1 octobre 2022

La transition énergétique vers l’électricité décarbonée sera longue et rude…

Article tiré de la note de février 2022 de Jacques Rigaudiat (conseiller maître honoraire à la cour de comptes)

« Réussir la transition électrique » (86 pages).

Suite à leur consommation, le tarissement inéluctable des énergies fossiles (pétrole, gaz et charbon), dans 20 ans, 50 ans ou dans plus d’un siècle, aura des conséquences plus graves que le réchauffement climatique dû au CO2 qu’elles émettent.

Il en résulte que la transition énergétique vers des sources d’énergies décarbonées (nucléaire, eau, vent, soleil,…) est, ou sera, nécessaire.

Mais ces énergies, excepté le nucléaire déjà largement utilisé dans le monde, ne rendront pas un service équivalent.

En effet, le pétrole, le gaz, et même le charbon, constituent des sources d’énergies denses, relativement peu coûteuses, et d’un maniement pratique aussi bien pour l’industrie (notamment le gaz et le charbon pour produire de l’électricité) que pour les usages courants (transport, chauffage,…).

Remarque : Le nucléaire n’est pas une énergie fossile mais fissile. L’uranium et le thorium ne se sont pas fossilisés. Ce sont des métaux abondants dans le monde dont la ressource est assurée pour plusieurs milliers d’années (déjà plus de 7000 ans de stock en France) dans des réacteurs nucléaires surgénérateurs, dit de 4ième génération.

Décarbonation ?

Il s’agit donc de réduire graduellement nos consommations de pétrole, de gaz et de charbon en leur substituant des sources d’énergies décarbonées pour… décarboner nos activités (économie, commerce, transport, loisirs,…).

L’urgence peut être considérée comme relative par certains à l’échelle d’une génération, mais la nécessité de s’y atteler « un jour ou l’autre » demeure pour s’adapter graduellement aux nouvelles contraintes et restrictions que cette transition imposera.

Il ne peut y avoir de décarbonation sans abandon des énergies fossiles qui sont aujourd’hui directement liées à l’activité du monde entier.

Aussi, sauf à promouvoir la décroissance, une transition énergétique réussie consiste à les décorréler de l’économie.

Mais le lien entre économie et énergie étant étroit, leur abandon et leur remplacement par l’utilisation massive de sources décarbonées rendant les mêmes services à un coût supportable s’annonce difficile.

L’électricité

Dans cette optique, l’électricité n’occupe encore une qu’une place limitée, mais elle a un grand avenir : elle transporte facilement une énergie qui peut être produite massivement sans énergies fossiles avec par exemple du nucléaire, de l’eau, du vent et du soleil.

En France, la production d’électricité (400 TWh) mobilise aujourd’hui (2021) près de la moitié (1200 TWh) des ressources énergétiques primaires utilisées par le pays (2650 TWh), mais elle représente à peine le quart de la consommation finale d’énergie (1562 TWh).

Décarboner la production d’électricité, c’est décarboner l’économie. Des transferts d’usage s’esquissent déjà : passage des mobilités du thermique (diesel, essence) à l’électricité issue de batteries, ou de l’hydrogène (?) issue de l’électrolyse de l’eau via des piles à combustible.

La transition électrique est un donc enjeu essentiel des années à venir. Mais le chemin sera long et probablement douloureux car personne ne sait encore exactement où il mène, ni où « on » veut collectivement aller : Quels stockages ? Quel mix renouvelable et / ou nucléaire ? À quel rythme ? A quels coûts ? Quels sacrifices consentir ?

Ces choix restent à faire, car rien aujourd’hui n’est encore véritablement décidé devant l’ampleur des investissements et des profondes transformations, sociales et économiques à réaliser.

Choisir un chemin

Ces choix éminemment politiques supposent un débat libre et éclairé des citoyens car

  • le développement des énergies renouvelables du vent et du soleil produisant une électricité aléatoire, fatale, voire intermittente (EnRI) va profondément perturber l’efficace organisation centralisée actuelle et augmentera les coûts.
  • Le nucléaire, injustement diabolisé par de puissants organismes, fait peur à la population.

