Entre la présentation programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) mardi 26 novembre, et l’ouverture de la COP24 à Katowice (Pologne) le lundi 3 décembre, les jours qui viennent s’annoncent cruciaux pour la transition énergétique et les choix politiques et économiques qui seront réalisés détermineront notre souveraineté énergétique. Dans cette optique, nous vous proposons quelques données et réflexions visant à alimenter le débat énergétique de manière dépassionnée. 

En 2017, les énergies fossiles représentaient 84% du mix énergétique primaire mondial. Elles sont la principale source d’émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) dans l’atmosphère (35 Mds tCO2 en 2017) et contribuent de façon significative au réchauffement climatique[1].

Pour des raisons environnementales mais surtout en raison de leur disponibilité à moyen terme, il est urgent d’en réduire progressivement leur poids dans le mix énergétique mondial en les déplaçant vers d’autres sources d’énergie.

Nous proposons une stratégie qui se base sur l’objectif 2°C de réchauffement à l’horizon 2050 mis en avant lors de la COP 15 (Copenhague 2008), car l’objectif de la COP21 (1,5°C à l’horizon 2100) semble aujourd’hui inatteignable compte tenu de la croissance démographique actuelle et future des pays émergents avec une population mondiale qui atteindra dix milliards d’individus à l’horizon 2050 et dont une partie significative n’a pas aujourd’hui accès à l’électricité.

Promouvoir une approche pragmatique et scientifique déconnectée de toute démarche passionnelle et idéologique est indispensable. Les adeptes de la « nuclear pride »[2] sont aussi néfastes à la transition énergétique que les « khmers verts » convaincus que la transition est prisonnière « des grands groupes énergétiques du pétrole, du charbon et du gaz qui freinent les investissements dans les économies d’énergie et les renouvelables »[3]. Les investissements annuels dans les renouvelables sont passés de 10 Mds$ en 2008 à près de 400 Mds$ en 2018 soit pratiquement l’équivalent des investissements dans le pétrole et le gaz.

Malgré son évolution significative au cours des 30 prochaines années, le mix énergétique restera toutefois dominé par les énergies fossiles dont la part sera encore largement supérieure à 50% à l’horizon 2050.

L’hypothèse de décroissance économique est à exclure, car elle conduirait inévitablement à une paupérisation de l’ensemble de la planète. C’est la raison pour laquelle la stratégie que nous proposons est pilotée par la décroissance de l’intensité énergétique[4] et non pas par le concept de sobriété énergétique pure aux dépens de la croissance économique.

Toutes les énergies fossiles ne sont pas équivalentes en termes d’émissions : un kWh de charbon émet en moyenne 340 gCO2, un kWh de pétrole 250 g et un kWh de gaz 204 g. Aussi, la transition énergétique vers un monde moins carboné repose à la fois :

  • sur un déplacement des énergies les plus carbonées (charbon et pétrole) vers des énergies moins carbonées (gaz)
  • sur un déplacement des énergies carbonées vers des énergies dé-carbonées (renouvelables et nucléaire)
  • sur une réduction de l’intensité énergétique d’une part via la technologie (mesures d’efficacité énergétique) d’autre part via les comportements individuels et collectifs.

Il est essentiel que les différentes sources d’énergie soit appréciées sur leur cycle de vie complet et non pas seulement sur leur phase d’utilisation. Ceci conduit d’ailleurs à la conclusion qu’aucune énergie n’a réellement une empreinte carbone nulle.

L’hypothèse selon laquelle les technologies vertes pourraient générer à l’avenir la croissance économique attendue est à nuancer. Elles ne représentent en rien une rupture technologique ni une innovation destructrice comme le furent jadis le pétrole, la machine à vapeur et le moteur à explosion.

