(Avec traduction française)

COP28, which closed on December 13, 2023, was presented as signaling “‘the beginning of the end’ of the fossil fuel era,” despite having been presided over by a former oil-company CEO. The crux in the last hours of the negotiations was the reference to the “phase-out of fossil fuels” in the decision. Parties eventually agreed on the wording “transitioning away from fossil fuels in energy systems”, followed by “accelerating zero- and low-emission technologies.” The decision casts climate change mitigation in terms of substitution: a transition away from emitting fuels and technologies, towards zero- or low-emission alternatives.

The equation of mitigation with transition and substitution is now so widespread as to be almost unnoticeable. Yet, as historian Jean-Baptiste Fressoz notes, it is also deeply puzzling. For Fressoz, the notion of transition is not a historical reality but a product of futurology. It “projects a past that does not exist onto a future that remains insubstantial” (2024, 14; my translation); in the past, there has not been any real substitution between energy sources, but rather a symbiotic development of energy resources along each other.

Governments have been discussing mitigation for thirty-odd years, but the promised “transition away from fossil fuels” remains incantatory. The UN Climate Change Executive Secretary admitted to it when he declared that “what [he’s] focused on is seeing these pledges converted to outcomes in the real economy.” What kind of substitution are we talking about if it has yet to materialize “in the real economy?” What makes it tangible, and where can we trace it?

Models and scenarios are a good place to start. Arguably, the most concrete version of the transition is to be found in the so-called “mitigation pathways” that proliferate in climate change research and expertise. If we are to understand what kind of substitution is at play, we need to peek into the models that produce these pathways, dismantle their digital cogs and gears, and retrace the histories and geographies of the infrastructures that sustain them.

The history of mitigation pathways is intertwined with that of the Intergovernmental Panel on Climate Change, and also relates to the histories of scenario planning, cybernetics, macroeconomics, global environmental science and governance, and innovation studies. The most influential mitigation pathways are those produced by Integrated Assessment Models (IAMs), which represent the inter-related evolution of social, technological, and environmental systems. IAMs produce thousands of scenarios laying out different combinations of climate policy, technologies, and land-use that can meet climate targets. At least four forms of substitutions are articulated through this modeling of plausible futures.

The first and most obvious is the substitution of fossil by non-fossil energy resources and technologies. This idea takes roots in theories of the ineluctability of technological progress that emerged in similar research networks as IAMs in response to the critique of growth and techno-optimism formulated in the Meadows Report. In a 1973 article, economist William Nordhaus solved the problem of energy resource scarcity by relying on a plentiful “backstop technology,” such as nuclear breeder reactors, to take over when fossil resources run low. Around the same period, at IIASA, Marchetti and Nakicenovic studied the dynamics of energy substitution based on historical trends, and envisioned substitution as an ineluctable phenomenon ruled by logistic functions.

Two additional substitutions happen within IAM. First, there is a temporal substitution of present with future emission reductions, through the use of discount rates to convert future costs and values into present terms. Prospects of continuous economic growth and technological progress justify discounting the costs of future mitigation, and therefore substituting mitigation then for mitigation now. Second, there is a substitution of carbon sources with carbon sinks, framed within the rules of carbon accounting that create an equivalence between carbon stored in trees, soils and oceans and carbon emitted by fossil fuel combustion. This substitutability has been reinforced with the invention of “BECCS” (Bioenergy with Carbon Capture and Storage), a prospective solution where biomass is grown and burned to produce energy, and the carbon dioxide generated in the process is permanently stored to theoretically yield “negative emissions.” Its introduction as a backstop technology in models, combined with the discounting logic of most IAMs, led to pathways that substitute “mitigation + large-scale negative emissions” then for mitigation now.

Together, these three substitutions taking place in the models—resources and technologies substitution, temporal substitution, and carbon substitution—perform a future where decarbonation is an inescapable but yet-to-materialize horizon. However, as mitigation scenarios proliferate, a fourth kind of substitution is also at play outside the models and may create alternatives: the substitutability between scenarios. A data infrastructure has been developed to compile, compare and contrast the scenarios published in the literature, allowing for the confrontation of modeling choices and hypotheses. Building and maintaining such an infrastructure, in which different modeled futures are made commensurable, is a worthwhile but daunting challenge. If it can accommodate a plurality of perspectives and model types, the data infrastructure may open the door to scenarios that are not solely based on substitution but explore energy demand reduction or even degrowth, and maximize sustainability and well-being instead of economic indicators.

Décarbonation, Substitution ?

Bien que présidée par un ancien PDG de compagnie pétrolière, la COP28, qui s’est clôturée le 13 décembre 2023, a été présentée comme marquant « le début de la fin » de l’ère des énergies fossiles. Dans les dernières heures, les négociations se sont nouées autour de la mention d’une sortie des énergies fossiles dans la décision. Les Parties se sont finalement accordées sur la formulation « transition […] vers une sortie des énergies fossiles dans les systèmes énergétiques » (« transitioning away from fossil fuels in energy systems ») et « d’accélérer les technologies zéro- et bas-carbone » (« accelerating zero- and low-carbon technologies »). La décision interprète l’atténuation du changement climatique comme un problème de substitution : une transition hors des énergies et technologies émettrices de carbone, et vers des alternatives décarbonées.

