Nourrir 700 milliards d'êtres humains ?

Mardi 17 novembre 2009 2 17 /11 /2009 15:47

Nourrir 700 milliards d'êtres humains ?

La puissance solaire interceptée par la terre au sommet atmosphère est de 174 500 TW. (1 TW = 10¹² W). En effet, le rayon de terre étant de 6373km, et la constante solaire au sommet de l'atmosphère étant de 1368 W/m², la puissance interceptée par le disque terrestre vaut:
π x (6,373.10⁶ m )² x 1368 W/m² = 174 500 TW

Environ la moitié de cette puissance parvient au sol, soit 87250 TW (surface terrestre totale : 510 067 420 km²). Dont le tiers au niveau de la surface continentale, soit 28 792 TW, le reste au niveau des surfaces océaniques.

- Energie -

La consommation énergétique aujourd'hui dans le monde (énergie totale, y compris électricité, transport, chauffage, industrie etc.) correspond à une puissance de 12,5 TW. Selon l'Agence Internationale de l'Energie, cela sera 16,9 TW en 2030. Précisons que le passage à une Clean Electron Economy permettrait, selon l'université de Stanford (voir ici) de ramener ces 16,9 TW à 11,5 TW du fait de l'efficacité intrinsèque des chaînes électriques, efficacité supérieure à celle des chaînes thermiques. Retenons ici 15 TW.

15 TW, c'est 0,05% des 28792 TW. Avec un rendement de conversion de 15%, cela correspond à une puissance « primaire » de 100 TW, soit 0,75% de la puissance solaire interceptée au sol par les continents. Autrement dit, 0,75% de la surface continentale mondiale couverte de capteurs solaires (PV ou CSP) est suffisante pour répondre à la totalité de la demande énergétique mondiale. Bien sûr, avec de meilleurs rendements de conversion (la science progresse), la surface nécessaire diminue.

La consommation énergétique mondiale de l’humanité est donc relativement faible. Et il convient d'ajouter, en plus du potentiel des énergies solaires et dérivées, le potentiel énergétique lié à l'attraction terre-lune (marées) et aux désintégrations nucléaires au sein de la terre (géothermie). Les agitations actuelles par les marchands de la fin du monde concernant notre avenir énergétique sont infondées; la construction de la Clean Energy Economy sera de plus fortement génératrice d’emplois et de croissance économique. De plus, il est possible de collecter une forme dérivée de l’énergie solaire : le vent, dont le potentiel est colossal, qui est vraiment bon marché, et dont on sait ici et maintenant gèrer la discontinuité-intermittence (pompage-turbinage à eau douce ou eau de mer, interconnexion HVDC des parcs éoliens, V2G/G2V). Les éoliennes, dont le bilan environnemental, hydrique et sanitaire est excellent, ont une empreinte surfacique très faible. Pour répondre à la moitié de la consommation énergétique mondiale, un parc éolien ayant une empreinte au sol (projection des cylindres des mats éoliens au sol) égale à la surface de Manhattan est suffisante. Et il est possible de cultiver entre les éoliennes.

- Alimentation -

Venons-en à présent à une vraie problématique, celle de la capacité de la terre à nourrir l’humanité. La consommation alimentaire par humain est d’environ 3 kWh par jour ( = 2600 kcal), ce qui correspond à une puissance de 125 W. La consommation alimentaire pour 6,8 milliards d’humains est donc de : 125 W x 6,8 milliards = 850 GW

Le rendement de la conversion de l’énergie solaire en biomasse par la photosynthèse est d’environ 0,2%, d’où facteur multiplicateur de 500 :
850W x 500 = 425 TW primaires (hypothèse d’une alimentation purement végétale)
Mais l’on doit prendre en compte un facteur multiplicateur de 15 s’il s’agit d’une alimentation purement animale : 425 x 15 = 6375 TW primaires
Prenons à présent une alimentation comprenant un régime 25% animal et 75% végétal :
(0.25 x 6375) + (0.75*425) = 1593 + 318 = 1911 TW primaires. Les 1911 TW c’est 6,6% des 28 792 TW

