Quel mix électrique pour les décennies à venir ?

 

La production d'électricité représente plus d'un quart des émissions brutes de gaz à effet de serre de l'Union européenne, une tendance rapportée à l'échelle mondiale. Cette situation s'explique en grande partie par le fait que plus de 80 % de la production électrique mondiale repose sur la vaporisation de l'eau pour actionner des turbines à vapeur, une méthode utilisée par les centrales thermiques au charbon, au gaz, au fioul et nucléaires.

En France, la loi sur la transition énergétique vise à augmenter la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique à 40 % d'ici 2030, contre 18 % actuellement. Cependant, atteindre cet objectif ambitieux dépend de notre capacité à stocker l'électricité produite par ces sources intermittentes.

Actuellement, l'hydroélectricité joue un rôle crucial dans la régulation du réseau électrique, offrant une flexibilité importante pour répondre aux fluctuations de la demande. La modulation des centrales nucléaires est également essentielle, bien que limitée par la conception et le fonctionnement de ces installations, ce qui réduit leur efficacité.

Le développement de solutions de stockage massif de l’électricité est donc crucial. Les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP) hydroélectriques semblent être la solution la plus prometteuse à ce jour, offrant une capacité de stockage significative, sous réserve de disposer des sites adéquats. Les besoins mondiaux en STEP devraient décupler d'ici 2050 avec la montée en puissance des énergies intermittentes.

À l'échelle mondiale, la demande énergétique devrait croître considérablement en raison de la croissance démographique, passant de 7,7 milliards à plus de 9 milliards d'habitants d'ici 2050. Cette expansion, associée à la nécessité de passer des énergies fossiles aux sources non émettrices de gaz à effet de serre, pose d'importants défis.

La France, avec ses 56 réacteurs nucléaires répartis sur 18 centrales pour une population de 68 millions d'habitants, est aujourd'hui le pays le plus nucléarisé au monde. Son engagement à long terme dans l'énergie nucléaire en fait un leader mondial dans ce domaine. Cette position confère à la France une responsabilité particulière : développer et gérer cette technologie de manière sûre et responsable, en tenant compte des risques et des défis associés.

Dans le contexte de la recherche d'une source d'énergie stable et décarbonée, et avec l'âge avancé des réacteurs en service et une demande croissante en énergie, se pose la question du renouvellement progressif du parc nucléaire ou de son remplacement par d'autres sources d'énergie décarbonées. Cette problématique suscite des interrogations, notamment en raison des incertitudes concernant les coûts de démantèlement et de stockage des déchets.

 L'énergie nucléaire, moins polluante que le charbon et le pétrole, contribue significativement à la décarbonation du pays, avec 91 % de son électricité déjà décarbonée. Le nucléaire représente environ 70 % de la production d'électricité en France, jouant un rôle majeur dans la gestion de l'intermittence des énergies renouvelables (ENR) en modulant sa puissance de production en fonction de la demande et de la production des ENR.

Cependant, le coût de fonctionnement d'une centrale nucléaire reste quasi identique, qu'elle fonctionne à pleine capacité ou à puissance réduite.
La différence si situe entre 0,2 % et 1.5 %.
Fonctionnement à pleine puissance :

La consommation de combustible est maximale.

L'efficacité de conversion de l'énergie est optimale.

Fonctionnement à puissance réduite :

La consommation de combustible est réduite, mais pas proportionnellement à la réduction de puissance. (de 1 à 5 %) des 20 à 30% que représente la part carburant dans le cout global de fonctionnement.

L'efficacité de conversion de l'énergie est légèrement réduite.

En effet les coûts fixes : Amortissement, personnel, sécurité, etc. restent identiques et représentent 70 à 80% du cout global de fonctionnement, ce qui explique au passage pourquoi le coût de production de l’électricité nucléaire est relativement stable et moins sensible aux fluctuations du prix du combustible que les autres sources d'énergie. La modulation de la puissance des centrales nucléaires peut également avoir des inconvénients, tels qu'une usure accumulée des composants et des risques accumulés de sécurité, bien que ces risques soient généralement très faibles.

