Muscle vs moteur thermique

La locomotion des véhicules et des animaux présente des ressemblances et des différences, comme nous l’avons vu dans notre précédente édition. Mais est-il possible de comparer les consommations d’énergie nécessitées par la propulsion humaine et la combustion d’essence? Et que pourrait nous apprendre un classement des consommations des différents modes de déplacement?

Dans notre précédente rubrique, nous avons étudié les différences et les points communs entre les véhicules thermiques inventés par l’être humain, d’une part, et la propulsion animale, d’autre part. D’un côté, des véhicules qui possèdent des roues pour fonctionner sur des terrains bien aplanis, et qui oxydent un carburant à haute température (combustion). De l’autre, des animaux (et parmi eux, l’espèce humaine) qui possèdent des muscles travaillant sans roue, qui  n’ont pas besoin de surface bien lisses et qui tirent leur énergie de l’oxydation d’un «carburant»1 à basse température. Dans les deux cas, les substances fournissant l’énergie sont très similaires: que l’on parle d’essence ou de sucre, il s’agit toujours de molécules produites par des plantes, ou par des animaux ayant mangé des plantes.

Puisque les véhicules thermiques et les muscles humains «mangent» à peu près la même chose, nous pouvons dès lors les comparer: qui consomme le moins? Nous allons donc examiner ce que consomment différents modes de déplacement sur un trajet horizontal2. Pour la voiture, le train3, l’avion et l’autocar, les carburants considérés seront des dérivés du pétrole: essence, diesel, kérosène. Pour les déplacements musculaires, la situation est plus complexe, puisque nous sommes capables de tirer de l’énergie de plusieurs types de nutriments (glucides, lipides, protides).

Néanmoins, les «carburants» pertinents pour l’être humain sont surtout les glucides (sucres) et les lipides (graisses). D’une part parce que ces deux catégories d’aliments sont les plus riches en énergie et donc faciles à emporter en voyage – sous forme de chocolat ou fruits secs, par exemple. D’autre part parce que, même si on part marcher sans aucune provision, notre corps contient de bonnes réserves de glucides dans le sang et le foie, ainsi que de graisse corporelle en divers lieux du corps4. 

Pour mesurer la consommation humaine, nous parlerons donc de «kilos (de graisse) aux 100 km», par analogie avec les «litres aux 100» des véhicules à moteur. Notons que la graisse pour êtres humains (huiles végétales, graisses animales, graisse corporelle) est légèrement moins riche énergétiquement que l’essence ou le diesel, mais cela n’affectera que peu nos estimations.

«Cette ignorance de nos capacités humaines est peut-être l’un des multiples indices d’une fascination étrange pour la machine au détriment du vivant.»

Combien de «kilos aux 100»?

Curieusement, presque tout le monde sait ce que consomme une voiture (environ «5 litres aux 100», soit environ 5 kg de carburant pour 100 km) mais presque personne ne connaît la consommation du corps humain. C’est bien triste! Cette ignorance de nos capacités est peut-être l’un des multiples indices d’une fascination étrange pour la machine au détriment du vivant. Celui-ci a pourtant plus d’avenir: notre corps reste, à condition de posséder une santé locomotrice suffisante, le seul moyen de transport qu’on a à coup sûr sous la main. 

Un être humain au repos consomme environ 80 kcal par heure, soit 2000 kcal par jour: c’est le «métabolisme de base», une dépense incompressible, simplement pour rester vivant. Si cet être humain se met à marcher sur terrain plat à 5 km/h, sa consommation s’élève à environ 300 kcal par heure5. Ainsi, pour 100 km à pied, on a besoin de 6000 kcal. Or un gramme de sucre (ou de pâtes crues) contient 4000 calories, soit 4 kcal, et un gramme de graisse, 9 kcal. La consommation pour 100 km de marche revient donc à 1,5 kg de sucre, ou 0,7 kg de graisse – ou encore un kilo de chocolat. Voici donc notre conclusion: la marche à pied consomme du «0,7 kg aux 100». 

La course à pied est un peu moins efficace que la marche: environ «1 kg aux 100 » pour la course de fond. Quant à la nage, plutôt lente chez l’être humain, elle reste peu rentable: grosso modo «3 kg aux 100». Notre espèce nage honorablement, ce qui peut être utile en cas de besoin, mais reste tout de même surtout adaptée à la marche et à la course de fond.

