaz manufacturé , que l’on différencie aujourd’hui du gaz naturel , qui est du méthane. Alessandro Volta est considéré comme l’inventeur du gaz naturel, le premier à isoler ce gaz entre 1776 et 1778, connu à ses débuts sous le nom de gaz des marais ou gaz des rizières. Ce gaz est aujourd’hui pour l’essentiel exploité dans des gisements souterrains ou en mer.
Les vertus et les limites de l’éclairage au gaz
L’éclairage public a depuis longtemps été une préoccupation des pouvoirs publics, pour des raisons de sécurité. Éclairer les rues c’est combattre la délinquance nocturne. Saint-Louis s’en était déjà préoccupé dès 1258 avec la mise en place de chandelles de suif dans Paris. Mais il faudra attendre 1667 et Nicolas de la Reynie, Lieutenant de police sous Louis XIV, pour voir s’installer à Paris des lanternes à bougies suspendues à chaque coin et milieu des rues 3 . En 1774 un ingénieur français nommé Dominique-François Bourgeois, connu ensuite sous le nom de Bourgeois de Châtelblanc, mettra au point une lanterne fonctionnant avec de l’huile de tripes de porc. En 1788 l’huile de tripes est remplacée par l’huile de colza, dont la flamme est plus brillante et surtout moins nauséabonde. Ces lanternes à huile seront remplacées par des lanternes fonctionnant avec du gaz obtenu par distillation de la houille, après la découverte de l’éclairage au gaz hydrogène carboné de Philippe Lebon. Les premières lanternes à gaz seront installées le 1 er janvier 1829 place du Carrousel puis rue de Rivoli à Paris. En 1850 il y avait six compagnies concessionnaires en charge de cet éclairage à Paris, mais l’éclairage à l’huile et l’éclairage au gaz vont cohabiter durant encore plusieurs années. En 1855 Haussmann fusionne les six compagnies et attribue une concession unique à la « Compagnie parisienne d’éclairage et de chauffage par le gaz ». L’éclairage au gaz et la distribution du gaz manufacturé vont ensuite s’étendre dans les autres villes, dans un premier temps dans les immeubles des quartiers chics, pour ce qui est de la distribution du gaz par canalisations destiné à la cuisine et au chauffage. Afficher « gaz à tous les étages » à l’entrée d’un immeuble bourgeois est un signe de confort et de richesse.
Le gaz manufacturé sera par la suite à son tour concurrencé par l’électricité pour l’éclairage public. C’est en 1878 que les premières installations électriques apparaissent avenue de l’Opéra à Paris : on les nomme bougies de Joblochkoff, du nom de la compagnie concessionnaire. L’électricité va progressivement supplanter le gaz, qui résistera malgré des incidents de plus en plus nombreux, car la luminosité électrique est meilleure. Plusieurs compagnies privées différentes alimentent les divers quartiers de Paris mais avec des contrats de concession annuels. On en comptait une dizaine en 1836 et elles se faisaient concurrence en posant parfois des conduites parallèles dans la même rue. La Ville de Paris y mettra bon ordre et accordera ensuite des concessions de dix ans renouvelables. Après l’invention, en 1879, par Thomas Edison, de la lampe à incandescence à filament de carbone l’électricité s’imposera définitivement. Certains concessionnaires qui recouraient encore au gaz contesteront la demande faite par le concédant d’abandonner le gaz au profit de l’électricité, mais ils seront déboutés par le Conseil d’Etat. Ce dernier, s’appuyant sur la théorie des grands principes du service public, rappellera, qu’à côté des principes de continuité et d’égalité de traitement des usagers, il faut prendre en compte celui d’adaptabilité au progrès technique. À défaut de se soumettre, ces concessionnaires subiront la déchéance de leur contrat de concession. Mais la substitution de l’électricité au gaz prendra parfois du temps dans certaines agglomérations. Les dernières lanternes à gaz disparaîtront en France au milieu des années 1960. À partir de 1967 apparaissent les lampes électriques à sodium haute pression puis à compter de 2000 les leds ( light-emitting diodes ) dont la consommation d’électricité est sensiblement réduite.