Ces dernières années, la France a développé de manière importante les énergies renouvelables et a choisi de moduler la puissance des centrales nucléaires pour compenser l'intermittence des ENR. Les STEP contribuent également à cette gestion, mais avec 5,2 % de la capacité globale de production (valeur 2022), leur rôle reste mineur.

Le coût élevé de l'absorption de l'intermittence des ENR par le parc nucléaire pour EDF s'explique par l'impact de l'annuité d'amortissement sur le prix de revient du MWh produit, dans un contexte de production réduite. En d'autres termes, l'amortissement du coût de construction des centrales nucléaires est un élément important du prix de revient de l'électricité produite. Lorsque la production d'électricité est réduite en raison de l'intermittence des ENR, le coût de l'amortissement est réparti sur un nombre plus faible de MWh produits, entraînant une augmentation significative du prix de revient du MWh produit.

Il est suggéré de réaménager le mix électrique français en tenant compte de ce constat. L'objectif est d'utiliser le parc nucléaire français en maintenant toutes les centrales existantes et futures en activité continuent à leur pleine capacité. Ce parc, fonctionnant de manière continue, serait capable de produire plus que la demande instantanée. En cas de surplus de production, principalement générés par les centrales nucléaires pendant la nuit, celui-ci serait utilisé pour alimenter les stations de pompage-turbinage déjà en place ou rénovées construites. Pendant la journée, l'énergie solaire et éolienne pourraient être stockées dans les mêmes installations de stockage par pompage-turbinage (STEP), réalisant ainsi une complémentarité entre les périodes de nuit et de jour.

Si nos capacités de stockage ultérieures à être saturées, ce surplus pourrait être exporté vers les pays voisins. À défaut et en dernier recours, les centrales pourraient se remettre à moduler leur puissance. Si la production nucléaire combinée aux énergies renouvelables intermittentes ne suffisait pas à répondre à la demande, il est envisagé de faire appel aux stations de pompage-turbinage et aux centrales hydrauliques disponibles. L'importation est envisagée en dernier recours.

Pour ce faire, il est nécessaire de procéder à la construction d'un parc complémentaire de STEP terrestres (0) ou marines. Leur coût de construction est 5 à 15 fois moins élevé et leur installation est 2 à 3 fois plus rapide que celle des centrales nucléaires, bien que le coût du MWh produit reste comparable. Il convient de prendre en compte le besoin de réduire éventuellement le nombre de centrales nucléaires à construire afin d'adapter le parc aux exigences du nouveau système.

Cette approche novatrice représente un changement majeur dans la régulation du réseau électrique, en favorisant la surproduction. Elle propose une approche intégrée pour répondre à la demande énergétique croissante tout en éliminant toutes les émissions de gaz à effet de serre du mix électrique. En outre, elle permet une utilisation intelligente des installations existantes et la suppression progressive de toutes les centrales à gaz qui restent carbonées. (1)

Enfin, un moratoire de 10 à 20 ans sur la construction de nouvelles éoliennes coûteuses est proposé. (2) Dans cette hypothèse, les fonds recueillis par la CSPE pourraient être provisoirement réorientés vers le financement des nouvelles STEP, le temps que cette nouvelle stratégie se déploie. L'argent investirait le serait en France avec des emplois non délocalisables sur une période minimale de 10 ans.

En résumé, la stratégie proposée offre une vision prometteuse pour le mix électrique français, combinant les avantages du nucléaire, du stockage d'énergie et des énergies renouvelables pour contribuer à la décarbonation de l'économie tout en renforçant la sécurité énergétique du pays. L'extension du parc nucléaire français est envisagée de manière flexible et adaptative, en tenant compte des besoins électriques futurs et en maximisant l'utilisation des infrastructures existantes. Cette stratégie innovante vise à exploiter pleinement le potentiel nucléaire français, offrant ainsi une solution compétitive et relativement rapide pour décarboner l'économie nationale.

