L'utilisation énergétique de la biomasse constitue encore le pilier des énergies renouvelables, principalement au Sud.
    Toutefois, l'homme a à son égard un comportement essentiellement de prédateur qui doit être radicalement modifié pour qu'elle mérite véritablement son qualificatif de «renouvelable». Exploitation «raisonnable» de la forêt, développement de cultures énergétiques efficaces et ne concurrençant pas la production alimentaire sont quelques-uns des défis à relever pour que le potentiel important de cette filière soit pleinement et durablement exploité, ce qui serait une révolution dans les rapports que l'homme entretient avec la nature.
    Aujourd'hui, elle est majoritairement utilisée dans les pays du Sud, où elle constitue souvent l'essentiel de la consommation énergétique. Le revenu moyen par habitant est un bon indicateur de son utilisation: en dessous de 300$ de revenu national par habitant et par année, plus de 90% de l'énergie est fournie par la biomasse, en dessus de 2000$, la substitution est presque complète. (Figure 1)

Les filières très anciennes, datant de l'Antiquité (hydraulique et éolienne), ont pleinement bénéficié d'avancées techniques (turbines, aéronautique, etc.) et constituent encore des technologies sur lesquelles il faut compter.
    Les moulins ont totalement disparu et la force de l'eau est utilisée aujourd'hui pour produire de l'électricité qui peut être facilement transportée et distribuée grâce au développement du réseau électrique. Le taux d'équipement de l'hydroélectricité est très variable d'un continent à l'autre: très élevé en Europe (80%), moyen en Amérique du Nord (50%) et faible en Amérique latine, Afrique et Asie (< 30%), qui possèdent un potentiel énorme. L'impact sur l'environnement que peuvent avoir de grands barrages, comme Assouan en Egypte ou le futur barrage des Trois Gorges en Chine, peut être important; sans que cela soit d'ailleurs une fatalité (voir l'utilisation du potentiel hydraulique des pays de l'arc alpin, par exemple). La mise en oeuvre d'installations plus petites (jusqu'aux microcentrales de quelques kW) est nettement plus favorable de ce point de vue.
A plus long terme, seule une transformation intensive issue directement du rayonnement solaire a la capacité quantitative de se substituer aux énergies fossiles, à condition que la demande en énergie se stabilise grâce à une utilisation plus rationnelle.
    Le rayonnement solaire constitue une ressource 10.000 fois supérieure à la consommation mondiale d'énergie, répartie assez régulièrement à la surface de la terre quand on le compare aux autres ressources. L'espace nécessaire aux transformateurs solaires n'est pas exagérément important relativement aux autres transformateurs si l'on tient compte de toute la chaîne, depuis l'extraction jusqu'au traitement des déchets. Ainsi, la production d'un Exajoule d'électricité (288TWh, environ la consommation annuelle d'énergie de la Suisse ou 0.3% de la consommation mondiale) va demander des surfaces au sol très variables selon les technologies (ref[2]):
biomasse:             125'000 à 250'000 km²
grands barrages:   8'000 à 250'000 km²
petits barrages:     170 à 17'000 km²
vent:                     300 à 17'000 km²
photovoltaïque:     1700 à 3300 km²
centrales solaires:  700 à 3000 km²
lignite:                   7000km²
gaz naturel:            200 à 700 km²

    Les exploitations intensives (solaire mais aussi éolienne) présentent donc des avantages indéniables en permettant une exploitation de lieux inadaptés pour d'autres activités (déserts, mers, etc.). Des différentes filières possibles, le photovoltaïque semble être le meilleur candidat à long terme. Il constitue également la seule filière réellement nouvelle et en pleine évolution, où le potentiel de nouveautés technologiques est immense. Les possibilités d'un développement rapide sont réelles mais soumises à des contraintes économiques difficiles. Sous nos latitudes, la capacité de pénétration de ces technologies est principalement limitée par la possibilité de stocker l'électricité d'une saison sur l'autre. La filière de l'hydrogène est à ce titre pleine d'avenir.