Gaz de ville versus gaz naturel
Pendant longtemps le gaz distribué par canalisations dans les villes était du gaz manufacturé produit par distillation de la houille, issu aussi des cokeries ou de produits pétroliers 4 . Chaque grande ville avait son usine à gaz et produire du gaz était un exercice délicat. L’expression « usine à gaz » pour désigner quelque chose de complexe est restée. Le gaz de houille qui alimentait Paris était en partie produit dans les cokeries d’Alfortville et de Gennevilliers. Le foyer français des années 1950 se chauffait au charbon (on stockait des sacs de charbon dans sa cave) et utilisait le gaz de ville pour la cuisine. Le transport du gaz sur longue distance était très limité. Le gaz des cokeries du Nord et du Pas-de-Calais alimentaient les villes proches. Il en allait de même en Lorraine ou dans la Loire, là où on exploitait du charbon. Le gaz issu du pétrole produit dans la raffinerie de Frontignan alimentait Sète. Aux États-Unis l’existence de nombreux gisements d’hydrocarbures disséminés un peu partout mettait le gaz combustible issu du pétrole à la portée de nombreuses agglomérations. On trouvait aussi du gaz de houille pour les villes éloignées des gisements de pétrole, ce qui était le cas de New York. Mais l’existence de gaz naturel, associé ou non à du pétrole, a progressivement évincé ces gaz manufacturés du marché. Le gaz extrait du sous-sol est qualifié de « naturel » pour le différencier du gaz manufacturé issu du charbon ou du pétrole. Le pétrole est aussi « naturel » que le gaz et c’est une question de convention. Ainsi en 1934 aux États-Unis, sur les 7000 distributions publiques de gaz, 4 000 déjà étaient alimentées en gaz naturel, 1 700 en gaz de houille et 1 300 en gaz issu du pétrole, comme le rappelle Yves Mainguy 5 . En Europe c’est seulement après la Seconde Guerre mondiale que le gaz naturel prendra la place du gaz de ville. Il faudra attendre les découvertes de gisements de méthane en Italie dans la plaine du Pô, en France à Lacq et aux Pays-Bas à Groningue. En France, après le gaz de Lacq, on fera appel à du gaz naturel importé d’Algérie et des Pays-Bas. Le gaz naturel a l’avantage de bénéficier d’un pouvoir calorifique deux fois supérieur au gaz manufacturé. Le gaz manufacturé est toxique du fait de la présence de monoxyde de carbone, ce qui n’est pas le cas du gaz naturel qui en revanche explose en présence d’une étincelle. Beaucoup de romans racontent le suicide de personnages qui mettent fin à leurs jours en ouvrant la gazinière ; avec le gaz naturel ça ne marche pas mais le risque c’est l’explosion de l’immeuble !
Le mot « gaz » est une déformation du mot flamand ghoast (fantôme), choisi par Helmont en 1609 pour désigner ces « étranges corps combustibles, immatériels, que dégageait l’attaque de certains métaux par certains acides » 6 . Les États-Unis furent les pionniers dans l’exploitation du gaz naturel, dès les années 1930. Il faut dire que ce gaz est souvent « associé » à du pétrole, ressource dont regorge l’Amérique ; parfois il s’agit de puits de gaz « sec » donc sans ou avec peu de pétrole. À la différence du gaz de ville, le gaz naturel est normalement inodore. C’est pourquoi il est odorisé dans les réseaux afin que l’on puisse déceler les fuites de gaz. On y associe un produit chimique, du THT (tétrahydrothiophène). Dans la plupart des pays européens le gaz est odorisé à l’entrée du réseau de distribution donc à l’entrée des villes. En France, afin de pouvoir plus facilement déceler les fuites éventuelles, il est odorisé dès le réseau de transport, donc à l’entrée du territoire, ce qui requiert de déodoriser ce gaz lorsqu’il est exporté dans les tuyaux de transport vers le reste de l’Union européenne. Le choix d’odoriser le gaz à l’entrée du territoire et non à l’entrée des agglomérations a été justifié aussi par des raisons économiques, dans la mesure où le nombre de points d’entrée est beaucoup plus faible.
