Une électricité 100% renouvelable en 2050?

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1 Une électricité 100% renouvelable en 2050? Certains avancent cet objectif, en s appuyant notamment sur un rapport de 2011 du Conseil allemand de l environnement (SRU) et sur des études du Centre fédéral de énergies renouvelables des Etats- Unis, prônant un système électrique basé sur une production à 100% renouvelable. Selon Mediapart, l ADEME aurait dans ces tiroirs une étude, non encore publiée, allant dans le même sens. Les arguments employés sont d une part le fait que l éolien et le solaire occupent une place importante dans les nouvelles capacités de production électrique installées dans le monde. Il s en suit une baisse des coûts des installations éoliennes, notamment en raison du passage de production de prototypes à des productions de série. D autre part, selon ces auteurs, les actions de «maîtrise de la demande» devraient conduire à une diminution globale de la consommation électrique malgré l émergence rapide de nouveaux usages (voitures électriques, chauffage des habitations et bureaux par pompe à chaleur ). Cela autoriserait un abandon total du nucléaire et son remplacement par de la production renouvelable. Mais ces études balayent bien vite une caractéristique essentielle de l éolien et du solaire : leur intermittence ou variabilité (un débat sémantique s est fait jour sur le bon terme à employer). C est ce qui différencie fondamentalement, au sein des énergies renouvelables, l hydraulique et la biomasse d une part, l éolien et le solaire de l autre. Les uns sont des ressources stockables et donc dotées d une forte disponibilité à la demande, les autres ne sont pas stockables et ont une disponibilité très variable. Le fait que la météo puisse prévoir en grande partie la variabilité du vent et du soleil ne fait pas de la météo une fabrique de vent ni de soleil

2 Les données publiées par RTE[1] permettent d évaluer les fluctuations tant de la demande en électricité que des différents moyens de production, dont la production éolienne et solaire. Le tableau n 1 montre ce qu a été la variabilité de cette production en L énergie produite heure par heure par les ressources éolienne et solaire a fluctué entre pratiquement 0 et le triple de la valeur moyenne de l année. Cette fluctuation est très supérieure à celle de la demande, qui s échelonne environ entre 50 et + 60% autour de sa valeur moyenne de l année. Et surtout, elles sont très loin de se produire en même temps dans le même sens. Les fluctuations de ces 2 ressources ont en fait été absorbées par la variation commandée des autres moyens de production disponibles. Les plus modulables sont les barrages et réservoirs hydrauliques[3] (26 TWh de production annuelle en 2013), les centrales à gaz (20 TWh). Viennent ensuite les centrales à fuel (4 TWh), à charbon (20 TWh) et les centrales nucléaires (403TWh). Ces dernières sont très faiblement modulables sur des laps de temps courts, mais leur place dans le système fait que des petites variations de charge peuvent compenser de grosses variations des productions intermittentes. Qu en serait- il en France[4] si la production d électricité devait reposer uniquement sur les énergies renouvelables? Il faut d abord constater que la quasi- totalité du potentiel hydraulique gravitaire (barrages et

3 réservoirs) est déjà exploitée. On peut donc supposer que ce serait les productions éolienne et solaire photovoltaïque qui seraient devenues prépondérantes et auraient remplacé le nucléaire et les thermiques à flamme (gaz, charbon, fuel). Quelles auraient alors été les variations naturelles de production et comment aurait- on pu les absorber? En première analyse, il suffit de multiplier les productions actuelles éolienne et solaire de chaque instant de sorte que leur production annuelle remplace les productions non renouvelables (nucléaire, gaz naturel, charbon, fuel). Cette manière de raisonner se justifie par le fait que la production éolienne est déjà répartie sur le territoire national et commence à être représentative des fluctuations de l énergie du vent. Le solaire photovoltaïque est moins bien réparti, mais est concentré sur des sites favorables. La méthode devrait plutôt sous- estimer que surestimer les variations d un recours au solaire plus massif. Le graphique n 1 illustre l ampleur des écarts instantanés entre la production et la consommation (la demande) qui se seraient alors produits. Ils auraient évolué entre MW et MW, ce qui est énorme! Or dans la gestion d un réseau électrique, il ne peut pas y avoir d écart : à tout moment la production et consommation doivent s équilibrer. Cela signifie que de tels écarts auraient du être résorbés. Il y a priori 2 moyens de le faire : agir sur la demande en l adaptant à chaque instant au niveau de production ; agir sur la production en stockant l énergie lorsqu elle est supérieure à la demande et en la restituant lorsqu elle est inférieure. La modulation de la demande pourrait s obtenir avec les «réseaux intelligents» («smartgrids» en anglais). Ceux- ci permettraient un pilotage automatique des appareils domestiques dont le besoin n est pas