 

Or, pour être véritablement démocratique, ce débat nécessite que les citoyens soient informés des difficultés, des obstacles et des contraintes technico-physiques inhérentes au fonctionnement d’un système électrique complet (de la production à la satisfaction permanente des besoins des consommateurs).

Mais la compréhension par le plus grand nombre de ces vastes sujets techniques, parfois difficiles, demande du temps, une denrée rare dans un monde pressé, et restera probablement un vœu pieux.

Les gouvernements devront prendre leurs responsabilités et décider… comme l’avait fait le Président de Gaulle (plan Messmer en 1974).

Toutefois, le chemin emprunté, pour être praticable, devra nécessairement respecter les contraintes physiques de fonctionnement du système électrique. L’électricité prenant de plus en plus d’importance dans le quotidien des citoyens, elle devra pouvoir continuer à être fournie en continu aux consommateurs pendant la transition.

Les productions décentralisées non pilotables des EnRI sont faibles au regard de la puissance installée (leur rapport est appelé le « facteur de charge » qui se situe entre 15% et 30% contre 70% à 90% pour les centrales nucléaires et fossiles).

De plus, elles ne possèdent pas l’inertie des machines tournantes (turbines, alternateurs…) qui aide à maintenir en permanence la stabilité de l’ensemble du système électrique dont les EnRI viennent bouleverser, et même parfois inverser, l’architecture des réseaux.

Les jalons de la transition ne sont pas encore assurés.

La transition électrique ne se résume donc pas à l’installation de nouvelles sources renouvelables et nucléaires décarbonées venant se substituer à d’autres, non renouvelables et carbonées. Elle nécessitera d’importantes nouvelles flexibilités et une transformation d’ensemble des réseaux électriques (transport à grandes distances et distribution) avec de nouveaux moyens pour s’adapter à une production décentralisée et éparpillées des EnRI.

Encore faudrait-il que ces moyens soient disponibles au cours de la transition. Sinon, le système électrique perdra sa robustesse (risque d’effondrement) et la sécurité d’approvisionnement sera fragilisée (coupures de courant).

Or, ce n’est pas le cas.

Les nouveaux moyens techniques pour mener cette transformation (flexibilités, interconnexions, stockages, pilotage de la demande, écrêtement de l’offre surnuméraire, et nouvelles distributions) n’existent pas tous et certains n’ont même jamais été construits.

Leur développement et leur industrialisation prendra beaucoup de temps, et une offre en vraie grandeur reste à organiser… à un coût acceptable.

Les EnRI obligent en plus à gérer les bouffées de puissance supplémentaires erratiques ainsi qu’une nouvelle « bidirectionnalité des flux » due à la décentralisation des nouvelles sources, alors que les divers amortisseurs flexibles nécessaires (stockages, réseaux, …) ne seront pas encore installés.

Cette fuite en avant promet des jours sombres,… surtout la nuit.

Le contre-exemple allemand montre que l’acceptabilité sociale de ces renforcements nécessitant de nombreuses lignes haute tension pourrait bien être un élément bloquant.

Les investissements à réaliser sont extrêmement importants et largement sous-estimés par les simulations, quand ils ne sont pas simplement passés sous silence. Des solutions plus coûteuses qu’envisagées (comme l’enterrement des lignes) s’imposeront sans doute.

L’adaptation des réseaux et le stockage massif constituent assurément un enjeu majeur de la transition électrique, peut-être même son talon d’Achille.

Les 15 à 20 prochaines années (peut-être même avant) seront celles de tous les dangers pour l’équilibre du système électrique.

Or, le parc nucléaire historique est un moyen disponible commode pour pallier l’insuffisance des flexibilités nécessités par les EnRI. Sa prolongation et l’installation de nouvelles centrales permettraient de compenser les fluctuations indésirables du vent et du soleil, même si ce suivi augmentera les coûts de production… payés par le consommateur.