Le gaz naturel présente un inconvénient par rapport au pétrole : il est très coûteux à transporter et il n’a pas d’usages « captifs ». Aucun pays ne peut se passer de pétrole, ne serait-ce que pour alimenter les voitures en carburant. Mais on peut se passer de gaz, et, jusque dans les années 1960, les pays qui n’avaient pas trouvé de gaz sur leur territoire ou n’étaient pas limitrophes d’un pays qui en avait trouvé, n’en utilisaient pas. Pour transporter le gaz sur longue distance il faut construire des gazoducs avec des stations de compression tous les cent kilomètres pour propulser le gaz. On sait aujourd’hui construire des gazoducs sous la mer, comme c’est le cas en Méditerranée entre la Tunisie et la Sicile ou entre le Maroc et l’Espagne, mais au-delà d’une certaine distance il faut liquéfier le gaz et cette technologie, relativement récente, est très coûteuse. Il faut refroidir le gaz à -160 degrés Celsius tout en le comprimant. L’avantage c’est que le gaz liquide (GNL pour gaz naturel liquéfié) occupe un volume six cents fois moindre que le gaz à l’état gazeux. On le transporte ensuite sur des méthaniers à double coque, qui maintiennent une basse température pour que ce gaz ne revienne pas à son état initial. Ce qui coûte cher, c’est la liquéfaction beaucoup plus que la regazéification. L’Algérie a été un pionnier dans ce domaine dès 1962 en utilisant une technologie japonaise. Le premier contingent de gaz naturel liquéfié algérien est arrivé au Havre début 1965 en provenance d’Arzew, près d’Oran.
Pour qu’un marché du gaz se développe il faut que plusieurs conditions soient simultanément réunies 7 : une masse critique d’utilisateurs pour rentabiliser le réseau, des solutions techniques pour transporter le gaz sur longue distance, un prix compétitif avec les substituts puisque le gaz n’a pas d’usages « captifs ». Cela explique que le gaz naturel n’alimente pas les campagnes car construire un réseau serait trop coûteux. Ainsi en France il y a près de trois fois moins de clients raccordés au réseau de gaz que de clients raccordés au réseau d’électricité. Pour ceux qui n’ont pas accès au gaz naturel distribué sur le réseau il est possible d’utiliser le gaz commercialisé en bonbonnes, notamment le GPL (gaz de pétrole liquéfié).
Ces contraintes techniques et économiques sont un handicap pour le gaz qui fut longtemps une énergie délaissée. La déception des géologues qui cherchaient du pétrole était de trouver du gaz. On connaît la boutade favorite des pétroliers, celle du géologue qui au terme de sa campagne d’exploration déclare à son directeur général : « mauvaise nouvelle, on n’a pas trouvé de pétrole ; bonne nouvelle, on n’a pas trouvé de gaz non plus » . Que faire avec du gaz trouvé dans un désert si les agglomérations sont éloignées et si le marché potentiel d’exportation est insuffisant ? On ne va pas chauffer le désert. Certes on peut construire une centrale à gaz et transporter l’électricité, ce qui est moins coûteux. On peut aussi attirer des industries sur place et transporter les produits finis. C’est d’ailleurs ce que la France fera à Lacq. Cela explique que, pendant longtemps, le gaz associé au pétrole était brûlé à la torche. Jusqu’au choc pétrolier de 1973 la quantité de « gaz torché » était supérieure au volume de gaz consommé dans le monde. Heureusement les choses ont changé depuis, et on a pris conscience qu’il fallait sauvegarder cette ressource qui présente le gros avantage de moins contribuer au réchauffement climatique que le pétrole et a fortiori que le charbon.