La surface des terres cultivées est d'aujourd'hui de 15 000 000 km2, soit 8,9% de la surface continentale (ce qui signifie que le rendement énergétique moyen des cultures mondiales est en réalité un peu inférieur à 0,2%). La surface des terres cultivables mais non cultivées est de 27 000 000 km2, soit 16% de la surface continentale.
Source : http://agriculture.gouv.fr /IMG/pdf/copeiaaterres.pdf
Il est donc théoriquement possible de nourrir la population mondiale multipliée par 3, soit environ 20 milliards d’êtres humains. Tout ceci sans tenir compte de la production alimentaire en mer (pêche, aquaculture etc.).

- Micro-algues -

Avec les microalgues, il est possible de parvenir à des rendements de conversion de l'énergie solaire en biomasse de 1%, soit 5 fois mieux qu'avec les végétaux ordinaires :
850 GW x 100 = 85 TW primaires
Si on retient l’hypothèse d’une alimentation purement microalgale :
85 TW, c’est 0,2% des 28 792 TW
Si on cultive les algues sur terre mais aussi en mer :
85 TW, c’est 0,09% des 87250 TW

Voici à présent une donnée théorique (donnée absurde mais elle fixe les idées) : si on cultive la totalité de la terre (y compris océans) avec des microalgues, on peut nourrir 1111 fois la population humaine mondiale actuelle soit environ 7750 milliards d’êtres humains. En laissant aux humains 10% de cette surface pour vivre (2 m2 par humain, mais bien davantage avec des villes constituées de grandes tours et de galeries souterraines pour économiser l’espace, avec 100 étages, on passe à 200m2 par humain), on peut donc nourrir 7000 milliards d’êtres humains. 7000 milliards d'humains, c'est un peu plus de 1000 fois la population mondiale actuelle.

Enfin, avec 10% de la surface terrestre destinée à la culture micro-algale, on peut nourrir 700 milliards d'êtres humains. Histoire de laisser un peu de place aux autres espèces vivantes...

Avec une alimentation 50% microalgale, 40% végétale classique et 10% animale :
(0.50 x 85) + (0.40 x 6375) + (0.10*425) = 276 TW

276 TW, cela correspond à 1% de la surface continentale terrestre.
Etant donné que la surface cultivable (avec cultures classiques) correspond à 20% de cette surface, avec ce mix microalgues-végétal-animal on peut nourrir environ 140 milliards d'êtres humains. Ceci en ne tenant pas compte de la production en mer.

- Olivier

Hawaï - Bassin de cultures de microalgues à vocation alimentaire (Spirulina sp.)

NB1 - A noter que l'on ne va bien sûr par cultiver des microalgues aux pôles, mais l'absence de production dans les régions polaires est compensée par une production élevée en zone intertropicale.

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NB2 - Spiruline : "Les rendements moyens par hectare des exploitations connues sont de l'ordre de 15 à 20 t sèches par an". Source (Le tecuitlatl, concentré de spiruline source de protéines comestibles chez les Aztèques).

Ceci dans des secteurs fortement ensoleillés. Avec un PCI d'environ 50000 kWh par tonne, cela fait entre 75000 et 10000 kWh de spiruline sèche par hectare et par an. Avec une insolation de 2800 kWh/m2/an, soit de 28 000 000 kWh/ha/an. Le rendement est donc compris entre : 75000 / 28 000 000 x 100 = 2,7% et 100000 / 28 000 000 x 100 = 3,5%. Retenons 3%. Dans les calculs du présent billet, j'ai retenu 1%, mais c'est une hypothèse basse.

A noter que la spiruline a un contenu protéïque entre 60 et 70% et constitue l'un des aliments les plus riche de la planète. D'autres espèces de micralgues on une très forte teneur en huile. D'autres encore, une forte tenuer en glucides.

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Publié dans : PRODUCTION ALIMENTAIRE / SURFACE

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