L’admirable sobriété du muscle

Etonnante efficacité: pour un piéton, il faut seulement 0,7 kg de graisse, ou un kilo de chocolat6, pour marcher de Bruxelles à Liège! En pratique, pour la plupart des gens, une telle randonnée exigera cependant nettement plus de nourriture, parce que le trajet durera quelques jours, avec des phases de repos qui nécessitent un apport correspondant au métabolisme de base. Mais il reste vrai qu’un marcheur ou une marcheuse très bien entraînée effectuant 100 km d’une traite (par exemple, la «Dodentocht»7) n’aura pas besoin de beaucoup plus que l’équivalent de 1 kg de chocolat pour se reconstituer, énergétiquement parlant.

Ceci permet de comprendre pourquoi les sportifs et les sportives n’ont pas besoin de manger énormément avant ni après une compétition. Un bon plat de pâtes au souper la veille, un petit-déjeuner très consistant le matin, du sucre pendant l'effort (fruits secs, miel, jus, etc.): cela suffit pour une activité soutenue comme les 20 km de Bruxelles ou même un marathon (42 km de course)8, voire la «Dodentocht».

Notons que cette admirable sobriété du muscle se retourne contre nous lorsqu’on cherche à perdre du poids: une marche de 3 km ne «brûlera» en théorie que 45 grammes de sucre ou 20 grammes de graisse, ce qui peut sembler peu. Attention, il s’agit encore de calculs théoriques: en pratique, les mécanismes de perte de poids restent plus compliqués qu’une comptabilité du type «3 km = 20 g de graisse». Une petite marche n’entamera pas nécessairement des réserves adipeuses, par exemple.

«On constate la nette supériorité de la marche, environ huit fois plus sobre que la voiture, avec de plus l’avantage d’être tout-terrain.»

La plus efficace des inventions

Nous pouvons maintenant comparer la consommation humaine à celle des véhicules thermiques. Nous devons donc confronter les «0,7 kg aux 100 km» de la marche aux «5 kg aux 100 km» de la voiture. On constate la nette supériorité de la marche, environ huit fois plus sobre que la voiture, avec de plus l’avantage d’être tout-terrain. Cependant, au crédit de la voiture, il faut se rappeler qu’un véhicule moyen peut transporter cinq personnes. Cette mutualisation permet donc à chacune d’entre elles de consommer 1 kg d’essence aux 100 km: un peu plus que la marche, à peu près autant que la course. C’est par le même phénomène de mutualisation que l’autocar ou le train (à diesel) présentent une faible consommation: de l’ordre de 0,5 à 1 kg par personne pour 100 km. Quant à l’avion, très gourmand, il consomme, par passager ou passagère, environ 3 kg de kérosène aux 100 km.

Mais existe-t-il un moyen de se déplacer qui soit encore plus efficace que la marche, quelque chose qui combinerait la légèreté des transports musculaires à l’invention de la roue? Oui, bien sûr: il s’agit du vélo. Dans de bonnes conditions (bons réglages, pas trop vite et sans vent), la consommation cycliste détient le record: 1500 kcal pour 100 km, soit à peine «0,2 kg de graisse aux 100 km», un sommet de sobriété. Le vélo reste donc, en termes d’énergie, le moyen de transport le plus efficace jamais mis au point par l’être humain. Comment pourrait-on encore l’améliorer? En diminuant les frottements (vélo caréné, vélo couché), en mutualisant (c’est le principe du tandem, voire de l’autobus à pédale, pourquoi pas?), ce qui permet d’atteindre une consommation encore inférieure9.

Les 20 km de Bruxelles, une scandaleuse pollution?

L’étrange classement des consommations en fonction du mode déplacement (voir tableau) pourrait induire une sorte de malaise: il affirme par exemple que la course à pied consomme autant de ressources (et donc émet autant de CO2) que la voiture, et la marche à pied plus que l’autocar! D’un point de vue environnemental, la voiture vaut-elle la course, l’autocar vaut-il mieux que la marche? 

Certes, il est vrai qu’en courant, une personne consomme à peu près autant de carburant, et donc rejette (par l’expiration) à peu près autant de CO2 que si elle était passagère d’une voiture bien remplie. Les 50.000 coureurs et coureuses des 20 km de Bruxelles de mai dernier, par exemple, ont consommé grosso modo l’équivalent de 10 tonnes de graisse durant leur performance, et émis 30 tonnes de CO2 : à peu près autant qu’en faisant le trajet dans 10.000 voitures bien remplies.

Alors, les 20 km de Bruxelles, une scandaleuse pollution? Non, bien sûr! D’abord, les ressources consommées par l’être humain sont renouvelables, puisque issues de l’agriculture ou des réserves de graisse. Ensuite, à côté du CO2, le moteur thermique produit d’autres déchets très toxiques, comme les particules fines, les oxydes d’azote, l’ozone, là où les sous-produits de l’activité musculaire (transpiration, urine, excréments), correctement gérés, retournent dans les cycles naturels.