L’épopée du gaz de Lacq
À la Libération, la France décide de nationaliser le secteur de l’énergie : l’électricité qui a le vent en poupe, mais le gaz également, bien que sa situation fût moins enviable au moment de la guerre. La consommation de gaz stagnait alors. Il s’agit pour la quasi-totalité de gaz manufacturé. Le 8 avril 1946 les 615 exploitations privées qui relèvent de 127 sociétés, sont nationalisées. Les régies municipales et sociétés d’économie mixte y échappent parce qu’à capitaux publics, et on laisse subsister un petit secteur privé producteur de gaz de houille ou de cokeries. Il existe des régies dans de grandes agglomérations comme Bordeaux ou Grenoble mais aussi dans des villes de moindre importance comme dans les Deux-Sèvres. C’est Gaz de France (GDF), un EPIC (Établissement Public à caractère Industriel et Commercial), qui obtient le monopole de l’exportation, importation, production et transport et un quasi monopole de la distribution de gaz manufacturé, les régies municipales existantes pouvant continuer à exploiter leur activité. Il est par contre interdit de créer de nouvelles régies. Sous la pression des pétroliers, la Régie Autonome des Pétroles (RAP) notamment, le législateur retire à Gaz de France le monopole de la production de gaz naturel. La RAP, qui avait découvert du gaz naturel le 14 juillet 1939 à Saint-Marcet en Haute-Garonne, n’entend pas être dépossédée de son bien et va faire du lobbying auprès des pouvoirs publics. Son gaz sera transporté dans le Sud-Ouest de la France pour être distribué à Pau, Toulouse et Bordeaux à travers le réseau de la Société Nationale des Gaz du Sud-Ouest (SNGSO, qui deviendra plus tard TIGF puis Téréga). Après la libéralisation des marchés, dans les années 2000, Téréga sera rachetée par les Italiens avec une participation d’EDF et d’un fonds de Singapour. Rappelons que c’est Paul Ramadier, alors Secrétaire d’État aux mines et combustibles liquides, qui avait relancé en 1937 la prospection d’hydrocarbures en France. La Société Nationale des Pétroles d’Aquitaine (SNPA, qui deviendra ELF puis sera récupérée par Total), société créée en 1941, en pleine guerre, était en charge de la prospection des hydrocarbures dans le sous-sol de l’Aquitaine, et elle entendait elle aussi ne pas être dépossédée de son gaz en cas de découvertes. La RAP comme la SNPA peuvent donc continuer à prospecter ce bassin sédimentaire sans craintes. Notons que la distribution du gaz manufacturé est mise sous la tutelle d’EDF en charge d’une distribution commune « gaz et électricité », en attendant la création d’Établissements Publics Régionaux (EPR) qui ne seront d’ailleurs jamais créés. Les gaziers en conserveront une certaine amertume et un petit sentiment d’infériorité à l’égard des électriciens.
Mais fort des dispositions de la loi de 1946 qui lui donne le monopole total du transport, GDF revendique dès 1947 que le réseau de transport SNGSO lui soit confié. Là encore, sous la pression des pétroliers, la loi va être modifiée et l’amendement Armengaud voté en 1949 retire à GDF le monopole du transport du gaz naturel, précisant que ce transport peut être confié à une entreprise à majorité de capitaux publics, ce qui est le cas de SNGSO. Un arrangement sera trouvé et GDF entrera dans le capital de SNGSO à concurrence de 30 %.
« Semez de l’herbe et mettez-y des vaches »
En 1949 la SNPA découvre un petit gisement de pétrole à Lacq, à 650 mètres de profondeur. Ce gisement appelé « Lacq supérieur » est rapidement mis en exploitation mais les réserves vont se révéler décevantes et le gisement sera épuisé à la fin des années 1950. Encouragée par cette découverte, la SNPA poursuit ses recherches et découvre à 3 550 mètres de profondeur, le 19 décembre 1951, un gros gisement de gaz naturel, qualifié ensuite de « Lacq profond » 8 .
L’existence d’un gisement d’hydrocarbures (pétrole ou gaz) nécessite la présence de trois couches géologiques différentes : une roche-mère, composée de matières organiques à l’origine de l’apparition de pétrole ou de gaz, une roche-réservoir, c’est-à-dire une roche suffisamment poreuse pour accueillir ces hydrocarbures, et une roche-piège, roche suffisamment imperméable pour empêcher les hydrocarbures de remonter vers la surface. En cas de forage, la pression suffit à faire jaillir le pétrole et le gaz. C’est ce qui va se passer ce 19 décembre 1951 mais une explosion détruit l’appareillage de forage et il faut très vite installer une torchère pour éviter que le gaz ne se répande dans l’environnement. On fera d’ailleurs évacuer une partie de la population qui vit à proximité. On fait appel au Texan Myron Kinley, le « pompier du pétrole », qui parviendra à souffler l’incendie et à boucher le puits fin janvier 1952. Il donnera le conseil suivant aux techniciens présents sur le site : « oubliez ce champ de gaz, c’est une bombe. Rebouchez vos forages, semez-y de l’herbe et mettez-y des vaches à paître » 9 !