Il ne faut pas opposer production centralisée et production décentralisée, qui sont complémentaires.
    Un point de vue souvent rencontré veut qu'on oppose ces deux possibilités. Ne vaut-il pas mieux renoncer à de tels schémas, souvent purement idéologiques et saisir toutes les opportunités de développement des énergies renouvelables: la première forme fournit des kWh à un réseau tandis que la deuxième fournit soit directement des prestations dans des zones isolées, soit soulage le réseau existant.
    On estime à près de 2 milliards le nombre de personnes au monde non encore connectées à un réseau électrique et la plupart ne le seront sans doute pas avant longtempst. On peut couvrir quelques besoins élémentaires de cette population (éclairage, radio, etc.) par des mini centrales solaires décentralisées, individuelles ou collectives: il s'agit d'un marché très important aussi bien pour la population concernée et pour les acteurs du photovoltaïque.

La poursuite du développement des énergies renouvelables suppose une vision à long terme et une action volontariste, comme le montre clairement le succès de la filière des éoliennes.
    Un rôle critique est tenu par les pouvoirs publics et par les grandes sociétés énergétiques, en pleine évolution actuellement (mondialisation de l'économie, affaiblissement du rôle de l'État, libéralisation des marchés de l'électricité et du gaz). Une attention particulière sera indispensable pour que la réglementation qui va être mise en place à l'occasion de la libéralisation des marchés énergétiques prenne en compte le nécessaire développement des énergies renouvelables.

    Sur le toit de sa propre maison, un ensemble de 60m² de  panneaux photovoltaïques transforment le rayonnement solaire en électricité, forme d'énergie extrêmement noble et maniable, ne pouvant cependant pas être conservée de la sorte. Elle est donc utilisée dans un électrolyseur, qui sépare de l'eau en ses deux constituants fondamentaux: oxygène et hydrogène. C'est ce dernier; comprimé et stocké, qui est en temps voulu injecté dans le moteur tout à fait traditionnel du véhicule, pour se combiner à nouveau avec l'oxygène de l'air et libérer l'énergie capturée.
    A l'instar de la photosynthèse des végétaux, le photovoltaïque couplé à l'électrolyse permet ainsi un stockage direct du flux solaire sous forme de matière, utilisable ultérieurement. A quelques différences près:
- La photosynthèse implique non seulement le cycle de l'eau mais également celui du carbone. Bien que la combustion de bois ou d'autres produits de provenance végétale libère du CO₂, le bilan global n'en est pas altéré (non brûlés, les végétaux libèrent le carbone lors de leur mort naturelle) même s'il n'en va pas toujours de même pour les bilans locaux, lorsque comme dans les villes consommation et production sont délocalisées. Plus problématique, l'utilisation de bois énergétique se heurte dans les pays du Sud à la déforestation, alors que les cultures énergétiques (huile de colza, alcool de canne à sucre) se posent en principe de façon concurrentielle face aux cultures nutritives.
- La production d'hydrogène photovoltaïque peut s'imaginer sur des zones impropres à la végétation telles que des zones construites ou, à grande échelle, des zones arides. Il a ainsi déjà été envisagé d'implanter de grandes centrales d'hydrogène photovoltaïque dans le Sahara et d'en transporter la production vers les centres de consommation par pipeline ou gaziers.
- L'efficacité de captage de l'hydrogène photovoltaïque s'avère être entre trente et cent fois supérieure à celle de la photosynthèse. La technologie à mettre en oeuvre est bien sûr supérieure à celle requise par l'agriculture ou la sylviculture, mais les surfaces nécessaires sont également bien plus petites.
- Au lieu d'être faite sous forme de combustion, la recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène peut également se faire de façon électrochimique et libérer à nouveau de l'électricité. L'outil permettant cette transformation, la pile à combustible, combiné à des moyens de stockage d'hydrogène dix fois plus légers que ne le sont les batteries, ouvre ainsi un nouveau potentiel pour les transports alternatifs.
    Le problème de stockage de l'électricité (tout comme d'autres formes d'énergie comme la chaleur) est un problème relativement moderne, lié à l'utilisation contrôlée de la plupart des énergies renouvelables (solaire, hydraulique, éolienne), qui sont des énergies-flux dont l'abondance ne coïncide généralement pas - localement ou temporellement - avec les besoins. Par opposition, les énergies non renouvelables fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) représentent des énergies-stock et constituent ainsi une réserve à priori - en provenance de temps immémorables - de rayonnement solaire et de carbone. L'émergence depuis la seconde moitié de ce siècle de l'énergie fissile a cependant elle aussi reposé le problème du stockage d'électricité. En effet, la production nucléaire ne peut pas facilement être modulée au rythme de la consommation et pourrait d'autre part avoir avantage, pour des raisons de sécurité, à être implantée loin des centres de consommation.