De même nous sommes dubitatifs sur l’efficacité globale de l’économie circulaire qui doit être étudiée au cas par cas. Si en apparence ce modèle est séduisant, dans bien des cas, le recyclage secondaire des déchets demande plus d’énergie que l’utilisation primaire des matériaux. Aucun modèle économique aussi sophistiqué soit-il ne peut être isentropique.

Les trois piliers de la transition énergétique

Conformément aux trois piliers du développement durable (environnemental/économique/sociétal), la transition énergétique repose sur trois piliers complémentaires mais non substituables : le climat, la sécurité énergétique et la compétitivité des entreprises.

Bien que convaincu de l’enjeu climatique, l’Institut Sapiens considère que l’énergie est un ingrédient indissociable du développement humain. Si l’énergie doit être propre il faut aussi qu’elle soit disponible et abordable pour tous.

Le syndrome du pauvre

Toutes les données énergétiques montrent que ce sont les pays émergents et non plus les pays de l’OCDE qui détiennent aujourd’hui les principaux leviers de la transition énergétique. Les raisons en sont les suivantes :

  • ils concentrent 95% de la croissance démographiques
  • ils réclament une croissance économique double de celle des pays de l’OCDE
  • leur intensité énergétique (3,4 kWh/$) est en moyenne trois fois supérieure à celle des pays de l’OCDE,
  • ils consomment respectivement 75% du charbon et 60% du pétrole,
  • le nucléaire et les renouvelables (sauf en Chine et accessoirement en Inde) sont pratiquement absents de leurs mix énergétiques
  • ils sont responsables de 70% des émissions de gaz à effet de serre

Accélérer la transition énergétique des plus pauvres coûterait selon l’ADEME entre 1500 Mds$ et 2000 Mds$ par an, une somme sans commune mesure avec les 100 Mds$ par an proposés par les pays les plus riches lors de la COP21 pour « solder leur passé climatique ».

1500 Mds$ à 2000 Mds$ cela représente entre 3% à 4% du PIB actuel des pays de l’OCDE. La croissance des pays de l’OCDE ne dépassant pas 2% par an, le financement de la transition énergétique des plus pauvres par les plus riches signifierait donc pour ces derniers une récession perpétuelle. Ce transfert n’est donc pas économiquement supportable.

Modèle économique et politique

L’expérience soviétique a clairement démontré l’incapacité du marxisme à préserver l’environnement et la sécurité industrielle. Bien plus qu’une catastrophe technique, l’explosion du réacteur n°4 de la centrale nucléaire de Tchernobyl fût la faillite humaine et morale d’un système. La Russie reste d’ailleurs aujourd’hui d’un des derniers de classe en matière de transition énergétique.

La montée du populo-nationalisme dans le monde en général et en Europe en particulier est à ce titre, inquiétant : le nationalisme, qui hypertrophie les piliers compétitivité des entreprises et sécurité énergétique aux dépends du climat est le pire ennemi de la transition énergétique. La coordination des politiques énergétiques à l’échelle mondiale n’étant pas à l’ordre du jour, l’Europe devrait servir d’exemple pour montrer la force de l’Union face aux égoïsmes nationaux.

Parmi les trois leviers sensés influencer les comportements énergétiques (normes, prix & pédagogie), les prix et la pédagogie sont de loin les plus efficaces. Aussi, sommes-nous favorables à l’instauration d’une taxe carbone européenne de 100€/tCO2 à l’horizon 2030 à condition que la source de revenu qui en découle soit entièrement dévouée à la transition énergétique et non, comme cela est souvent le cas, détournée à d’autres fins.

Enfin, nous sommes convaincus que la démocratie libérale est le « meilleur ami » de la transition énergétique dans la mesure où elle promeut l’innovation, libère les initiatives et donne accès au capital. Le monde industriel est aujourd’hui persuadé qu’une transition énergétique pragmatique va de pair avec une activité industrielle responsable, efficace et durable. Les multinationales qui ne sont contraintes ni par la géographie ni par les calculs électoraux sont ainsi de bien meilleurs vecteurs de transition que les Etats.