À la déception que ce gisement renferme du gaz et non du pétrole s’ajoute le constat que ce gaz est fortement sulfuré. Le gaz est composé de 70 % de méthane, de 15 % d’autres gaz (CO 2 , éthane, propane, butane) et de 15 % d’hydrogène sulfuré. Le problème est que le soufre attaque les canalisations, aucun acier ne résiste. Consultés, les Américains conseillent de renoncer à exploiter. Mais la France n’est pas l’Amérique, qui a la chance d’avoir de grandes réserves d’hydrocarbures, et elle doit chercher la solution ailleurs. Ce sera une innovation de la Société des Hauts-Fourneaux, Forges et Aciéries de Pompey, célèbre pour avoir fourni le fer de la tour Eiffel, qui réglera le problème. Un acier spécial, au chrome, permettra de transporter et distribuer ce gaz, mais à compter de 1956 seulement, le temps que l’innovation soit opérationnelle. Ce savoir-faire sera valorisé ensuite par la société Vallourec à l’échelle internationale. Quant au soufre, qui à l’époque est considéré comme une plaie, il deviendra une aubaine quand la demande mondiale de soufre explosera, d’autant que c’est un soufre d’excellente qualité car très pur. Les applications du soufre sont multiples : production d’acide sulfurique, fabrication de matières plastiques, d’engrais, de pesticides. L’ironie sera que parfois c’est le besoin en soufre qui déterminera le rythme d’exploitation du gaz.
Une autre question, plus politique et économique cette fois, va se poser aux autorités françaises : que faire de ce gaz ? Les élus locaux veulent le conserver dans la région d’Aquitaine pour en assurer l’industrialisation, mais les responsables parisiens font observer que la demande régionale ne sera pas suffisante pour absorber la production. Mieux vaut alors envoyer ce gaz sur Paris. Une solution de compromis sera adoptée. On va attirer des industries dans la région de Pau et ce sera notamment la création d’une ville nouvelle, Mourenx. Une partie de ce gaz alimentera la centrale d’EDF à Artix, près de Pau. L’électricité produite sera en priorité destinée à l’usine d’aluminium installée par Pechiney. La centrale d’Artix sera fermée en 1985 quand la centrale nucléaire de Golfech entrera en production.
Une bonne partie du gaz sera toutefois envoyée vers Paris pour se substituer au gaz manufacturé. C’est un pari car que se passera-t-il quand Lacq sera épuisé ? À l’époque on n’a pas encore découvert de gaz aux Pays-Bas (il faudra attendre 1959), et le gaz découvert en 1956 à Hassi R’Mel en Algérie est difficilement transportable avec les technologies de l’époque. Heureusement on pourra plus tard faire appel au gaz importé par gazoducs depuis les Pays-Bas, la Russie, la Norvège et au gaz importé sous forme liquéfiée en provenance d’Algérie, du Qatar, du Nigeria et plus récemment des États-Unis (gaz de schiste), quoique en faible quantité pour l’instant pour ce dernier. Le pari sera donc finalement gagné.
Pour transporter le gaz vers Paris on va créer la Compagnie Française du Méthane (CeFeM), détenue à part égales par la SNPA et GDF. Le réseau comportera un gazoduc principal Lacq-Paris, avec deux branches en dérivation vers Nantes et Lyon. Ce gaz alimentera aussi un centre de stockage créé à Lussagnet. On découvrira en 1965 un autre gisement de gaz naturel près de Pau, à Meillon, nettement moins important et qui sera abandonné en 2013. Le pic de production de Lacq est atteint en 1982 et la production diminue après. Dès 2010 le gisement de Lacq s’épuise et on arrête définitivement la production le 14 octobre 2013, en même temps que Meillon. Le gisement de Lacq conserve toutefois une utilité car Total cherche aujourd’hui à y expérimenter une installation de stockage du CO 2 . De plus, plusieurs entreprises chimiques ont survécu à la fermeture de Lacq. La découverte de Lacq a été une aubaine pour la région de Bordeaux qui avait dû faire face à une reconversion suite à la fin de l’empire colonial et des échanges maritimes qui en étaient le fruit. C’est dans les années 1960 que progressivement le gaz naturel (national puis importé) détrônera le gaz manufacturé en France. Seules quelques installations industrielles produiront encore de faibles quantités de gaz manufacturé (cokeries) pour leurs besoins propres. Tout le gaz naturel consommé en France est aujourd’hui importé.