Sinon, la seule solution reste le recours au gaz naturel (méthane) ou au charbon (comme l’Autriche, les Pays-Bas et l’Allemagne) du fait de la proximité de l’échéance et de la durée nécessaire pour la construction de nouvelles centrales nucléaires.

Le débat du choix entre le gaz naturel et/ ou le nucléaire est devant nous.

Stockage

Exceptées les batteries et les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) dont le développement ne peut être que limité, les solutions techniques de stockage massif sont encore à déterminer et à installer en vraie grandeur.

De plus, il serait utile de vérifier que les capacités européennes de stockage existeront en quantité suffisante afin d’éviter leur saturation. Tous les pays étant engagés dans un même mouvement, un besoin simultané de « déstocker » pourrait excéder les capacités offertes.

L’Union européenne mettrait-elle la charrue avant les bœufs ?

En plus du stockage, et afin d’assurer l’équilibre permanent du système, le développement de solutions d‘effacement de la demande (coupure de courant) s’impose. L’acceptabilité sociale de ces graves inconvénients à grande échelle demeure incertaine.

Les nouvelles capacités de flexibilité prévues aujourd’hui pendant la transition s’avèrent insuffisantes dans de nombreux pays pour compenser celles perdues par la fermeture des sources pilotables habituelles (charbon et nucléaire).

En effet, si certains disposent d’importantes capacités hydrauliques flexibles comme la Suède (39% de l’électricité produite), la Suisse (58%), l’Autriche (60%) et plus encore la Norvège (93%), en revanche d’autres pays comme la France (11%) et l’Allemagne (9%) n’en disposent que de peu.

Sans nucléaire, cette insuffisance de flexibilité ne pourra pas être compensée, sauf par le recours au gaz et/ou au charbon !

C’est, là encore, ce que montre le contre-exemple allemand qui rallume ses centrales à charbon et au lignite. Le cabinet fédéral des ministres allemands a adopté le 8 juin 2022 un projet de loi qui prévoit d´augmenter le nombre de centrales à houille, lignite et fioul en réserve afin qu´elles puissent prendre le relais du gaz dont l´approvisionnement est menacé par l´arrêt des livraisons russes. Au total, l´Allemagne disposerait alors d´une réserve stratégique de puissance « fossile » pouvant atteindre 10 GW.

Autant le dire clairement : diminuer le nucléaire implique une recarbonation du mix électrique européen et français. Un tel choix contraint passerait alors pour une absurdité aux yeux de l’opinion publique.

La seule solution possible à ce dilemme est de maintenir une importante capacité de nucléaire, ce qui, au-delà du prolongement du parc historique, signifie engager la construction de nouveaux réacteurs nucléaires.

Les coûts

Les centrales du parc nucléaire historique amorties permettent aujourd’hui de bénéficier de leurs faibles coûts de production. Elles pourront aussi, demain, jouer un rôle dans la recherche de flexibilité.

Ces constats plaident pour une prolongation des centrales nucléaires existantes (avec accord de l’ASN).

Le coût complet de production des nouvelles centrales nucléaires, sensiblement supérieures à celui des anciennes, est à comparer avec celui des futures EnRI en tenant compte des coûts supplémentaires des réseaux et de flexibilité (stockage, effacement de la demande, écrêtement des pointes de production…). C’est cette comparaison qui déterminera la rationalité économique des choix à faire est délicate car les coûts « externes » liés aux EnRI varient fortement selon les scénarios.

Au final, selon RTE les coûts complets du système électrique sont systématiquement plus élevés dans le cas des scénarios 100 % EnRI que dans ceux incluant une part prépondérante de nucléaire.

Les coûts annoncées de l’électricité « en sortie des moyens de production » des EnRI, c’est-à-dire hors coûts externes (flexibilité, stockage, réseaux,…), sont annoncés comme globalement au même niveau que les énergies fossiles et le nouveau nucléaire.