Contrôler les risques
    Comme pour d'autres filières d'utilisation des énergies renouvelables, la lenteur de ce développement s'explique en partie par une compétitivité économique encore insuffisante avec les vecteurs énergétiques classiques. Dans le cas particulier, cela semble cependant également tenir tant à la méconnaissance généralisée de ce vecteur énergétique qu'au scepticisme voire à la peur qu'il engendre encore dans la population. En effet, pour le grand public, la combustion de l'hydrogène (réaction chimique) est souvent confondue avec sa fusion (réaction nucléaire) utilisée de façon non contrôlée dans les bombes à hydrogène et peut-être un jour de façon contrôlée dans les réacteurs à fusion.
    Sa capacité à s'enflammer ou à exploser à faible concentration déjà lui confère par ailleurs une réputation de gaz dangereux, entre autre forgée par l'explosion du ballon dirigeable «Hindenburg» en 1937. Ceci occulte généralement le fait que, contrairement au gaz naturel ou aux vapeurs d'essence, il est plus léger que l'air et qu'il ne s'accumule pas au sol en cas de fuite dans un local ventilé, mais s'échappe vers l'atmosphère.
    D'importants travaux visant à contrôler le risque lié à l'utilisation de l'hydrogène sont par ailleurs en cours, dont le développement d'hydrures métalliques fiables et bon marché. Il s'agit là de poudres métalliques qui ont la propriété d'absorber l'hydrogène à haute densité (plus de 10 fois l'équivalent énergétique d'un stockage en batteries de plomb) au sein de leur structure atomique, en relâchant de la chaleur vers l'extérieur. Inversement, le soutirage d'hydrogène nécessite un apport calorifique de l'environnement, ce qui empêche des fuites massives lors de ruptures d'enceintes. Ainsi une expérience de tir au fusil d'assaut sur une bonbonne de gaz, un bidon d'essence et un stock d'hydrures métalliques de même contenu énergétique provoque respectivement une explosion, un incendie ou une petite flamme, facilement contrôlable.
    Afin de préparer la mise en place et d'évaluer le potentiel d'une véritable filière de production et d'utilisation d'hydrogène solaire, il est aujourd'hui primordial d'allier recherche fondamentale, recherche appliquée et réalisation d'installations de démonstration. C'est ainsi que depuis plus de deux ans des chercheurs du CUEPE, oeuvrant dans l'analyse de systèmes énergétiques, collaborent étroitement avec le laboratoire de cristallographie, spécialisé dans le développement d'hydrures métalliques, avec pour base de travail tant le développement en laboratoire de nouveaux composés de stockage que l'analyse in situ d'une installation privée, grandeur nature, fonctionnant en conditions réelles.