Le gaz américain entre concurrence et régulation
Les États-Unis ont été les pionniers dans le domaine de l’exploitation du gaz naturel dès les années 1930. Il s’agit soit de gaz associé au pétrole soit de gaz « sec ». On cherche du pétrole mais la découverte de gaz peut être rentable s’il existe un marché potentiel accessible. Le gaz naturel est, rappelons-le, un mélange de méthane, d’éthane, de propane et de butane. Ce gaz doit être épuré et il peut être transporté dans des tuyaux, mais il doit l’être sous pression (70 bars en général) pour acquérir une certaine vitesse (de l’ordre de 30 km/heure). On peut le stocker dans des réservoirs souterrains, soit en nappe aquifère soit en cavité saline, afin de gérer la variabilité de la demande. Ce gaz peut servir à produire de l’électricité, à chauffer des installations, à faire la cuisine, voire à faire fonctionner des véhicules (automobiles ou bus). C’est aussi une matière première qui sert dans la chimie à produire de l’hydrogène, du méthanol, de l’ammoniac, trois produits qui servent à fabriquer des engrais, des plastiques, des solvants, des résines. L’essentiel de la production américaine de gaz est assurée par trois États : La Louisiane, le Texas et l’Oklahoma. Le Nord des États-Unis est connecté au Canada, gros producteur de gaz dans la province de l’Alberta et qui exporte une partie de sa production vers les États-Unis. Les États-Unis sont aujourd’hui le premier producteur de gaz devant la Russie.
Aux États-Unis, à la différence des autres pays, la propriété du sol entraîne celle du sous-sol et la mise en exploitation des gisements d’hydrocarbures est donc facilitée 10 . Le fermier qui trouve du pétrole ou du gaz dans son champ en est le propriétaire et il peut vendre le droit d’exploiter à qui bon lui semble. Dans certains États des États-Unis, la loi autorise la dissociation des deux propriétés, celle du sol et celle du sous-sol. Le fermier peut être propriétaire de son champ et avoir vendu le sous-sol à une compagnie pétrolière ou à un autre fermier. Seuls échappent à cette règle les territoires fédéraux et les zones maritimes où les ressources sont la propriété du gouvernement, qui peut ensuite mettre aux enchères l’exploitation des gisements découverts. En France, comme dans la plupart des pays, le propriétaire du sol est propriétaire du sous-sol sauf pour les produits miniers dont la liste est fixée par décret, laquelle concerne les hydrocarbures, les minerais, les métaux précieux ou non, l’uranium, mais aussi les nappes phréatiques, etc. Il peut en revanche exploiter l’eau d’un puits donnant accès à une nappe souterraine peu profonde ainsi que les matériaux qui échappent au droit minier et relèvent du droit des carrières. Ce n’est pas la profondeur qui est le critère discriminant entre mines et carrières mais la nature du produit. Ainsi il existe des mines « à ciel ouvert » et même des carrières « souterraines ».
Le marché américain du gaz est un marché très concurrentiel caractérisé par la présence d’un très grand nombre d’opérateurs, principalement privés. Il existe près de 8000 producteurs de gaz, parmi lesquels on trouve les Majors du pétrole (Shell, Exxon-Mobil, BP, Chevron-Texaco) ou des compagnies de moindre importance (Conoco-Phillips). Il existe aussi un grand nombre de petits producteurs privés. Il y a peu de « barrières à l’entrée » dans la branche, ce qui veut dire que beaucoup d’entreprises se créent mais que beaucoup disparaissent aussi chaque année en fonction de la conjoncture. Il existe 200 compagnies privées de transport du gaz et près de 1500 entreprises de distribution. Le réseau de gaz est très fortement maillé et une grande partie du gaz produit dans le Sud doit être transporté vers le Nord-Est, là où se trouvent les grandes agglomérations comme New York et de nombreuses industries. Une partie de ce gaz sert au chauffage des locaux. Ces dernières années le gaz, qui est devenu bon marché suite à de nombreuses découvertes, a largement remplacé le charbon dans la production d’électricité, ce qui a du même coup amélioré le bilan « carbone » du pays, la combustion du gaz émettant deux fois moins de CO 2 que celle du charbon.
