ENERGIE/ CROISSANCE DES BESOINS/ SECURITE/ CLIMAT : ces limites des énergies renouvelables face aux besoins importants et aux dérèglements climatiques

« Développement des pays émergents/ Développer la filière des énergies renouvelables impose d’améliorer leur stockage : Il ne s’agit pas de faire le procès des énergies renouvelables car la demande en énergie ne va cesser de croître dans tous les pays en raison du développement, du réchauffement climatique, et de la raréfaction de l’eau douce qui va nécessiter un recours massif à la désalinisation de l’eau de mer.

Pour autant, continuer à laisser penser que l’Afrique – et ses 4 milliards d’habitants en 2100 – va se développer avec les seules énergies renouvelables est une plaisanterie. L’éolien et le photovoltaïque peuvent éclairer, refroidir ou chauffer les villes. Mais sans être en mesure de stocker massivement l’énergie électrique, ils ne permettent pas de faire rouler des trains ou de produire de l’acier, de l’aluminium, du ciment…! Pour l’instant les seules alternatives sont le charbon, le gaz et le nucléaire… »

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1 – Limites des énergies renouvelables

Au vu des technologies connues et de leurs besoins énergétiques, il serait impossible pour la quasi-totalité des pays industrialisés d’avoir une production énergétique uniquement, ou même essentiellement, issue des énergies renouvelables. Globalement, seuls font exception les pays disposant d’un fort potentiel hydroélectrique. Pour les autres, les ressources fossiles, parfois complétées par du nucléaire, demeurent incontournables et ce pour longtemps sans doute.

En effet, les énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon) couvrent à ce jour 85% de la consommation mondiale d’énergie (énergie dit « finale »), les énergies renouvelables seulement 13% (le nucléaire étant marginal avec 2%). La part des énergies renouvelables croît continuellement mais cette augmentation sera encore plus rapide lorsqu’il sera possible de stocker de grandes quantités d’énergie à un coût raisonnable.

_ Production d’électricité de source renouvelable (TW·h)

Pour référence et afin de mieux comprendre la suite de l’article, voici la liste des dix plus grands producteurs mondiaux d’électricité à base d’énergie renouvelable. Les chiffres sont exprimés en TW·h. Notez que les pays recourant massivement aux renouvelables sont ceux ayant un territoire avec un fort potentiel hydroélectrique (Brésil, Canada, Norvège). Si l’on omet cette énergie, la production d’énergie renouvelable chute drastiquement pour devenir anecdotique.

N°	Pays	Total[1]	Total renouvelable[2]	Hydro[3]	Éolien[4]	Biomasse	Solaire[5]	Géothermie[6]	Autre*
1	Chine	3433	576.1 (16,6%)	563.3	12.8[7]
2	Brésil	454	385.8 (84,9%) [8]	371.5	0.6	14.3
3	États-Unis	4316	375.6 (8,7%)	250.8[9]	52.0	55.4[10] (2007)	0.596	16.778
4	Canada	599	369.7 (61,7%)	368.2	1.471		0.017
5	Russie	1036	179.1 (17%)	174.604	0.007				0.41
6	Norvège [11]	142,7	137.3 (96%)	136.572	0.506	0.2[12]
7	Inde	834	137.1 (16%)	122.4	14.7
8	Japon	1154	95.0 (8%)	86.350	1.754		0.002	3.027
9	Vénézuela	119,3	83.9 (70%)	83.9
10	Allemagne	639	68.7 (10%)	26.717	38.5		3.5[13]

* Les autres sources incluent l’énergie marémotrice et la production d’énergie à base de déchets.

_ Aléas de la production

Ce problème concerne principalement l’énergie éolienne mais aussi l’énergie solaire photovoltaïque. En effet, celles-ci produisent de l’énergie lorsqu’il y a du vent ou du soleil. À contrario, les consommateurs réclament une électricité disponible à tout moment. En l’absence de moyen de stockage à large échelle et efficace de l’énergie, il y a donc une incompatibilité qui ne peut être résolue. C’est là une différence fondamentale par rapport aux énergies traditionnelles « actives » qui, toutes, fonctionnent sur demande. Pour simplifier, par une nuit sans vent, la production totale des éoliennes et panneaux solaires est nulle et rien n’alimente le réseau.