Le nucléaire et les STEP constituent une solution crédible et durable pour la transition énergétique. En combinant prioritairement ces technologies, il est possible d'amorcer la construction d'un avenir énergétique plus propre, plus sûr et plus prospère pour tous. La France, avec son expertise dans le nucléaire et l'hydroélectricité, a un rôle de premier plan à jouer dans ce domaine.

Cette stratégie présente de nombreux avantages :

Décarbonation de l'économie : La combinaison du nucléaire et des STEP peut contribuer à réduire efficacement les émissions de gaz à effet de serre, soutenant ainsi les objectifs climatiques.

Complémentarité des technologies : En intégrant le nucléaire, le stockage d'énergie et les énergies renouvelables, la stratégie crée un mix électrique plus stable et résilient, favorisant l'intégration efficace des ENR.

Flexibilité et adaptabilité : La stratégie est conçue pour s'adapter aux besoins énergétiques futurs et pour maximiser l'utilisation des infrastructures existantes.

Autosuffisance et sécurité énergétique : Le nucléaire offre une source d'énergie fiable et indépendante. En visant l'autosuffisance dans la production électrique, la proposition pourrait réduire progressivement le déficit de la facture énergétique française et renforcer la sécurité d'approvisionnement énergétique.

Compétitivité : Le mix électrique envisagé peut déboucher sur une solution compétitive pour la production d'électricité, offrant ainsi à la France un avantage compétitif.

Coût des projets : Bien que l'extension du parc nucléaire et la construction de STEP représentent des investissements importants, ils seraient globalement moins coûteux que la construction d'un parc entièrement nucléaire de puissance équivalente. De plus, le financement du parc complémentaire de STEP pourrait être assuré par la CSPE.

Gestion des déchets nucléaires : La stratégie permet de réduire le volume des déchets nucléaires produits.

Acceptabilité sociale : En optimisant le parc nucléaire existant, la stratégie pourrait réduire à terme le nombre total de centrales à construire, ce qui pourrait améliorer l'acceptabilité sociale du nucléaire.

Rôle de premier plan pour la France : La France, grâce à son expertise dans le nucléaire et l'hydroélectricité, est bien placée pour jouer un rôle de premier plan dans la transition énergétique, contribuant ainsi à la réalisation des objectifs nationaux et internationaux en matière de lutte contre le changement climatique.

En conclusion, la stratégie proposée cherche à offrir une approche globale et optimisée pour répondre aux défis de la transition énergétique, en tirant partie des forces et des ressources disponibles en France.

Rappel : L'utilisation de la puissance nucléaire disponible la nuit est un enjeu crucial pour la transition énergétique en France. Elle permet de maximiser l'utilisation du parc nucléaire existant et de contribuer à la décarbonation du mix énergétique.

Le parc nucléaire actuel produit environ 21 GW la nuit et 61 GW le jour, soit un différentiel disponible de 40 GW. Cela équivaut à la capacité de 24 centrales nucléaires. La France, leader mondial dans la technologie STEP, dispose actuellement de 5 GW de puissance installée, avec une capacité de stockage totale de plus de 103,5 GWh. RTE, le gestionnaire du réseau électrique français, a identifié un potentiel de 20 GW de STEP à développer en France, qui pourraient se substituer aux centrales à gaz existantes et absorber l’intermittence des énergies renouvelables (ENR). En explorant davantage, d’autres sites sont possibles, notamment des STEP marines dont le potentiel exploitable est estimé entre 50 et 100 GW.

La puissance cumulée des centrales de pointe à gaz en France est d'environ 12 GW.

La puissance cumulée des éoliennes en France est d'environ 26,5 GW au 1er janvier 2024. Le gouvernement français vise 40 GW de puissance cumulée d'éoliennes terrestres et 5 GW d'éoliennes marines d'ici 2028.

La puissance cumulée installée en solaire en France est d'environ 18,03 GW au 30 juin 2023. L'objectif est d'atteindre 100 GW de puissance cumulée d'énergie solaire photovoltaïque d'ici 2050.