Si aujourd’hui le prix du gaz « à la tête du puits » sur le marché au jour le jour (marché spot ) est libre (et donc très volatil car corrélé au prix du pétrole), ce ne fut pas toujours le cas. Une loi fédérale de 1938 avait réglementé le prix du gaz à la tête du puits sur le marché dit « interstate », qui concernait le gaz transitant entre plusieurs États des États-Unis. En pratique il s’agissait du gaz produit dans le Sud et destiné aux consommateurs de la côte est qu’il fallait protéger contre une hausse des prix. Le prix du gaz sur le marché « intrastate », destiné au marché local, demeurait libre donc fixé par la loi de l’offre et la demande. Dans les années 1960, à une époque où la production de gaz avait du mal à suivre la demande, une pénurie de gaz a été observée dans les États fédérés « importateurs » du Nord et de l’Est, les compagnies productrices préférant vendre leur gaz sur place, où les prix étaient rémunérateurs, plutôt que de le vendre dans les États du Nord et de l’est où les prix étaient bloqués par la FERC (Federal Energy Regulatory Commission). La libéralisation des prix, instaurée par une loi fédérale de 1978, a eu pour effet d’accroître le prix « interstate » et de mettre fin à ce double marché du gaz. Le but recherché par cette libéralisation n’était pas de faire baisser le prix mais de l’augmenter. Avec la découverte ces dix dernières années d’un volume important de « gaz de schiste » le marché est redevenu largement excédentaire et les prix sont bas. Les États-Unis, qui étaient importateurs d’un peu de gaz, sont maintenant exportateurs et cherchent même à concurrencer la Russie dans la fourniture de gaz à l’Europe. Les pressions diplomatiques et menaces américaines contre la mise en service du gazoduc Nordstream 2 reliant la Russie à l’Allemagne ne sont pas justifiées par le seul souci d’imposer des sanctions à la Russie suite à l’affaire de Crimée, mais également par la volonté de remplacer les importations européennes de gaz russe par du gaz américain liquéfié. À l’intérieur des États-Unis les prix du gaz sont libres. Seuls les péages d’accès aux réseaux de transport et de distribution demeurent régulés, car ce sont des « infrastructures essentielles » ( essential facilities ) en position de monopoles et il faut éviter tout abus de position dominante 11 .
La manne du gaz de schiste
Le gaz de schiste, à la différence du gaz conventionnel, est piégé dans la roche-mère et non dans la roche-réservoir, ce qui implique de casser cette roche pour libérer le gaz. La technologie de la fracturation hydraulique, associée à celle du forage horizontal, a permis d’accéder à des réserves considérables de gaz. On fissure la roche par injection d’eau à haute pression, en y associant du sable et divers composants chimiques. Cette exploitation exige de très grandes quantités d’eau qui, une fois récupérée, doit être traitée car elle contient des métaux lourds. C’est la source de problèmes environnementaux. En France, pour cette raison, l’exploration du gaz de schiste est interdite par la loi. Aux États-Unis, c’est le régime juridique de l’exploration-production des hydrocarbures qui explique le développement massif de cette ressource car c’est un complément de revenu appréciable pour de nombreux fermiers. Le gaz de schiste, souvent qualifié de non conventionnel, est de la même nature que le gaz conventionnel, c’est du méthane. Ce qui le différencie, c’est la façon de l’extraire puisque l’un est piégé dans une roche-réservoir et l’autre dans une roche-mère.
Le « club » des gaziers européens
Le marché européen du gaz naturel est très différent du marché américain, même si la libéralisation imposée par Bruxelles au début des années 2000 tend à l’en rapprocher. Le recours au gaz naturel est en Europe plus récent qu’en Amérique. Il a fallu attendre les découvertes de la Plaine du Pô en Italie, de Lacq en France et de Groningue aux Pays-Bas au milieu ou à la fin des années 1950. Ce sera le cas au Royaume-Uni dans les années 1970 après les chocs pétroliers qui, en augmentant les prix de l’énergie, vont rentabiliser l’exploration d’hydrocarbures en Mer du Nord. L’existence de réseaux de gaz manufacturé a permis à ces pays de substituer rapidement le nouveau gaz à l’ancien moyennant quelques modifications techniques sur les brûleurs. Le gaz s’est donc développé en priorité dans les pays producteurs ou les pays qui leur sont limitrophes (comme la Belgique) puis dès que le progrès technique a permis de construire des gazoducs sur longue distance et de transporter du gaz liquéfié par méthaniers, presque tous les pays de l’Union européenne ont fait appel à lui. L’usage qui est fait de ce gaz varie selon les cas. Certains pays l’utilisent beaucoup pour la production d’électricité, comme les Pays-Bas ou l’Italie, d’autres privilégient l’usage industriel ou domestique, comme la France qui, grâce au nucléaire, n’a pas besoin de beaucoup de centrales fonctionnant avec des énergies fossiles. Plus récemment des pays comme le Royaume-Uni, l’Irlande ou l’Italie, ont choisi de fermer leurs centrales à charbon pour les remplacer par des centrales à gaz au nom de la lutte contre le réchauffement climatique.