 

 

_ Intermittence

La consommation électrique est extrêmement variable. Les pics de consommation sont atteints, en France, en hiver et plus précisément aux alentours de 20h (comme illustré par le graphique ci-contre)^[14]. Durant cette saison, les panneaux solaires produisent durant huit heures par jour seulement et sous un ensoleillement réduit. À défaut de pouvoir stocker l’énergie produite durant la journée, l’énergie solaire ne peut que faire office de doublon puisqu’elle ne produit strictement rien lors des pics de consommation. Elle compte donc comme nulle par rapport à la capacité totale de production nécessaire à tout moment.

Un problème similaire se retrouve avec l’énergie éolienne : il arrive régulièrement que, certaines journées, la production éolienne soit très faible, et ce, même sur une très large étendue géographique (voir graphique de la section ci-dessous). En conséquence, même en installant une capacité de production par éolienne 10 fois supérieur à la consommation annuelle, cela serait absolument insuffisant en soi pour permettre d’assurer la disponibilité d’électricité à chaque instant : Il n’est pas rare que l’anti-cyclone sibérien s’étende à toute l’Europe pour créer une zone quasiment sans vent pour plusieurs jours voire semaines (Souvenez vous de la canicules de 2006).

Les vendeurs d’éolienne eux-même parlent de nécessité de capacités de stockage égale à 8 fois la capacité de production éolienne journalière; mais comme on le verra ci-dessous, stocker l’électricité n’a rien d’évident.

_ Variabilité

Un autre problème est celui de la variabilité. Puisque le stockage est difficile, il faut donc pouvoir pallier les déficits de production par une production complémentaire. Mais la variabilité de ces énergies renouvelables est très rapide, même en atténuant le problème en interconnectant des installations sur de larges étendues géographiques^[15]. Or, toutes les productions « actives » ne peuvent pas satisfaire cette variabilité. Ainsi, les réacteurs nucléaires sont incapables de démarrer aussi rapidement et ce sont aujourd’hui les centrales fossiles qui doivent prendre le relai et amortir cette variabilité, en plus des dispositifs de stockage éventuellement mis en place.

Pour exemple, une étude^[16] réalisée pour l’Agence Régionale de l’Énergie à la Réunion observe que, sur un site donné, on peut observer des variations de production allant de +81% à -85% par demi-heure. Au niveau de l’île toute entière (superficie de 2500km², égale à 0,3% de celle de la métropole), cette variabilité va de -37% à +32% par demi-heure. Or, l’agence fixe une variabilité maximale de 15% par demi-heure afin que qu’elle soit supportable par l’opérateur du réseau, il est donc nécessaire de recourir à des dispositifs de stockage pour amortir ces variations rapides (et non pas pour stocker en vue de la nuit).

_ Les difficultés du stockage

En une nuit d’hiver, la France consomme plusieurs centaines de GWh. Soit plusieurs centaines de millions de kWh. Or, les batteries ont un coût s’échelonnant entre 200€ par kWh (batteries au plomb) et 2000$ par kWh (batteries Li-ion et Li-polymères) ^[17] avec des caractéristiques – vitesse de charge, puissance délivrable, autodécharge, etc. – diverses et pas forcément adaptées au problème. Elles sont presque toujours polluantes, souvent même très polluantes et beaucoup font appel à des matériaux rares alors que leur espérance de vie n’est généralement que d’une poignée d’années (une à cinq pour la plupart) et le recyclage a un coût, aussi bien économique qu’énergétique. Leur encombrement est également loin d’être négligeable : de 3L à 13L par kWH.

Les piles à hydrogène, souvent jugées comme l’une des solutions de stockage les plus prometteuses pour l’avenir, mais outre le fait qu’elles utilisent du platine, dont les réserves connues ne sont que de quelques milliers de tonnes – environ deux grammes par être humain, les différentes méthodes de production d’hydrogène possèdent un très mauvais rendement et seul le stockage géologique semble intéressant; en effet, par sa petitesse, la petite molécule d’hydrogène passe à travers les parois d’acier de qualité standard ou insuffisamment épaisse.

D’autres solutions existent. Par exemple la compression d’air, le pompage d’eau (on dépense de l’énergie pour élever l’eau dans un réservoir puis on la récupère en laissant chuter le liquide sur une turbine, comme dans un barrage) ou le chauffage d’un liquide (qui, en se refroidissant, rayonnera de l’énergie que l’on pourra récupérer). Là encore, ces solutions ont leurs propres caractéristiques et leurs propres limites. Il faut ainsi plus 36 mètres cubes d’eau élevés à dix mètres de hauteur pour stocker un kilowatt heure. Pour une nuit d’hiver française, c’est plus d’une centaine de fois le débit quotidien de la Loire qui serait nécessaire.