Ensuite, les moyens de transport non musculaires, en particulier la voiture et l’avion, sont responsables d’une multitude de coûts énergétiques cachés («énergie grise»), qui comprennent le stockage, la production, le recyclage. Et n’oublions pas d’autres ressources consommées par les véhicules, dont l’extraction pose des problèmes environnementaux: caoutchouc, métaux rares, eau, etc. Ajoutons le bruit, la stérilisation de surfaces par les routes, aéroports et parkings, les accidents, etc. Autant de considérations qui font évidemment pencher la balance des nuisances environnementales largement du côté des véhicules et non de l’utilisation des jambes.
Enfin et surtout, quand bien même les voitures et avions deviendraient irréprochables environnementalement (ce qui paraît de toute façon totalement inaccessible), l’activité physique présente des avantages évidents en termes de santé, surtout dans un contexte mondial où l’on a tendance à trop manger. Que l’on parle de santé cardiovasculaire, musculosquelettique, articulaire, ou même de santé mentale, tous les indicateurs sont au vert pour ce qui est de parcourir n’importe quelle distance en marchant, courant, pédalant plutôt qu’en voiture, avion ou autobus. En bref, cet exemple montre que le critère de la «masse de CO2 émis», qu’on a trop tendance à considérer comme un étalon absolu10, n’est absolument pas pertinent ici pour comparer l’activité humaine à la combustion d’essence!

«Ce classement met l’accent sur l’avantage éblouissant du vélo, une combinaison idéale incorporant la légèreté musculaire et l’invention de la roue.»

Pourquoi ce classement?

Alors, à quoi servent ces comparaisons? D’une part, elles permettent de classer l’efficacité de différents véhicules dans cet ordre: avion11 - voiture - autocar/train - vélo. Ce classement est conservé dans le cas des véhicules électriques12. Ensuite, elles classent les quatre déplacements musculaires dans cet ordre: nager - courir - marcher - pédaler. De plus, elles montrent l’étonnante sobriété du vivant qui, sans roue ni combustion, fait aussi bien que l’ingéniosité humaine pour transformer le carburant en mouvement; certes moins vite, mais pour un coût environnemental extrêmement bas et avec une capacité d’autoréparation inégalée. Enfin, ce classement met l’accent sur l’avantage éblouissant du vélo, une combinaison idéale incorporant la légèreté musculaire et l’invention de la roue, vouée peut-être à un avenir plus durable que les véhicules thermiques.

• 1Bien que, en toute rigueur, la définition d’un carburant mentionne son état liquide, nous emploierons ce terme également pour les sources d’énergie solides consommées par l’animal.
• 2La plupart des humains vivant près de la mer, les trajets dans le monde sont généralement très proches de l’horizontale. En cas de forte pente, les conclusions de cet article devraient subir quelques modifications en défaveur des véhicules lourds.
• 3Nous parlons ici de trains fonctionnant au diesel.
• 4Ces réserves, de l’ordre de 10% du poids corporel, sont conséquentes: elles permettent, en théorie, de survivre sans manger deux à trois semaines.
• 5Dans toutes les données suivantes, il existe de très fortes variations suivant la corpulence, le genre, l’entraînement, la météo, la nature du terrain, etc. Nous prenons dans la suite des valeurs moyennes pour une personne de 70 kg, qui ne fourniront que des estimations assez grossières.
• 6Et en pratique, bien sûr, il faut également prévoir de l’eau. Mais il ne s’agit pas d’apport énergétique.
• 7Marche organisée chaque année près d’Anvers. La prochaine aura lieu le 8 août.
• 8On ne parle ici que d’apports énergétiques. La récupération complète après un tel effort comprend également sels minéraux, fibres, protéines, eau, etc.
• 9Nous n’avons pas trouvé d’estimation, mais d’après notre expérience, un tandem couché est probablement deux fois plus efficace qu’un vélo ordinaire : on roule deux fois plus vite, à effort équivalent.
• 10Voir par exemple la polémique sur les émissions de CO2 imputables à la vie d’un enfant. https://www.moustique.be/actu/environnement/2023/09/14/rechauffement-climatique-faut-il-arreter-de-faire-des-enfants-pour-sauver-le-climat-269654
• 11Pour différentes raisons, le bilan environnemental de l’avion est encore plus accablant que du seul point de vue de la consommation de carburant.
• 12Nous avons volontairement restreint nos comparaisons aux véhicules thermiques. En effet, la comparaison des consommations de véhicules électriques (voitures, vélo et, bien sûr, trains) est plus délicate, puisque derrière les kWh, l’électricité peut être produite de plusieurs manières: nucléaire, gaz, solaire, etc. Selon les circonstances, il faudra parler respectivement de consommation d’uranium, de gaz, de surface et de temps d’exposition de panneaux solaires, etc.