L’Union importe aujourd’hui les deux tiers du gaz qu’elle consomme et ses principaux fournisseurs sont, par ordre décroissant, le Russie, la Norvège, l’Algérie, le Qatar. La part du gaz est certes variable selon les pays et la dépendance vis-à-vis de la Russie est plus forte dans l’est de l’Europe, y compris en Allemagne, qu’ailleurs. Plusieurs grands gazoducs relient aujourd’hui la Russie à l’Union, qui passent tantôt par l’Ukraine tantôt par la Biélorussie et la Pologne. Le gazoduc Nordstream ( Nordstream 1 est en fonctionnement et Nordstream 2 en voie d’achèvement) relie la Russie directement à l’Allemagne via la Baltique, en évitant les Pays Baltes et la Pologne. Ces derniers n’ont d’ailleurs pas apprécié cette défiance qui consiste à éviter leur territoire mais la raison n’est pas seulement stratégique. Il est coûteux de traverser un territoire en raison des droits à payer et passer en mer ne coûte pas nécessairement plus cher. Les États-Unis ont alerté plusieurs fois les Européens sur les risques de dépendance de l’Europe à l’égard de ce fournisseur russe mais ce n’est pas sans arrière-pensées, on l’a évoqué. Les Américains se verraient bien prendre la place des Russes pour la fourniture de gaz, en partie du moins. D’autres gazoducs relient l’Algérie à l’Europe, via la Tunisie et la Sicile ou en traversant le détroit de Gibraltar vers l’Espagne. Le reste du gaz est importé du Proche-Orient (Qatar, Égypte), d’Afrique (Algérie, Nigeria) ou d’Amérique sous forme de gaz liquéfie (GNL). Une partie du gaz importé en France arrive sous forme de GNL à Fos-sur-Mer, à Montoir de Bretagne ou à Dunkerque. Le reste entre en France par gazoducs en provenance des Pays-Bas à Taisnières, de Norvège à Dunkerque ou de Russie à Obergailbach. Rappelons que tous les gaz se mélangent sauf le gaz néerlandais dont le pouvoir calorifique est nettement inférieur aux autres gaz.
Le gaz européen est importé pour l’essentiel dans le cadre de contrats à long terme renouvelables (25 à 30 ans) car il faut rentabiliser les infrastructures. Il faut garantir à l’exportateur qui finance le réseau sur son territoire, et souvent en partie sur les territoires des pays de transit, qu’il va récupérer sa mise. Il faut également que l’importateur, qui a garanti un approvisionnement sécurisé sur plusieurs années à ses clients et qui finance le réseau sur son territoire et en partie sur celui des pays de transit, soit convaincu que la disponibilité de son gaz ne sera pas compromise. Pendant longtemps, avant la libéralisation des marchés, les acheteurs étaient les quatre ou cinq compagnies publiques des pays importateurs (Gaz de France, Ruhrgas, SNAM, Distrigaz, British Gas) et les vendeurs les quatre monopoles publics des pays exportateurs (Soyuzgazexport aujourd’hui Gazprom, Sonatrach, Statoil et Gasunie). Le marché européen était un « oligopole bilatéral » mais en pratique c’était plutôt un « club » où les contacts étaient personnalisés, où chaque dirigeant connaissait bien ses collègues et parfois leurs familles. La négociation des prix était difficile mais une fois scellé, l’accord était respecté. Jacques Maire, qui fut longtemps directeur général de Gaz de France, a raconté à l’auteur de ces lignes que le jour de la signature d’un contrat de gaz important avec les Russes, les directeurs généraux se sont retrouvés à Moscou pour les derniers ajustements puis « on a fait « top-là » et on a ouvert une bouteille de champagne » . La parole donnée valait toutes les garanties. Ensuite les juristes prenaient le relais pour mettre tout cela noir sur blanc et l’accord, qui portait sur des milliards de dollars et sur vingt ans au moins, pouvait entrer en vigueur. Aujourd’hui c’est un peu plus formel et sans doute moins convivial.