Cependant, le développement de nouveaux sites de stockage hydroélectrique par pompage-turbinage est un processus long et complexe, pouvant prendre plusieurs années. Il est essentiel de prendre en compte les impacts environnementaux et sociaux de ces projets avant de les lancer.

Il est plausible que des écologistes pragmatiques, ouverts à la réalité d’un compromis, puissent accepter cette solution. Ils pourraient consentir à la destruction des quelques espaces naturels nécessaires à la construction des stations de pompage-turbinage, en échange de l'abandon de la construction d'un certain nombre de centrales nucléaires.

La guerre en Ukraine et les fluctuations des prix de l'énergie qui en ont découlé ont agi comme un catalyseur pour la France. Cela lui a permis de dépasser les réticences sociales envers le nucléaire, de renforcer son leadership et de redynamiser son programme avec l’adhésion de la population.

La France se positionne ainsi comme le premier pays à améliorer son autonomie énergétique. Cette stratégie, s'inscrivant dans une logique de libération progressive des combustibles carbonés à moindre coût, pourrait lui conférer un avantage concurrentiel décisif dans l'économie mondialisée.

La réduction structurelle du déficit de la facture énergétique française est l'un des effets escomptés de cette stratégie.(3) Elle vise à réduire volontairement la consommation de pétrole et de gaz, tout en s'adaptant à la réduction subie des importations de ces ressources due au pic pétrolier anticipé en 2030.

La contraction attendue de la production pétrolière des principaux fournisseurs de l'UE souligne l'importance de cette transition énergétique. La stratégie propose l'électrification progressive des secteurs utilisant des combustibles fossiles, tout en minimisant les risques géopolitiques liés à la dépendance au pétrole. La transition vers l'électricité doit cependant être gérée avec attention pour éviter des défaillances du réseau électrique.

En plus d'une temporalité adaptable, les avantages de cette stratégie résident dans sa compatibilité avec l'existant. Le projet peut être mis en œuvre assez rapidement, avec un objectif de moyen terme.

Pour aller plus loin dans la réflexion, il m’a semblé utile d’analyser les projections attendues du peak oil 

Tableau extrait du rapport récent du Shift Project, pour la Direction Générale des Relations Internationales et de la Stratégie (DGRIS), Ministère des Armées, et relatif à l’APPROVISIONNEMENT PETROLIER FUTUR DE L’UNION EUROPÉENNE

Le tableau extrait du rapport récent du Shift Project, pour la Direction Générale des Relations Internationales et de la Stratégie (DGRIS) du Ministère des Armées, montre clairement qu'après une période de stagnation due à la crise du COVID-19 entre 2019 et 2028, les disponibilités en approvisionnement pétrolier devraient se situer entre 23 et 27 millions de barils par jour en 2050. Cela représente une quantité similaire à celle importée en 1965 ou 1967, alors que la population était de 370 millions en 1965, 447 millions en 2020 et devrait stagner à 529 millions en 2050 selon Eurostat.

Cela signifie que nous aurons 43 % de population en plus pour la même quantité de pétrole importé. Dans le même temps, depuis 1965, les technologies n’ont cessé d’évoluer : les consommations des moteurs thermiques ont diminué, l’isolation des logements est devenue la norme (RT2020), les chauffages à pompe à chaleur (COP5) se sont développés, et les lampes LED sont désormais obligatoires. Cependant, les besoins énergétiques ont également évolué, et la demande d’énergie par habitant est de plus en plus forte.

 

Alain Grandjean souligne que les gains de productivité, de l'industrialisation à la robotisation récente, se font au détriment des tâches humaines remplacées par des machines, qui elles-mêmes consomment de l'énergie. Historiquement, la croissance du PIB est intrinsèquement liée à la croissance de la consommation d’énergie.