Mais ces coûts supplémentaires souvent masqués peuvent induire en erreur sur la réalité du prix final que paiera le consommateur.

De plus, il reste à valider les perspectives de baisses importantes, souvent optimistes, qui sont attribuées aux EnRI. Et la fourchette des estimations reste large : elle dépend beaucoup de la technologie mise en œuvre et des lieux d’implantation.

Le coût de production appelé LCOE (« Levelized Cost Of Energy » qui représente l’ensemble des coûts des actifs de production, supposé être constant au fil du temps, tout au long de leur durée de vie) ne constitue qu’un seul des éléments à considérer : la viabilité économique d’un scénario se mesure à l’aune du fonctionnement de l’ensemble du système.

Par exemple, les coûts d’adaptation des réseaux de transport, de distribution, de flexibilité incluant le stockage et ses substituts (importation, effacement de la demande, écrêtement des productions surnuméraires,…) sont souvent minorés, quand ils ne sont pas simplement ignorés.

Tous ces dispendieux moyens externes sont requis pour développer les EnRI. Ajoutés les uns aux autres, ils pèseront économiquement plus lourd que ceux de la production seule, et pourraient largement contrebalancer la diminution attendue.

Planifier.

Cette transition énergétique engagera la société toute entière. Elle bouleversera profondément les habitudes et mobilisera des investissements considérables, estimés entre 4 à 5 % des PIB de chaque pays (par an) jusqu’en 2050 au moins, en Europe comme dans le monde.

Pour la France, il s’agit de 100 à 120 milliards d’euros (Md€) par an pendant au moins 30 ans…

La transition électrique est seulement la partie centrale de ce coût d’ensemble. Elle engagera aussi d’autres moyens : développement d’un réseau de bornes pour les mobilités électriques, isolation des bâtiments, voire aussi d’une industrie de l’électrolyse pour produire de l’hydrogène décarboné si la France se lance dans cette folie.

Ses conséquences sociales et industrielles impliqueront aussi le développement de nouvelles filières de formation et la reconversion des salariés des secteurs qui seront touchés (construction et réparation automobile,…).

L’opposition entre « fin du monde et fins de mois » s’est déjà invitée plusieurs fois de façon violente dans l’actualité sociale en France où la croissance des revenus est faible. La hausse prévisible du prix de l’énergie en général, et de l’électricité en particulier, viendra diminuer le pouvoir d’achat.

Et cela d’autant plus que l’électricité sera chère, contrairement à ce qui est présenté à l’opinion publique en faisant croire que le vent et le soleil sont « gratuits »…

Si la ruineuse transition énergétique actuelle fondée sur les EnRI est maintenue, elle se heurtera aux nécessités sociales et à la nouvelle pauvreté. Elle nécessitera donc le consentement des citoyens, ce qui est encore loin d’être acquis sur le terrain (coupures de courant inacceptables, restrictions, implantation d’éoliennes et de lignes haute-tension) et pourrait aboutir au chaos.

Un chemin rude

La transition énergétique fondée principalement sur une électricité décarbonée (nucléaire, vent, soleil, eau,…) implique des choix collectifs majeurs qui engagent la longue durée. Dans une démocratie représentative (comme en France), son chemin devra être tracé par un gouvernement ferme s’appuyant sur une population éclairée, ou bien elle s’effondrera.

Et, contrairement à ce que certains veulent faire croire, et sans doute croient, cette transition énergétique fondée sur l’électricité sera longue et rude. Elle reste certes indispensable à une échéance indéterminée par épuisement du pétrole, du gaz et du charbon, mais il est urgent de ne pas se presser d’abandonner ces énergies fossiles car il sera nécessaire de respecter les contraintes technico-physiques de l’électricité censée remplacer une grande partie des usages.

Loin de la pensée magique parfois présentée, elle devra se plier aux lois intangibles de la physique qui refusent de se dissoudre dans celles des hommes, même promulguées par de brillants politiciens, fussent-ils « verts ».

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