Un marché fermé à la concurrence
    Du point de vue économique, l'organisation actuelle du marché de l'électricité se caractérise par la présence de sept grandes sociétés électriques (les Ueberlandwerke), qui opèrent sur le marché national et international, et d'une multitude d'entreprises régionales ou locales. Les Ueberlandwerke possèdent les lignes de transport à haute tension et une partie des centrales électriques; dans la plupart des cas, elles effectuent aussi la distribution. Les entreprises régionales ou locales produisent et ou distribuent le courant. Le marché de l'électricité est relativement fermé à la concurrence, car les Ueberlandwerke se sont partagé le marché national et ont créé des «zones d'influence». La distribution s'effectue dans un régime de monopole. En principe, les prix de l'électricité comprennent donc une rente monopolistique, limitée toutefois par une certaine réglementation des prix et la concurrence des autres vecteurs énergétiques. Il convient de relever que 75% du capital social des entreprises électriques suisses appartient aux collectivités publiques.
    En ce qui concerne les coûts de production, il faut rappeler que la plupart des aménagements ont été réalisés pendant les années 50 et 60, lorsque les coûts de la construction étaient nettement plus bas. Le coût du renouvellement des installations est pris en considération seulement marginalement, par le biais de la création de réserves comptables. Dans ces conditions, les entreprises électriques ont pu rentabiliser de manière satisfaisante les investissements dans l'hydroélectrique, dans la mesure au moins où leur capacité de production était adaptée à la taille de leur marché.
    Du point de vue institutionnel, l'exploitation hydroélectrique se base sur les «concessions d'eau». La concession est octroyée par les autorités cantonales ou communales et définit les droits et les devoirs du concessionnaire. La loi fédérale prévoit que la durée de la concession doit être de quatre-vingt ans au plus. Après cette période, les installations (partie électrique mise à part) sont reprises gratuitement par la communauté concédante. Une fois octroyé, le droit d'utilisation ne peut être retiré ou restreint, sauf pour cause d'utilité publique et moyennant indemnité.
    Du  point de vue historique, il convient de rappeler que des cantons de montagne ont été souvent parcourus par un courant politique qui exigeait la «cantonalisation» des ressources hydroélectriques. On demandait notamment la création d'entreprises cantonales ou communales qui assuraient l'exploitation du patrimoine hydroélectrique par les collectivités locales. On critiqua fortement les concessions octroyées aux «Partnerwerke», ces sociétés de participation qui exploitent les grands aménagements hydroélectriques et qui cèdent la production à leurs partenaires dans les villes et les cantons de plaine.
    Le système d'exploitation des ressources hydroélectriques que nous venons de décrire, basé sur les concessions d'eau et un marché fermé à la concurrence, peut être évalué par rapport aux répercussions sur ce que les économistes appellent l'«allocation des ressources», l'économie régionale (notamment les cantons de montagne) et les approvisionnements énergétiques.

Les effets de la libéralisation
    Si le vent de la libéralisation ne s'était pas abattu sur le secteur électrique, l'exploitation hydroélectrique n'aurait vraisemblablement pas subi de changements sensibles jusque vers la moitié du XXIe siècle, lorsque viendront à échéance les concessions de la plupart des grands aménagements hydroélectriques de la Suisse.
    Mais l'ouverture des marchés à la concurrence peut modifier de manière importante les données du problème. La création d'un marché spot, où les prix de gros sont déterminés par la confrontation de l'offre et de la demande et varient tout au long de la journée, changerait les termes de la valorisation des ressources hydroélectriques. Même si les concessions d'eau ne subiront pas de modifications, à cause des «droits acquis» dont bénéficient les exploitants, La séparation complète de la production, du transport et la distribution du courant, qui fait partie des conditions d'ouverture du marché à la concurrence, bouleverserait profondément l'organisation du secteur. En particulier, elle remettrait en cause les «Partnerwerke».
    Par rapport au statu quo, l'effet sur "l'allocation des ressources" sera positif, car dans un environnement économique concurrentiel, les prix sont déterminés par l'offre et la demande et ne comprennent pas de rente de type monopolistique. Vraisemblablement, les redevances d'eau seront aussi libéralisées. Elles pourraient par exemple être liées au prix spot de l'électricité. Les cantons de montagne partageraient ainsi les bénéfices et les risques associés à l'exploitation hydroélectrique. Les investissements dans l'hydroélectrique, qui ont des longs temps de retour, pourraient être pénalisés, car le marché est myope et privilégie l'optique de court terme. Toutefois, dans la mesure où l'on prend en considération les coûts environnementaux des différentes filières énergétiques, l'hydroélectrique pourra continuer à contribuer de manière très importante à l'approvisionnement énergétique de la Suisse. Par ailleurs, la directive du Parlement européen du 19.12.1996 concernant les règles communes pour le marché intérieur de l'électricité admet de manière explicite la possibilité de mettre en service prioritairement les installations les plus respectueuses de l'environnement.
    L'intérêt de la libéralisation du marché de l'électricité réside dans l'opportunité qu'elle offre de remettre en discussion une organisation qui est plus adaptée au passé qu'à l'avenir. Pour comprendre les enjeux et trouver les solutions, il faudra toutefois se rappeler la mise en garde du Prix Nobel Robert Solow: «one ought to be as suspicious of uncritical centralization as of uncritical free-marketeering».