Il est également important de noter qu’entre 1913 et 2012, le taux de croissance du PIB a été en moyenne de 3 % par an. Cette croissance s’est ralentie à 1,9 % entre 2010 et 2020 et devrait encore diminuer à 1,3 % jusqu’à 2030, et moins au-delà, à moins que la croissance ne soit relancée par l’intelligence artificielle, qui sera elle aussi une grande consommatrice d’énergie électrique.

Avec le peak oil attendu en 2023, selon l'Agence internationale de l'énergie, notre mode de vie actuel est menacé par la diminution des ressources pétrolières. La fusion nucléaire, considérée comme une solution prometteuse, reste incertaine. Il est donc crucial de trouver des sources d'énergie alternatives pour combler le vide et, si possible, augmenter nos ressources disponibles.

Les récentes découvertes de gaz naturel en Méditerranée orientale et au large de l'Afrique de l'Est, représentant une réserve de 1 200 milliards de mètres cubes, constituent une avancée positive. Cependant, elles ne suffiront pas à résoudre le problème à long terme. Le gaz naturel reste une ressource fossile, et la transition vers cette énergie ne ferait que retarder la transition vers des sources d'énergie renouvelables plus durables. De plus, ces découvertes ne garantissent pas un approvisionnement stable et abordable.

Le mix électrique proposé s'inscrit dans cette problématique, visant à concilier le nucléaire conventionnel et les énergies renouvelables intermittentes (ENR) qui peinent à s'imposer. Pour anticiper ce processus et accélérer la substitution du pétrole et du gaz par d'autres vecteurs énergétiques, l’option la plus évidente est de privilégier l’usage d'une électricité décarbonée, notamment dans le chauffage des bâtiments via des pompes à chaleur et dans l’électromobilité, afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

En parallèle, il sera nécessaire de poursuivre la réduction de notre consommation d'énergie en adoptant des pratiques plus économes et en investissant dans l'efficacité énergétique. Malgré les efforts attendus, la Programmation Pluriannuelle de l'Énergie (PPE) prévoit que l'électricité, qui représente environ 25 % de la consommation énergétique française aujourd'hui, pourrait doubler d'ici 2050.

Le gouvernement a fait volte-face sur la loi de programmation énergétique, cédant aux pressions politiques hostiles aux énergies renouvelables, jugées trop coûteuses et incertaines. L'absence de loi de programmation énergétique prive la France d'une feuille de route claire et ambitieuse pour sa transition énergétique. Dans ce contexte, la solution technique proposée pourrait servir de mesure de temporisation, permettant de retrouver un consensus en faveur d'une ambition climatique réelle.

La temporisation n’est pas synonyme d'abandon. En parallèle à un moratoire sur l'éolien, cette approche maintiendrait le cap vers un avenir énergétique durable pendant la durée de construction des STEPs. Une fois que toutes les étapes auront été franchies, l'éolien pourrait revenir sur le devant de la scène, mais dans un contexte différent. À ce moment-là, il est probable que le coût du stockage associé, l’obligation de rachat des MWh produits ainsi que le Crédit d'Impôt pour la Transition Énergétique (CITE) auront disparu.

Ainsi, il me semble que la proposition de temporiser l'expansion des énergies renouvelables, notamment de l'éolien, jusqu'à ce que certaines conditions soient remplies, soit une approche prudente. Cela permettrait de mieux intégrer ces sources d'énergie renouvelables dans le système énergétique global, une fois que des progrès significatifs auront été réalisés en matière de stockage et de régulation du réseau, rétablissant ainsi une acceptabilité sociétale temporairement compromise.

L'urgence et la complexité d'une transition vers un mix énergétique décarboné s'imposent à nous. C'est la condition sine qua non pour garantir un avenir énergétique stable et durable, face aux défis du pic pétrolier et du changement climatique. Cette transition est complexe et urgente, exigeant de nombreux changements profonds dans nos modes de production et de consommation d'énergie. Mais elle est à notre portée si nous adoptons dès maintenant les orientations adéquates.