L’équivalence ainsi posée entre atténuation, transition et substitution est aujourd’hui si courante qu’elle passe quasiment inaperçue. Pourtant, comme l’a souligné l’historien Jean-Baptiste Fressoz, cette équivalence est profondément troublante. Pour Fressoz, la notion de transition ne relève pas d’une réalité historique, mais provient de la futurologie. Elle « projette un passé qui n’existe pas sur un futur qui reste fantomatique » (2024, 14). Historiquement, il n’y pas eu de véritable substitution d’une source d’énergie par une autre ; elles se sont plutôt développées les unes avec les autres dans un processus symbiotique.

Cela fait une trentaine d’année que les gouvernements débattent de l’atténuation, mais la « transition hors des énergies fossiles » tant espérée demeure incantatoire. Le Secrétaire exécutif de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques l’a reconnu lorsqu’il a déclaré que sa priorité était de « voir ces engagements donner des résultats dans l’économie réelle ». De quel genre de substitution parle-t-on si elle doit encore se matérialiser dans « l’économie réelle » ? Qu’est-ce qui la rend tangible, et où peut-on en retrouver les traces ?

Les modèles et les scénarios constituent un bon point de départ. En effet, c’est sans doute encore dans les « trajectoires d’atténuation » qui prolifèrent dans la recherche et l’expertise climatique que l’on rencontre la version la plus concrète de la transition. Pour comprendre les formes de substitutions qui sous-tendent l’idée de transition, il nous faut donc ouvrir le capot des modèles pour examiner leurs rouages et retracer l’histoire et la géographie des infrastructures de données dans lesquels ils se déploient.

L’histoire des trajectoires d’atténuation s’enchevêtre à celle du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), ainsi qu’à celles de la prospective et de la planification par les scénarios, de la cybernétique, de la macroéconomie, des sciences et de la gouvernance de l’environnement global, et des études sur l’innovation. Les trajectoires d’atténuation les plus influentes sont celles produites par les « modèles d’évaluations intégrés », ou IAM (pour Integrated Assessment Models). Ces modèles ont été conçus pour représenter la dynamique des interactions entres systèmes sociaux, technologiques et environnementaux. Ils produisent des milliers de scénarios proposant différentes combinaisons de politiques climatiques, de technologies et d’usage des sols qui permettent de respecter des objectifs climatiques spécifiés. Cette forme de modélisation des futurs plausibles articule au moins quatre formes de substitution.

La première, et la plus évidente, est la substitution des ressources et technologies fossiles par leurs équivalents non-fossiles. Cette idée trouve ses origines dans les théorisations de l’inéluctabilité du progrès qui ont émergé dans les mêmes cercles que les IAM, en réponse à la critique de la croissance et de l’optimisme technologique formulée par le Rapport Meadows. Par exemple, dans un article de 1973, l’économiste William Nordhaus résolvait le problème de la raréfaction des ressources énergétique au moyen d’une technologie hypothétique mais abondante dite « backstop », qui prendrait le relai lorsque les ressources fossiles seraient épuisées. C’est à peu près au même moment que Marchetti et Nakicenovic développaient leur analyse des dynamiques de substitution énergétiques à partir de séries historiques, analyse qui les conduisit à envisager la substitution des énergies comme un phénomène inéluctable gouverné par des fonctions logistiques.

Deux autres substitutions interviennent dans les IAM. D’abord, une substitution temporelle des réductions d’émissions présentes par des réductions d’émissions futures, par le biais de l’utilisation de taux d’actualisation pour comparer les coûts et valeurs futurs et présents. La perspective d’une croissance économique continue et d’un progrès technique constant amène ainsi à considérer que les réductions d’émissions seront moins coûteuses dans le futur, et donc à substituer l’atténuation aujourd’hui par de l’atténuation demain. Ensuite, une substitution des sources par des puits de carbone, cadrée par les règles de la comptabilité carbone et l’équivalence qu’elles posent entre le carbone stocké dans les arbres, les sols et les océans et celui émis lors de la combustion de ressources fossiles. Cette substituabilité a été renforcée par l’invention des « BECCS » (Bio-énergie avec capture et stockage de carbone), une solution spéculative qui consiste à utiliser de la biomasse pour produire de l’énergie, puis à séquestrer de façon permanente le carbone émis par la combustion, pour ainsi générer, du moins en théorie, des « émissions négatives ». L’introduction des BECCS comme technologie backstop dans les modèles, associée à logique de discounting de la plupart des IAM, a produit des trajectoires qui substituent l’atténuation aujourd’hui par de « l’atténuation + émissions négatives à grande échelle » demain.

Lorsqu’elles opèrent de concert dans les modèles, ces trois substitutions – substitution des ressources et technologies, substitution temporelle, substitution des carbones – performent un futur dans lequel la décarbonation est un horizon inéluctable mais toujours-à-advenir. Cependant, étant donné la prolifération des scénarios produits par les modèles, une quatrième forme de substitutions entre en jeu, celle-ci en dehors des modèles et à même de faire émerger des alternatives. Une infrastructure de données a en effet été développée pour compiler et comparer les scénarios disponibles dans la littérature, permettant la mise en regard et la confrontation des choix et hypothèses de modélisation qui les sous-tendent. Construire et maintenir une telle infrastructure, au moyen de laquelle différents futurs modélisés sont rendus commensurables, est une gageure. Mais, si elle parvient à intégrer une pluralité de perspectives et de types de modèles, cette infrastructure de donnée peut s’ouvrir à des scénarios qui ne se sont pas fondés uniquement sur des dynamiques de substitutions, mais explorent par exemple la réduction de la demande énergétique voire la décroissance, ou encore maximisent la durabilité et le bien être plutôt que les indicateurs économiques.