Inciter plutôt que réglementer
    Cette situation devrait réjouir les économistes qui préconisent depuis longtemps des mesures incitatives plutôt qu'une politique environnementale basée sur des réglementations. Du point de vue théorique, les instruments incitatifs ont un avantage décisif: ils permettent d'atteindre un objectif environnemental, tel que la réduction de certaines émissions polluantes, au moindre coût. En effet, ces mesures font appel au mécanisme de marché qui incite les ménages et les entreprises à réduire les émissions de la manière qui soit économiquement la plus efficace.
    Contrairement aux normes, les instruments incitatifs n'obligent pas le pollueur àadopter un comportement ou une technique déterminée. Entre le paiement d'une redevance ou différentes mesures d'assainissement, il choisira la stratégie la moins onéreuse. Ainsi les assainissements les moins chers seront-ils effectués en premier. Pour arriver à un résultat semblable, l'approche réglementaire nécessiterait la connaissance de toutes les techniques de production utilisées par les entreprises ainsi que l'application d'une réglementation différenciée dans chaque cas - tâche très coûteuse, sinon impossible.
    Les économistes pourront-ils donc se (re) faire une bonne réputation en réussissant dans ce domaine le mariage de l'écologie et de l'économie? Rien n'est moins sûr, car certains amoureux de l'économie ne voient pas cette liaison d'un bon oeil, même s'ils se gardent bien d'exprimer leurs critiques en public. Cela aboutit à une situation cocasse où (presque) tout le monde est d'accord sur le principe des taxes écologiques mais, lorsqu'il s'agit de passer aux actes, de nombreuses oppositions apparaissent. Pourquoi ce double jeu? Tous les adeptes de l'économie de marché s'accordent sur l'idée que des taxes sont préférables, du point de vue de l'efficacité économique, à des réglementations lorsqu'il s'agit de corriger une externalité. Rappelons que l'on se trouve en présence d'une externalité lorsque le comportement d'une entreprise (ou d'une personne) affecte les autres membres de la collectivité (p. ex. par la pollution) et que  l'entreprise  n'en  tient  pas compte dans ses choix. Le rôle de la taxe écologique consiste alors à rappeler au pollueur que la collectivité attache une certaine valeur à l'environnement.
    En revanche, une taxe sur l'énergie, par exemple, a un effet redistributif plus important, et surtout plus visible, que des normes techniques, puisqu'en plus du coût des investissements d'économies d'énergie il faut assumer la charge de la taxe. Il n'est donc pas étonnant que les représentants des industries grandes consommatrices d'énergie fassent beaucoup d'efforts pour combattre l'introduction d'une telle taxe. Ceci peut aboutir, à la fin du processus politique, à une forte dilution de la taxe initialement prévue. Un exemple éloquent d'une telle évolution est donné par le débat sur l'introduction d'une taxe sur le CO₂ en Suisse.

Transformer l'environnement
    Ces problèmes ne relèvent pas seulement de la théorie. Si EDF s'efforce aujourd'hui de réaliser des pylônes à très haute tension qui sont le fruit de concours internationaux, si l'on commence à prendre en compte la beauté de ces objets techniques, c'est que ce changement de perspective exprime clairement le désir d'une société d'interpréter son environnement et de participer à sa transformation. En Suisse aussi la restructuration des centrales électriques ou la surélévation des barrages posent bien des interrogatifs. Mis à part le coût économique et le problème de la biodiversité, les décisions à prendre devront le plus souvent considérer l'aspect esthétique de la construction ainsi que son intégration dans le paysage.
    Une voie possible de la recherche dans ce domaine consiste à proposer des modèles actuels à l'échelle internationale, à indiquer le développement historique aussi bien du point de vue synchronique que diachronique et à analyser des propositions concrètes.