La transition énergétique ne représente pas uniquement un défi, mais aussi une opportunité majeure. Pour réaliser une transition énergétique équilibrée et progressive, qui tienne compte à la fois des défis techniques et des contraintes politiques, il est primordial que la France adopte une approche pragmatique et coordonnée pour assurer un avenir énergétique durable et résilient.

 (0) Les experts s’accordent à penser qu’à compter de 2035, il ne sera plus possible de poursuivre l’augmentation de la part des EnR en France sans développer la flexibilité du réseau (STEP) de manière très significative. Il semble qu’il y ait un point de basculement attendu à partir de cette date.

(1) . Il ne faut pas oublier que la France importe 99% de sa consommation de gaz naturel.

On notera la flambée pendant le covid des coûts d’approvisionnement du gaz naturel sur les marchés. Celle-ci a montré que la première génération d'énergie éolienne et de solaire et nous a montré quelques-unes de ses limites notamment au niveau du stockage associé : Nous touchons là les conséquences des décisions européennes du « tout renouvelable » (…) Au passage on notera que l'Allemagne a rouvert ses centrales à charbon, (…) ?.

On remarquera que le mix Allemand et Espagnol (et dans une moindre mesure le mix Français ?) est basé sur l’utilisation massive de centrales au gaz naturel qui viennent en soutien de l’éolien lorsque celui-ci ne peut produire. Cette solution va à l’encontre de la volonté de produire de l’électricité d’une manière plus respectueuse de l’environnement, puisque ces centrales produisent des gaz à effet de serre qui annulent largement les bienfaits apportés par l’éolien.

En effet, le gaz émet 30% de CO2 en moins que le pétrole et moitié moins que le charbon; il pollue moins l'air ambiant (moins de soufre et d'oxydes d'azote).Mais il reste une énergie fossile, responsable d'environ 22% des émissions mondiales de CO2 en 2021, selon les estimations de l'Agence internationale de l'énergie (AIE). Sa production génère aussi d'importantes fuites de méthane, gaz ultra-réchauffant.

 (2) Les Éoliennes dénaturent les paysages, et posent actuellement des défis en matière de recyclage, notamment pour leurs pales, dont le recyclage n’est pas pour l’instant réalisé :

Le recyclage complet des pales d'éoliennes reste un défi, bien que des progrès soient en cours pour trouver des solutions. Actuellement, certaines parties des pales, comme les matériaux composites, sont difficiles pour ne pas dire impossible à recycler efficacement en raison de leur composition complexe.

De plus, leur fabrication est largement concentrée en Chine, ce qui a un impact négatif sur notre balance commerciale. Ce pays fait l'objet d'allégations de travail forcé, notamment dans la région du Xinjiang, soulevant de graves préoccupations quant au respect des droits de l'homme. Ces pratiques remettent en question l'éthique des chaînes d'approvisionnement, soulignant ainsi la nécessité pour les entreprises et les gouvernements de garantir des normes élevées en matière de droits de l'homme et de transparence. Les consommateurs et les entreprises ont un rôle crucial à jouer en exigeant des pratiques éthiques et en soutenant des initiatives de recyclage plus durables pour les éoliennes et autres produits

Comme toute innovation celle-ci s'est développée dans un vide juridique qui est en train de se combler, Ceci risque de créer un frein à la poursuite du déploiement de la filière....

Maux de tête, nausée, troubles du rythme cardiaque : la justice reconnaît un «syndrome éolien»

Projet d'éoliennes en Méditerranée: un report demandé lors du débat public

Un report de l'installation d'éoliennes flottantes en Méditerranée, afin de mieux étudier leurs effets sur la biodiversité.

(3) En effet, le solde de la balance commerciale énergétique française n’a cessé de croître depuis la fin des années 1990 : son montant a été multiplié par 5 de 1999 à 2013, principalement en raison du renchérissement des prix des énergies fossiles sur cette période…(Depuis 2009, l’évolution de la facture énergétique suit avant tout les variations du prix du pétrole : Record de 2022 à 68 milliards d’euros en euros constants.)