4 immédiat. Mais cela ne joue que sur une petite part de la demande et les reports de consommation sont tout au plus de quelques heures. Cela ne règle pas vraiment la question des fluctuations du vent et du soleil se manifestant sur des laps de temps plus long (plusieurs journées, voire semaines). D autre part, l action sur la demande est limitée par la liberté des personnes. La voie du stockage de l énergie produite en surplus peut s appuyer sur ce qui existe déjà en France : les stations de pompage (STEP)[5]. Celles- ci comportent deux réservoirs d eau à altitudes différentes. Lorsque des creux de consommation, l énergie électrique produite en excès est utilisée pour pomper l eau du réservoir bas vers le réservoir eau. Lors des pointes de consommation, l eau est turbinée du réservoir haut vers le bas afin de produire l énergie qu il manque. En France, tous les sites importants sont déjà équipés. Ainsi la puissance cumulée des STEP semble limitée à moins de 5.000MW. Les besoins de stockage qui résulteraient d un système électrique tout renouvelable sont d un tout autre ordre de grandeur. Comme on l a vu ci- dessus, la puissance de stockage à installer devrait être comprise entre 50 et 100 GW, pour une puissance de restitution de l ordre de 50GW. Pour se faire une idée de ce que cela représente, la puissance cumulée de parc nucléaire français est de 63 MW, il s agirait donc du même ordre de grandeur de puissance. Le graphique n 2 illustre la quantité d énergie qui serait stockée au fil d une année où les courbes de consommation électrique et de production éolienne et photovoltaïque seraient semblables à celles de La capacité des réservoirs de stockage devrait alors avoisiner les 30 TWh. Certes, une gestion plus adaptée des réserves hydrauliques et des

5 installations de pompage- turbinage existantes permettrait de compenser une partie des fluctuations. On serait sans doute amené à aménager l objectif d un parc 100% renouvelable et entièrement décarbonné en conservant quelques moyens de production de pointe des centrales à gaz par exemple. Ainsi, les pics de production éolienne et solaire seraient écrétés (énergie perdue), tandis que les creux seraient compensés par une production thermique. On pourrait aussi agir sur les fluctuations de la consommation (voir ci- dessus les réseaux intelligents). Tout cela permettrait de réduire les besoins de stockage. Mais, pas de s en passer. Au vu de l ampleur des besoins bruts, on ne voit pas comment un système 100% renouvelable pourrait être viable sans procéder à un investissement massif en moyens de stockage- restitution de l électricité. Cela soulève deux questions importantes : - si on connaît principes de stockage (réservoirs souterrains d air comprimé, réservoirs d eau sous- marins ), on ne maîtrise pas aujourd hui leur technologie ni a fortiori leur industrialisation, et se pose très souvent la question de la rareté des sites appropriés. - ces installations de stockage impliqueraient des investissements supplémentaires qui grèveraient considérablement le coût des systèmes éoliens et solaires auxquels ils seraient structurellement associés. Tout cela montre en définitive qu en dépit de leur caractère fortement fluctuant, il existe une place significative aux énergies renouvelables éolienne et solaire dans le système de production, tant que leur variabilité peut être compensée par les autres moyens de production et de stockage existants. De là à dire que cette part pourrait devenir prépondérante et remplacer le nucléaire, il y a loin de la coupe aux lèvres Plutôt que de penser l avenir énergétique en termes de concurrence

6 voire de combat entre le nucléaire et les renouvelables, il semble beaucoup plus productif de travailler à la complémentarité des divers moyens de production bas- carbone dont on dispose. Il convient en outre d avoir à l esprit que la transition énergétique ne se réduit pas à la transition de la production et à la consommation d électricité. Se pose la question du remplacement progressif des combustibles fossiles utilisés dans les transports, le chauffage, l industrie. Beaucoup de solutions de substitution envisageables passent par l utilisation de l électricité (pompes à chaleur, transport ferroviaire ). Cela rend peut réaliste les perspectives de réduction de l usage de l électricité. Et cela ouvre des perspectives de développement à toutes les filières de production électrique bas- carbone.

7 Graphique n 1

8 Graphique n 2

9 [1] La puissance consommée et les puissances fournies par chacune des filières de production (nucléaire, thermique charbon, barrages hydrauliques, éloien, solaire ) sont listées quart d heure par quart d heure tout au long de l année (8.760 heures). [2] On remarque que la variabilité du cumul de la production éolienne et solaire est légèrement inférieure aux variabilités de chacune de ces ressources. Cela résulte d un certain phénomène de «foisonnement» : les creux et pics de production n ont pas lieu en même temps. [3] On désigne ici par réservoirs les capacités de stockage des stations de pompage (STEP). [4] Dans certains pays à très forte ressource hydro-électrique, comme la Norvège, la même question se pose de façon très différente (en Norvège, la production d électricité provient à 92% de l hydraulique). [5] Les plus importantes sont Grandmaison (1200 MW), Montezic dans l Aveyron (910MW), Revin dans les Ardennes (800MW), Superbissorte en Savoie (750MW), Le Cheylas en Isère (480MW), La Coche en Savoie (310MW). Pour aller plus loin : Le stockage de l'énergie électrique, une dimension incontournable de la transition énergétique (avis du CESE, rapporteur Alain Obadia) Conseil Economique, Social et Environnemental publies/le- stockage- de- l- nergie- lectrique- une- dimension- incontournable- de- la- transition- nerg- tique Avis CESE : tion_nrj.pdf Note de synthèse : on_nrj.pdf