Applications

Transports

Le pétrole règne aujourd’hui en maître absolu dans les transports puisqu’il y représente 92% de l’énergie utilisée.

Les trains sont d’ores et déjà électrifiés à presque 100%. Par ailleurs aucune solution technologique n’existe aujourd’hui pour remplacer le kérosène des avions. La transition dans les transports à moyen terme se focalisera sur les camions, les bateaux et les voitures qui à eux seuls représentent 78% de l’énergie consommée dans les transports.

  • Les camions consomment 17% de l’énergie utilisée dans les transports. Déplacer le fuel vers l’électricité, bien que techniquement possible, est difficilement gérable compte tenue de la taille des batteries requises (la puissance des moteurs de camions est comprise entre 500 CV et 1000 CV). Pour remplacer le diesel, nous préférons le gaz soit sous sa forme comprimée soit sous sa forme liquéfiée (GNL).

 

  • Les bateaux consomment 31% de l’énergie utilisée dans les transports. Les voyages transatlantiques des gros containers nécessitant de grandes quantités d’énergie, la seule option viable pour remplacer le fuel est également le gaz naturel liquéfié. Le GNL devrait d’ailleurs trouver au cours des prochaines décennies un très important marché dans la navigation maritime.

 

  • Les voitures individuelles représentent 30% de l’énergie utilisée dans les transports. Une partie significative des voitures thermiques seront au cours des prochaines décennies remplacées par des voitures électriques. Toutefois si l’on veut rester raisonnable en termes de temps de charge, d’autonomie et de taille de batterie[5] la cible de la voiture électrique est clairement la ville. Pour les longues distances nous lui préférons la voiture thermique basse consommation. Il existe en effet de nombreux leviers (réduction de la vitesse et du poids, réduction des frottements, utilisation du digital pour développer en série la boite de vitesse intelligente) pour réduire à 2l/100 km la consommation moyenne des voitures sur de grandes distances (contre 6l/100km aujourd’hui). Nous ne sommes pas favorables à la voiture hybride qui, compte tenu du poids supplémentaire de la batterie, consomme sur grande distance nettement plus qu’une voiture thermique conventionnelle.

Il faut noter que les biocarburants liquides cumulent de nombreux désavantages : autoconsommation déraisonnable[6], très importante consommation en eau, risque de détournement d’une partie de la filière agricole vers la filière énergétique avec de potentielles conséquences sociétales dramatiques sur la chaîne alimentaire.

 

Génération électrique

En 2017, la génération électrique a consommé 60PWh d’énergie primaire (sur 160 PWh de consommation globale) pour seulement 25 PWh d’électricité produite soit un rendement inférieur à 40%. Si l’électricité est une commodité de génie, elle représente à coup sûr un gaspillage éhonté d’énergie primaire. Par type d’énergie l’électricité est à

  • 41% d’origine charbonnière
  • 22% d’origine gazière
  • 4% d’origine pétrolière
  • 16% d’origine hydroélectrique
  • 11% d’origine nucléaire
  • 6% d’origine renouvelable (solaire et éolienne pour l’essentiel)

Il faut déplacer en priorité la génération électrique charbonnière vers d’autres sources d’énergies primaires moins carbonées comme le gaz ou dé-carbonées comme le nucléaire et les renouvelables.

Un mix 100% renouvelables est tout à fait illusoire à l’aide des technologies actuelles. Compte tenu des taux de charge annuels moyens[7] du solaire (12% en France) et de l’éolien on-shore (20% en France) comparé au nucléaire et au gaz (80%) le déplacement du charbon vers les renouvelables devra s’appuyer sur le gaz et/ou le nucléaire. Une dé-carbonisation totale de la génération électrique passera donc inévitablement par sa re-nucléarisation comme on l’observe aujourd’hui en Chine où la mise en œuvre massive de renouvelables s’est accompagnée en 5 ans d’un quadruplement de la production d’électricité nucléaire.