Parmi toutes les techniques de stockage actuelles, aucune à ce jour n’offre de solution suffisante pour résoudre le problème du stockage dans son ensemble. Certaines seraient adapté pour un stockage quotidien, et parfaitement impropre à un stockage saisonnier, et pour d’autres ce serait l’inverse. L’échelle des besoins si l’on devait reposer entièrement sur le stockage pour compléter des sources d’approvisionnement majoritairement intermittente serait proprement astronomique. Le stockage ne peut donc pas pallier seul aux problèmes d’intermittence. En revanche, il est nécessaire pour amortir les problèmes de variabilité.

 

 _ Effet de foisonnement

Une solution efficace serait l’interconnexion à large échelle des réseaux électriques. Si l’on prenait l’exemple d’un réseau mondial, lorsqu’une moitié de la planète serait dans le noir, l’autre moitié recevrait les rayonnements du Soleil. Ce bénéfice se retrouverait également avec l’énergie éolienne, quoique peut-être dans une moindre mesure. Cette réduction de l’intermittence et de la variabilité par la multiplication de sources éloignées est appelé effet de foisonnement. Si un tel réseau pouvait être mis en œuvre, le solaire et l’éolien deviendraient alors beaucoup plus intéressants. Toutefois, cela ne va pas sans poser de problèmes politiques et de sécurité : sachant qu’une poignée de défaillances dans le réseau européen ont pu entraîner des extinctions générales, ces problèmes de réseau peuvent-ils être circonvenus et à quel prix ?

Car en dehors de l’Occident il y a encore trop peu de pays à pouvoir garantir la stabilité, la sécurité et le professionnalisme nécessaires à une telle interconnexion. D’un autre côté, nous dépendons déjà de pays instables pour nos approvisionnements en pétrole. Enfin, sur le plan technique, il y a d’autres difficultés : si, sur cent kilomètres, une ligne à haute tension ne perd que 0.5% de son énergie, ce chiffre monterait à 50% sur 20000 km. Et ce, en conservant les puissances actuelles alors même que les besoins seraient plus importants et que les lignes haute-tension sont coûteuses. Baisser la puissance transportée en multipliant le nombre de lignes serait possible, mais augmenterait d’autant le coût.

Cela dit, l’idée fait son chemin. Au niveau européen, en hiver, grâce aux nombreux fuseaux horaires, la partie occidentale serait encore éclairée et pourrait produire de l’énergie solaire pour une Europe orientale en plein pic de consommation et plongée dans la nuit. Une idée dont tire partie la Roadmap 2050^[18]. On peut également mentionner le projet Desertec^[19], qui consiste à bâtir des centrales solaires au Maghreb pour alimenter l’Europe, même s’il n’y a pas ici de décalage horaire, le but étant simplement d’abaisser les coûts de production.

 

 _ Conséquences

La principale conséquence de tout ceci est que l’éolien et le solaire ne remplacent pas les centrales traditionnelles, ils ne peuvent être qu’un complément. Ils ne permettent pas ou peu de réduire le nombre et la puissance des centrales traditionnelles installées mais plutôt d’éteindre celles-ci par moment. Sur le plan économique, il faut démultiplier les coûts d’investissement (installations traditionnelles + installations renouvelables) et y ajouter des dispositifs de stockage de l’énergie.

Qui plus est, puisque les centrales traditionnelles sont moins utilisées, les investissements et la maintenance sont moins amortis. La moindre utilisation de ces installations signifie aussi davantage de temps passé en régime sub-optimal (un réacteur n’atteint son fonctionnement optimal qu’après un certain temps). Au final, ces surcoûts l’emportent sur les hausses des prix des combustibles. Aujourd’hui, recourir au solaire et à l’éolien pour 20% de la production entraîne une hausse du coût moyen du kWh supérieure à 20%.

Même à l’horizon 2050, avec des ressources non-renouvelables bien plus coûteuses qu’aujourd’hui, une production impliquant fortement les renouvelables resterait plus coûteuse qu’une production fossile et beaucoup plus coûteuse qu’une production nucléaire. Sur le plan technique, il est aujourd’hui improbable que tous les pays puissent développer des réseaux énergétiques fournissant de l’énergie à la demande et basés sur les seules énergies renouvelables. Même en ignorant les problèmes de coût, les ressources nécessaires au stockage (eau, terres rares, platine, etc) ne sont sans doute pas suffisantes.

Source : www.ekopedia.fr/wiki/ avril 2019

https://www.ekopedia.fr/wiki/Limites_des_%C3%A9nergies_renouvelables