Nous pensons qu’à moyen terme le stockage de l’électricité[8] restera limité et ne pourra que très partiellement compenser les intermittences des renouvelables.

En particulier, la production massive d’hydrogène par électrolyse de l’eau (aussi appelé « power to gas ») à partir d’électricité renouvelable non utilisée demanderait des quantités d’électricité beaucoup trop importantes. Ainsi, à valeur énergétique équivalente, le remplacement du gaz naturel consommé mondialement par de l’hydrogène nécessiterait 25PWh d’électricité soit l’équivalent de la production électrique mondiale.

Quant aux batteries, leur utilisation massive pose des problèmes récurrents de disponibilité de métaux rares dont l’extraction et le rejet seront très peu compatibles avec le respect de l’environnement. Leur fabrication est par ailleurs fortement émettrice de CO2.

L’électricité n’étant pas massivement stockable, c’est surtout localement qu’il faudra utiliser les gisements d’électricité renouvelable en les soutenant, pour faire face aux intermittences, par de petites unités nucléaires ou gazières. Le digital (les « smart grids ») permettra de gérer au mieux les intermittences ceci afin de maximiser l’énergie renouvelable utilisée.

Un modèle renouvelable global où les besoins sont géographiquement éloignés des gisements éoliens et solaires semble impossible à déployer. L’exemple allemand de l’Energiewierde (électrifier la Rhur et la Bavière à partir d’électricité éolienne produite sur la mer Baltique) en est un exemple caractéristique. En voulant mettre en œuvre un modèle global tout en réduisant significativement le nucléaire, les allemands ont dû s’appuyer sur le charbon pour pallier aux intermittences. Avec un prix du kWh double de la France ils ne sont pas parvenus à réduire leurs émissions.

Pour continuer de disposer de 100% de disponibilité électrique, les renouvelables ne pourront dans les régions tempérées dépasser 30% à 40% du mix électrique. Elles représentent par contre une réelle opportunité pour électrifier de grandes contrées isolées comme certaines parties de l’Afrique, du sud-est asiatique ou d’Océanie.

Les autres sources renouvelables (hydrolien, géothermie, marémoteur) resteront marginales dans le futur mix énergétique. Seul le biogaz pourrait remplacer une partie limitée du gaz naturel.

La transition de la génération électrique, passe également par une amélioration significative du rendement qui est aujourd’hui inférieur à 40%. De nombreux leviers existent pour l’améliorer :

  • La cogénération qui consiste à récupérer la chaleur fatale des centrales thermiques pour produire de l’eau chaude à vocation domestique ou industrielle. La cogénération permet d’atteindre un rendement de 80%. Ainsi en France la chaleur fatale perdue dans les centrales nucléaires permettrait de couvrir les besoins en eau chaude au pays. La cogénération ne doit pas seulement s’envisager à grande échelle. Elle peut aussi se mettre en œuvre à l’échelle d’un quartier (mini cogénération) ou d’un logement individuel (micro cogénération).

 

  • Les cycles combinés consistent à coupler, dans une centrale à gaz, une turbine à gaz avec une turbine à vapeur en utilisant la chaleur fatale des gaz d’échappement de la turbine à gaz. Un cycle combiné atteint 60% de rendement comparé aux 35% d’un cycle simple.

 

  • L’amélioration du rendement des cellules photovoltaïques (qui n’excède pas aujourd’hui 15%) et l’augmentation de la puissance des éoliennes permettront à quantité d’électricité équivalente de réduire de façon significative la surface au sol occupée par les renouvelables.

 

Habitat

75% de l’énergie consommée dans l’habitat est dévoué au chauffage (dans les pays tempérés), à la climatisation (dans les pays tropicaux) et à l’eau chaude. Cette partie  est globalement appelée « chaleur ». C’est donc en priorité sur la chaleur qu’il faut focaliser la transition énergétique dans l’habitat.

Un double déplacement s’impose : le charbon (dans les pays émergents) et le fuel (dans les pays de l’OCDE) tous deux encore largement utilisés pour le chauffage domestique. Le gaz représente bien entendu la principale option à moyen terme. Mais, si l’on veut totalement décarbonner l’habitat, à plus long terme, la généralisation de pompe à chaleur aérothermique associée à de l’électricité verte représente une option séduisante.

Comme pour la génération électrique, une partie modérée du gaz pourra être déplacée vers le biogaz. Nous ne sommes par contre pas favorables à l’introduction massive de la biomasse solide (i.e. le bois) dans le mix énergétique. Compte tenu de son faible contenu énergétique, une telle option pourrait conduire à une accélération de la déforestation déjà bien enclenchée pour d’autres raisons dans plusieurs régions du monde.

Enfin, les convecteurs électriques conventionnels sont clairement à proscrire tant leur efficacité énergétique est faible et leur coût de fonctionnement élevé.

Le second levier dans l’habitat est bien sûr l’isolation des bâtiments. On retrouve ici le syndrome du pauvre déjà mentionné plus haut. Dans la mesure où elles représentent des économies d’énergie substantielles, les passoires énergétiques (D/E/F/G) devront être rénovées en priorité en utilisant de l’isolation passive basique (doubles vitrages, murs, sols et combles). L’amélioration des performances énergétiques des bâtiments plus récents (C/A/B) et la construction de nouveaux bâtiments neutres ou à énergie positive (BEPOS) devront également être encouragées.


[1] BP statistical review 2018

[2] https://nuclearpride.wordpress.com

[3] Yannick Jadot « Les lobbies du vieux monde décident » Le Figaro 4 novembre 2017

[4] L’intensité énergétique est la valeur du rapport instantané entre la consommation d’énergie d’un pays ou d’une région et son Produit Intérieur Brut.

[5] En cycle de vie complet, la fabrication d’un kWh de batterie émet 200 kgCO2

[6] Entre la culture et l’utilisation, un litre d’éthanol autoconsomme 90% de son contenu énergétique

[7] Le taux de charge moyen est le % de temps durant lequel une unité de puissance électrique produit effectivement de l’électricité à plein régime. Ainsi, un GW de nucléaire produit en moyenne 7 TWh/an, un GW d’éolien 2 TWh/an et un GW de solaire 1 Twh/an.

[8] Bien qu’utilisé ici le stockage de l’électricité est un abus de langage. L’électricité qui est un vecteur de transport d’énergie ne peut se stocker qu’en la transformant en une autre forme d’énergie elle stockable.

 

Ingénieur des Mines de l’École Polytechnique de Mons (Belgique) et Docteur en Physique de l’Institut de Physique du Globe de Paris. Il rejoint l’industrie pétrolière en 1982 où il est pendant 15 années expert en Mécanique des Roches. Il occupe ensuite diverses fonctions opérationnelles et de direction en Ecosse), en Angola) et au Kazakhstan. Il est actuellement conseiller technique auprès du directeur de la communication d’un grand groupe pétrolier.

Expert reconnu en hydrocarbures non conventionnelles, Charlez est l’auteur de deux livres sur la Mécanique des Roches et de plus de 70 articles sur l’énergie. Il a publié en 2014 & 2015 aux Editions Technip « Our Energy Future Is not set in Stone» « Gaz et pétrole de schiste … en question » et « The shale oil and Gas debate».

Un nouvel ouvrage généraliste sur la transition énergétique « Croissance, énergie, climat. Dépasser la quadrature du cercle » est paru Octobre 2017 aux Editions De Boek supérieur.

Philippe Charlez enseigne à Science Po, Dauphine, l’INSEAD et au Centre International de Formation Européenne.

Pour plus d’informations sur l’auteur consultez www.philippecharlez.com et https://www.youtube.com/energychallenge

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